Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im vorausgegangenen DBU-Projekt K\u00fchlkreislauf mit passiver K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung (Az. 14890) wurde ein offener K\u00fchlkreislauf aufgebaut und vermessen. Dabei wird Zisternenwasser nachts auf das Geb\u00e4udedach geleitet, wo es sich durch Strahlung, Konvektion und Verdunstung abk\u00fchlt und in den Speicher zur\u00fcckflie\u00dft. Bei diesem hydraulisch offenen System tr\u00e4gt Verdunstung zur K\u00fchlleistung bei, f\u00fchrt aber auch zu Wasserverlusten. Im aktuellen Projekt wurden unverglaste Metalldach-Kollektoren, die f\u00fcr Solarthermie entwickelt wurden, auf ihre Eignung f\u00fcr die passive K\u00fchlung untersucht. Da dies ein hydraulisch geschlossenes System ist, entf\u00e4llt hierbei konstruktionsbedingt die Verdunstung des Zisternenwassers, somit reduziert sich die erreichbare K\u00fchlleistung zwar etwas, jedoch leidet das System nicht unter Wasserverlust, was insbesondere in s\u00fcdlichen L\u00e4ndern ein entscheidender Vorteil ist. Die Bef\u00fcllung mit Glykolgemisch erm\u00f6glicht einen uneingeschr\u00e4nkten winterlichen Betrieb.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden mehrere unverglaste Metalldach-Kollektoren in zwei unterschiedlichen Ausf\u00fchrungen neben der bestehenden offenen passiven K\u00fchlanlage auf dem Dach des ZAE Bayern installiert und mit Messtechnik versehen. In der ersten Phase des Projektes wurden die Kollektoren mit einem Thermostaten verschaltet, so dass Vorlauftemperatur und Volumenstrom frei w\u00e4hlbar waren. Mit diesem Aufbau konnten die K\u00fchlleistung und die Effizienz der Kollektoren f\u00fcr unterschiedlichste Wetterbedingungen parameterabh\u00e4ngig charakterisiert werden (Bestimmung von Kennlinien in Anlehnung an DIN EN 12975-2). In einer zweiten Phase wurden die Kollektoren in das vorhandene Geb\u00e4ude-K\u00fchlsystem integriert und parallel zu den hydraulisch offenen Dachfl\u00e4chen mit dem Wasser der Speicherzisterne beschickt. Die Kollektoren wurden somit in einer echten Systemanwendung getestet und konnten mit dem vorhandenen offe-nen System verglichen werden. Ein vorhandenes Simulationsprogramm f\u00fcr das offene Dachsystem wur-de erweitert und auf die Kollektoren angewendet. Damit wurden Optimierungsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Kollektoren aufgezeigt und Systemsimulationen durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die K\u00fchlleistungen des geschlossenen Systems konnten durch Messungen und Simulation konsistent quantifiziert werden. Es ergibt sich ein signifikanter Unterschied in der strahlungsdominierten K\u00fchlleistung zwischen den beiden QUICK STEP Modultypen (dunkel, schiefergrau, ?~ 0,65 bzw. hell, blaugrau,
\n? ~ 0,25). Die K\u00fchlleistung des hellen Systems ist, je nach Systemzustand, durchschnittlich etwa 40% geringer als die des dunklen. Die Leistungen des dunklen Systems sind etwas geringer als die des offenen Systems. Dies ist aufgrund fehlender K\u00fchlleistung durch Verdunstung, gegen\u00fcber dem Blechdach niedri-gerem Emissionsgrad und zus\u00e4tzlichem W\u00e4rmeleitwiderstand zu erwarten und prinzipbedingt. Ggf. liegen hier noch gewisse technische Optimierungspotenziale.
\nDer Kollektortyp hell, blaugrau kann f\u00fcr reine K\u00fchlungsanwendung nicht empfohlen werden. Durch seine etwas bessere Strahlungsselektivit\u00e4t kann er im Fall kombinierter, bzw. alternierender Heiz- und K\u00fchlungsanwendungen ggf. trotzdem eine gute Wahl sein, zumal sein solarer Absorptionsgrad nur wenig geringer ist als beim dunklen Typ (dunkel: ? ~ 0.9; hell: ? ~ 0.7).
\nGenerell ist zu betonen, dass f\u00fcr die K\u00fchlung wesentlich geringere Leistungsdichten erreichbar sind als bei solarthermischer Anwendung (stark situationsabh\u00e4ngig: Verh\u00e4ltnis1\/20 bis 1\/5). Damit kommt der Effizienz der Hilfsenergie (Pumpen) eine erh\u00f6hte Bedeutung zu. Bei den geschlossenen Kollektoren ist die optimierte hydraulische Auslegung auch deswegen besonders wichtig. Im K\u00fchlungsfall erh\u00f6hte sich die Z\u00e4higkeit des Glykolgemischs, somit wird tendenziell eine h\u00f6here Pumpleistung n\u00f6tig, deren Verlustanteil zudem als Erw\u00e4rmung des Fluids auftritt. Der Volumenstrom sollte gegen\u00fcber dem f\u00fcr solarthermisch vorgeschlagenen Wert ( 50 l\/(hm\u00b2) ) erniedrigt werden, entsprechend den geringere K\u00fchlleistungsdichten. Dies spart Pumpenergie ein und erh\u00f6ht die Temperaturspreizung, es k\u00f6nnen niedrigere R\u00fccklauftemperaturen und somit i. a. eine h\u00f6here Verf\u00fcgbarkeit der Anlage erreicht werden.
\nDie Leistungscharakteristik der QUICK STEP Kollektoren konnte f\u00fcr den K\u00fchlfall durch linearisierte Kennlinien beschrieben werden. Dies ist eine Modifikation der in DIN EN 12975-2 f\u00fcr solarthermische Anwendungen beschriebenen Kollektorkennlinien. Hiermit steht nun auch f\u00fcr die K\u00fchlungsanwendung ein vergleichbares, leicht zu bedienendes Planungswerkzeug zur Verf\u00fcgung.
\nDie erweiterte Simulationssoftware erm\u00f6glicht auch detailliertere Analysen des untersuchten und vergleichbaren Kollektortypen. Abweichungen zwischen Messungen und Simulation sind geringer als 15%. Im Modus Systemsimulation k\u00f6nnen Energie- und Wasserbilanzen erstellt und daraus direkt Leistungszahl, Deckungsgrad und Nutzungsgrad bestimmt werden. Die geringere K\u00fchlleistungsdichte des geschlossenen Systems macht sich bei hohen K\u00fchllasten bemerkbar, daf\u00fcr punktet es aufgrund der Frostsicherheit durch h\u00f6here Bereitschaft im Winter.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
K\u00fchlkreislauf mit passiver K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung, Arbeitskreis kosteng\u00fcnstige Passivh\u00e4user, Protokollband Nr. 31, 2005, Passivhaus Institut
\n\t16. Symposium Thermische Solarenergie, 17. bis 19. Mai 2006, OTTI e. V.
\n\tT\u00e4tigkeitsbericht ZAE Bayern 2005, geplant: T\u00e4tigkeitsbericht ZAE Bayern 2007
\n\tMetal Solar Roof Collectors for Passive Cooling, Konferenzbeitrag und Posterpr\u00e4sentation, EuroSun 2006, 27.-30.6.2006, Glasgow
\n\tK\u00fchlkreislauf mit passiver K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung, 20.Bauphysikertreffen, Hochschule f\u00fcr Technik Stuttgart, 2006
\n\tgeplant: 18. Symposium Thermische Solarenergie, 23.-25. April 2008, OTTI e. V. (in Absprache mit dem Kooperationspartner)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die K\u00fchlkollektoren k\u00f6nnen mit modifizierten Solarthermie-Kollektorkennlinien beschrieben werden. Die erreichten K\u00fchlleistungen, zumindest des schiefergrauen Typs, zusammen mit der M\u00f6glichkeit des Winterbetriebs er\u00f6ffnen ein breites Anwendungsspektrum. Um die gute erreichbare Energieeffizienz nicht zu reduzieren, sollte stets eine hydraulische Optimierung erfolgen.
\nEine Dachneigung, gr\u00f6\u00dfer als die der Testanlage, verringert die Effizienz der Strahlungsk\u00fchlung, da ein h\u00f6herer Anteil der terrestrischen IR-Strahlung auf den Kollektor trifft. Dieser Effekt wurde hinsichtlich dieser Testanlage nicht behandelt, ist jedoch wichtig f\u00fcr die Planungen von Anlagen mit steileren D\u00e4chern.
\nEs sollte eine gr\u00f6\u00dfere Pilotanlage installiert und getestet werden. Hier kommen vergleichbare Anlagen im Permanentbetrieb in Frage, dar\u00fcber hinaus auch Kombinationen mit W\u00e4rmepumpen und\/oder Bauteilaktivierung. Dabei ist eine starke, jedoch hier nicht im Einzelnen behandelte Abh\u00e4ngigkeit der Anlagenleistungszahl von der vorgesehenen Speichertemperatur zu beachten. Es sollten auch Messung und Bewertung der Witterungsdaten in angemessener Qualit\u00e4t eingeplant werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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