Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler, wie sie in zentralen Klimaanlagen von gro\u00dfen Geb\u00e4uden oder auch in der Industrie zum Einsatz kommen, tragen durch den Aussto\u00df von synthetischen K\u00e4ltemitteln in bedeutendem Ma\u00dfe zur Zerst\u00f6rung der Ozonschicht und zum Treibhauspotential bei. Das Forschungsvorhaben soll kl\u00e4ren, ob das nat\u00fcrliche K\u00e4ltemittel Kohlendioxid eine entsprechende wirtschaftliche und energetische Alternative zu den synthetischen K\u00e4ltemitteln darstellt. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein luftgek\u00fchlter Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler mit dem K\u00e4ltemittel CO2 entwickelt werden. Der CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler soll mit der Warmwasserbereitung gekoppelt werden k\u00f6nnen und \u00fcber einen luftgek\u00fchlten Low-Flow-Gask\u00fchler verf\u00fcgen. Im Vergleich zu konventionellen Anlagen soll eine Vermeidung synthetischer K\u00e4l-temittel, eine deutlich h\u00f6here Gesamteffizienz, Minderung der L\u00e4rmentwicklung, sowie eine bedeutende Wasserersparnis durch den Ersatz wassergek\u00fchlter Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler erzielt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Forschungsvorhabens soll zun\u00e4chst ein einfacher CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler aufgebaut und wissenschaftlich untersucht werden. In einem weiteren Arbeitspaket wird das Basisger\u00e4t f\u00fcr die W\u00e4rmeauskoppelung erweitert und erneut experimentell und theoretisch untersucht. Auf der Basis detaillierter Berechnungen soll ausgehend vom Basisger\u00e4t ein CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler mit einer neuartigen fortgeschrittenen Schaltungsvariante aufgebaut und wissenschaftlich untersucht werden. Auch hier erfolgt eine experimentelle und theoretische Untersuchung der W\u00e4rmeauskoppelung. Es wird erwartet, dass sich dieser innovative Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler gegen\u00fcber der konventionellen Technik durch eine langfristige Reduzierung des Aussto\u00dfes synthetischer K\u00e4ltemittel und durch eine Verminderung des Gesamtenergieverbrauchs auszeichnet. Weiterhin soll ein detailliertes objektorientiertes Berechnungsmodel eines luftgek\u00fchlten Gask\u00fchlers erstellt werden. Das Modell wird zur Optimierung eines ger\u00e4uscharmen Gask\u00fchlers mit minimalem Luftvolumenstrom (Low-Flow-Gask\u00fchler) verwendet. In Zusammenarbeit mit der Fa. Bock soll der in einem DBU-Projekt entwickelte CO2-Fahrzeug-Verdichter f\u00fcr station\u00e4re Anwendungen weiterentwickelt werden. Dazu wird die Ventilplatte mit Unterst\u00fctzung von Indikatormessungen optimiert. Es wird eine Konzeptstudie f\u00fcr ein alternatives Geh\u00e4usematerial durchgef\u00fchrt. Ebenso wird in Hinblick auf die zuk\u00fcnftige Entwicklung eines Hermetikverdichters eine Konzeptstudie f\u00fcr eine optimale Motork\u00fchlung erstellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Aufbau und die Untersuchung eines einstufigen CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlers wurden wie geplant durchgef\u00fchrt. Im Bereich der Klimatisierung hat sich diese Anlage bei hohen Umgebungstemperaturen \u00fcber 27\u00b0C im Vergleich zu den besten konventionellen Anlagentypen wie erwartet als nicht konkurrenzf\u00e4hig erwiesen.
\nAls fortgeschrittene Kreislaufvariante wurde ein neuartiger zweistufiger CO2-K\u00e4ltekreislauf entwickelt. Eine herunterskalierte Anlage wurde aufgebaut und experimentell untersucht. Die Ergebnisse konnten zur Kalibrierung einer umfangreich erweiterten Simulationsumgebung genutzt werden. Die Leistungsziffern der zweistufigen Anlage \u00fcbertreffen diejenigen konventioneller Systeme selbst bei der Annahme ung\u00fcnstiger Verdichterkennlinien deutlich. Hier kann ein erheblicher \u00f6kologischer Nutzen durch den Umstieg von konventionellen Systemen auf die neuartigen Anlagentypen erzielt werden.
\nDie Brauchwassererw\u00e4rmung durch die Abw\u00e4rme eines Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlers anstelle von Gas- oder Elektroboilern bietet ein hohes Potential zur Energieeinsparung. Einstufige CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler haben sich hierbei als ebenso effizient wie die untersuchte zweistufige Variante herausgestellt.
\nDer Einsatz eines Low-Flow-Gask\u00fchlers hat sich als energetisch nicht sinnvoll erwiesen. Der Mehrverbrauch durch ung\u00fcnstigere Betriebszust\u00e4nde \u00fcbersteigt das m\u00f6gliche Einsparpotential deutlich.
\nDer CO2-Verdichter der Firma Bock konnte hinsichtlich der Ventilplatte wie geplant verbessert werden. F\u00fcr einen Halbhermetik-Verdichter konnte nicht nur wie vorgesehen eine Konzeptstudie erstellt werden, sondern erste Exemplare eines solchen Verdichters konnten bereits von der Firma Bock gebaut werden.
\nDurch die h\u00f6heren Leistungsziffern lassen sich bei Einsatz eines zweistufigen CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlers anstelle eines konventionellen Systems zur Hotelklimatisierung (1400kW K\u00e4lteleistung) unter tropischen Temperaturen (Recife) zwischen 1,8 und 9,8 Tonnen CO2-\u00e4quivalenter Treibhausgase pro Jahr einsparen. Durch die Vermeidung der Leckage synthetischer K\u00e4ltemittel in die Umwelt werden je nach Ausf\u00fch-rung der ersetzten Anlage j\u00e4hrlich weitere 1,5 bis 61,2 Tonnen CO2-\u00e4quivalenter Treibhausgase einge-spart. Die Brauchwassererw\u00e4rmung wird \u00fcblicherweise in den Hotels der untersuchten Region Recife durch Gas- oder Elektroboiler realisiert. F\u00fcr eine typische Hotelanlage lassen sich durch Nutzung der Abw\u00e4rme der Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchler die Emissionen CO2-\u00e4quivalenter Treibhausgase um 138 bzw. 375 Tonnen pro Jahr verringern.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Michael, C.:
\nTechno-\u00f6konomische Analyse einer K\u00e4lte-\/W\u00e4rmekopplung von CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlern in tropischen Gebieten, Technische Universit\u00e4t Braunschweig, Diplomarbeit, 2001
\nJunior, C.:
\nInbetriebnahme und Simulation eines zweistufigen Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlers, Technische Universit\u00e4t Braunschweig, Studienarbeit, 2004
\nK\u00f6hler, J. ; Tegethoff, W. ; Lemke, N. ; Correia, C. ; Cavalcante, P.:
\nCO2 – Total Cycle and Components. In: VDA Alternate Refrigerant Winter Meeting – Automotive Air-Conditioning and Heat Pump Systems, Saalfelden, 2003
\nF\u00f6rsterling, S.:
\nVergleichende Untersuchung von CO2-Verdichtern in Hinblick auf den Einsatz in mobilen Anwendungen. Cuvillier Verlag, G\u00f6ttingen, 2004<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Insgesamt hat sich das Konzept des CO2-Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlers als sehr vielversprechend herausgestellt. Durch die Vermeidung synthetischer K\u00e4ltemittel, die effiziente Brauchwassererw\u00e4rmung und die deutlich h\u00f6heren Leistungsziffern des neuartigen zweistufigen Kreislaufs im Vergleich zu konventionellen Systemen l\u00e4sst sich die Freisetzung von Treibhausgasen deutlich reduzieren.
\nDer Aufbau eines leistungsst\u00e4rkeren, seriennahen Prototypen und die Untersuchung vor Ort bzw. im Langzeitversuch in der Klimakammer sollten die n\u00e4chsten logischen Schritte zur Umsetzung der im Rahmen des Projektes entwickelten Technologien sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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