Messtechnische Evaluation von thermisch und elektrisch angetriebener Kälteerzeugung
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WISSENSCHAFT
Messtechnische Evaluation
von thermisch und elektrisch
angetriebener Kälteerzeugung
PE
Thermisch angetriebene (Adsorptions-)Kältemaschinen können RevieE R
wed
mit einem verhältnismäßig geringen elektrischen Energieaufwand
bzw. mit einer hohen elektrischen Leistungszahl Kälte bereitstel-
len. Wird die zum Antrieb erforderliche Wärme aus industrieller
Abwärme bereitgestellt, ist diese Kältebereitstellung energetisch
effizienter als die Kältebereitstellung über eine Kompressionskäl-
temaschine. Wird die Wärme jedoch in Kraft-Wärme-Kopplung
bereitgestellt, ist die primärenergetische Bewertung sowohl von
mehreren Teilwirkungsgraden als auch den Primärenergiefaktoren
für den eingesetzten Brennstoff und die erzeugte bzw. bezogene
elektrische Energie abhängig. Eine umfangreiche Messkampagne im
Sommer 2018 liefert unter realitätsnahen Randbedingungen in einer
Laborumgebung detaillierte Energiekennzahlen für einen typischen
Tagesgang des Kältebedarfs. Damit gelingt es, Teilenergiekennwerte
für die Planungspraxis abzuleiten und das Gesamtsystem energetisch
mit einer konventionellen Kompressionskältemaschine zu vergleichen.
Experimental evaluationof thermally and
electrically driven cooling systems
Thermally driven (adsorption) chillers can provide cold energy with
a relatively small amount of electrical energy or with a high elec-
trical coefficient of performance, respectively. If the heat required
as driving energy is provided by industrial waste heat, this kind of
cold generation is more energy-efficient than the supply of cold via
a compression cooling machine. If the heat is provided in combined
heat and power, the primary energy rating will depend on both
the number(s) of partial efficiencies and the primary energy factors
for the fuel used as driving energy and the electrical energy which
is fed in the public grid. An extensive measurement campaign in
the summer of 2018 delivered detailed energy figures for a typical
daily cycle of cooling demand under realistic boundary conditions
in a laboratory environment. Based on the evaluation of the overall
energy balance, we derive parameters for planning practice and VON
compare the tri-generation system with a conventional compression JENS PFAFFEROTT
cooling system. SASCHA RISSMANN
350
GI
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Jubiläumsausgabe 140. Jahre
Bild 1: Ansicht des μKWKK-Labors (von links nach rechts: Schaltschrank mit Anbindung an das elektrische Microgrid, Blockheizkraftwerk,
Wärmespeicher, reversible Adsorptions- und Kompressionskältemaschine und Kältespeicher) mit Messdatenerfassung und Klimakammer
(hier mit Prozessthermostaten, rechts).
Standard etabliert. Dies ist maßgeblich darauf
1. Einleitung und Versuchsziel zurückzuführen, dass in Energieverbundsystemen
Am Institut für Energiesystemtechnik der Hoch und insb. beim Vergleich zwischen elektrisch
schule Offenburg wird ein kleinskaliges Energie und thermisch angetriebener Kälteerzeugung
verbundsystem mit reversibler Wärmepumpe verschiedene Energieträger in die Bewertung
und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung betrieben, eingehen: Fossile Brennstoffe, regenerativ bereit
siehe Bild 1. In Verbindung mit einem elektri gestellte Energie, Wärme, Kälte sowie erzeugte
schen Microgrid und einer Doppelklimakammer und bezogene elektrische Energie.
können hier innovative Betriebsführungsstrate In der täglichen Planungspraxis stellt sich
gien für einen netzdienlichen Betrieb unter oft die Frage, welche Bewertungskriterien für
praxisnahen Laborbedingungen entwickelt und ein konkretes Projekt gut (und regelkonform)
evaluiert werden [1]. Dabei können sowohl der angewendet werden können. Meist legt die
Betriebszustand des elektrischen Netzes als auch Energieeinsparverordnung (aktuell in der Fas
dynamische Lastprofile für den Wärme- und sung EnEV 2017 [2]) mit den dort vereinbarten
Kältebedarf realitätsnah unter kontrollierten Rechenmethoden auch den Planungsweg fest.
Laborbedingungen abgebildet werden. Die vorliegende Studie fokussiert daher auf
In der vorliegenden Studie wird der Betrieb die primärenergetische Bewertung der Kälte
einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung bestehend bereitstellung und die Bestimmung wichtiger
aus Blockheizkraftwerk (BHKW) und Adsorptions Teilenergiekennwerte.
kältemaschine (AdKM) mit dem Betrieb einer
konventionellen Kompressionskältemaschine 2.1 Literaturrecherche
(KKM) verglichen. Diese labortechnische Analyse In der Literatur werden meist Bewertungssysteme
baut auf anderen numerischen und messtech vorgestellt, die eine einheitliche Bewertung auf
nischen Arbeiten auf und zeichnet sich dadurch Basis von Primärenergie, von CO2-Emissionen
aus, dass der Anlagenbetrieb marktverfügbarer und/oder einer energiewirtschaftlichen Rech
Komponenten unter gleichen, kontrollierbaren nung vornehmen.
und dynamischen Betriebsbedingungen bewertet •• Übersicht zu Bewertungskriterien. Wu und
werden kann. Wang [3] haben 2006 eine umfassende
Zusammenstellung unterschiedlicher KWKK-
Systeme vorgestellt, wobei Energieflussbilder
2. B
ewertungskriterien in Literatur zur Darstellung der Energieeffizienz einer
und Normung gekoppelten Erzeugung genutzt werden.
Obwohl seit den 1990er Jahren die Kälteerzeu Damit gelingt eine einheitliche Darstellung
gung in Energieverbundsystemen regelmäßig eva sehr unterschiedlicher Anlagenkonzepte.
luiert wurde, hat sich bis heute kein einheitlicher Miara et al. [4] stellen die Verwendung von
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Leistungs- und Arbeitszahlen in der Planung weniger stark von den technischen Randbedin
und in der Anwendung für das betriebliche gungen abhängt. Maraver et al. [14] weisen
Energiemonitoring von elektrisch betriebenen auf das Potenzial der Biomassenutzung hin.
Wärmepumpen vor. Morgenstern et al. [5] Erwartungsgemäß ist die Biomassenutzung
bewerten mit in der Planungspraxis üblichen primärenergetisch zwar vorteilhaft (insb. bei
Kennzahlen unterschiedliche technische Kon einem verhältnismäßig hohen Verhältnis von
zepte zur thermischen Kältebereitstellung. Wärme- zu Kältebedarf). Die dafür erforder
•• Solare Kühlung. Da sich viele Arbeiten mit liche Anlagentechnik ist aber aufwendig und
der Effizienz der solaren Kältebereitstellung heute kaum marktverfügbar.
beschäftigt haben, stehen aus diesem Bereich •• Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung in der Praxis.
sehr umfangreiche, vergleichende Untersu Henning et al. [15] stellen unterschiedliche,
chungen zur Verfügung. Eine gute Übersicht klein- und mittelskalige KWKK-Anlagen
liefern Henning et al. [6]. Dabei werden Kenn konzepte in verschiedenen Anwendungs
zahlenmodelle auch für die Planung dieser gebieten und in mehreren europäischen
Anlagenkonzepte eingesetzt. Mugnier et Ländern vor. Die einheitliche Bewertung
al. [7] haben eine Methode vorgestellt, um dieser Konzepte, zeigt Effizienzgewinne
auch komplexe Kälteanlagen vergleichend der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung gegen
bewerten zu können und wenden diese auf über der getrennten Erzeugung, wobei die
Messdaten aus realisierten Anlagen an. Eicker energiewirtschaftlichen Vorteile erst in einer
et al. [8] und Lazzarin [9] vergleichen mit ähn ganzjährigen Bewertung deutlich werden.
lichen Methoden die solarthermische Kühlung Das KWKK-System ist nur dann vorteilhaft,
mit der Kombination von Photovoltaik und wenn das BHKW ganzjährig und netzdienlich
Kompressionskältemaschine. Die Bewertung betrieben wird. Eine Marktstudie [16] stellt
der Systemkonzepte hängen demnach stark die Randbedingungen, unter denen eine
von Standort, Nutzung, Lastprofil und den Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung wirtschaftlich
energiewirtschaftlichen Randbedingungen ab. betrieben werden kann, zusammen und leitet
•• Energiewirtschaftliche Bewertungskriterien. daraus typische Anwendungsszenarien auf:
Stellvertretend für die Arbeiten zur primär Hotels und Krankenhäuser mit weniger als 200
energetischen Evaluation von KWKK-Systemen Zimmern bzw. Betten, große Bürogebäude,
sei das energiewirtschaftliche Planungswerk Gewerbebetriebe und größere Supermärkte.
zeug von Chicco und Mancarella [10] genannt. Backes et al. [17] stellen die Ergebnisse aus
Schicktanz et al. [11] und Henning et al. [12] drei kleinskaligen KWKK-Anlagen im Feldtest
haben ein Bewertungsmodell (weiter-)ent vor und weisen die hohe Energieeffizienz die
wickelt, das die thermodynamischen Zusam ser Anlagen in der Betriebspraxis nach. Neben
menhänge modellhaft beschreibt und typische den hydraulischen und regelungstechnischen
Leistungskennzahlen marktverfügbarer Kom Aspekten spielen verbesserte Betriebsfüh
ponenten berücksichtigt. Die Kraft-Wärme- rungsstrategien eine wesentliche Rolle, um die
Kälte-Kopplung liefert im direkten Vergleich jährliche Betriebszeit des Blockheizkraftwerks
mit der konventionellen Kältebereitstellung zu erhöhen. Dies führt wiederum zu einem
demnach dann eine primärenergetische Ein wirtschaftlicheren Betrieb des Gesamtsystems.
sparung, wenn der elektrische Wirkungsgrad Diese Ergebnisse werden regelmäßig in Moni
des Blockheizkraftwerks größer als 32 % ist. toringprojekten bestätigt, beispielsweise für die
(Mit einem geringeren Primärenergfiefaktor Energiezentrale der Hochschule Offenburg [18].
für elektrische Energie steigt dieser Wert an, •• Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung im Labor. In
siehe Kapitel 5.3.) den letzten 20 Jahren sind viele kleinskalige
•• Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung in der Simu- KWKK-Systeme an Forschungseinrichtungen
lation. Bugaj [13] stellt eine umfangreiche und Hochschulen realisiert worden. Becker et
Simulationsstudie zur Kraft-Wärme-Kälte- al. [19] stellen ein System mit flexiblen Wär
Kopplung im Vergleich zur getrennten Erzeu meerzeugern und einer emulierten Kältelast
gung vor. Diese theoretische Untersuchung als Hardware-in-the-Loop-System vor. Mit Hilfe
zeigt, dass die energiewirtschaftliche Bewer von Energieflussbildern werden verschiedene
tung sehr stark von den wirtschaftlichen und Anlagenkonzepte insb. mit solarthermischer
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Unterstützung, analysiert. Angrisani et al. [20] •• In der Planungspraxis wird oft auf die Richt
haben ein kleinskaliges System mit Absorp linie VDI 4650 hingewiesen. Allerdings ist sie
tionskältemaschine experimentell untersucht bei der Berechnung des Jahresenergiebe
und zeigen, dass das Einsparpotenzial sehr darfs bzw. -verbrauchs nur auf den Heizfall
stark vom Lastprofil und dem Wirkungsgrad anwendbar. In Blatt 1 [26] wird sowohl die
des Blockheizkraftwerks abhängt. Kong et al. berechnete Jahresarbeitszahl (SCOP) als auch
[21] und Huangfu et al. [22] haben ein ver die gemessene Jahresarbeitszahl (SPF) für
gleichbares System mit einer Adsorptionskälte Kompressionswärmepumpen definiert. In Blatt
maschine experimentell untersucht. Sie zeigen 2 [27] wird für Adsorptionswärmepumpen die
ebenfalls, dass die Effizienz des Gesamtsystems Heizzahl ϛ als Bewertungsgröße eingeführt.
stark von den Betriebsbedingungen abhängt, Damit ist diese Richtlinie für die modellbasier
und weisen auf die Bedeutung der daraus te Auswertung der Messergebnisse leider nicht
resultierenden Betriebsführung hin. direkt anwendbar. Die Auswertung orientiert
sich allerdings an den in der Richtlinie verein
Die in der vorliegenden Studie vorgestellte, barten Randbedingungen.
kleinskalige Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ist •• Um detailliertere Aussagen zur Effizienz
in ein Energieverbundsystem eingebunden und der thermisch und elektrisch angetriebenen
wurde nach den in der Literatur genannten, Kältebereitstellung treffen zu können, wäre
wirtschaftlichen Gesichtspunkten dimensioniert. eine messtechnische Analyse der Einzelkom
In der Versuchsdurchführung wird ein typisches ponenten wünschenswert, insb. im Vergleich
Lastprofil unter praxisnahen Laborbedingungen zwischen Kältemittel-Verdichter und Adsorp
aufgeprägt. Das zur Datenauswertung in Kapitel 5 tionskältemaschine. Leider vereinbart die
verwendete Modell folgt den oben beschriebenen Norm EN 12900 [28] für die Darstellung von
Ansätzen zur primärenergetischen Evaluation. Leistungsdaten für Verdichter völlig andere
Randbedingungen, so dass hier eine verglei
2.2 Kennzahlen in Normen und Richtlinien chende Untersuchung kaum möglich ist.
Leider hat sich in der Normung noch kein Bewer •• In der energietechnischen Planung wird nach
tungsverfahren etabliert, das in vollem Umfang der Energieeinsparverordnung EnEV [2] eine
sowohl auf die Kältebereitstellung mit elektrisch primärenergetische Bewertung von Gesamt
angetriebenen Verdichtern als auch mit ther konzepten gefordert, wobei in den dort ver
misch angetriebenen Verfahren angewendet einbarten Rechenverfahren nach DIN 18599
werden kann: [29] für die einzelnen Erzeuger entsprechende
•• Bei Produktangaben für Flüssigkeitskühlsät Teilenergiekennwerte vereinbart werden, hier
ze mit elektrisch angetriebenen Verdichtern insb. für Kompressionskältemaschinen (mit
wird grundsätzlich auf die Norm EN 14511 der so genannten Jahreskälteleistungszahl
[23] Bezug genommen. Die im Folgenden vor SEER) und Adsorptionskältemaschinen (mit
gestellten, dynamischen Betriebsmessungen Nennwärmeverhältnis, Teillastfaktoren und
entsprechen in guter Näherung den Prüfab Nutzungsfaktoren) sowie Blockheizkraftwerke
folgen im Anhang C von Blatt 3 dieser Norm, (mit Deckungsanteil, Stromkennzahl und
wobei die Messdaten in Anlehnung an das Nutzungsgrad).
Kalorimeter-Prüfverfahren gemäß Anhang A
ausgewertet werden. In Kapitel 5 werden Teilenergiekennwerte mess
•• EN 14825 [24] bewertet die Energieeffizienz technisch bestimmt, um Energieverbundsysteme
von Flüssigkeitskühlsätzen mit elektrisch ange mit elektrisch und / oder thermisch angetrie
triebenen Verdichtern über ein ganzes Jahr. benen Kältemaschinen primärenergetisch bewerten
Allerdings ist es nicht möglich, mit den vor zu können.
liegenden Messergebnissen eine ganzjährige
Bewertung vorzunehmen.
•• Ein vergleichbares Verfahren zur Bestimmung 3. V
ersuchsaufbau und
der saisonalen Arbeitszahl im Kühlbetrieb wird -durchführung
in der EUROVENT-Richtlinie [25] zur Zertifizie Das Energieverbundsystem am Institut für
rung von Flüssigkeitskühlsätzen vereinbart. Energiesystemtechnik (INES) an der Hochschule
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[Nur f r akademischen Bereich]
Bild 2: Vereinfachtes Rohrleitungs- und Instrumentierungsschema.
Offenburg (siehe Bild 2) kombiniert ein Block staten abgegeben. Damit ist eine praxisnahe,
heizkraftwerk, eine reversible Adsorptionskäl komplexe Betriebsführung (auch in Kombination
temaschine / wärmepumpe, eine reversible mit Optimierungsalgorithmen für die Energiebe
Kompressionskältemaschine / wärmepumpe und reitstellung und -nutzung) realisierbar.
einen elektrischen Heizstab mit einem warmen In der vorliegenden Studie werden zwei Betriebs
und einem kalten Speicher. Das Rückkühlwerk führungsstrategien für die Kältebereitstellung unter
(RKW) kann sowohl als Wärmesenke zur Wär praxisnahen Laborbedingungen verglichen:
meabfuhr der Kältemaschinen als auch als Wär •• AdKM-Betrieb mit Stromerzeugung und
mequelle für den Wärmepumpenbetrieb genutzt Kältebereitstellung. Bei diesem Versuch wan
werden. Der Versuchsaufbau entspricht einer delt das BHKW (fossile) Brennstoffenergie in
typischen, kleinskaligen Energieversorgung. So Strom und Wärme um. Der Strom wird für
sind insbesondere Leitungsdurchmesser und -län die Versorgung der Adsorptionskältemaschine
gen typisch, wodurch wiederum der Hilfsstrom inkl. Rückkühlwerk und Hilfskomponenten
bedarf der peripheren Anlagenkomponenten (Pumpen, Stellmotoren, Mess- und Reglungs
gut abgebildet wird. technik) verwendet und überschüssige elek
Strombezug und -erzeugung werden dem trische Energie in das Microgrid eingespeist.
Microgrid entnommen bzw. für dieses bereitge Das BHKW lädt den Warmwasserspeicher, aus
stellt. Die von den beiden thermischen Speichern dem die Adsorptionskältemaschine mit Wärme
bereitgestellte Wärme- bzw. Kälteleistung wird versorgt wird, um Kaltwasser zu erzeugen.
in einem Raumklimalabor genutzt bzw. für die •• KKM-Betrieb mit Strombezug und Kälte-
vorliegenden Versuche an einen Prozessthermo bereitstellung. Bei diesem Versuch wird die
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reversible Wärmepumpe als Kompressionskäl AdKM-Betrieb die Kaltwassertemperaturen
temaschine betrieben. Dabei wird die benö mit ca. 13 °C etwas höher als im KKM-Betrieb
tigte elektrische Energie aus dem Microgrid mit 12 °C liegen, ist die Nutzkältebereitstel
bezogen. lung im AdKM-Betrieb rund 20 % niedriger
In beiden Versuchsabläufen wird die bereit als im KKM-Betrieb.
gestellte Kälte aus dem Kaltwasserspeicher •• Der Kältespeicher wird dabei dauerhaft, ent
entsprechend eines vorgegebenen Lastprofils sprechend des dynamischen Lastprofils entla
an ein Thermostat abgegeben. Dabei werden den, dabei unterscheiden sich die Ladezyklen
Vor- und Rücklauftemperatur sowie der Volu deutlich: Die mit ϑ1 bis ϑ4 bezeichneten Tem
menstrom im Verbraucherkreis so eingestellt, peraturen werden in vier unterschiedlichen
dass der Lastverlauf einem typischen Tagesbe Höhen im Kaltwasserspeicher gemessen.
trieb einer Klimaanlage (ohne Entfeuchtung) mit Hier ist einerseits die sehr gute Temperatur
Vorlauf- / Rücklauftemperatur 13/18 entspricht. schichtung zu erkennen. Andererseits sind die
Dazu wird für den Betrieb der Kältemaschinen Ladezyklen (bei fallenden Temperaturen) gut
die Solltemperatur im Kaltwasserspeicher mit zu erkennen. Die Adsorptionskältemaschine
12 °C vorgegeben. liefert einen (mittleren) Volumenstrom von
Beide Kältemaschinen geben die Abwärme 1,15 m³/h und die Kompressionskältemaschine
über das Rückkühlwerk an die Umgebung ab. von 2,5 m³/h. Dadurch und durch die etwas
Die Kompressionskältemaschine erhält niedrigere Vorlauftemperatur der Kompres
keine weiteren Betriebsvorgaben und wird sionskältemaschine kühlt der Kaltwasserspei
ausschließlich in Abhängigkeit der Tempera cher im KKM-Betrieb schneller ab.
tur im Kaltwasserspeicher betrieben. Für den •• Auffällig ist der zyklische Betrieb der Adsorp
Betrieb der Adsorptionskältemaschine muss tionskältemaschine mit der schwankenden
zusätzlich die Temperatur im Warmwasser Antriebswärme. Der Wärmespeicher gewähr
speicher geregelt werden: Das BHKW soll den leistet – trotz dieser schwankenden Wärmeab
Warmwasserspeicher auf eine Temperatur von nahme – jedoch einen stabilen BHKW-Betrieb
80 °C erwärmen. mit einer elektrischen Leistung von rund
5,4 kWel und einer thermischen Leistung von
ca. 10,15 kWth.
4. Messergebnisse und Diskussion •• Der elektrische Leistungsbedarf im KKM-
Bild 3 zeigt ausgewählte Messdaten aus dem Betrieb liegt (bei kürzerer Laufzeit) deutlich
AdKM-Betrieb (linke Spalte) und aus dem KKM- über dem Leistungsbedarf im AdKM-Betrieb.
Betrieb (rechte Spalte). Bei beiden Versuchen Gleichzeitig ist die Abwärmeleistung im
wird jeweils ein Zyklus im eingeschwungenen AdKM-Betrieb (wegen des thermischen
Betrieb ausgewertet. Die Zeiträume wurden so Antriebs) kurzfristig mit über 60 kWth mehr
ausgewählt, dass bei vergleichbarem Wetter eine als dreimal und im Durchschnitt rund doppelt
nahezu vergleichbare Nutzkälte bereitgestellt so hoch wie die durchschnittliche Abwärme
wird. leistung im KKM-Betrieb mit unter 20 kWth.
Werden die thermischen und elektrischen Leis
tungen der einzelnen Komponenten bilanziert, Die Versuche wurden oft wiederholt, wobei die
wird der prinzipielle Unterschied der beiden sehr stabilen Wetterverhältnisse im Sommer 2018
Anlagenkonzepte deutlich: eine sehr hohe Reproduzierbarkeit gewährleis
•• Beide Kältemaschinen werden entsprechend teten. Eine detaillierte Analyse einzelner, nahezu
des Lastprofils mit vergleichbaren Volumen stationärer Betriebszuständen zeigt, dass die
strömen und Vor- bzw. Rücklauftemperaturen (gemessenen) Leistungszahlen der Adsorptions-
betrieben. und Kompressionskältemaschine sehr gut mit
•• Bei einer mittleren Außentemperatur von den in den Produktdatenblättern der Hersteller
jeweils etwa 22 °C stellen beide Kältema angegebenen Werten übereinstimmen [30].
schinen eine mittlere Vorlauftemperatur Zur besseren Orientierungen sollen beispielhaft
von 12 bis 13 °C bereit, wobei die einzelnen für zwei ausgewählte Betriebstage (berechnete)
Ad- und Desorptionszyklen der thermischen Leistungs- und (gemessene) Arbeitszahlen gegen
Kälteerzeugung gut zu erkennen sind. Da im übergestellt werden:
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10 1.1 10 1.1
1 1
8 8
0.9 0.9
6 6
0.8 0.8
0.7 0.7
4 4
0.6 0.6
2 2
0.5 0.5
0 0.4 35 0 0.4
0 4 8 12 16 20 24 0 4 8 12 16 20 24
35 35 35
..
30 ..
30 30 30
25
25 25 25
20
20 8 8
20 20
15 8
2020
7 7
15
15 20 15
10 8 7
6 6
10 20 1515
10 10 7 6
5 8 5 5
15
20 0 5 10 15 20
5 7 6 5
5 8 8 5 4 4
0 5 10 15
15 20
4 12 1010 4
2020
0 8 8 16 20 24 0 6
5
8 12 4 16 20 24
7 7 8 8
15 10 3 3
8 5
20 7 20 3
7 4 7
10 6 6 4 2 2
8 7 5 5
10
1515 6 2
5 6 3
3 6
5 5 1 1
7 6
15 15
5 2 2 1
5 5
4 4 5 5
6 0 0 0 0
1010 5
0 0 5 5 1 1010 1515 2020
4 0 1 0
5
3 3 4 4
10 0 5 10 10 15 0 20
4 0
3 0 5 10 15 20
4 0 0
2 2 3 3
5 5 3 0 5 10 15 20
3
2
1 1 2 2
5 5
2 2
1
0 0 0 0 1 1
1 1 66
0 0 5 5 1010 1515 2020
6060 0
0 0 06 0
5 10 60 15 0 20
15 0 20 4 08 12 16 20 24 0 4 8 12 16 20 24
15 20 6 6 6 44 60 6
6060 60 4040
60 4
60
60
40
4 4 40
2020 4 22 4
4040 40 40
2 40
40
20
20
2020 20 00 2 2 2 00 2
20
20
20
0 0
0
0 0 0 -20-20 0 0 0 0 -2 -2 0
00
-20 -2
-20
-20-20 -20 -40-40 -2 -2 -2 -20 -4 -4 -2
-20
-20
-40 -4 -40
-40-40 -40 -4 -4 -40
00 55 1010 -4 1515 -40
2020 -40 -4
0 5 10 15 20
0 5 10 15
0 0 5 54 10
8 10 12 1515 16 2020 20 24 4 12
0 0
00
8
55 10 16
10
20
15
15
24 20
20
Bild 3: Messreihen für die Adsorptionskältemaschine am 6. September 2018 (links) und die Kompressionskältemaschine am 18. August 2018 (rechts).
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Jubiläumsausgabe 140. Jahre
•• Am AdKM-Versuchstag (Messung vom •• Zunächst werden die Versuche, wie in Kapitel
6.9.2018) lagen die mittleren Temperaturen 2.2 beschrieben, entsprechend der Mess- und
bei 71 °C für den thermischen Antrieb, Auswertevorschriften aus den gängigen Nor
bei 25,5 °C für die Wärmeabgabe und bei men und Richtlinien ausgewertet.
13 °C für die Nutzkälte. Dies liefert nach •• In Anlehnung an die von Schicktanz et al.
Produktdatenblatt eine thermische Leis [11] und Henning et al. [12] vorgeschlagene
tungszahl von EERAdKM,th=0,52 kWth/kWth, Rechenmethode werden die Messdaten für die
während an diesem Tag eine Arbeitszahl von beiden Versuchsdurchläufe zunächst getrennt
EERAdKM,th=0,50 kWhth/kWhth gemessen wurde. primärenergetisch bewertet, wobei deren
•• Am KKM-Versuchstag (Messung vom Methode so angepasst wird, dass an Stelle
18.8.2018) lagen die mittleren Temperaturen von Modellparametern (z.B. aus numerischen
bei 30 °C für die Wärmeabgabe und bei 12 °C Analysen bzw. Simulationsergebnissen) hier
für die Nutzkälte. Dies liefert nach Produktda Messwerte verwendet werden.
tenblatt (bei 7 °C / 30 °C) eine Leistungszahl •• Eine modellbasierte Messdatenanalyse liefert
von EERKKM=3,6 kWth/kWth, während an diesem schließlich energiewirtschaftlich günstige
Tag (bei 12 °C / 30 °C) ebenfalls eine Arbeits Betriebsrandbedingungen für den Einsatz
zahl von EERKKM=3,6 kWhth/kWhel gemessen von thermisch und elektrisch angetriebenen
wurde. Kältemaschinen.
Eine Fehleranalyse weist Messunsicherheiten Hier wird die Bilanzgrenze entsprechend
von deutlich unter 10 % aus, was im Rahmen VDI 4650 festgelegt, wobei diese strenggenom
einer Gesamtsystembilanzierung als akzeptabler men nur zur Berechnung der Jahresarbeitszahl
Wert angesehen werden kann. Dabei sei darauf SCOP für (Sorptions-)Wärmepumpenanlagen
hingewiesen, dass einzelne Verlustterme zwar herangezogen wird. Als Nutzen ist demnach die
nur modellgestützt bilanziert werden können, von der Kältemaschine bereitgestellte Kälte (und
die Gesamtenergiebilanz aber in jedem Fall nicht die tatsächlich verbrauchte Nutzkälte) defi
ausgeglichen ist. niert. Der Aufwand wird für den Betrieb der
Tabelle 1 stellt die Energiebilanz auf Basis der gesamten Anlage also inkl. der Wärmesenke
Messdaten vor [30]. Da nicht alle Verluste sepa (hier: Rückkühlwerk) und aller Hilfsenergien
rat ausgewiesen werden, ist die zahlenmäßige bestimmt. Dabei sind die Systemverluste und
Energiebilanz (hier) nicht ausgeglichen. die gespeicherte Wärme- bzw. Kälteenergie
Bild 4 zeigt ein Energieflussdiagramm für die separat zu bilanzieren und in der Berechnung
beiden Anlagenkonzepte, ausgehend von der entsprechend zu berücksichtigen.
eingesetzten Endenergie bis zur bereitgestellten Im Folgenden werden die berechneten Kenn
Nutzenergie. zahlen als Leistungszahl EER bezeichnet. Zwar
Der Vergleich der Energieflüsse zeigt den handelt es sich hierbei um gemessene Werte, so
deutlich geringeren Stromverbrauch zum dass strenggenommen die Arbeitszahl SPF der
Betrieb der Adsorptions- gegenüber der Kom korrekte Wert wäre. Aber in der Planungspraxis
pressionskältemaschine. Bei 20 % weniger haben sich die Teilenergiekennwerte EER eta
Kälteerzeugung verbraucht das Rückkühlwerk bliert, die hier als Tagesmittelwerte dargestellt
wegen der höheren Abwärme der Adsorpti werden. Diese Teilenergiekennwerte können
onskältemaschine allerdings deutlich mehr in DIN 18599 [29] ingenieurmäßig zur Energie
elektrische Energie als im KKM-Betrieb. Das bilanzierung genutzt werden.
Gesamtsystem mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
stellt neben der (aus der Wärme erzeugten) 5.1 K
ennzahlen aus einer modellbasierten
Kälte deutlich mehr elektrische Energie bereit Datenauswertung
als zum Betrieb der Adsorptionskältemaschine Die Messwerte können mit den oben vorgestell
benötigt wird. ten Werten detaillierter ausgewertet werden.
Für die Kompressionskältemaschine liefert
5. Auswertung (1)
Die Auswertung der Messdaten liefert wichtige
Auslegungsgrößen für die Planungspraxis: eine Leistungszahl von EERKKM=3,6 kWhth,Kälte/kWhel.
357WISSENSCHAFT
Bild 4: Energieflussbild für Kraft/Wärme/Kälte-Kopplung
die beiden Kälte ¡
maschinen, Werte ¡
aus Tabelle 1. ¡
͵ǡ
͵ʹǡͳ
͵Ͳͷǡͺ
ʹͲͲǡͶ ͻͺǡͻ ͺʹǡͲ
ͷͺǡ AdKM
ͷǡͻ
ʹ͵ʹǡͷ
Ͷͳͷǡͺ ͳͳͷǡʹ
Kompressionskältemaschine ¡
¡
ͳǡͷ
ͳͶǡͶ
͵͵ǡͲ ͵ͳǡͷ ͳͳͻǡ ͳͲͷǡͲ
KKM
Tabelle 1: Energiebilanz für den AdKM- und den KKM-Betrieb, aus Messdaten (Messunsicherheit kleiner als 10 %). Die geringe
Energiedifferenz in den thermischen Speichern wird in der Auswertung nicht berücksichtigt. Die verhältnismäßig
hohen Verluste (aufgrund des Laboraufbaus ohne anlagentechnische Wärmedämmung) werden informativ ange-
geben. Kursiv dargestellte Werte nur zur Information. Alle Temperaturen als Tagesmittelwert.
AdKM-Betrieb KKM-Betrieb
Symbol
(bei AT=21 °C) (bei AT=23 °C)
erzeugte Kälte 98,9 119,6 kWhth
Nutzkälte 82,0 (bei 13 °C) 105,0 (bei 12 °C) kWhth
Stromverbrauch 9,5 33,0 kWhel
- Kältemaschine 2,6 29,2 kWhel
- Rückkühlwerk 3,6 1,4 kWhel
- Hilfsenergie 3,3 2,3 kWhel
therm. Antriebsenergie 200,4 (bei 71 °C) – kWhth
Abwärme Rückkühlwerk 305,8 (bei 25,5 °C) 147,4 (bei 30 °C) kWhth
Brennstoffeinsatz 415,8 – kWhBS
- Stromerzeugung 124,7 – kWhel
- Wärmeerzeugung 232,5 – kWhth
- (Wärme-)Verlust 58,6 – kWhth
Stromeinspeisung 115,2 – kWhel
Wärmespeicherung +1,4 – kWhth
Kältespeicherung -0,4 ±0 kWhth
therm. Verluste 124,1 – kWhth
358GI
WISSENSCHAFT
Jubiläumsausgabe 140. Jahre
Aufwendiger ist die Analyse der Für den Betrieb der Kompressionskältema
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. schine ist die Leistungszahl EERKKM als Verhält
Hier gilt für das Blockheizkraftwerk: nis der erzeugten Kältemenge zum gesamten
Strombezug definiert, wobei der Strombezug
(2) primärenergetisch bewertet wird:
(3) (7)
(4) mit
QKKM,th erzeugte Kältemenge in kWh
mit WKKM,el Strombezug, inkl. Hilfsstrom und
QBHKW,BS Brennstoffeinsatz in kWhBS Rückkühlwerk in kWh
QBHKW,th erzeugte Wärme in kWhth PEFel Primärenergiefaktor für Strom
WBHKW,el erzeugter Strom in kWhel in kWhPrimärenergie/kWhEndenergie
ηBHKW,el elektrischer Wirkungsgrad
in kWhel/kWhBS Die Adsorptionskältemaschine wird über EERAdKM
ηBHKW,th thermischer Wirkungsgrad charakterisiert und grundsätzlich nach der glei
in kWhth/kWhBS chen Methode wie die Kompressionskältema
schine bewertet, wobei in der Berechnung des
Die Adsorptionskältemaschine wird über die Primärenergieeinsatzes auch die überschüssige
thermische und die elektrische Leistungszahl elektrische Energie aus dem BHKW-Betrieb zu
bewertet: berücksichtigen ist:
(5)
(6) (8)
mit mit
EERAdKM,th thermische Leistungszahl QAdKM,th erzeugte Kältemenge in kWhth
in kWhth,Kälte/kWhth,Wärme QBHKW,BS Brennstoffeinsatz in kWhBS
EERAdKM,el elektrische Leistungszahl (abzüglich der Wärmespeicherung)
in kWhth,Kälte/kWhel WBHKW,el Stromerzeugung in kWhel
WAdKM,el Strombezug, inkl. Hilfsstrom und
Damit können die einzelnen (mittleren) Lei Rückkühlwerk in kWhel
stungszahlen bzw. Wirkungsgrade an diesem PEFBS Primärenergiefaktor für Brennstoff
Versuchstag messtechnisch bestimmt werden: in kWhPrimärenergie/kWhEndenergie
•• Für das Blockheizkraftwerk: PEFel Primärenergiefaktor für Strom
ηBHKW,el=0,30 kWhel/kWhBS und ηBHKW,th=0,56 in kWhPrimärenergie/kWhEndenergie
kWhth/kWhBS
•• Für die Adsorptionskältemaschine: In den Gleichungen (7) und (8) sind alle Energie
EERAdKM,th=0,49 kWhth,Kälte/kWhth,Wärme und mengen aus der Messung bekannt.
EERAdKM,el=10,4 kWhth,Kälte/kWhel Nach der aktuellen Energieeinsparverordnung
EnEV 2017 [2] wird der Primärenergiefaktor für
5.2. P
rimärenergetisch bewertete Leistungszahl Erdgas mit PEFBS=1,1, für Strombezug PEFel mit
EER aus der Messung für das Gesamtsystem 1,8 (allgemeiner Strommix, für KKM-Betrieb) und
Die primärenergetische Leistungszahl im Kühl für den eingespeisten Strom aus Kraft-Wärme-
betrieb EERprim wird hier als Mittelwert über den Kopplung mit 2,8 (Verdrängungsstrom, für
jeweiligen Versuchszeitraum bestimmt. Dabei AdKM-Betrieb) gewählt. Damit ergibt sich
werden alle Energieströme über die Bilanzgrenze •• für den KKM-Betrieb
bilanziert, wobei im AdKM-Betrieb zusätzlich EERKKM,prim=2,0 kWhth,Kälte/kWhprim und
der Wärmespeicher zu Beginn und am Ende des •• für den AdKM-Betrieb
Versuchs bilanziert werden muss. EERAdKM,prim=0,63 kWhth,Kälte/kWhprim.
359WISSENSCHAFT
Wird diese Messkampagne ausschließlich mit von den beiden Leistungszahlen EERAdKM,th bzw.
den vorliegenden Messdaten ausgewertet, ist EERAdKM,el der Adsorptionskältemaschine.
die Kälteerzeugung über eine Kompressions •• einen sehr starken Einfluss des elek
kältemaschine primärenergetisch in diesem trischen Wirkungsgrades ηBHKW,el des
System deutlich günstiger als der Betrieb der Blockheizkraftwerks.
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Dieses Ergebnis entspricht auch den Unter
•• Im BHKW-Betrieb fallen zunächst die hohen suchungen (und der Methode) von Schicktanz
anlagentechnischen Wärmeverluste auf. et al. [11] und Henning et al. [12]. Werden die
•• Aufgrund des deutlich geringeren Strombe Messdaten der beiden Versuche mit Hilfe der
darfs bei der thermischen Kälteerzeugung, oben eingeführten Kennzahlen beschrieben,
ist ein AdKM-Betrieb bei reiner Abwärme können die Messergebisse für diesen Betriebsfall
nutzung dem KKM-Betrieb primärenergetisch (typischer Betrieb einer Klimaanlage während
jedoch deutlich überlegen, siehe Kapitel 5.4. eines Auslegungstages) verallgemeinert werden.
•• Die Kompressionskältemaschine profitiert Dabei werden folgende Annahmen getroffen:
von einem niedrigen Primärenergiefaktor •• Die Leistungszahl EERKKM der Kompressions
für Strom und ist trotz des verhältnismäßig kältemaschine entspricht einem guten Wert,
hohen Strombedarfs eine gute Alternative der in der Praxis erreicht wird. Sie wird daher
bei Stromüberschuss bzw. bei einem niedrigen als Referenzgröße für die konventionelle Käl
netzpunktspezifischen Strompreis. teerzeugung für die Gebäudeklimatisierung
•• Ein KWKK-Verbundsystem ist energiewirt verwendet.
schaftlich nur dann vorteilhaft, wenn das •• Die thermischen Leistungszahlen EERAdKM,th ent
BHKW in einem Microgrid (mit modell-prä sprechen an diesem Versuchstag in einzelnen
diktiver Regelung) ganzjährig, netzdienlich Bilanzzeiträumen jeweils den Produktanga
und bei einem hohen netzpunktspezifischen ben [30]. Daher wird der oben bestimmte
Strompreis betrieben wird. Tagesmittelwert zur weiteren Bilanzierung
herangezogen.
5.3 Bewertung der •• Die Strombedarfe für das Rückkühlwerk
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung und Nebenaggregate sind bei Adsorptions
Einsetzen von Gl. (2) bis (6) in Gl. (8) liefert unter kältemaschinen technologiebedingt höher
Berücksichtigung der Primärenergiefaktoren als bei Kompressionskältemaschinen. Eine
schließlich: umfangreiche Analyse und Betriebsoptimie
rung führte zu einer deutlichen Effizienzver
besserung, so dass die mittlere elektrische
Leistungszahl EERAdKM,el als Referenzwert
verwendet werden kann.
•• Im eingeschwungenen Zustand ist der Spei
(9) cherladezustand am Anfang des Tages und
am Tagesende identisch.
Außerdem gilt mit den oben eingeführten •• Die anlagentechnischen Wärmeverluste
Werten: erscheinen unrealistisch hoch und werden im
folgenden Modell demgegenüber zunächst
(10) vernachlässigt.
•• Kleinskalige Blockheizkraftwerke haben Gesamt
Eine Sensitivitätsanalyse der Kennzahlen (inner wirkungsgrade ηBHKW,ges von bis zu 90 %. Da dieser
halb eines typischen Wertebereichs) auf die pri Wert hier (fast) erreicht wird, können auch der
märenergetische Leistungszahl zeigt elektrische und der thermische Wirkungsgrad als
•• eine schwache Abhängigkeit von der thermischen Referenzwert übernommen werden.
Leistungszahl EERAdKM,th und eine etwas stärkere
Abhängigkeit von der elektrischen Leistungszahl Mit den oben genannten Annahmen kann Glei
EERAdKM,el. chung (2) mit einer entsprechend geänderten Ener
•• eine stärkere Abhängigkeit von der Leistungs giebilanz neu berechnet werden. Die Leistungszahl
zahl EERKKM der Kompressionskältemaschine als für die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung verbessert
360Anzeige
sich damit auf EERAdKM,prim=0,94 kWhth,Kälte/kWhprim. Dabei gilt unverändert
EERKKM,prim=2,0 kWhth,Kälte/kWhprim für die Kompressionskältemaschine (siehe
auch Kapitel 5.1).
Hier zeigt sich die starke Abhängigkeit vom Primärenergiefaktor für Strom
und vom elektrischen Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerks: Selbst nach
deutlicher Reduzierung der anlagentechnischen Wärmeverluste liegt die
primärenergetische Leistungszahl der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung noch
deutlich unter der Leistungszahl des konventionellen Vergleichssystems.
Alternativ kann mit Gleichung (9) der elektrische Wirkungsgrad des Block
heizkraftwerks ηBHKW,el so bestimmt werden, dass die primärenergetische Leis
tungszahl der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung EERAdKM,prim die primärenergetische
Leistungszahl der Kompressionskältemaschine EERKKM,prim übersteigt. Dies ist bei
elektrischen Wirkungsgraden von über 37 % gegeben.
Vergleichbare Wirkungsgrade erreichen wirkungsgradoptimierte Blockheiz
kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 100 kWel und mehr. Im direkten Flat Box
Vergleich der Kälteerzeugung ist die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung also erst bei
größeren Einheiten primärenergetisch vorteilhaft.
Es sei allerdings ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein ganzjähriger
Vergleich unter Berücksichtigung der gekoppelten Wärmeerzeugung und der
längeren Laufzeit auch bei kleinskaligen Anlagen energiewirtschaftliche und
primärenergetische Vorteile hat [15].
5.4 Abwärmenutzung statt Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Die messtechnische Bewertung der beiden Anlagenkonzepte zeigt einen deut
lichen Vorteil der Kälteerzeugung mit Kompressionskältemaschine gegenüber Tiefe
der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Die thermisch angetriebene Kälteerzeugung < 30 cm
schneidet primärenergetisch jedoch deutlich günstiger als eine Kompressi
onskältemaschine ab, wenn Abwärme als Antriebsenergie genutzt wird: Die
Adsorptionskältemaschine bezieht im Vergleich zur Kompressionskältemaschine
(an diesem typischen Tag) nur rund ein Drittel der elektrischen Energie.
VARIO 650 CC
Die Adsorptionskältemaschine würde in dem vorliegenden Versuch eine
primärenergetische Leistungszahl EERAdKM,prim von 5,8 kWhth,Kälte/kWhprim gegenüber
EERKKM,prim von 2,0 kWhth,Kälte/kWhprim für die Kompressionskältemaschine erreichen.
Kompaktes Zu- und Abluftgerät
mit Wärmerückgewinnung
6. Z
usammenfassung und Ausblick zum netzdienlichen
Betrieb von Energieverbundsystemen Flexibles Stand- oder deckenhängen-
Die vorliegende Studie analysiert und vergleicht den Betrieb einer Adsorptions- des Gerät für den Innenbereich
und einer Kompressionskältemaschine zur Bereitstellung von 13/18-Klimakälte
über einen Kaltwasserspeicher mit 12 °C an einem typischen Sommertag. Sehr einfache Wartung und Reinigung
Zunächst ist bemerkenswert, dass die Leistungskennzahlen sowohl der Kom Extrem flexible und umfassende
pressionskältemaschinen (gemäß VDI 4650-1 [26], auf den Kühlfall angewendet) Steuerung
als auch der Adsorptionskältemaschinen (in Anlehnung an VDI 4650-1 und unter
Luftleistung bis 650 m³/h
Berücksichtigung von VDI 4650-2 [27], auf den Kühlfall angewendet) in diesem
Betriebspunkt hoch sind und in guter Näherung den Produktdaten der Hersteller Einsatzbereiche: Mehrfamilienhäuser,
entsprechen, womit eine insgesamt gute Betriebsführung mit optimierten große Einfamilienhäuser, Büro- und
Reglereinstellungen (an der jeweiligen Kältemaschine, am Rückkühlwerk und Gewerbeeinheiten
der Peripherie) im Versuch nachgewiesen ist: Optimale Luftverteilung in Kombination
•• Kompressionskältemaschine, Gesamtsystem: mit der ValloFlex Flat Box – jetzt noch
EERKKM = 3,6 kWhth,Kälte/kWhel besser dank Universal-Regelung
•• Adsorptionskältemaschine, Gesamtsystem:
Ab Lager sofort lieferbar
EERAdKM,el = 10,4 kWhth,Kälte/kWhel und EERAdKM,th = 0,49 kWhth,Kälte/kWhth
361
vallox.deWISSENSCHAFT
Adsorptionskältemaschinen schneiden primär In Kombination mit einer übergeordneten
energetisch dann günstiger ab als eine Kompres Regelung [31] können in Microgrids so elek
sionskältemaschine, wenn zum Antrieb (industri trische Lastschwankungen vollständig und
elle) Abwärme zur Verfügung steht. netzdienlich ausgeglichen werden, und zwar
In Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung sind Adsorp weitgehend unabhängig von der aktuellen
tionskältemaschinen nur dann primärenergetisch thermischen Heiz- bzw. Kühllast.
günstiger als Kompressionskältemaschinen, wenn
das Blockheizkraftwerk einen hohen elektri
schen Wirkungsgrad erreicht, in einer typischen Danksagung
Anwendung von mindestens 37 %. Dabei ist Diese Studie wurde durch die „Forschungsallianz
auffällig, dass unter Berücksichtigung der heute Oberrhein zu den technischen Grundlagen der
am Markt verfügbaren Komponenten mit ihren Nachhaltigkeit“ mit Mitteln des Landes Baden-
spezifischen Leistungszahlen bzw. Wirkungs Württemberg finanziert. Im Rahmen dieser Stu
graden die energiewirtschaftliche Bewertung die wurde auch die Regelung der Kraft-Wärme-
fast ausschließlich vom elektrischen Wirkungs Kälte-Kopplung optimiert. Die Autoren danken
grad des Blockheizkraftwerks abhängt. Dr. Ferdinand Schmidt und Aditya Desai (KIT
Der Primärenergiefaktor für den Energie Karlsruhe), Carsten Hindenburg (Hindenburg
träger Strom wird mit dem zunehmenden Anteil Consulting) sowie Steffen Kühnert, Doreen Acker
erneuerbarer Energie an der Stromproduktion und Dr. Ursula Wittstadt (Fahrenheit GmbH) für
weiter sinken. Ebenso wird perspektivisch auch intensive Diskussionen und tatkräftige Unterstüt
der Primärenergiefaktor für Erdgas sinken, wenn zung. Ferner danken wir unseren Industriepart
Power-to-Gas-Technologien verbreitet eingesetzt nern Fahrenheit GmbH in München, SenerTec
werden. Die energiewirtschaftliche Situation Center GmbH in Lautenbach, Isenmann Ingenieur
der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung wird sich GmbH in Haslach und Elektrizitätswerk Mittel
dementsprechend verschieben. Eine Prognose baden AG & Co. KG für die Bereitstellung der
ist schwierig. Anlagenkomponenten sowie der Finanzierung
Leichter fällt die Prognose im Zusammenhang der Prozessautomation.
mit einem netzfreundlichen Betrieb von Energie
verbundsystemen: Der Warmwasserspeicher kann
sowohl im Winter für die stromgeführte Kraft- Literatur
Wärme-Kopplung als auch im Sommer für die [1] P. Sawant, J. Pfafferott. Experimental investigation
of real-life microscale trigeneration system using
bedarfsgerechte und weitgehend vom Stromnetz adsorption cooling, reversible heat pump and a coge
entkoppelte Kältebereitstellung genutzt werden. neration unit. 7th IC-EPSMSO International Conference
Damit steht ein dezentrales Blockheizkraftwerk on Experiments/Process/System Modeling/Simulation/
Optimization, Athens (Greece), 2017.
mit einer thermisch angetriebenen Kältemaschi
[2] Energieeinsparverordnung – EnEV. Verordnung über
ne ganzjährig für einen netzfreundlichen Betrieb energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende
zur Verfügung: Anlagentechnik bei Gebäuden. In der aktuellen Fas
•• Im vorliegenden System werden für die kon sung vom 24.10.2015 (EnEV 2017)
ventionelle Kälteversorgung bedarfsgerecht [3] D.W. Wu, R.Z. Wang. Combined cooling, heating and
power: A review. Progress in Energy and Combustion
3 bis 3,5 kWel elektrische Leistung aus dem Science 32 (2006)
Stromnetz bezogen. [4] M. Miara et al. Wärmepumpen. Fraunhofer IRB Verlag,
•• Von der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung können 2013.
weitgehend unabhängig vom aktuellen Kälte [5] A. Morgenstern et al. Mit solarer Wärme kühlen. BINE
bedarf rund 5 kWel bereitgestellt werden. Themeninfo, 2016.
[6] H.-M. Henning (Hrsg.). Solar-assisted Air-conditioning
Dieses Energieverbundsystem bestehend aus
in Buildings: A Handbook for Planners. Springer, 2004.
Kältemaschine / reversibler Wärmepumpe und
[7] D. Mugnier (Hrsg.). Quality Assurance and Support
Blockheizkraftwerk mit Adsorptionskältemaschi Measures for Solar Cooling. Positionspapier des IEA-
ne kann in etwa die gleiche elektrische Leistung Task 48 im Solar Heating and Cooling Programme,
2015.
aus dem Netz beziehen oder diesem bereitstel
[8] U. Eicker, D. Pietruschka, A. Schmitt, M. Haag. Com
len, und zwar im Winter- (Wärmepumpe vs.
parison of photovoltaic and solar thermal cooling
Blockheizkraftwerk) oder Sommerbetrieb (elek systems for office buildings in different climates. Solar
trisch vs. thermisch angetriebener Kältemaschine). Energy 118 (2015)
362GI
WISSENSCHAFT
Jubiläumsausgabe 140. Jahre
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energy saving evaluation for energy planning and [28] EN 12900:2013. Kältemittel-Verdichter – Nennbedin
policy development. Energy Policy 35 (2007) gungen, Toleranzen und Darstellung von Leistungs
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energy and economic analysis of combined heating, [29] DIN V 18599:2011. Energetische Bewertung von Gebäu
cooling and power systems. Energy 36 (2011) den – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergie
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sieren mit Wärme. Fraunhofer IRB Verlag, 2012. wasser und Beleuchtung. (Mehrere Teile, hier insb.
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ration Systems for Application in Automatic Control.
air-conditioning and refrigeration technology, an
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Integrated Project partly funded by the European Com
Systems, Tokyo (Japan), 2018.
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Regenerativ betriebene, innovative Kraft-Wärme-Kälte-
Kopplungsanlage. Hochschule Kempren und Technische Prof. Dr.-Ing. Jens Pfafferott (1971), Studium der Energie- und Verfahrenstechnik
an der TU Berlin, Promotion an der Universität Karlsruhe (TH). Beruflicher Werde
Universität München, 2013.
gang: Energieversorger envia (Cottbus) und Vattenfall (Berlin) sowie Fraunhofer ISE
[20] G. Angrisani, A. Rosato, C. Roselli, M. Sasso, S. Sibilio. (Freiburg). Seit 2011 vertritt Prof. Pfafferott die Lehrgebiete Thermodynamik,
Experimental results of a micro-trigeneration installati Mess- und Regelungstechnik, Wärmeversorgung und Klimatechnik, Planung und
on. Applied Thermal Engineering 38 (2012) Betrieb technischer Anlagen sowie die Forschung zur nachhaltigen Gebäudetechnik
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micro-combined cooling, heating and power system Kontakt Hochschule Offenburg
driven by a gas engine. International Journal of Refri Institut für Energiesystemtechnik
geration 28 (2005) Badstraße 24
77652 Offenburg
[22] Y. Huangfu, J.Y. Wu, R.Z. Wang, Z.Z. Xia. Experimental
Tel.: 0049-(0)781-205-4604
investigation of adsorption chiller for micro-scale BCHP
E-Mail: jens.pfafferott@hs-offenburg.de
system application. Energy and Buildings 39 (2007)
[23] prEN 14511-3:2015. Luftkonditionierer, Flüssigkeits
kühlsätze und Wärmepumpen für die Raumbeheizung
und -kühlung und Prozess-Kühler mit elektrisch ange
triebenen Verdichtern – Teil 3: Prüfverfahren.
[24] prEN 14825:2017. Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühl
sätze und Wärmepumpen mit elektrisch angetriebenen
Verdichtern zur Raumbeheizung und -kühlung B.Eng. SASCHA RISSMANN
– Prüfung und Leistungsbemessung unter Teillastbe
B.Eng. Sascha Rißmann (1985), gelernte Fachkraft für Veranstaltungstechnik,
dingungen und Berechnung der jahreszeitbedingten
Studium der Energiesystemtechnik an der Hochschule Offenburg. Seit 2017
Leistungszahl. wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energiesystemtechnik (INES) in
[25] EUROVENT RS 6/C/003-2015. Rating standard for the den Bereichen Betriebsoptimierung von Adsorptionskältemaschinen in Energie
certification of liquid chilling packages. verbundsystemen, Stadtklimasimulation und thermische Behaglichkeit in
öffentlichen Gebäuden.
[26] VDI 4650-1:2016. Berechnung der Jahresarbeitszahl von
Wärmepumpenanlagen – Blatt 1: Elektrowärmepum
pen zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung.
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