AIT Energy Department : Vorteile von DEC-Anlagen im Ganzjahresbetrieb
Das Passivhaus-Bürogebäude ENERGYbase in Wien ist mit einer Desiccant Evaporative Cooling Anlage (DEC) ausgestattet. Die solare Klimatisierungstechnologie dient in erster Linie zur Konditionierung der Gebäudezuluft, wird darüber hinaus aber auch zur Heizungs- und Kühlungsunterstützung eingesetzt. Im Rahmen eines Monitoring-Projekts wurde der Primärenergiebedarf der solaren DEC-Anlage über einen Zeitraum von einem Jahr erfasst und mit jenem einer strombetriebenen Klimaanlage verglichen.
Funktionsprinzip der solaren Kühlung
Thermische Flachkollektoren mit einer Gesamtfläche von 285m² sind am Dach des ENERGYbase mit südlicher Ausrichtung angebracht. Das Kollektorfeld wandelt die auftreffende Solarstrahlung in Wärme um, die mit Hilfe eines Wärmeträgers (70 % Wasser, 30 % Propylenglykol) in den thermischen Speicher transportiert wird. Der wassergefüllte Schichtenspeicher mit einem Volumen von 15.000l versorgt die DEC-Anlage mit thermischer Energie.
Zentrale Komponente der DEC-Anlage ist der Sorptionsrotor, der die Zuluft im Sommer trocknet und im Winter Feuchte und Wärme aus der Abluft zurückgewinnt und wieder der Zuluft zuführt.
Ein Regenerationsregister sorgt dafür, dass der Sorptionsrotor kontinuierlich mit heißer Luft getrocknet, also „regeneriert“ wird. Weitere Komponenten der Anlage sind der Wärmerückgewinnungsrotor, der die Zuluft im Sommer abkühlt und im Winter erwärmt, zwei Befeuchter für die Zu- und Abluft sowie zwei Heizregister für die Erwärmung der Zuluft im Winter.
Primärenergieeinsparung von rund 60 Prozent
2010 wurde der Primärenergiebedarf der solaren DEC-Anlage im ENERGYbase über einen Zeitraum von einem Jahr erfasst.
Die Abbildung zeigt die erhobenen Messdaten im Vergleich zu einer simulierten Referenzanlage mit herkömmlicher Klimatechnologie und einem Gaskessel zur Heizung.
Die Messungen und Simulationen haben ergeben, dass die solare DEC-Anlage eine Gesamteinsparung von rund 60 Prozent gegenüber einer herkömmlichen strombetriebenen Klimaanlage erzielt. Anteilsmäßig ist das Einsparungspotenzial von Primärenergie in Form von Strom und Gas mit 73,9 % (138.470 kWh) im Winterhalbjahr von Oktober bis März am höchsten, gefolgt von den Sommermonaten Juni, Juli und August (34.133 kWh; 18,2 %) und den Übergangsmonaten April, Mai und September (14.774 kWh; 7,9 %).
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass die solare DEC-Anlage ihre großen Vorteile vor allem bei hohem Heiz- und Befeuchtungsbedarf im Winter und bei hohem Kühlbedarf im Sommer ausspielen kann. Eine genauere Analyse hat ergeben, dass die hohe Energieeinsparung im Winter vor allem darauf zurückzuführen ist, dass durch den Sorptionsrotor, der im Winter zur Wärme- und Feuchteregulierung eingesetzt wird, wesentlich weniger Wärme zur Nachheizung über die Heizregister benötigt wird als bei einer konventionellen Klimaanlage.
Weitere Einsparungspotenziale durch optimierte Regelung
Auf Basis der Monitoringdaten entwickelte AIT darüber hinaus Konzepte zur Regelungsoptimierung, die derzeit an der DEC-Anlage getestet werden.
Winter: höhere Raumluftfeuchte mit niedrigeren Zulufttemperaturen
Sommer: niedrigere Raumluftfeuchte mit höheren Zulufttemperaturen -> höherer Innenraumkomfort mit geringerem Energieaufwand
Einbindung der Solarthermieanlage in den Frostschutz des Sorptionsrotors
Nachlaufzeit nach Regenerationsbetrieb im Sommer zum Abkühlen der Anlage
Fazit: Solare DEC-Anlage auch im Winter ein Vorteil
Durch die Messungen konnte nachgewiesen werden, dass mit solaren DEC-Anlagen eine sehr hohe Primärenergieeinsparung im Vergleich zu Kompressionskältemaschinen erzielt werden kann. Der Großteil dieser Einsparungen entfällt in unserem Klima auf den Winter, was vor allem auf die Wärme- und Feuchterückgewinnung durch den Sorptionsrotor zurückzuführen ist. Bei ganzjähriger Betrachtung bietet die DEC-Technologie also nicht nur bei der umweltfreundlichen Kühlung, sondern vor allem auch bei der energieeffizienten Heizung und Befeuchtung enorme Vorteile und sollte daher in Zukunft weiter verfolgt und optimiert werden. Zusätzlich könnten die Erkenntnisse aus dem Projekt auch in der herkömmlichen Klimatechnologie genutzt werden. So erscheint etwa der Einsatz von Sorptionsrotoren in Standardlüftungen mit Feuchteregulierung in unserem Klima aus energetischer Sicht durchaus sinnvoll.