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Feldtest Absorptionskältetechnik für KWKK-Systeme

EnEff:Wärme - Forschung für energieeffiziente Wärme- und Kältenetze
Funktionsmuster 160 kW (Hummel)

Funktionsmuster 160 kW (Hummel)

© TU Berlin

Projektsteckbrief

Projektstatus Projektstatus: Phase 4Evaluierung
Projektfahrplan Der Zielstellung zur Felderprobung, Anpassung der Laboranlagen an Anwendungsfälle und Demonstration der Möglichkeiten von thermisch angetriebenen Kälteanlagen und Wärmepumpen folgend wurden zu Beginn des Projekts 15 Standorte in 8 Bundesländern und verschiedensten Kälteanwendungsbereichen ausgewählt. Die Implementierungsphase startete in 2013. Zum Sommer 2014 gehen die ersten Feldtestinstallationen in Betrieb, die letzten werden voraussichtlich im Frühjahr 2015 abgeschlossen. Der nachfolgende Schwerpunkt liegt auf der Optimierung der Anlagentechnologie im Betrieb, sowie der Ermittlung aussagekräftiger Kennzahlen bezüglich energetischer aber auch wirtschaftlicher Benchmarks.
Träger AGFW e.V., Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung e.V. BTGA, TU Berlin, TU Dresden
Projektthemen

Projektbeschreibung

Ausgangssituation, Zielsetzung

Bei der Klimatisierung der Gebäude zeichnet sich in Deutschland und weltweit ein Trend zu einem verstärkten Einsatz von Kältegeräten ab. Wurde die Klimatisierung in früheren Jahren häufig allenfalls als Erhöhung des Komforts betrachtet, kommt sie heute im gewerblichen Bereich wegen steigender Arbeitsschutzanforderungen, aber auch wegen neuer Baukonzepte mit lichtdurchlässiger Fassadengestaltung immer häufiger zur Anwendung. Im Gastgewerbe gelten klimatisierte Veranstaltungsräume und Gaststätten oft bereits als unerlässlich für eine funktionierende Bewirtschaftung. Kühlung von Technikräumen, Rechenzentren und Produktionsstätten und landwirtschaftlichen Bereichen nimmt aufgrund der hohen technischen Ausstattung, hygienischen Anforderungen und Arbeitsplatzrichtlinien stetig zu. Eine Deckung des wachsenden Bedarfs erfordert vor dem Hintergrund der europäischen Verpflichtungen zum Klimaschutz und der hohen Abhängigkeit der EU von Energieimporten neue energieeffiziente Technologien. Ein wesentliches Element hierbei stellt die Absorptionskältetechnik auf der Basis von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Abwärmenutzung oder Solarthermie dar.

Mit dem Einsatz von mit Wärme aus KWK angetriebenen Absorptionskühlsystemen wird eine Reduktion des Strom- und Energieverbrauchs möglich; die Effizienz der Energieversorgung steigt. Zusätzlich erhöht sich die KWK-Stromerzeugung im Sommer, wenn Kälte nicht mit elektrischem Antrieb sondern unter Verwendung von Fern- und Nahwärme als Energieträger erzeugt wird. Im Vergleich zum Jahresmittel von ca. 11% KWK-Strom fällt dessen Produktion derzeit im Sommer auf ca. 5% ab. Die thermisch angetriebene Kältetechnik kann somit helfen, weniger energieeffiziente Stromerzeugung (Kondensationskraftwerke) zu substituieren, leistet so einen Beitrag zur Energieeinsparung und Emissionsminderung und verhindert zudem die weitere Ausbreitung wenig nachhaltiger, kompressionsgestützter, elektrisch betriebener Systeme.

Zum Erreichen dieser Ziele sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Kälteerzeugungssysteme auf Absorptionskältebasis sind für Planer, Bauherren und Entscheidungsträger komplexer als Systeme mit den Markt dominierenden Kompressionskälteanlagen. Selbst umfangreiche Erfahrungen von Planern und Anlagenherstellern in der aktuellen Kältetechnik können bei der Anwendung auf die Absorptionskältetechnik zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Berücksichtigt man zudem, dass Absorptionskälteanlagen in Teillast bei guter Systemplanung ihre Nebenenergieeffizienz (hier vor allem Elektroenergiebedarf) um eine vielfaches steigern können so kommt für die Planer und Bauherren ein neues Optimierungsziel hinzu, dass von Kompressionskälteanlagen nicht bekannt ist.

Arbeitsprogramm, Realisierung

Absorptionskälteanlagen moderner Bauart können in unterschiedlichsten Anwendungen genutzt werden, um Kälte bereitzustellen. Die TU Berlin hat gemeinsam mit dem AGFW die Feldtestpartner motiviert und ausgesucht. In einer Abbildung ist die Anzahl der Funktionsmuster und deren summierter Leistung der im Projekt zur Anwendung kommenden Feldtestinstallationen auf die Bereiche Klimakälte, Labor- und Prozesskälte, RZ-Kälte und Krankenhauskälte dargestellt. Einen tieferen Einblick in die kältetechnischen Anforderungen der Installationen zeigt die Abbildung zur Kälteleistungsverteilung. Dabei wird das komplette Spektrum der Kältebereitstellung oberhalb von 0°C bedient, Kaltwassertemperaturen von 6°C bis 16°C sind über alle Leistungsklassen vertreten. In der Deutschlandkarte sind die Orte der Liegenschaften mit Punkten gekennzeichnet. Neben den Ballungszentren Berlin und Nordrhein-Westfalen gibt es eine gleichmäßige Verteilung zwischen Hamburg und Rosenheim. Mit dem Standort Karlsruhe im Rheingraben werden in Verbindung mit trockener Rückkühlung für Absorptionskältetechnik die größten Herausforderungen hinsichtlich des Betriebs bei hohen Kühlwassertemperaturen und schwierigen Umgebungsbedingungen im deutschen Raum angenommen.

In der Planungs- und Installationsphase (2013-2015) werden die Feldtestpartner, in der Regel sind dies die späteren Betreiber der Anlage, von der TU Berlin in der Konzeptionierung, hydraulischen Planung und Definition der zukünftigen Betriebsarten begleitet. In der Regel wird hierzu ein Fachplaner vom Feldtestpartner mit den bauvorbereitenden Projektrealisierungsschritten beauftragt, der seinerseits mit der TU Berlin die technischen Ausführungsdetails klärt. Die TU Berlin wird in ihrer Arbeit zum Ende des jeweiligen Planungsschritts von der TU Dresden und dem ILK Dresden unterstützt. Vor Ausschreibung der Leistungen folgt die Erarbeitung des Monitoringkonzepts inklusive aller Messstellen, das es zu einem späteren Projektschritt ermöglichen soll, nicht nur die Absorptionskälteanlagen zu evaluieren und in Betrieb zu optimieren (beides TU Berlin), sondern auch zur Modelvalidierung für die Simulation von KWKK Anlagen (TU Dresden) genutzt zu werden und die energetische und wirtschaftliche Bewertung (TU Berlin / TU Dresden) zu ermöglichen. Dafür werden in einzelnen Liegenschaften bis zu 1000 Stellsignale, Temperaturen, Drücke und Wärmemengen erfasst, gespeichert und zur Auswertung zur Verfügung gestellt.

In 2014 werden in den ersten Feldtests die Inbetriebnahmen erfolgen. Diese Feldtests gehen dann über in die Betriebs- /Evaluierungs- und Optimierungsphase, die ja nach Feldtest 1 bis 3 Jahre andauern kann und von einer „reinen“ Betriebs- und Evaluierungsphase abgelöst wird. AGFW und BTGA werden in allen Projektphasen die wissenschaftlichen Partner, aber auch die Feldtestpartner und deren Auftragnehmer sofern es deren Wunsch ist begleiten und die Rückkopplungen der Technologie für Energieversorger und Anlagenhersteller und Installateure bewerten und die Ergebnisse im Rahmen ihrer Verbandstätigkeiten verwerten.

  • Projekt-Website der TU Berlin, Institut für Energietechnik
  • Website der TU Dresden zum Feldtest-Projekt
  • Website des ILK Dresden zum Feldtest-Projekt
  • Website des BTGA zum Feldtest-Projekt
  • Zu diesem Projekt gibt es das BINE-Projektinfo 07/2012 "Mit Wärme kühlen"