Projekt 16661/01

Pilotanlage zur Sorptionskühlung mit solaren Luftkollektoren

Projektträger

H. C. Maier GmbH
Industriestr. 26
75382 Althengstett
Telefon: (07051)9288-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Als FCKW-freie und energiesparende Alternative zur konventionellen Kompressionsklimatechnik bietet sich neben solarbetriebenen Absorptionskältemaschinen die solarunterstützte offene Sorptionskältetechnik an. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind bis zum Stand von wissenschaftlichen Pilotanlagen vorangeführt. Derzeit bestehen jedoch noch keine Betriebserfahrungen mit gewerblich genutzten, solarunterstützten Sorptionsanlagen, speziell in Verbindung mit kostengünstigen Luftkollektoren.
Ziel des Projektes ist, mit der Errichtung der Sorptionsanlage und der Demonstration ihrer Leistungsfähigkeit der Information potentieller Interessenten zu dienen und somit die oben beschriebenen Hemmnisse für die Weiterverbreitung der solarunterstützten Sorptionstechnik zu überwinden. Die gewonnenen Erkenntnisse mit dieser neuen Technologie im praktischen Bereich sollen in erster Linie dazu dienen, Einsparungsmöglichkeiten bei den Planungs- und Investitionskosten aufzuzeigen, bei zukünftigen Anlagen umzusetzen und somit mittelfristig eine Wirtschaftlichkeit für die solarbetriebene Sorptionstechnologie zu erreichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Zuge des Projekts soll beim Antragsteller H.C. Maier GmbH die europaweit erste, gewerblich genutzte Sorptionsklimaanlage mit einem Luftkollektorfeld von ca. 100 m² geplant, errichtet und messtechnisch erfasst werden. Die Anlage soll für die Klimatisierung und Belüftung des Neubaus einer zweigeschossigen Halle zur Produktion von Kunststoff-Spritzgußteilen der Firma H.C. Maier GmbH, Althengstett eingesetzt werden. Im Vergleich zu einer konventionellen Kompressionsklimaanlage ohne Wärmerückgewinnung mit 100 kW Kälteleistung, wird durch die geplante Anlage pro Jahr ca. 250 000 kWh Primärenergie eingespart und es kann auf klimagefährdende Kältemittel völlig verzichtet werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Planung und Ausführung solcher Anlagen sollten zu einem möglichst frühen Zeitpunkt der Gebäudeplanung erfolgen, um Probleme bei der gebäudetechnischen Einbindung wie sie in Althengstett auftraten zu vermeiden.
Die lange Optimierungsphase bei der SGK-Anlage in Althengstett ist für kommende ähnliche Projekte ein wichtiger Wissensstand und sollte in künftige Planungen mit einfließen.
Messtechnische Erfassungen solcher Anlagen stellten sich als sehr schwierig heraus und sollten sich auf die energetische Gesamtbewertung der Anlage beschränken. Die Bewertung einzelner Komponenten ist sinnvoller an speziellen Versuchständen, wie sie an der Fachhochschule Stuttgart vorhanden sind, durchzuführen.
Eine wirtschaftliche Betrachtung der Anlage konnte bisher nur mittels simulierten Verbrauchsdaten durchgeführt werden. Dies zeigte, dass die geförderte Anlage in Althengstett wirtschaftlicher als eine vergleichbare Kompressionskälteanlage zu betreiben ist. Eine Förderung von 6,5% würde ausreichen um dieselben Kosten wie bei einer Kompressionskälteanlage zu erreichen.
In der gesamten Kühlperiode von März bis September 2002 wurden etwa 35.000 kWh Kälte erzeugt. Hierfür war etwa die gleiche Menge Wärmeenergie erforderlich. Die erzeugte Kälteenergie teilt sich fast zu gleichen Teilen in rein adiabate Befeuchtung und den vollen sorptionsgestützten Kühlbetrieb auf. Auch bei der erforderlichen Wärmeenergie wurde ungefähr zur Hälfte Wärme aus der Wärmerückgewinnung und der Kollektoranlage und zur Hälfte Wärme aus der konventionell betriebenen Nachheizung verwendet. Die Sollwerte für Zu- und Raumlufttemperatur konnten bis auf wenige Ausnahmen eingehalten werden. Störungen an den Befeuchtern hatten zur Folge, dass teilweise keine optimale Kühlung stattfand und der Energieverbrauch für die Nachheizung dadurch deutlich anstieg.
Die 100 m² große Kollektoranlage erzeugte in diesem Zeitraum etwa 25.000 kWh Wärmeenergie.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ursula Eicker, Martin Huber; Planung einer Sorptionsklimaanlage mit Solarluftkollektoren; Erneuerbare Energien 2, 2002
Ursula Eicker, Martin Huber, Uwe Schürger, Jürgen Schumacher, Andreas Trinkle; Komponenten- und Anlagenverhalten solar betriebener sorptionsgestützter Klimaanlagen; KI Klima- und Kältetechnik, 10/2002
Jürgen Schumacher, Ursula Eicker; Planung und Simulation solarer Kühlung; Tagungsband 2.Symposium Solares Kühlen in der Praxis, Hochschule für Technik Stuttgart 2002
Dieter Schneider, Martin Huber; Energie- und Wirtschaftlichkeitsanalyse einer industriellen sorptionsgestützten Klimaanlage mit solaren Luftkollektoren; Tagungsband 2.Symposium Solares Kühlen in der Praxis, Hochschule für Technik Stuttgart 2002
Ursula Eicker; Solares Kühlen in der Praxis; Tagungsband 1.Symposium Solares Kühlen in der Praxis, Fachhochschule Stuttgart, April 2001
Dieter Schneider, Martin Huber; Planung und Ausführung einer offenen sorptionsgestützten Klimaanlage mit solaren Luftkollektoren für eine Fabrikhalle in Althengstett; Tagungsband 1.Symposium Solares Kühlen in der Praxis, Fachhochschule Stuttgart, April 2001


Fazit

Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass eine komplette messtechnische Erfassung einer solchen Anlage nur durch die Verwendung einer sehr hohen Anzahl von Messfühlern und einem damit verbundenen extrem hohen Kostenaufwand durchzuführen ist. Deshalb sollte für eine Komponentenauswertung - falls möglich - eher ein Versuchsstand verwendet werden und die Freifeldmessung sich mehr auf die energetische Gesamtbewertung der Anlage beziehen.
Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass trotz nicht optimaler Betriebsfunktion der Anlage die geforderten Sollwerte meist eingehalten werden konnten. Die Funktionsstörungen der Befeuchter beeinträchtigen leider die Auswertung der Energiedaten. Jedoch kann festgehalten werden, dass in etwa gleichviel thermische Energie eingesetzt werden musste, wie Kälteenergie erzeugt werden konnte. Dabei konnte zur Hälfte Wärme aus der Abwärmenutzung der Kompressionskälte-Maschinen und der Luftkollektoran-lage eingesetzt werden.
Zur Optimierung und Energieeinsparung der Anlage können noch folgende Punkte weiter untersucht oder umgesetzt werden:
- Hohe Totzeiten des Zuluftstrangs in der Regelstrecke erschweren die Regelung. Diese kann noch optimiert werden.
- Die für die Regeneration des Sorptionsrotors benötigte Temperatur und damit verbunden die Wärmeenergie sollte auf ein Minimum beschränkt werden.
- Durch die Begrenzung der Abluftfeuchte auf 11,7 g/kg wird das Potential der Kühlung durch Befeuchtung und der freien Kühlung stark eingeschränkt.
- Das Temperaturfenster für die freie Kühlung sollte größer gewählt werden, um bei Außentemperaturen bis 20°C auf den Sorptionsprozess verzichten zu können.

Übersicht

Fördersumme

102.258,38 €

Förderzeitraum

06.12.1999 - 15.10.2002

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik