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Solar Cooling Opt – Primärenergetische Optimierung von Anlagen zur solaren Kühlung mit effizienter Anlagentechnik und innovativen Regelstrategien

1.10.2010 – 31.12.2013

Fördergeber: Klima und Energiefonds, Neue Energien 2020, 3. Ausschreibung, Juli 2009

Projektleiter Universität Innsbruck: Wolfgang Streicher

Projektmitarbeiter: Daniel Neyer, Alexander Thür, Markus Brychta

 Projektpartner

Das Forschungsprojekt „Primärenergetische Optimierung von Anlagen zur solaren Kühlung mit effizienter Anlagentechnik und innovativen Regelstrategien“ (SolarCoolingOpt) hatte sich die primärenergetische Optimierung solarthermischer Kälteanlagen zum Ziel gesetzt.

Dazu wurden in einem ersten Schritt verbesserte Simulationsmodelle für einen drehzahlgeregelten Sorptionsrotor und eine Absorptionskältemaschine mit dynamischem Verhalten für die Simulationsumgebung TRNSYS entwickelt. Ein Schwerpunkt des Projektes war, durch Simulation mit verbesserten Modellen verschiedene Anlagentypen und -konfigurationen mit ihren dazugehörigen Regelstrategien zu untersuchen und durch konkrete Maßnahmen zur Optimierung von solarthermischen Kühlanlagen beizutragen. Es wurden für die drei nachfolgenden Anwendungen

a)      Desiccant-Evaporative-Cooling-(DEC)-Anlagen

b)      Absorptionskältemaschine im kleinen Leistungsbereich (19 kW)

c)       Absorptionskältemaschine im MW-Bereich als Grundlastabdeckung

jeweils eine „Standardkonfiguration“ und mehrere optimierte Varianten simuliert und auf ihre primärenergetische Effizienz hin untersucht, sowie mit einer Referenzanlage konventioneller Kälteerzeugung (Kompressionskälteanlage) verglichen. Für DEC-Anlagen wurde die Bedeutung des Sorptionsrotors zur Feuchterückgewinnung im Heizbetrieb unterstrichen. Für die Absorptionskälteanlage 19 kW führte die dynamische Leistungsregelung sowie Verzicht auf Kaltwasserspeicher und thermisches BackUp zu sehr guten Effizienzwerten. Große Anlagen (>1000 kW), die der Grundlastdeckung dienen, können, bei idealer Auslegung und mit relativ einfachen Regelungskonzepten, Einsparungen nicht erneuerbarer Primärenergie von >50% gegenüber der Referenzanlage erreichen. Solarunterstützte Anlagen dieser Größenordnung und Konfiguration können zumindest einen elektrischen "Seasonal Performance Factor“ SPF_el von > 12 erreichen.

Für ausgewählte Anlagen wurden die entwickelten Optimierungen umgesetzt und erfolgreich getestet.

Lebenszyklusanalysen für zwei der durch Simulation untersuchten Nutzungen ergaben, dass bei Betrachtung des gesamten Lebenszyklus solarthermische Kühlsysteme (bei optimierter Betriebsweise) die höheren Aufwendungen für Errichtung und Entsorgung kompensieren können und gegenüber konventionellen Systemen in den hier untersuchten Fallbeispielen ein Reduktionspotential von Treibhausgasemissionen und nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf im Kühlbetrieb zwischen 35% bis 50% aufweisen.

Untersuchungen von zwei Fallstudien mit Absorptionskältemaschinen im Industrie- und Gewerbebereich einschließlich Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ergaben je nach Standort und sonstigen Randbedingungen minimale Amortisationszeiten von 8 Jahren. Die Nutzung vorhandener (nicht anderweitig benötigter) Abwärmeströme als Kälteprozessantrieb stellt hier eine interessante Option dar.

Praxistests mit einem im Projekt entwickelten Funktionsmuster einer effizienten und kostengünstigen Rückkühleinheit (26 kW Rückkühlleistung) zeigten Wege für eine deutliche Senkung von Investitions- und Betriebskosten auf.