Solares Heizen und Kühlen: Die neuen Generationen der solaren Kühl- und Heizsysteme
Der Energiebedarf zur Raumklimatisierung wächst rascher als jeder andere Endenergiebedarf im Gebäudesektor. Der globale Energieverbrauch dafür hat sich in den letzten Jahrzehnten verdreifacht. Solare Klimatisierung stellt eine wirksame technische Alternative dar, um einerseits den Raumkomfort zu verbessern als auch den Ressourcenverbrauch und damit einhergehende CO2-Emissionen zu reduzieren.
IEA Solares Heizen und Kühlen Task 53: Neue Generation der solaren Kühl- und Heizsysteme
Der Energiebedarf zur Raumklimatisierung nimmt von Jahr zu Jahr zu. Seit 1990 hat sich der globale Energieverbrauch auf über 2000 TWh mehr als verdreifacht. Speziell die Raumkühlung, meist mittels einer elektrisch betriebenen Klimaanlage (AC), trägt zunehmend zum globalen Energiebedarf bei. Indien, Indonesien und China werden bis 2050 die Hälfte des gesamten Zuwachses von Klimaanlagen verantworten. Es besteht kein Zweifel, dass die globale Nachfrage nach Raumkühlung und der dafür benötigten Energie in den nächsten Jahrzehnten weiter stiegen wird.
In dieser Studie werden solarthermische als auch solarelektrisch angetriebene Kühl- und Klimatisierungsverfahren im kleinen Leistungsbereich (kleiner 100 kW) erforscht. Solare Klimatisierungen stellen eine effiziente technische Alternative dar, um sowohl den Raumkomfort als auch den Ressourcenverbrauch und damit verbunden die CO2-Emissionen wirksam zu reduzieren.
Insgesamt nahmen 22 Organisationen (Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen) aus zehn Ländern an diesem Projekt teil. Die Ergebnisse dieser Kooperationsgemeinschaft sind eine Reihe von Unterlagen, Leitfäden und Werkzeuge, die helfen, hochwertige, langlebige und zuverlässige solare Kühl- und Heizsystem umzusetzen. Die österreichischen Teilnehmer (AIT Austrian Institute of Technologie GmbH, Universität Innsbruck, AEE-Institut für Nachhaltige Technologien) des IEA SHC Task 53, finanziert durch das BMK im Rahmen des Programms „FORSCHUNGSKOOPERATION INTERNATIONALE Energieagentur“ (IEA), hatten primär Koordinations- und Leitungsaufgaben über.
Nachfolgend ausgewählte Themenbereiche der österreichischen Beiträge zu der neuen Generation von solaren Kühl- und Heizsystemen (SHC - Solar Heating & Cooling) möchten wir etwas genauer vorstellen:
- Referenzsysteme
- Simplifizierte Visualisierung der Systemtypologie
- T53E4-Tool-Entwicklung
- Monitoring-Prozeduren
- Analyse und Bewertung des Betriebsverhaltens von Systemen der neuen Generation
Den Referenzsystemen kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie als Basis für weitere Berechnungen und Technologien herangezogen werden. Hier bestand die Hauptaufgabe darin, eine Kurzbeschreibung zu liefern, um die technischen Funktionalitäten und Komponenten vorzustellen und andererseits die Energieeffizienz während des Betriebs dieser Referenzsysteme zu beziffern.
Da die Komplexität der möglichen Bauformen solarer Kühl- und Heizsysteme sehr hoch ist und aufwendige Energieflussdiagramme und technische Zeichnungen erforderlich sind, wurde in dieser Arbeitsgruppe versucht, eine geeignete simplifizierte Visualisierung vorzunehmen. Eine rasche visuelle Erfassung der Systemeigenschaften und essentiellen Informationen sollen durch eine eigens entwickelte, schematische, reduzierte Darstellung kommuniziert werden.
Das T53E4-Tool dient zur Beurteilung und Bewertung von solaren Heiz- und Kühlsystemen anhand technischer und wirtschaftlicher Kennzahlen auf Basis monatlicher Energiebilanzen. Eine umfassende Wirtschaftlichkeitsprüfung mit standardisierten Kosten ist ebenso enthalten wie eine Kennzeichnung des Systems.
Das Monitoring von installierten solarunterstützten Kühl- und Heizsystemen stellt ein grundlegendes Instrument dar, um nicht nur das überwachte System selbst zu optimieren, sondern auch Rückschlüsse für eine geeignete Auswahl der Auslegung und Steuerung für zukünftige Installationen zu ziehen. Das Hauptziel des Monitoring-Verfahrens ist die einheitliche Überprüfung der Funktionalität und Leistung von solaren Heiz- und Kühlanlagen.
Weiters wurden Daten von solaren Kühlsystemen gesammelt und in einem ersten Schritt auf Plausibilität und Vollständigkeit überprüft. Auf Basis dieser Sammlung wurden repräsentative Systeme ausgewählt und im Detail analysiert. Diese Systeme werden auf technischer und wirtschaftlicher Basis analysiert, was die Bewertung und das Benchmarking von unterschiedlichen solaren Kühl- und Heizsystemen, aber auch von Referenzsystemen ermöglicht.
Basierend auf den Erkenntnissen und Erfahrungen aus den unterschiedlichen Arbeitsgruppen zu den Themen „Solares Kühlen und Heizen“ sowie „Photovoltaik“ konnten die österreichischen Teilnehmer aktiv an der Verbreitung der Erkenntnisse in Österreich arbeiten. Neben der Teilnahme an mehreren Industrie-Workshops (Rom, Madrid, Messina, Abu Dhabi und Graz) mit Vertreterinnen und Vertretern der Industrie und der lokalen Entscheidungstragenden konnten die Ergebnisse auch bei einem nationalen Workshop präsentiert werden. Dieser Workshop fand in Kooperation mit der Internationalen Sustainable Energy Conference ISEC 2018 statt. Parallel konnten Fachvorträge auf zahlreichen internationalen Konferenzen gehalten werden. Da die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der beteiligten Institutionen auch in der Lehre an Universitäten und Fachhochschulen tätig sind, konnten sie aktuelle Arbeitsergebnisse direkte an Studierende weitergeben.
Der hauptsächliche Ergebnistransfer erfolgt über die Informationen und Publikationen der offiziellen Website der SHC Task 53. (FZ, September 2020)