Energieeffiziente und solare Kühlung
Profil des Marktbereichs
Bereits heute stehen etliche Techniken zur Verfügung, die den Einsatz thermischer Solarenergie für die Gebäudeklimatisierung ermöglichen. Unsere Dienstleistungen, die den Einsatz dieser Technik unterstützen umfassen die Beratung von Fachplanern, die Erstellung von Konzeptstudien, Systemsimulationen sowie die Durchführung von Pilotvorhaben und deren messtechnische Begleitung. Insbesondere für Anwendungen im kleinen Leistungsbereich stehen heute allerdings noch keine geeigneten technischen Anlagen zur Verfügung. Aktuelle und zukünftige Entwicklungsarbeiten tragen dazu bei, diese Lücke zu schließen und die solarthermische Kühlung auch für kleinere Gebäude anwendbar zu machen.
Leistungsangebot und Kompetenzen
Im Bereich Solare Klimatisierung bieten wir folgende Dienstleistungen an:
Beratung, Planung und Simulation
Monitoring und Demonstrationsanlagen
Teststand für Solare Sorptionsgestützte Klimatisierungsanlagen (SSGKTEST)
Beratung, Planung und Simulation
Solare Klimatisierung ist eine junge, neue Anwendung der Solartechnik in Gebäuden. Daher gibt es noch wenig Erfahrung in der Planung und beim Betrieb solcher Anlagen. Wir unterstützen Fachplaner in der Planungsphase durch die Erstellung und den Vergleich unterschiedlicher Anlagenkonzepte und führen Systemstudien zur Ermittlung von Energiebilanzen sowie Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen durch. Hierfür stehen unterschiedliche Simulationswerkzeuge zur Verfügung, die im Rahmen mehrjähriger Arbeiten entstanden sind und kontinuierlich verbessert werden. Unsere Modellbibliotheken enthalten Modelle für alle wichtigen klima- und kältetechnischen Komponenten. Insbesondere verfügen wir auch über Modelle für thermisch angetriebene Kälte- und Klimatisierungsverfahren wie Absorptionskältemaschinen (1-stufig, 2-stufig), Adsorptionskältemaschinen oder Anlagen der sorptionsgestützten Klimatisierung. Erfahrungen aus der Durchführung von Pilotvorhaben und Demonstrationsprojekten fließen in die Konzipierung zukünftiger Anlagen ein.
Monitoring und Demonstrationsanlagen
Wie für viele andere Energietechniken (siehe Monitoring und Demonstrationsprojekte ) haben wir auch im Bereich solare Kühlung und Klimatisierung langjährige Erfahrungen im Monitoring von Pilotanlagen und der wissenschaftlichen Begleitung von Demonstrationsprojekten. Etliche Projekte wurden und werden durchgeführt, wobei alle Technologien - offene und geschlossene Verfahren sowie Systeme mit festen und flüssigen Sorptionsmitteln - abgedeckt werden.
Solare Sorptionsgestützte Klimatisierungsanlagen
Seit einigen Jahren betreiben wir einen Teststand für sorptionsgestützte Klimatisierungssysteme (SGK). Durch die Einbindung von 2 Solarkollektorfeldern und eines Pufferspeichers kann das Zusammenspiel mit der Solarstrahlung unter realen Bedingungen untersucht werden. Wir unterstützen Gerätehersteller bei der Entwicklung von Komponenten und Systemen und optimieren Schaltungsvarianten energetisch. Durch die zuschaltbare Außenluftkonditionierung und die flexible Hydraulik können wir verschiedenste hydraulische Schaltungsvarianten untersuchen und ihren Energieverbrauch optimieren. Der Teststand ermöglicht schnelle und nutzerunabhängige Messungen.
Merkmale des SSGKTEST
- Nennvolumenstrom: 4000 m³/h
- 20 m² Flachkollektoren mit flüssigem Wärmeträger
- 20 m² Solarluftkollektoren
- 2 m³ Pufferspeicher
- Nachheizung über Gaskessel
- Simulation beliebiger Außenluftzustände
- Simulation von Raumlasten
Komponentenentwicklung
Der modulare Aufbau des Teststandes erlaubt es, verschiedene Komponenten wie Sorptionsrad, Wärmerückgewinnungsrad oder Befeuchter unabhängig voneinander auszutauschen. Je nach Kundenwunsch können wir diese Komponenten weiter entwickeln oder sie in-situ vermessen. Dabei steht den Auftraggebern auch unser Thermoanalyselabor zur Verfügung. Es charakterisiert und optimiert Sorptionsmaterialien.
Optimierung von Gesamtsystemen
Eine umfangreiche Mess- und Regelungstechnik ermöglicht es uns, SGK-Systeme auch als komplette Einheit zu charakterisieren und zu verbessern. So können wir diese hinsichtlich Energie und Wasserverbrauch optimieren. Simulationsprogramme, die zum Teil am Institut entwickelt wurden, verkürzen die Messzyklen und damit die Entwicklungszeit insgesamt.
Entwicklung von Standardreglern
Durch die Flexibilität der hydraulischen Verschaltung kann mit dem SSGKTEST das Regelverhalten von fünf Anlagenkonzepten untersucht werden – ideale Voraussetzungen für die Entwicklung von Standardreglern von sorptionsgestützten Klimatisierungsanlagen.
Feldtests von Solarkollektorfeldern
Mit dem Teststand können wir auch komplette Felder von Solarkollektoren oder Solarluftkollektoren bis zu 20 m² vermessen. Folgende Dienstleistungen bieten wir an:
- Vermessung des Systemwirkungsgrades von Solarkollektorfeldern für definierte Verbraucher. Das ermöglicht realistische Ertragsprognosen, sowohl für Klimatisierungsanwendungen als auch für Brauchwassererwärmung oder Heizungsunterstützung.
- Gezielte Entwicklung von Kollektoren für die Klimatisierung
Kundenspezifische Auslegungssoftware
Wir entwickeln im Kundenauftrag Auslegungs- und Simulationssoftware. Dabei arbeiten wir ständig unsere Erfahrungen am SSGKTEST und aus Demonstrationsprojekten ein. Mit den Programmen können sowohl klassische Klimaanlagen als auch sorptionsgestützte Klimatisierungssysteme berechnet werden. Auf Wunsch können hydraulische Schaltungen mit Solarenergieeinbindung oder Verschaltungen nach Kundenwunsch abgebildet werden. Programm-Module zur Wirtschaftlichkeitsberechnung vergleichen verschiedene Konfigurationen nicht nur energetisch, sondern auch ökonomisch miteinander.
Projekte
SOLAIR
Solar Combi +
SoCold
MODESTORE
MITES
Solarthermie2000plus
SOLAIR
Dieses Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Intelligent Energy Europe – Programms unterstützt. Es umfasst zahlreiche Maßnahmen im Bereich Know-How- und Technologietransfer zur solaren Kühlung und Klimatisierung und soll durch die Bereitstellung geeigneter Materialien die Markteinführung dieser Technologien unterstützen. Der Blickpunkt in SOLAIR richtet sich auf Anlagen der solarthermischen Kühlung im kleinen bis mittleren Nennkälteleistungsbereich bis ca. 100 kW. Wesentliche Bestandteile des Projektes sind
- Zielgerichtete Informationskampagnen in unterschiedlicher Form, z.B., Motivations- und Informationsgespräche, Einzelgespräche mit Planern zur Entscheidungsunterstützung, Seminare sowie Erstellung der dafür geeigneten Informationsmaterialien
- Erstellung eines Best-Practice Kataloges für realisierte Anlagen im Leistungsbereich bis ca. 100 kW Nennkälteleistung. Hierzu wurden aus den Partnerländern unterschiedliche Systeme mit vielversprechendem Anlagenkonzpt identifiziert, um die hohe Bandbreite möglicher Anwendungen solarer Klimatisierung aufzuzeigen
- Marktanalyse und Hilfsmaterialien zur Planungsunterstützung
- Erstellung von Trainingsmatierialien und Durchführung von Pilot-Trainingskursen in den Partnerländern.
Auf einer umfangreichen Projekt-Internetseite sind die Ergebnisse des Projektes zugänglich: www.solair-project.eu
SOLAIR wird ko-ordiniert von target GmbH, Hannover. Im Konsortium sind dreizehn Partner aus Deutschland, Österreich, Frankreich, Griechenland, Italien, Spanien, Portugal, Die Niederlande und Slowenien vertreten. Das Projekt läuft von Januar 2007 bis Dezember 2009.
Dieses Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Intelligent Energy Europe – Programms gefördert. Solar Combi+ unterstützt die Markteinführung von standardisierten Anlagen der solaren Kühlung im kleinen Leistungsbereich bis 20 kW Nennkälteleistung. Zentrale Technologie in diesem Projekt sind dabei Anlagen zur solar unterstützten Brauchwasserversorgung und Gebäudeheizung (solare Kombisysteme), die um die Komponente der solaren Kühlung erweitert werden. Dabei wird hier ausschließlich Kaltwassererzeugung zur Gebäudekühlung betrachtet.
Auf der Basis ausgewählter Systemschemata erfolgt im Projekt die Durchführung einer virtuellen Fallstudie zur Darstellung geeigneter Einsatzgebiete solarer Kühlung. Dazu werden Modellrechnungen für Systeme mit unterschiedlichen am Markt vertretenen thermisch angetriebenen Kältemaschinen in zwei bis drei verschiedenen Gebäudeanwendungen in verschiedenen europäischen Klimazonen ausgeführt. Weitere Parameter in der Fallstudie sind der Kollektortyp und die Art der Rückkühlung. Die Ergebnisse werden in einer Datenbank auf der Projekt-Internetseite zugänglich sein; mittels eines Bearbeitungs-Werkzeuges können Randdaten zu Investitionskosten und Primärenergiewandlungsfaktoren eingegeben werden, um kosten- und Umweltbezogene Jahreswerte zu generieren.
In einem weiteren zentralen Arbeitspaket werden Vorschläge für System-Pakete für die im Projekt betrachteten Kältemaschinen erarbeitet. Zusammen mit den Ergebnissen der Fallstudie fließen diese Vorschläge auch in den Aufbau von Trainingseinheiten zum Thema solare Kühlung im kleinen Leistungsbereich ein.
Development and implementation of a cost effective adsorption refrigeration system utilising high temperature (120°C) solar Compound Parabolic Collectors (CPC).
In sonnenreichen Gebieten fällt im Sommer ausreichend Solarenergie an, während zugleich ein stetig steigender Stromverbrauch zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen zu beobachten ist, der die elektrischen Netze zunehmend belastet. Solarwärme für die Kühlung einzusetzen liegt daher nahe, ist aber bislang nur im größeren Leistungsbereich möglich. Im kleinen Leistungsbereich mangelt es bislang an entsprechenden thermisch angetriebenen Kältemaschinen. Hier setzt das Projekt SoCold an, in dem zwei auf der Sorptionstechnik basierende Kältemaschinen im kleinen Leistungsbereich (<10kW Kälteleistung) entwickelt werden. Die eine Entwicklung zielt auf den Klimatisierungsmarkt von Wohnhäusern und kleinen gewerblichen Gebäuden, während die zweite Entwicklung mit Temperaturen um -5°C den industrielle Anwendungen zum Ziel hat. Speziell für diese zweite Anwendung sind hochwertige Solarkollektoren nötig, mit denen auch höhere Temperaturen bei einem guten Wirkungsgrad erreicht werden können. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Kältemaschinen in Verbindung mit den neuen Kollektoren werden in zwei Feldtests in Spanien auf Funktionstüchtigkeit getestet.
(Laufzeit 9/2004 - 08/2006, Leitung: Profactor, Steyr, Österreich, Förderung: CRAFT-Europäische Union).
Solar Combi+ wird geleitet von der EURAC Research in Bolzano, Italien. Weitere Partner im Projektkonsortium kommen aus Deutschland, Frankreich, Österreich, Spanien und Griechenland. Am Projekt nehmen neben Forschungsinstituten auch Hersteller bzw. Vertriebspartner von thermisch angetriebenen Kältemaschinen teil. Das Projekt läuft von September 2007 bis Februar 2010.
Solar Combi+ im Internet: www.solarcombiplus.eu
MODESTORE - Modular High Energy Density Sorption Storage
Im Anschluss an ein von der Europäischen Union gefördertes Projekt (HYDES - High Energy Density Sorption Heat Storage for Solar Space Heating), in dem die prinzipielle Machbarkeit eines auf der Sorptionstechnik basierenden Wärmespeichers demonstriert wurde, geht es im Projekt MODESTORE darum, dieses Konzept weiter zu entwickeln und neue Anwendungen der Sorptionstechnik zu untersuchen. Auf der einen Seite wird ein integriertes, modulares Wärmespeicherungssystem entwickelt, bei dem die Erkenntnisse aus dem HYDES Projekt umgesetzt werden. Auf der anderen Seite wird ein Sorptionssystem zum Heizen und Kühlen entwickelt. In diesem System werden die Wärmetransformationseigenschaften eines Sorptionsreaktors genutzt, um im Winter Umweltwärme aufzuwerten und die Menge eingesetzter Primärwärme zu reduzieren. Im Sommer kann mit dem gleichen System durch Einsatz von Niedertemperaturwärme - z-B aus Solarkollektoren - gekühlt werden.
Im Rahmen des Projektes werden die Systeme nicht nur entwickelt sondern auch deren Einsatz in Feldtests untersucht. Dabei werden unterschiedliche Konzepte der Einbindung eines Sorptionssystems in das Heiz- und Kältesystem bei vier Europäischen Partner erprobt:
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In Osterreich wird ein Sorptionsspeicher entwickelt und zur Speicherung solarer Wärme eingesetzt.
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In den Niederlanden wird ein System zum Heizen und Kühlen in Verbindung mit Solarkollektoren und einem Abwasserwärmespeicher eingesetzt.
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In Finnland wird das Sorptionssystem in Verbindung mit einem Fernwärmenetz betrieben
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In Deutschland wird das Sorptionssystem in Verbindung mit Solarkollektoren und einer Erdreichsonde zum solaren Kühlen und Heizen eingesetzt.
(Laufzeit 4/2003 - 03/2006, Leitung: Fraunhofer ISE, Förderung: Europäische Union).
MITES- Micro Tri-generation System for Indoor Air Conditioning
Gemeinsam mit Partnern in Italien entwickeln wir ein System, bei dem die Abwärme eines Blockheizkraftwerks zum Antrieb der sorptiven Luftentfeuchtung in einer sorptionsgestützten Klimatisierungsanlage verwendet wird. Die speziellen Charakteristika des Systems sind der kleine Leistungsbereich (Pel < 30 kW) sowie die Konzeption für feucht-warme Klimata wie sie z.B. in küstennahen Gebieten mediterraner Länder anzutreffen sind. Das System, dessen Anwendung vorzugsweise in kleinen gewerblichen Bauten wie Büroetagen, Ladenlokalen, Praxen usw. liegt, spart 30 % an Elektrizität ein im Vergleich zu konventionellen Referenzsystemen. Unsere wichtigsten Aufgaben sind die Konzeption der Lüftungsanlage, die mathematische Modellierung des Gesamtsystems mit darauf aufbauender Entwicklung des Regelungskonzeptes sowie die messtechnische Begleitung und Auswertung einer Pilotanlage, die in Palermo installiert wird (Laufzeit 10/2000 – 09/2003, Leitung: Azienda Municipale di Gas (AMG)/Palermo, Förderung: Europäische Union).
Solarthermie2000plus - Begleitforschung zum Bereich
Vorrangiges Ziel dieses Projektes ist es zu einer Weiterentwicklung von Verfahren der solaren Klimatisierung beizutragen, so dass hier mittelfristig eine nennenswerte Reduktion des Energieverbrauchs und der CO 2 -Emissionen für die Gebäudeklimatisierung erreicht werden. In Zusammenarbeit mit den Monitoring-Partnern in Solarthermie 2000plus führt das Fraunhofer ISE die Begleitforschung für Demonstrationsanlagen der solaren Kühlung und Klimatisierung in diesem Förderprogramm durch.
Das Förderprogramm ist eine Fortführung und Erweiterung des Vorläuferprogramms Solarthermie 2000. Das Programm wird vom Projektträger Jülich (PtJ) im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) durchgeführt. Details zum Förderprogramm: www.solarthermie2000plus.de
Wesentliche Inhalte der Begleitforschung Solare Klimatisierung sind die Unterstützung des Projektträgers in der Auswahl von geeigneten Demonstrationsprojekten, die detaillierte Auswertung der erhaltenen Messdaten, die Erstellung von Verfahren zur Systembewertung sowie geeignete Maßnahmen zur Dokumentation und Verbreitung der Ergebnisse.
Beispiele für drei Anlagen der solaren Kühlung und Klimatisierung im Förderprogramm, die bereits realisiert wurden bzw. sich in der Planungsphase befinden:
- Solarthermisch unterstützte Klimatisierung des Technologiezentrums der FESTO AG, Berkheim/Esslingen. Hier wurde ein solarthermisches Kollektorfeld mit 1218 m² Vakuum-Röhrenkollektoren (Hersteller: Pardigma) errichtet und als zusätzliche Antriebswärmequelle in die bestehende Kälteversorgung des Technologiezentrums eingebunden. Die Kälteversorgung besteht aus drei Adsorptionskältemaschinen (Hersteller: Mayekawa, Japan) mit jeweils 350 kW Nennkälteleistung. Weitere Wärmequellen: Abwärme aus der Produktion, Gaskessel. Das Kollektorfeld ist ohne Wärmeübertrager an den Heizkreis angekoppelt; als Kollektorfluid wird nur Wasser verwendet. Eine spezielle Frostschutzschaltung erlaubt einen frostsicheren Betrieb. Im Winter wird Kollektorwärme auf niedrigem Temperaturniveau zur Bauteilheizung genutzt. Der Kollektor wurde Ende 2007 in Betrieb genommen. Planung und Betrieb des Monitoring Systems: Fachhochschule Offenburg.
- Solarthermisch unterstützte Prozesskühlung in der Radiologischen Praxis Dr. Reichel & Dr. Gehrmann, Berlin. Hier ist ein durchgehend hoher Kühlbedarf für die tomografischen Einrichtungen vorhanden; die Grund-Kühllast wird aus dem vorhandenen Kaltwassernetz im Gebäude gedeckt. Eine Absorptionskältemaschine mit einer Nennkälteleistung von 10 kW (Hersteller: Sonnenklima, Berlin) in Verbindung mit 40 m² Vakuumröhren-Kollektoren (Hersteller: Phönix, Berlin) unterstützt die Deckung des tagsüber erhöhten Kühlbedarf. Die Rückkühlung der Absorptionskältemaschine erfolgt überwiegend trocken. Das Kollektorfeld wird nur von Wasser durchströmt. Die Anlage wurde im Juli 2008 in Betrieb genommen. Planung und Betrieb des Monitoring Systems: Technische Universität Chemnitz.
- Solarthermische Klimatisierung des Niedrigenergie-Gebäudes der Technikerschule in Butzbach. Aufgrund der Personendichte und zusätzlicher internen Lasten durch EDV-Trainingskurse entsteht hier im Sommer ein durchgehender Kühlbedarf. Die geplante Anlage besteht aus ca. 60 m² Vakuumröhren-Kollektoren (Hersteller: Paradigma) und aus zwei Absorptionskältemaschinen der Fa. Sonnenklima, Berlin, mit je 10 kW Nennkälteleistung. Die Kältemaschinen können auf unterschiedlichem Kaltwassertemperaturniveau betrieben werden zur Zuluftentfeuchtung in zwei Klimageräten und zum Betrieb von Kühldecken. Im Sommer erfolgt die Klimatiserung solarthermisch autonom, also ohne weitere Zusatzwärmequellen. Auch in dieser Anlage wird nur Wasser als Kollektorfluid eingesetzt. Die Installation ist noch für den Sommer 2008 vorgesehen. Planung und Betrieb des Monitoring Systems: ZfS Hilden.
Mit den Ergebnissen des Vorhabens wird ein wichtiger Beitrag zum Abbau wesentlicher Hemmnisse geliefert, die heute aus technischer Sicht eine breitere Anwendung der Solarenergie für die sommerliche Gebäudeklimatisierung behindern. Die Ergebnisse tragen darüber hinaus dazu bei, dass deutsche Firmen aus dem Bereich der Solartechnik sowie der Klimatechnik neue Märkte erschließen können.
Häufig gestellte Fragen
Welche Techniken gibt es heute für die solare Klimatisierung?
Gibt es Anlagen für die Anwendung im Wohnbereich?
Wo kann man solar betriebene Klimatisierungsanlagen beziehen?
Was kostet die solare Klimatisierung? Ist sie wirtschaftlich?
Wie kann das Fraunhofer ISE bei der Erstellung einer solaren Klimatisierungsanlage helfen?
Entwickelt das Fraunhofer ISE auch neue Verfahren oder Anlagen?
Welche Techniken gibt es heute für die solare Klimatisierung?
Generell ist bei der Gebäudeklimatisierung zwischen Lüftungsanlagen und kaltwassergestützten Anlagen zu unterscheiden.
Lüftungsanlagen haben die Aufgabe, ein Gebäude oder einen Raum mit frischer Luft zu versorgen und verbrauchte Luft zu ersetzen. Zugleich werden mit der verbrauchten Luft Feuchtelasten (Wasserdampf, der durch Personen oder Prozesse frei gesetzt wurde) abgeführt. In vielen Fällen wird die dem Raum zugeführte Luft zuvor gekühlt und oft auch entfeuchtet. Diese beiden thermodynamischen Zustandsänderungen – Temperaturabsenkung und Feuchteabsenkung – können in einer Lüftungsanlage durch entsprechende Kombination von Verdunstungskühlung und sorptiver Luftentfeuchtung erreicht werden. Bei der sorptiven Luftentfeuchtung wird Wasserdampf aus der Außenluft entfernt und einem Sorptionsmittel angelagert. Das heute üblichste Verfahren basiert auf sogenannten Sorptionsrotoren, also großen Rädern, in denen ein Sorptionsmittel in einer Matrix eingebracht ist und die von der Luft durchströmt werden. Die meisten solcher Rotoren nutzen Silikagel, ein amorphes Silikat, als Sorptionsmittel. Natürlich ist die Aufnahmekapazität des Sorptionsmaterials begrenzt, weshalb eine Regenerierung, d.h. ein Entfernen des gebundenen Wassers notwendig ist. Hier kommt die Solarenergie ins Spiel: mittels thermischer Solarkollektoren kann – entweder direkt über Solarluftkollektoren oder indirekt über flüssig gekühlte Kollektoren und einen Wärmetauscher – ein Luftstrom erhitzt werden, so dass das Sorptionsmaterial durch den heißen Luftstrom regeneriert, der Wasserdampf ausgetragen wird. Die Anlagen werden im deutschsprachigen Raum als Sorptionsgestützte Klimatisierung (SGK) bezeichnet, im englischen gibt es die Begriffe "desiccant cooling" oder "desiccant and evaporative cooling (DEC)".
Kaltwassergestützte Anlagen sind im Raum befindliche Geräte oder Bauteile, die von kaltem Wasser durchflossen werden und die dadurch Wärmelasten, die im Raum entstehen, aufnehmen können. Beispiele sind Kühldecken, sonstige Kühlflächen oder Umluftkühlgeräte, bei denen die Raumluft mittels Ventilator über einen vom Kaltwasser durchströmten Wärmetauscher geleitet wird. Bei diesen Geräten ist je nach Bauform auch eine Luftentfeuchtung möglich, nämlich dann, wenn die Luft soweit abgekühlt wird, dass der enthaltene Wasserdampf im Wärmetauscher kondensiert; hier ist ein Anschluss an das Abwassersystem vorzusehen. Die Bereitstellung von Kaltwasser kann nun durch thermisch angetriebene Kältemaschinen erfolgen, die mittels Solarwärme – oder auch Wärme aus anderen Wärmequellen – betrieben werden. Die verbreitetste Bauform ist die sogenannte Absorptionskältemaschine, bei der eine Flüssigkeit als Sorptionsmittel Verwendung findet. In den meisten Fällen ist dies eine wässrige Lithiumbromid-Lösung, sofern Kaltwasser für Klimatisierung erzeugt wird. Es gibt aber auch hier Maschinen, die mit Feststoff-Sorptionsmitteln wie Silikagel arbeiten. Bei beiden Verfahren wird Heißwasser (oder auch Dampf) benötigt. Um den Kälteprozess anzutreiben können Solarkollektoren verwendet werden.
Gibt es Anlagen für die Anwendung im Wohnbereich?
Nein, bislang nicht. Die kleinsten marktgängigen Anlagen der sorptionsgestützten Klimatisierung (SGK) haben Volumenströme ab ca. 3000 m³/h. Die kleinste marktgängige Absorptionskältemaschine besitzt eine Leistung von rund 45 kW und die kleinste Adsorptionskältemaschine eine Leistung von 70 kW. Allerdings arbeiten etliche Firmen und Forschungseinrichtungen sowie auch das Fraunhofer ISE an der Entwicklung von Systemen für kleine Leistungen. Erste derartige Anlagen befinden sich in der Erprobung.
Wo kann man solar betriebene Klimatisierungsanlagen beziehen?
Bei bereits existierenden Anlagen handelt es sich um individuell zusammengestellte. Bislang gibt es keinen Hersteller, der Anlagen für solare Klimatisierung aus einer Hand vermarktet. Derzeit sind Anlagen in einem Leistungsbereich oberhalb von 45 kW bzw. 3000 m³/h verfügbar. Dies sind in der Regel Anwendungen im gewerblichen Bereich. Insofern handelt es sich bei den Ausführenden in der Regel um Fachplaner der Haus- oder Versorgungstechnik, die eine Anlage der solaren Klimatisierung aus den geeigneten Komponenten zusammenstellen.
Was kostet die solare Klimatisierung? Ist sie wirtschaftlich?
Heute werden Verfahren der thermisch angetriebenen Kühlung/Klimatisierung in der Regel dann angewendet, wenn eine kostengünstige Wärmequelle wie Abwärme, Fernwärme oder Wärme aus einer Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung steht. Solar bereitgestellte Wärme hat nur geringe Betriebskosten, während die größten Kosten durch die Investition in die Anlage entstehen. Basierend auf heutigen Energiepreisen und Marktpreisen für Solaranlagen ist die solare Klimatisierung in aller Regel bei einer Berücksichtigung aller Kosten nicht wirtschaftlich. In welchem Maße jährliche Mehrkosten im Rahmen einer Gesamtbetrachtung entstehen, hängt natürlich von vielen Randbedingungen ab, so insbesondere auch vom Preis, den ein Energiekunde für elektrische Leistung zu bezahlen hat. Naturgemäß sieht die Situation in sonnenreichen Klimazonen mit zugleich höherem Bedarf an sommerlicher Klimatisierung wesentlich günstiger aus.
Wie kann das Fraunhofer ISE bei der Erstellung einer solaren Klimatisierungsanlage helfen?
Wir können für ein konkretes Objekt zunächst eine detaillierte Analyse des Bedarfs an sommerlicher Klimatisierung durchführen, beispielsweise durch Gebäudesimulation. Auf Grund unserer umfangreichen bauphysikalischen Kompetenz können wir zunächst auch Hinweise auf mögliche Maßnahmen zur Reduktion von Kühllasten oder passive Maßnahmen der Klimatisierung geben. Im Rahmen einer Anlagenplanung können wir unterschiedliche, angepasste Anlagenkonzepte erarbeiten und durch Simulationsstudien Jahresenergiebilanzen errechnen und darauf aufbauend Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen durchführen. Eine solche Studie kann ein vergleichsweise kostengünstiger Baustein im Rahmen einer Entscheidungsfindung hinsichtlich Machbarkeit und Komponentenauswahl und –dimensionierung darstellen. In der Projektausführung können wir wiederum durch Simulation der Anlagen detaillierte Hinweise auf hydraulische Verschaltung und Regelung geben.
Entwickelt das Fraunhofer ISE auch neue Verfahren oder Anlagen?
Unsere Kernkompetenz hinsichtlich der physikalischen Verfahren ist die Feststoffsorption. Hier können wir auf langjährige Erfahrungen sowohl im Bereich der Materialien und ihrer Charakterisierung als auch der Entwicklung von Prozessen und Komponenten zurückblicken. Unser Ziel ist es, sowohl bei der offenen wie auch der geschlossenen Technik verbesserte Systeme, insbesondere im kleinen Leistungsbereich bis ca. 15 kW bzw. 1000 m³/h Luft zu entwickeln. Hier liegen aussichtsreiche Ansätze vor, die wir gerne in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie zur Marktreife bringen möchten.