Solarthermische Kälteerzeugung mit Parabolrinnenkollektorsystem und Dampfstrahlkältemaschine

Mit Hilfe von solarthermischen Anlagen soll die effiziente Kälteerzeugung für industrielle Anwendungen ermöglicht werden. Dafür werden auch geeignete Arbeitsmedien für das Kollektorsystem gesucht. Mit Hilfe der Ergebnisse kann der Primärenergiebedarf für Kälteerzeugung im Vergleich zu konventionellen elektrisch betriebenen Anlagen deutlich gesenkt werden.

Ziel
Basierend auf einem System mit Parabolrinnenkollektoren und einem Dampfstrahlkälteprozess (Leistungsbereich 5 bis 10 Kilowatt Thermal, kWth) soll eine solarthermische Kälteerzeugung für die industrielle Anwendung entwickelt und getestet werden.

Ein wichtiges Teilziel des Projekts “Solarthermische Kälteerzeugung mit Parabolrinnenkollektorsystem und Dampfstrahlkältemaschine“ ist die Festlegung von geeigneten Arbeitsmedien für Kollektorsystem und Kältemaschine, die einen ausreichenden Frostschutz und eine ausreichende Temperaturbeständigkeit (Betriebstemperaturn bis 200°C) gewährleisten sowie optimale Wärmeverhältnisse für den Kälteprozess ermöglichen.

Der Kollektor soll als Verdampfer weiterentwickelt werden. Ein geeignetes Anlagen- und Steuerungskonzept für das Gesamtsystem wird benötigt. Zudem sind die freien Prozess- und Auslegungsgrößen festzulegen. Das System soll bei den österreichischen Projektpartnern in Betrieb genommen und im Rahmen eines Probebetriebs getestet werden.

Technologie
Das Dampfstrahlkälteverfahren stellt einen thermischen Kälteprozess dar, bei dem durch Nutzung von Wärme auf einem Temperaturniveau von 80 bis 200 °C Kälte erzeugt wird.
Es handelt sich um einen sehr robusten Prozess, bei dem weitestgehend Standardkomponenten eingesetzt werden können. Wesentliche Vorteile sind die hohe Ansprechgeschwindigkeit (das heißt, gutes dynamische Verhalten) und gutes Teillastverhalten.
Als Kältemittel wurde bisher überwiegend Wasser eingesetzt. Es sind jedoch auch andere natürliche Kältemittel und Stoffsysteme möglich. Im größeren Leistungsbereich ab 600 kW Kälteleistung wurde der Kälteprozess schon im Rahmen von Demonstrationsprojekten sowie zur industriellen Produktkühlung im Bereich der chemischen Industrie eingesetzt.
Die Kombination einer Dampfstrahlkältemaschine mit einem Parabolrinnenkollektor (PRK) bietet sich aufgrund der Leistungseigenschaften des Kälteprozesses besonders an. Ein PRK kann auch bei Temperaturen zwischen 100 und 200 °C gute Wirkungsgrade erzielen. Ein PRK mit kleinen Abmessungen, der für die Installation auf Fabrikdächern geeignet ist, wurde im Rahmen eines Vorläuferprojektes im Rahmen der „Fabrik der Zukunft“ bereits entwickelt.
Durch den Einsatz solarthermischer Kälteprozesse kann der Primärenergiebedarf für kältetechnische Anwendungen deutlich gesenkt werden. Je nach Auslegung und Anwendung ist auch ein autarker Betrieb ohne zusätzliche Energieträger möglich.
In Deutschland wird der Primärenergiebedarf für klima- und kältetechnische Prozesse auf fünf Prozent des gesamten Primärenergiebedarfs geschätzt. Ein Drittel des Kältebedarfs fällt im Bereich der Komfortklimatisierung an, die Hälfte im Bereich der Lebensmittelkühlung. Mit dem neuen Verfahren werden weitere Einsatzmöglichkeiten für die Solarthermie erschlossen. Weiterhin kann das Verfahren mit natürlichen Arbeitsmedien betrieben werden.

Anwendung
In der Industrie wächst der Kältebedarf nicht nur im Büro-, sondern auch im Produktionsbereich. Mögliche Anwendungen liegen im industriellen Sektor bei erforderlichen Kühltemperaturen von 0 bis 20 °C. Kälte wird sowohl für Kühlung oder Klimatisierung von Hallen, in denen sensible Geräte stehen oder empfindliche Produkte verarbeitet werden, benötigt als auch für die Produktkühlung.
Mögliche Anwendungen sind bei Produktionsprozessen, zum Beispiel bei der Kühlung von Schaltanlagen und Schalträumen oder EDV-Anlagen, bei Kühlung und Klimatisierung von Hallen, in der Papier- und Lebensmittelindustrie, in Landwirtschaft, Brauereien und Molkereien zu finden.
Insbesondere aufgrund der steigenden Außentemperaturen im Sommer wird der Bedarf an energiesparenden Kälteverfahren im industriellen wie auch im privaten Bereich weiter steigen.


Foto: Fraunhofer UMSICHT

Bild:

Im Leistungsbereich ab 600 Kilowatt Kälteleistung wurde der Kälteprozess schon im Rahmen von Demonstrationsprojekten sowie zur industriellen Produktkühlung im Bereich der chemischen Industrie eingesetzt.

 


Foto: AEE INTEC

Die Kombination einer Dampfstrahlkältemaschine mit einem Parabolrinnenkollektor bietet sich aufgrund der Leistungseigenschaften des Kälteprozesses besonders an. Parabolrinnenkollektoren können auch bei Temperaturen zwischen 100 und 200 °C noch gute Wirkungsgrade erzielen. Ein Gerät mit kleinen Abmessungen, das für die Installation auf Fabrikdächern geeignet ist, wurde im Rahmen eines Vorläuferprojekts entwickelt.

Ansprechpartner

  • Projektkoordinator

    • Dipl.-Ing. Dagmar Jähnig
    • AEE INTEC
    • A-8200 Gleisdorf
    • Telefonnummer: +43 / 3112 / 5886 – 28
    • E-Mail-Adresse: d.jaehnig@aee.at.

Projektpartner

Deutsche Projektpartner

Reisner Kältetechnischer Anlagenbau GmbH, Holzwickede

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Solare Energietechnik, Köln

Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen
Dr.-Ing. Christian Dötsch,
Dr.-Ing. Peter Noeres
  
doe@umsicht.fhg.de
noe@umsicht.fhg.de

Tel. 0208 8598 100


Österreichische Projektpartner

IMG – Innovation Management Group GmbH, Graz – Grambach

Button Energy Energiesysteme GmbH, Wiener Neudorf

Knopf Glastechnik, Wien

Karl-Franzens-Universität Graz, Institut für Chemie, Bereich Anorganik

Solution Solartechnik GmbH, Gerald W. Jungreithmayr, Sattledt

Laufzeit

2007-2009

Förderung

Das Verbundprojekt „Solarthermische Kälteerzeugung mit Parabolrinnenkollektor-system und Dampfstrahl-kältemaschine“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme „Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“ gefördert und vom Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (PT-DLR) betreut.