Kühle Wand

Die kühlende Smart Wall aus dem 3D-Drucker

Forschende des amerikanischen Instituts Oak Ridge National Laboratory präsentierten nun eine Kältetechnik-Innovation. Eine intelligente Wand aus dem 3D-Drucker soll die Gebäudetechnik revolutionieren.

Kältetechnik Kühltechnik Gebäudetechnik ORNL Smart Wall 3D-Druck

Die Empower-Wall der amerikanischen Forschungseinrichtung ORNL soll intelligent kühlen und dabei Strom sparen. 

Die wissenschaftlich-technische Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Oak Ridge National Laboratory (ORNL) im US-Bundesstaat Tennessee hat während der virtuellen Veranstaltung Energy Exchange 2020 des Energieministeriums eine Kältetechnik-Innovation vorgestellt: Eine intelligente Wand, die neueste Technologien der Bereiche Fertigungs-, Gebäude- und Leistungselektronik vereint. 

Empower nennt sich die Prototyp-Wand, die für den Einsatz in Innenräumen konzipiert wurde. Die Beschreibung des ORNL klingt vielversprechend: "Empower soll den Energieverbrauch reduzieren, den Energiebedarf zu Spitzenzeiten verringern, die Rechnungen der Energieversorgungsunternehmen senken, erneuerbare Energien nutzen und den Komfort der BewohnerInnen aufrechterhalten kann." 

Angepasste Wärmeleitfähigkeit

Im Inneren der fünf mal acht Meter großen Smart Wall befinden sich ein Wärmespeicher- und aktives Isoliersystem mit einer Kältemaschine, die mit der Wand verbunden ist. Eingebettete Rohre führen während der Stunden mit geringem Spitzenbedarf gekühltes Wasser durch die Wand und kühlen deren Innentemperatur. "Die aktive Isolierung, die den Wärmespeicher umgibt, kann die Wärmeleitfähigkeit je nach Bedarf variieren", sagte die Gebäudeforscherin Diana Hun vom ORNL. "Sie überträgt die im Inneren der Wand gespeicherte Kälte bei Bedarf in den bewohnten Raum.

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Diese On-Demand-Fähigkeit der aktiven Isolierung senkt die Stromkosten. Die Empower-Wand verwendet ein Steuerungsmodul, um den Betrieb der aktiven Isolierung und der Wärmespeicherung Bedingungen wie Wetter und Bewohnerverhalten anzupassen. Damit können der optimale Lade- und Entladezeitpunk der Wand bestimmt werden. 

Smartes System aus dem Drucker

Ein intelligenter Inverter versorgt die an die Wand angeschlossene Kältemaschine und die Pumpen, die die im Beton gespeicherte kühle Temperatur an die Oberfläche der Wand übertragen. Dieser Wechselrichter ist mit einer Batterie verbunden, die auch während Zeiten mit geringem Strombedarf Energie aus dem Hauptstromnetz des Gebäudes speichert und es ermöglicht, dass die Energie während Zeiten mit hohem Strombedarf zur Verfügung steht.

https://youtu.be/ANPn7c_KEBA

"Der Wechselrichter verleiht der Empower-Wand Elastizität", sagte Aswad Adib von ORNL, ein Forscher auf dem Gebiet der Leistungselektronik. "Durch die Kombination der Energiespeicherung in Batterien mit einer erneuerbaren Quelle kann der Wechselrichter die Wand ohne Abhängigkeit vom Hauptstromnetz mit Strom versorgen."

Produziert wird die Empower-Wall in der Fertigungsanlage des ORNL mit Hilfe eines Additiv-Fertigungssystems mit Infrastrukturmaßstab. Das System namens Skybaam druckt Beton und gibt der Smart Wall damit die notwendige Stabilität.

Derzeit handelt es sich bei der Smart Wall noch um einen Prototypen. Im Geschäftsjahr 2021 sollen zwei weitere Empower-Wände installiert und auf ihre Funktionalität getestet werden. Die Ergebnisse der Feldvalidierung werden auf der Energy Exchange 2021 bekannt gegeben.