Kühlen mit Sonnenergie

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Lothar Scholz
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1 Berner Kantonalbank, Thun Gewinner Solarpreis 2006 Christian Hilgenberg, Energieingenieur HTL/NDS IEM Ingenieurbüro Energie- und Messtechnik AG 3645 Thun/ 3018 Bern

2 Inhaltsverzeichnis Potentiale der Solaren Kühlung Trivalente Nutzung der Sonnenenergie Solarcooling BEKB Thun Ausgangslage der Bauherrschaft Ziele der BEKB Konzept in Thun Investitions- /Betriebskosten Resultate der Messungen Betriebserfahrungen der Anlage BEKB Thun Ausblick/Stand der Industrie

Potentiale der Solaren Kühlung Steigender Klimatisierungsbedarf um Faktor 5 von 1990

3 Potentiale der Solaren Kühlung Steigender Klimatisierungsbedarf um Faktor 5 von (Studie EECCAC aus den Jahre 2003) Klimatisierungsbedarf in Europa von

4 Anstieg des Kühlbedarfs in Europa Zu kühlende Fläche in Europa m2/ Einwohner D GR E F I P EU-15 Der durchschnittliche Kühlbedarf steigt in der EU von 3 m2 auf 6 m2 pro Einwohner

5 Gründe für steigenden Kühlbedarf Steigender Komfortbedarf Vermehrte Glasarchitektur Interne Wärmeverursacher wie Beleuchtung, Geräte, Personen Klimaerwärmung

6 Anstieg der CO2-Emissionen in Europa 2003 Aufteilung CO2-Emissionen nach Sektoren Gebäude Elektrizität 13% Forstwirtschaft 14% Gebäude fossil 8% Transport 14% Industrie 33% Landwirtschaft 18% Bei den CO2 Emissionen verursacht durch die Elektrizität in Gebäude liegt ein hohes Sparpotential

7 Energiepreisentwicklung Kühlen mit Elektrizität wird teurer

8 Sicherung der Stromversorgung Elektrizitätsnetze sind im Sommer überlastet Warum? Blackouts im 21. Jahrhundert 2002: Kalifornien 2003: Italien, USA, Kanada 2004 : Kalifornien 2005: - Spanien: punktuelle Netzabschaltungen - Australien: angekündigte Netzabschaltungen für Private - Dubai: angekündigte Netzabschaltungen für Private 2006: - Italien: regionale Stromausfälle - Spanien, Frankreich, GB: erreichte Kapazitätsgrenzen - Kalifornien: regelmässige Engpässe bis Zusammenbruch

9 Trivalente Nutzung der Sonnenenergie Stark unterschiedliche Globalstrahlung von <1050 kwh/m kwh/m2 pro Jahr

10 Trivalente Nutzung der Sonnenenergie - Kühllastlinien - Heizenergiebedarf

11 Trivalente Nutzung der Sonnenenergie Strahlung Kühlbedarf Heizbedarf Strahlung: Globale Strahlung auf der Nordhalbkugel

12 Trivalente Nutzung der Sonnenenergie 1. Zur Kühlung im Sommer 2. Erwärmung Brauchwarmwasser 3. Heizungsunterstützung

13 Ausgangslage BEKB Thun Gebäudehülle schlecht isoliert (60-er Jahre mit denkmalpflegerischen Elementen) Hoher Stromverbrauch Bis 2003 Vollklimatisierung des ganzen Gebäudes Hoher Ölverbrauch

14 Ziele der Bauherrschaft Allgemein: Senkung des Energieverbrauches Komfortreduktion von Vollklimatisierung auf Teilklimatisierung Sinnvolle Nutzung von erneuerbaren Energien Wirtschaftlich vertretbare Lösungen innerhalb des definierten Kostenrahmens

600 L WZ Kältemaschine 1 50 kw 32 C 24 C Kältemaschine

15 Prinzipschema Teil Wärmeerzeugung Sonnenkollektoren 100m 2 GAS WZ 88 C 85 C 78 C WW Zi GZ WZ 75 C 4`500 L 600 L WZ Kältemaschine 1 50 kw 32 C 24 C Kältemaschine 2 50 kw KW WZ Gasheizkessel 285 kw 21 C 25 C Kühlwasser Aare

16 Prinzipschema Teil Kälteerzeugung 16 C Kältemaschine 1 50 kw Kältemaschine 2 50 kw 2`000 L 2`000 L Luftkühler 100 kw 10/16 C FBH EG 12 kw 30/25 C Lüftung 107 kw 40/30 C 10 C

17 Ziele der Anlage Heizen und Kühlen mit Sonnenenergie Substitution von Elektrizität Solarer Deckungsgrad im Kühl- und Heizbetrieb? Wirkungsgrad der Kältemaschine? Praxistest der neusten Sonnenkollektorengeneration

18 Investitionskosten Kältemaschinen (2 Stk) Fr Heizungsanschluss Kältemaschine Fr Verrohrung Kälteerzeugung Fr Aarewasser-Rückkühlung Fr Steuerung/Regulierung Fr Solaranlage Fr Honorare Fr Total Fr Mehrinvestitionen gegenüber konventioneller Kühlung davon Fr für Solaranlage

19 Kosten pro kwh/kälte Kosten pro kwh Kälteenergie bei total kwh/a: Konventionell: 10.4 Rp/kWh Solarkühlung BEKB: 5.3 Rp/kWh Zusatznutzen: kwh zur Heizungsunterstützung /Brauchwarmwasser gratis zur Verfügung (Fr /Jahr bei 10 Rp /kwh)

20 Ertrag Sonnenkollektoren Ertrag Sonnenkollektoren Ertrag [kwh/mt] Dez 03 Jan 04 Feb 04 Mrz 04 Apr 04 Mai 04 Jun 04 Jul 04 Aug 04 Sep 04 Okt 04 Nov 04 Jahresertrag Kollektor beträgt 504 kwh/ m2, d.h. er ist 66 % besser als bei einer normalen Solaranlage mit Heizungsunterstützung

21 Solarer Deckungsgrad für Kühlung Vergleich Solarertrag- Wärmebedarf Kältemaschine Wärmebedarf Energie Kältemaschinen Ertrag Sonnenkollektor Energie [kwh/mt] Dez 03 Jan 04 Feb 04 Mrz 04 Apr 04 Mai 04 Jun 04 Jul 04 Aug 04 Sep 04 Okt 04 Nov 04 Solarer Deckungsgrad zur Klimatisierung im Sommer beträgt 36 %

22 Wirkungsgrad Kältemaschinen Wirkungsgrad der Absorptions-Kältemaschinen Wärmebedarf Energie Kältemaschinen Kälteproduktion Energie [kwh/mt] Dez 03 Jan 04 Feb 04 Mrz 04 Apr 04 Mai 04 Jun 04 Jul 04 Aug 04 Sep 04 Okt 04 Nov 04 Die Jahresarbeitszahl der Absorptionskältemaschine beträgt 61 %

Ergebnisse Anlage BEKB, Thun: Konzept hat sich bewährt Anlage funktioniert seit 2003 einwandfrei Sorgfältige Einstellung der Anlage ist wichtig

23 Ergebnisse Anlage BEKB, Thun: Konzept hat sich bewährt Anlage funktioniert seit 2003 einwandfrei Sorgfältige Einstellung der Anlage ist wichtig Betriebsoptimierung der Anlage ist sinnvoll (Wärme- und Kälteerzeugung) Praktisch kein Unterhaltsaufwand Sonnenkollektoren funktionieren einwandfrei

24 Stand der Industrie Bis jetzt waren alle Anlagen Prototypen Standardisierung ist im Gange, aber noch nicht serienreif auf dem Markt Gesamt-Energiekonzept ist entscheidend: - Wärme- und Kältebedarf - Wärme- und Kälteabgabe - Rückkühlung muss optimal aufeinander abgestimmt sein.

Argumente für Kühlen mit Sonnenenergie Angebot Sonnenenergie und Bedarf Kälteenergie ist saisonal und tageszeitlich gleich Keine Überschusswärme

25 Argumente für Kühlen mit Sonnenenergie Angebot Sonnenenergie und Bedarf Kälteenergie ist saisonal und tageszeitlich gleich Keine Überschusswärme der Sonnenenergie im Sommer; sinnvolle, trivalente Nutzung der Sonnenenergie während dem ganzen Jahr Substitution von elektrischer Energie CO2-neutral

26 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Christian Hilgenberg, Energieingenieur HTL/NDS

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