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Studie zeigt Einsparmöglichkeiten bei der Gebäudekühlung In Zukunft könnten Gebäude mit deutlich weniger Strom gekühlt werden. Bis zum Jahr 2030 ist eine Einsparung um 38 Prozent möglich. Das ist das Ergebnis einer vom Umweltbundesamt (UBA) in Auftrag gegebenen Studie. „Es gibt schon heute zahlreiche bewährte Maßnahmen, die verhindern, dass sich ein Gebäude aufheizt. Und in vielen Fällen ist gar keine aktive Kühlung mit einer Klimaanlage nötig.“ sagt UBA-Präsident Jochen Flasbarth. Zu diesem Ziel führen Kombinationen aus unterschiedlichen Maßnahmen, die den Kühlbedarf senken, erneuerbare Energien einbinden und den verbleibenden Strombedarf möglichst effizient decken. Jede damit eingesparte Kilowattstunde Strom verringert die CO2-Emissionen, schont das Klima und den Geldbeutel. Der Stromverbrauch für die Kühlung von Gebäuden beträgt derzeit etwa 21 Terawattstunden (TWh). Das sind rund vier Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland. Bis zum Jahr 2030 könnte der Verbrauch entweder bis auf 29 TWh steigen oder aber auf 13 TWh sinken, wenn stromsparende Maßnahmen konsequent umgesetzt würden. Selbst bei einem unwahrscheinlich heißen Klima wäre es möglich, den Stromverbrauch für Gebäudekühlung leicht zu verringern. Um das zu erreichen, sollte der Einbau einer Kühlung nicht gleich an erster Stelle stehen. Zunächst muss der Bedarf an Kühlung verringert werden: durch den Verzicht auf großflächige Verglasung, außenliegenden Sonnenschutz oder eine intensive Nachtlüftung zur Nachtauskühlung und eine gute Wärmespeicherfähigkeit der Wände und Decken. Hinzu kommen solare Kühlung oder Erdkälte für die Kühlung der Luft, der Böden oder der Decken. Erst wenn das nicht ausreicht, sollten effiziente Kältemaschinen in Kombination mit Flächenkühlung genutzt werden. Das könnte beispielsweise mit sogenannten Kühlsegeln passieren - abgehängte Teilbereiche der Decken, die mit Wasser kühlen. In der Regel sind individuelle Konzepte, die Maßnahmenbündel für Lüftung, Heizung und Kühlung umfassen, unabdingbar. Einfluss auf den Stromverbrauch hat auch das Verbraucherverhalten: Wenn etwas höhere Raumtemperaturen ohne Kühlung akzeptiert werden, kann dies deutlich zur Senkung des Strombedarfs beitragen. Die Untersuchungen erstreckten sich nicht nur darauf, den Stromverbrauch zu verringern, sondern auch auf die entstehenden Kosten: Sonnenschutz nachzurüsten ist bei Bürogebäuden mit großen Fensterflächen meist wirtschaftlich. Die Kühlung mit Erdsonden von Wärmepumpen, die im Winter der Wärmeerzeugung dienen, hat sich in den untersuchten Fällen als rentabel erwiesen. Solare Kühlung ist dagegen teuer. Wirtschaftlich vertretbar ist der Einbau einer Lüftungsanlage für die Nachtauskühlung, die gleichzeitig die Raumluftqualität verbessert und im Winter Heizenergie einspart.
Das Projekt "High energy density sorption heat storage for solar space heating" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von U.F.E. SOLAR Uckermark GmbH durchgeführt. General Information/Objectives of the Project: A primary technical obstacle to a wider use of regenerative energies, especially solar energy, for heating purposes is an adequate storage technology for low-temperature heat. Therefore, in this project a heat storage system based on solid sorption technology will be developed with the following objectives: 1. Development of a prototype series of the solid sorption heat storage system, with energy densities, four to five times higher than water (at AT=50 K), being suitable for the long-term storage of low-temperature heat. 2. Testing of these prototypes in the application of seasonal storage of solar thermal energy for space heating purposes under different climatic and system conditions. 3. Optimization of sorption materials for low-temperature heat storage applications by specific modifications of the material properties. TECHNICAL APPROACH The system consists of a series of independent storage units (modules), which will be industrially prefabricated and combined to a suitable system on the location. The working programme of the project will be split into the following steps: 1. Material research for an Optimisation of the sorption materials. 2. Development and construction of prototype storage modules. Test of experimental units at the Solar House, Freiburg, Germany. 3. System integration and one-year monitoring of the prototype modules for solar space heating under different climatic and system conditions in Austria and Finland. In both cases the objective is to meet the entire heating demand with regenerative sources, whereas solar energy plays the primary role and different regenerative back-up systems will be studied. Assessment of the results from the system monitoring and feedback on the design of the storage modules. Expected Achievements: 1. Development of an adequate technical solution to the heat storage problem, which may be extended to other applications, like industrial waste heat recovery, combination with small CHP systems or solar cooling. 2. Introduction of a new heat storage system for solar space heating with an energy density which allows seasonal storage of the entire heating energy demand of low-energy buildings in a common basement room under Central or Northern European climatic conditions. Improvement of know-how in solid sorption technology in basic fields, such as adaptation of material properties to the desired application or technical solutions to enhance heat and mass transfer, which will also be useful for non-storage applications, like chemical heat pumps and heat transformation systems for heating and cooling. An advanced heat storage system is considered to be crucial for a broader dissemination of solar energy for space heating leading to the stimulation of the solar thermal market. Prime Contractor: UFE Solar GmbH; Eberswalde; Germany.
Das Projekt "Verdampfer und Heat Pipes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hocheffizienten thermisch angetriebenen Adsorptionskältemaschine. Dazu gehört sowohl die Entwicklung hocheffizienter Adsorptionswärmetauscher als auch Verdampfer hoher Leistungsdichte. Zu diesem Zweck wird eine Optimierung des Adsorptionswärmetauschers auf Basis der konsumptiven Aufkristallisation des Adsorbens auf der Wärmetauscherstruktur durchgeführt. Des Weiteren sollen verschiedene Verdampfungsstrategien sowohl theoretisch bewertet als auch experimentell untersucht werden. Die Effizienzsteigerung thermisch getriebener Kältemaschinen ist für die breite Markteinführung sowohl im Bereich der solaren Kühlung von großem Interesse, als auch in Verbindung mit Blockheizkraftwerken und Fernwärmesystemen. Perspektivisch kann und soll die Effizienzsteigerung die Technologie der thermischen Kältetechnik auch für das Einsatzfeld der mobilen Kälte interessant machen. Die Verbreitung der Ergebnisse sowie eine internationale Vernetzung der Zusammenarbeit soll durch einen neuen Annex im Rahmen des International Energy Agency (IEA) Heat Pump Programme (HPP) zum Thema 'Sorption Heat Pumps' sichergestellt werden.
Das Projekt "Cloud-scale Uncertainties - B4: Radiative heating and cooling at cloud scale and its impact on dynamics" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maxililians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie durchgeführt. Clouds are important sources and sinks of diabatic heat, not only in terms of latent heat release but also with respect to absorption of solar radiation as well as absorption and emission of thermal radiation. Additionally, cloud shadows on the ground modify surface heating and thus sensible and latent heat fluxes. Although it has been demonstrated that cloud top cooling may reach values of several 100 K/day and that this may have a strong impact on cloud microphysics and local cloud evolution, it has not been demonstrated that there is actually an effect on weather, larger scale dynamics, and on atmospheric flow. This is even more true for radiative cooling from cloud sides which has been shown to reach values comparable to cloud top cooling but is completely neglected by any (one-dimensional) radiation scheme in current NWP or climate models. Radiation firstly affects the growth of cloud droplets, increasing (in case of thermal cooling) or decreasing (in case of solar heating) the rate by which they dissipate the energy released by latent heat. Secondly, the surrounding air is cooled or heated which directly feeds back on dynamics. The aim of the project is to study the question if realistic, three-dimensional radiative heating rates have an impact on cloud formation, and if there is an impact on atmospheric flow beyond cloud scale. To answer these questions, a reasonably fast but accurate representation of radiative heating rates in clouds will be developed for a cloud scale (EULAG) and an NWP model (COSMO). The project builds upon our previous work on three-dimensional heating and cooling rates and on development of reasonably fast approximations. A parameterization of heating rates depends strongly on the scale. For a cloud-resolving model like EULAG with a 100 m grid size and smaller, different approaches are needed compared to a numerical weather forecast model like COSMO: A cloud-resolving model allows properly resolving the radiation processes, but three-dimensional radiation transport requires interaction between many grid columns in the calculation which is a challenge for parallelization. The resolution of COSMO, on the other hand, requires parameterization of un-resolved cloud edge effects and sub-pixel cloudiness, but would need less interaction between individual grid columns. As a first step, we will study the impact of radiative heating and cooling in clouds on local circulation at cloud scale. For that purpose, an accurate yet fast approximation for 3D solar and thermal heating and cooling rates will be developed for the EULAG model in order to systematically study effects for a set of cloud-resolving simulations. (abridged text)
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karl Lausser Heizungsbau- und Sanitär GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens soll ein solarthermisches Wärmepumpenheiz- und -kühlsystem mit folgenden Eigenschaften entwickelt werden: 1. Zwei-/einstufige Wasser/LiBr-Absorptionswärmepumpe mit ca. 40 kW Kälteleistung und ca. 60 kW Heizleistung; 2. Hocheffizientes fossiles integriertes Hochtemperaturbackupsystem (direkte Feuerung der AWP) 3. Komplett vorkonfektionierte leistungsskalierbare Hydraulik- und Steuerungseinheit. Neuerungen gegenüber dem Stand der Technik der solaren Klimatisierung: 1. Stark verbesserte Primärenergiebilanz durch effizientes Backupsystem. 2. Stark vereinfachter Planungs- und Installationsaufwand durch die vorkonfektionierte Hydraulik- und Steuerungseinheit sowie Tools zum einfachen Systemdesign. 3. Stark verbesserte Wirtschaftlichkeit. Vorhaben soll zunächst die gesamte Systemlogik und die Einbindung in die Gebäudetechnik festgesetzt sowie die Hydraulik- und Steuerungseinheit entwickelt werden. Lausser liefert hierbei Input aus dem breiten Erfahrungsschatz. In einer Laborphase finden dann Untersuchungen zum dem direkt befeuerten Hochtemperaturaustreiber der AWP statt. Dem Bau des Gesamtsystems, der von econ (AKM) und Lausser (Hydraulik)durchgeführt wird, folgt ein ausführlicher Teststandbetrieb am ZAE. Dasselbe System soll anschließend in einer Pilotinstallation seine Praxistauglichkeit unter Beweis stellen. Bei der Wahl eines geeigneten Standorts liefert Lausser wiederum Beiträge.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SCHERDEL Energietechnik GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens soll ein solarthermisches Wärmepumpenheiz- und -kühlsystem mit folgenden Eigenschaften entwickelt werden: 1. Zwei-/einstufige Wasser/LiBr-Absorptionswärmepumpe mit ca. 40 kW Kälteleistung und ca. 60 kW Heizleistung;2. Hocheffizientes fossiles integriertes Hochtemperaturbackupsystem (direkte Feuerung der AWP) 3. Komplett vorkonfektionierte leistungsskalierbare Hydraulik- und Steuerungseinheit. Neuerungen gegenüber dem Stand der Technik der solaren Klimatisierung: 1. Stark verbesserte Primärenergiebilanz durch effizientes Backupsystem. 2. Stark vereinfachter Planungs- und Installationsaufwand durch die vorkonfektionierte Hydraulik- und Steuerungseinheit sowie Tools zum einfachen Systemdesign. 3. Stark verbesserte Wirtschaftlichkeit. In einer Laborphase finden Untersuchungen zum dem direkt befeuerten Hochtemperaturaustreiber der AWP statt. Dem Bau des Gesamtsystems, der von econ (AKM) und Lausser (Hydraulik) durchgeführt wird, folgt ein ausführlicher Teststandbetrieb am ZAE. Dasselbe System soll anschließend in einer Pilotinstallation seine Praxistauglichkeit unter Beweis stellen. Bei der Wahl eines geeigneten Standorts liefert Lausser wiederum Beiträge. Das ZAE Bayern hat in diesem Vorhaben seinen Schwerpunkt bei der System- und Komponentenentwicklung.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens soll ein solarthermisches Wärmepumpenheiz- und kühlsystem mit folgenden Eigenschaften entwickelt werden: 1. Zwei-/einstufige Wasser/LiBr-Absorptionswärmepumpe mit ca. 40 kW Kälteleistung und ca. 60 kW Heizleistung ;2 Hocheffizientes fossiles integriertes Hochtemperaturbackupsystem (direkte Feuerung der AWP) 3. Komplett vorkonfektionierte leistungsskalierbare Hydraulik- und Steuerungseinheit. Neuerungen gegenüber dem Stand der Technik der solaren Klimatisierung: 1. Stark verbesserte Primärenergiebilanz durch effizientes Backupsystem. 2. Stark vereinfachter Planungs- und Installationsaufwand durch die vorkonfektionierte Hydraulik- und Steuerungseinheit sowie Tools zum einfachen Systemdesign. 3. Stark verbesserte Wirtschaftlichkeit Im Vorhaben soll zunächst die gesamte Systemlogik und die Einbindung in die Gebäudetechnik festgesetzt sowie die Hydraulik- und Steuerungseinheit entwickelt werden. Lausserr liefert hierbei Input aus dem breiten Erfahrungsschatz. In einer Laborphase finden dann Untersuchungen zum dem direkt befeuerten Hochtemperaturaustreiber der AWP statt. Dem Bau des Gesamtsystems, das von der Scherdel Gruppe durchgeführt wird, folgt ein ausführlicher Teststandbetrieb. Dasselbe System soll anschließend in einer Pilotinstallation seine Praxistauglichkeit unter Beweis stellen. Bei der Wahl eines geeigneten Standorts liefert Lausser wiederum Beiträge. Das ZAE hat in diesem Vorhaben seinen Schwerpunkt bei der System- und Kompetentenentwicklung.
Das Projekt "Entwicklung eines Systems zur solaren Kühlung und Trocknung von Fisch-SolCoolDry - Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, ein 100% solar versorgtes, netzunabhängiges, container-basierendes Kühl-Trocknungssystem für Fische zu entwickeln. Für die Kältetechnik werden der Einsatz von PCM oder elektrischen Batterien oder eine Kombination aus beiden optimiert, um eine stabile und zuverlässige Kühlung zu gewährleisten. Die Trocknung wird an das Kühlsystem gekoppelt und eine optimierte Wärmeableitung des Kühlkompressors genutzt, um die Trocknung zu unterstützen.
Das Projekt "SunOyster cooling (SOcool)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SunOyster Systems GmbH durchgeführt.
Das Projekt "Solare Kühlung im Hardware-in-the-Loop-Test (SoCool-HIL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Düsseldorf, Arbeitsgruppe E2 Erneuerbare Energien und Energieeffizienz durchgeführt. Das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt Solare Kühlung im Hardware-in-the-Loop-Test , kurz SoCooIHIL, beschäftigte sich im ersten Projektteil mit der Simulation einer solaren Kühlungsanlage unter der Simulationsumgebung MATLAB/Simulink mit den Toolboxen Stateflow und CARNOT. Dynamische Jahressimulationen und DoE-unterstützte Parametervariationen wurden zur Auswahl sinnvoller Systemkonfigurationen, Regelstrategien und Dimensionierung der Komponenten genutzt. Der zweite Projektteil beschäftigt sich davon ausgehend mit Hardware-in-the-Loop-Tests mit der 17,5 kW Absorptions-Kältemaschine der Firma Yazaki. Dabei wird die Kältemaschine an einem Prüfstand betrieben, der das Verhalten der restlichen Systemkomponenten (Solarkreis mit Wärmespeicher, Rückkühlung, Gebäude und Kälteverteilung/-übergabe), gesteuert von einer Systemsimulation unter Matlab/Simulink/CARNOT, emuliert. Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen über das reale dynamische Betriebsverhalten der Kältemaschine wurde das Simulationsmodell der Kältemaschine validiert. Hardware-in-the-Loop-Versuche zur Teillastregelung der Kältemaschine und mit verringertem Kältespeichervolumen bilden den Abschluss des Projektes.