Beiträge zur Betriebsoptimierung solarthermisch betriebener Adsorptionskälteanlagen
©2005
Doktorarbeit / Dissertation
235 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Problemstellung:
Das wissenschaftliche Ziel dieser Arbeit ist - neben der Erstellung quantitativer Aussagen zur Energiebilanz der Solarenergienutzung und qualitativer Aussagen zur solarthermischen Adsorptionskältetechnik - die Ableitung allgemeingültiger Richtlinien zur regelungstechnischen Auslegung des Gesamtsystems und der Systemeinbindung solarthermisch betriebener Adsorptionskälteanlagen. Hierzu gehört die Ausarbeitung einer Regelstrategie zur energie-effizienten Betriebsweise der gesamten Anlagentechnik. Dabei steht die optimale Ausnutzung des solaren Angebots im Vordergrund.
Besondere Berücksichtigung findet die gemeinsame Betrachtung der Kältelastseite (Teilklimaanlagen) mit der Kaltwassererzeugung und Kaltwasserverteilung (Adsorptionskältesystemtechnik), da beide Teilsysteme in einer hydraulischen und regelungstechnischen Wechselwirkung zueinander stehen.
Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Entwicklung und Implementierung eines verbesserten Steuerungs- und Regelungskonzepts für die Adsorptionskältemaschine.
In der Betriebspraxis hat sich an der Anlagentechnik der solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg gezeigt, dass die genaue Kenntnis der physikalischen Prozesse einzelner Teilsysteme allein keine ausreichenden Ansätze bietet, das gesamte System optimal zu betreiben, da die Prozesse in ihrer Wechselwirkung zueinander anders ablaufen, als ursprünglich angenommen.
Die Verbesserung der Regelungsstrategie über eine Modellbildung des Gesamtsystems und über das Teilsystem Adsorptionskältemaschine hat sich bisher als unzureichend erwiesen, weil die in sehr kurzen Zeitintervallen ablaufenden instationären Prozesse mit stationären Ansätzen beschrieben wurden und die vom Hersteller der Adsorptionskältemaschine veröffentlichten Leistungsdaten in der Betriebspraxis nicht erreicht wurden.
Die Arbeit basiert deshalb auf zwei wesentlichen Arbeitsmethoden. Dieses sind zum einen die kontinuierlichen Messungen an der Systemtechnik der solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg sowie die aus den ermittelten Werten abgeleiteten iterativen Anpassungen der hydraulischen Auslegung und Verschaltung. In einem weiteren Schritt erfolgt die Überarbeitung der gesamten Regelungsstrategie mittels neuer Ansätze in der Bearbeitung der verschiedenen regelungstechnischen Aufgabenstellungen zur Verbesserung der gesamten regelungstechnischen Prozesse.
Die Ausarbeitung hat drei […]
Das wissenschaftliche Ziel dieser Arbeit ist - neben der Erstellung quantitativer Aussagen zur Energiebilanz der Solarenergienutzung und qualitativer Aussagen zur solarthermischen Adsorptionskältetechnik - die Ableitung allgemeingültiger Richtlinien zur regelungstechnischen Auslegung des Gesamtsystems und der Systemeinbindung solarthermisch betriebener Adsorptionskälteanlagen. Hierzu gehört die Ausarbeitung einer Regelstrategie zur energie-effizienten Betriebsweise der gesamten Anlagentechnik. Dabei steht die optimale Ausnutzung des solaren Angebots im Vordergrund.
Besondere Berücksichtigung findet die gemeinsame Betrachtung der Kältelastseite (Teilklimaanlagen) mit der Kaltwassererzeugung und Kaltwasserverteilung (Adsorptionskältesystemtechnik), da beide Teilsysteme in einer hydraulischen und regelungstechnischen Wechselwirkung zueinander stehen.
Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Entwicklung und Implementierung eines verbesserten Steuerungs- und Regelungskonzepts für die Adsorptionskältemaschine.
In der Betriebspraxis hat sich an der Anlagentechnik der solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg gezeigt, dass die genaue Kenntnis der physikalischen Prozesse einzelner Teilsysteme allein keine ausreichenden Ansätze bietet, das gesamte System optimal zu betreiben, da die Prozesse in ihrer Wechselwirkung zueinander anders ablaufen, als ursprünglich angenommen.
Die Verbesserung der Regelungsstrategie über eine Modellbildung des Gesamtsystems und über das Teilsystem Adsorptionskältemaschine hat sich bisher als unzureichend erwiesen, weil die in sehr kurzen Zeitintervallen ablaufenden instationären Prozesse mit stationären Ansätzen beschrieben wurden und die vom Hersteller der Adsorptionskältemaschine veröffentlichten Leistungsdaten in der Betriebspraxis nicht erreicht wurden.
Die Arbeit basiert deshalb auf zwei wesentlichen Arbeitsmethoden. Dieses sind zum einen die kontinuierlichen Messungen an der Systemtechnik der solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg sowie die aus den ermittelten Werten abgeleiteten iterativen Anpassungen der hydraulischen Auslegung und Verschaltung. In einem weiteren Schritt erfolgt die Überarbeitung der gesamten Regelungsstrategie mittels neuer Ansätze in der Bearbeitung der verschiedenen regelungstechnischen Aufgabenstellungen zur Verbesserung der gesamten regelungstechnischen Prozesse.
Die Ausarbeitung hat drei […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Hendrik Glaser
Beiträge zur Betriebsoptimierung solarthermisch betriebener Adsorptionskälteanlagen
ISBN-10: 3-8324-9982-2
ISBN-13: 978-3-8324-9982-2
Druck Diplomica® GmbH, Hamburg, 2006
Zugl. Technische Universität Berlin, Berlin, Deutschland, Dissertation / Doktorarbeit,
2005
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Printed in Germany
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Vorwort
Vorwort
Die vorliegende Dissertation "Beiträge zur Betriebsoptimierung solarthermisch betriebener
Adsorptionskälteanlagen" entstand während meiner Tätigkeit als Leiter der Abteilung
Energie-, Medienversorgung und Umwelttechnik des Geschäftsbereichs Technik am
Klinikum der Albert-Ludwigs Universität zu Freiburg. Sie ist Bestandteil des mit Mitteln des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (bmb+f) geförderten Forschungs-
vorhabens "Solaroptimiertes Bauen, Teilkonzept 2: Solare Kühlung mit einer Adsorptions-
kälteanlage und Solarkollektoren am Klinikum der Universität Freiburg," in dem
grundlegende Untersuchungen zum Einsatz solarthermisch erzeugter Niedertemperaturwärme
in Adsorptionskälteanlagen durchgeführt wurden.
Mein Dank gilt meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler für die stets fordernde
und gute Zusammenarbeit sowie für die zahlreichen fachlichen Anregungen und Hinweise.
Besonders erwähnen möchte ich meine Mitarbeiter aus dem Bereich der Regelungs- und
Kältetechnik, die mir bei der Vorbereitung und Umsetzung der zahlreichen Versuchsreihen
und der regelungstechnischen Optimierungen eine unschätzbare Hilfe waren.
Abschließend möchte ich mich besonders bei meiner Frau Kerstin Glaser und meinen Kindern
Svenja und Anna, meinem Bruder Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jan-Dirk Glaser, meinen Eltern Horst
und Elsa Glaser und meinem verstorbenen Freund Ing. Rüdiger Schmidt sowie allen Freunden
für die Unterstützung und ihren Rückhalt während der Entstehung dieser Arbeit bedanken.
Freiburg, im November 2004
Hendrik Glaser
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Nomenklatur
Nomenklatur
Formelzeichen
Formelzeichen Dimension
Grösse
Grossbuchstaben
A
K
m²
Kollektorfläche
B
Vs/m²;
T
magnetische
Flussdichte
C
J/V
Ionenladung
D
m
Elektrodenabstand/Messrohrdurchmesser
Hz
s
-1
Frequenz
I
A
Stromstärke
P
W; J/s; Nm/s
Leistung
Q
ab
, Q&
ab
J,
W
abgeführte
Wärme,
thermische
Leistung
Q
zu
, Q&
zu
J,
W
zugeführte
Wärme,
thermische
Leistung
Q
Heiz
, Q&
Heiz
J,
W
Heizwärme,
thermische
Heizleistung
Q
, Q
Kälte
Kälte
Kühlung
J; Ws; Nm
Energie, Arbeit
&
J, W
vom zu kühlenden Medium abgegebene
Wärme,
Kälteleistung
Q
Kühlung
, Q
&
J, W
Rückkühlwärme, Rückkühlleistung
T
K;
°C
Temperatur
U
V
Spannung
V
m³
Volumen
W
Kleinbuchstaben
c
p
J/kg
K
spezifische Wärmekapazität
m,
m
&
kg,
kg/s Masse,
Masse
2
nstrom
v
y
m/s
Stellgeschwindigkeit
p
hPa
[10 N/m²] Druck
t
s Zeit
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Vorwort
Griechische Buchstaben
[-]
Absorptionsgrad
[-]
Emissionsgrad
[-]
Wirkungsgrad,
Nutzungsgrad
µm
Wellenlänge
[-]
Reflexionsgrad
[-]
Transmissionsgrad
W
Strahlungsleistung
0
W/m²
extraterrestrische Solarkonstante
D
W/m²
direkte Strahlung
G
W/m²
Globalstrahlung
H
W/m²
diffuse
Himmelsstrahlung
Abkürzungen
AdKM
Adsorptionskältemaschine
Al
2
O
3
Aluminiumoxid (Zeolith)
BG
analytische
Bestimmungsgrenze
bmb + f
Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung
BHKW
Blockheizkraftwerk
BMWi
Bundesministerium für Wirtschaft und Soziales
C
Kohlenstoff
CAE
Computer Aided Engineering
CO
2
Kohlendioxid
const.
konstant
CPC
Compound
Parabolic
Concentrator
CPU
Central Processing Unit
DDC
Direct Digital Control
DEC
Dessicative and Evaporative Cooling
DIN
Deutsches Institut für Normung
DWD
Deutscher
Wetterdienst
Differenz
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Nomenklatur
FND
Firmen neutraler Datenbus
ff.
folgende
Funktion
GLT
Gebäudeleittechnik
H
2
O
Wasser
i
Index
I/O
Input/Output
ISO
International
Standardization Organisation
K
D
Proportionalitätskonstante
K
IR
Übertragungsbeiwert
K
p
Proportionalitätsbeiwert
K
0,1
thermische Verlustkoeffizienten
LfU
Landesamt für Umweltschutz
LiBr
Lithiumbromid
log
Logarithmus (Basis 10)
M
Messeinrichtung
Mio.
Millionen
mol
Molekularmasse
NH
3
Ammoniak
NO
x
Stickoxid
O
3
Ozon
PROFIBUS
Process Field Bus
R
Regler
R & I
Rohrleitungs- und Instrumentenplan
S
Regelstrecke,
Steuerblock
SD
solarer
Deckungsanteil
SE
Sollwerteinsteller
SGK
Sorptionsgestützte
Klimatisierung
SiO
2
Siliziumdioxid
(Silikagel)
SO
2
Schwefeldioxid
SPS
Speicherprogrammierbare
Steuerung
T
N
Nachstellzeit
T
V
Vorhaltezeit
TCP/IP
Transmission
Control
Protocol/Internet Protocol
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Nomenklatur
TINOX
®
Titannitritoxid
VG
Vergleicher
vgl.
vergleiche
w
Führungsgrösse
x
Regelgrösse
x
p
Proportionalbereich
x
Änderungsgeschwindigkeit
y
Stellgrösse
y
h
Stellbereich
z
Störgrösse
ZIP
Zukunfts-Investitions-Programme
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Inhaltsverzeichnis
Thema
Beiträge zur Betriebsoptimierung
solarthermisch betriebener Adsorptionskälteanlagen
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Nomenklatur
1.
Einführung ... 1
1.1.
Zielsetzung und Aufbau der Arbeit ... 1
1.2.
Globale energiepolitische Problemstellung... 3
1.3.
Stand der Technik solarer Kühlsysteme... 6
1.4.
Neue Lösungsansätze ... 11
2.
Grundlagen ... 13
2.1.
Grundbegriffe der Regelungstechnik ... 13
2.1.1.
Definition der Regelung und Steuerung ... 13
2.1.2.
Reglerbauarten... 15
2.1.3.
Digitale Regelungstechnik... 17
2.2.
Solarenergie... 19
2.2.1.
Die Sonne als Energiequelle... 19
2.2.2.
Globalstrahlung und Sonnenscheindauer ... 20
2.3.
Thermische Solarenergiewandler ... 22
2.3.1.
Solarkollektoren ...
23
2.3.1.1. Flachkollektoren ... 24
2.3.1.2. Vakuum-Röhrenkollektoren ... 28
2.3.2.
Flächendefinitionen und Wirkungsgradkennlinien ... 30
2.4.
Adsorptionskälteerzeugung... 34
2.4.1.
Physikalische Grundlagen des Adsorptionsvorganges ... 34
I
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Inhaltsverzeichnis
2.4.1.1. Gleichgewicht... 37
2.4.1.2. Adsorptive ... 40
2.4.1.3. Adsorbentien... 41
2.4.2.
Adsorptionskältemaschinen... 43
2.4.2.1. Aufbau und Funktion... 44
2.4.2.2. Anlagensteuerung und Anlagenregelung ... 50
2.4.2.3. Forschungsbedarf bei Adsorptionskältemaschinen ... 51
3.
Systemtechnik der solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung am Beispiel
des Universitätsklinikums Freiburg ... 54
3.1.
Komponenten und Gesamtanlagenaufbau... 54
3.1.1.
Adsorptionskältemaschine... 57
3.1.2.
Rückkühlwerk... 59
3.1.3.
Solarkollektoren ... 60
3.1.4.
Solarwärmetauscher und Zusatzwärmequelle ... 63
3.1.5.
Warm- und Kaltwasserspeicher... 64
3.1.6.
Teilklimaanlagen ... 65
3.2.
Hydraulische Kreise ... 68
3.2.1.
Kaltwasserkreisläufe... 69
3.2.2.
Kühlwasserkreislauf ... 70
3.2.3.
Solarkreis... 71
3.2.4.
Heizwasserkreisläufe... 72
3.2.5.
Winterheizkreis... 73
3.2.6.
Wasserqualitäten und Wasseraufbereitung... 74
3.3.
Betriebszustände und hydraulische Verschaltungen ... 76
3.3.1.
Kühlbetrieb ... 76
3.3.2.
Warmwasserspeicherbeladung ... 78
3.3.3.
Heizbetrieb ... 79
3.4.
Messtechnik... 80
3.4.1.
Messwerterfassung ... 81
3.4.2.
Kontrolle und Auswertung der Messdaten ... 82
3.4.3.
Formeln zur Leistungsermittlung (Wärmebilanzierung)... 83
3.4.4.
Fehlerbetrachtung ... 89
II
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Inhaltsverzeichnis
4.
Betriebs- und Messergebnisse ... 92
4.1.
Vorbemerkungen... 92
4.2.
Bilanzierung und Bewertung der Solarkollektoranlage ... 92
4.3.
Bilanzierung und Bewertung der Warmwasserspeicherung ... 97
4.4.
Bilanzierung und Bewertung des Kaltwasserspeicherung ... 99
4.5.
Bilanzierung und Bewertung der Adsorptionskältemaschine ... 100
4.6.
Bilanzierung und Bewertung des elektrischen Energieverbrauchs ... 105
4.7.
Bilanzierung und Bewertung des Gesamtsystems... 108
4.8.
Bilanzierung und Bewertung des solaren Deckungsanteils ... 110
4.9.
Nachweis der Funktionalität der Teilklimaanlagenregelung... 113
5.
Erkenntnisse zur Optimierung der Anlagenregelung ... 117
5.1.
Regelungstechnische Erkenntnisse... 118
5.2.
Ansteuerung der Pumpen ... 130
5.3.
Regelung und Steuerung der Adsorptionskältemaschine... 132
5.4.
Weitere betriebliche Erfahrungen ... 141
6.
Zusammenfassung und Ausblick ... 143
7.
Literaturverzeichnis ... 148
8.
Bildquellennachweis ... 154
8.1.
Abbildungsverzeichnis ... 154
8.2.
Tabellenverzeichnis... 157
9.
Anhang... 159
Anhang A : Einteilung,Benennung und Darstellung der Funktionsweise der Regler 159
Anhang B : Strahlungsmessung ... 171
Anhang C : Adsorptionskältemaschinen technische Gegenüberstellung... 174
Anhang D : Kennlinienmodell der Adsorptionskältemaschine GBU NAK-xx... 177
Anhang E : Der Arbeitsprozess einer Adsorptionskältemaschine im Isosteren-
Diagramm ... 178
Anhang F : Maßzeichnung und Bauteilplan der Adsorptionskältemaschine der
Baureihe GBU NAK-xx ... 181
III
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg Inhaltsverzeichnis
Anhang G : Maßzeichnung Rückkühlwerk BAC VFL 242-JR (Rechtsausführung) . 183
Anhang H : Technische Daten SEIDO 2-8 und SEIDO 2-16 ... 184
Anhang I : EG-Sicherheitsdatenblatt und Herstellerangaben zu Tyfocor
®
LS... 185
Anhang K : Dokumentation und Funktionsbeschreibung der Wasseraufbereitungs-
anlage für das geschlossene Rückkühlwerk BAC VFL 242-JR... 192
Anhang L : Wagurit B 532 Mikrobiozid (Produktinformation) ... 196
Anhang M : Wagurit HK 550 C Korrosionsschutz (Produktinformation)... 198
Anhang N : Das MID-Messverfahren, Technische Daten des magnetisch-induktiven
Durchflussmessers
AQUAFLUX K
, des Temperaturmessfühlers
PT 100
,
Datenpunktlisten der Messtechnik und AWK-Programmdarstellung... 200
Anhang O : Leistungsvermessung Adsorptionskältemaschine GBU NAK 20/70 ... 219
IV
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
1.
Einführung
1.1
Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
Das wissenschaftliche Ziel dieser Arbeit ist - neben der Erstellung quantitativer Aussagen zur
Energiebilanz der Solarenergienutzung und qualitativer Aussagen zur solarthermischen
Adsorptionskältetechnik - die Ableitung allgemeingültiger Richtlinien zur regelungstech-
nischen Auslegung des Gesamtsystems und der Systemeinbindung solarthermisch betriebener
Adsorptionskälteanlagen. Hierzu gehört die Ausarbeitung einer Regelstrategie zur energie-
effizienten Betriebsweise der gesamten Anlagentechnik. Dabei steht die optimale Ausnutzung
des solaren Angebots im Vordergrund.
Besondere Berücksichtigung findet die gemeinsame Betrachtung der Kältelastseite
(Teilklimaanlagen) mit der Kaltwassererzeugung und Kaltwasserverteilung (Adsorptions-
kältesystemtechnik), da beide Teilsysteme in einer hydraulischen und regelungstechnischen
Wechselwirkung zueinander stehen.
Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Entwicklung und Implementierung eines verbesserten
Steuerungs- und Regelungskonzepts für die Adsorptionskältemaschine.
In der Betriebspraxis hat sich an der Anlagentechnik der solarthermischen Adsorptions-
kälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg gezeigt, dass die genaue Kenntnis der
physikalischen Prozesse einzelner Teilsysteme allein keine ausreichenden Ansätze bietet, das
gesamte System optimal zu betreiben, da die Prozesse in ihrer Wechselwirkung zueinander
anders ablaufen, als ursprünglich angenommen.
Die Verbesserung der Regelungsstrategie über eine Modellbildung des Gesamtsystems und
über das Teilsystem Adsorptionskältemaschine hat sich bisher als unzureichend erwiesen,
weil die in sehr kurzen Zeitintervallen ablaufenden instationären Prozesse mit stationären
Ansätzen beschrieben wurden [vgl. Fraunhofer ISE (2001): Modellierung und messtechnische
Bewertung einer Adsorptionskältemaschine in einer solarthermisch unterstützten Kälteanlage]
und die vom Hersteller der Adsorptionskältemaschine veröffentlichten Leistungsdaten in der
Betriebspraxis nicht erreicht wurden.
1
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Die Arbeit basiert deshalb auf zwei wesentlichen Arbeitsmethoden. Dieses sind zum einen die
kontinuierlichen Messungen an der Systemtechnik der solarthermischen Adsorptions-
kälteerzeugung am Universitätsklinikum Freiburg sowie die aus den ermittelten Werten
abgeleiteten iterativen Anpassungen der hydraulischen Auslegung und Verschaltung. In
einem weiteren Schritt erfolgt die Überarbeitung der gesamten Regelungsstrategie mittels
neuer Ansätze in der Bearbeitung der verschiedenen regelungstechnischen
Aufgabenstellungen zur Verbesserung der gesamten regelungstechnischen Prozesse.
Die Ausarbeitung hat drei thematische Schwerpunkte, die im Rahmen der Gliederung
Beachtung finden:
Im Kapitel ,,Grundlagen" werden die Grundbegriffe der Regelungs- und Steuerungstechnik
erläutert, die unterschiedlichen thermischen Solarenergiewandler vorgestellt und ab-
schließend die physikalischen Vorgänge der Adsorption und die Funktionsweise der
Adsorptionskältemaschine ausführlich beschrieben.
Der zweite Themenbereich (Kapitel 3 und 4) umfasst die Beschreibung der am Universitäts-
klinikum Freiburg installierten Systemtechnik zur solarthermischen Kälteerzeugung sowie die
Darstellung des Aufbaus der dazugehörigen Messtechnik. Im Anschluss daran werden die
über einen Zeitraum von drei Jahren ermittelten Messwerte analysiert und diskutiert.
Im abschließenden Teil werden die anhand der Messwerte und der daraus gezogenen
Schlussfolgerungen abgeleiteten allgemeingültigen Richtlinien zum Aufbau und zur Funktion
der Anlagenregelung und der Ansteuerung der Adsorptionskältemaschine vorgestellt und
bewertet.
2
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
1.2
Globale energiepolitische Problemstellung
Gegen Ende des 18. Jahrhunderts spielten Energieträger wie Erdöl und Kohle nur eine unter-
geordnete Rolle. Ein Grossteil des Energiebedarfs in Form von Wärme wurde über Brennholz
gedeckt. Die Nutzung von Wind- und Wasserkraft war weit fortgeschritten und fand ihre
technische Anwendung in Getreidemühlen und Bewässerungsanlagen.
Die Verbreitung der Dampfmaschine durch James Watt legte im Jahre 1769 den Grundstein
der Industrialisierung. Die Entwicklung der Verbrennungsmotoren löste dann die technische
Nutzung der Wind- und Wasserkraft endgültig ab. Als wichtigste Energieträger setzten sich
zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Kohle und aufgrund der steigenden Automobilisierung der
Gesellschaft das Erdöl durch.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden über 85 % des weltweiten Energiebedarfs mit fossilen
Energieträgern gedeckt. Der Anteil der erneuerbaren Energien einschließlich der Wasserkraft
am Primärenergiebedarf liegt in der Bundesrepublik Deutschland mit 23 % immer noch
deutlich hinter der Kernenergie [vgl. Bild 1-1].
Primärenergieverbrauch nach Energieträgern 1999
1%2%
39%
13%
10%
22%
13%
Wasser/Windkraft
Sonstige
Mineralöl
Steinkohle
Braunkohle
Naturgas
Kernenergie
Bild 1-1 Deutschland - Primärenergieverbrauch nach Energieträgern 1999 [BMWi]
3
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Mit dem damit verbundenen Verbrauch dieser begrenzten Ressourcen entstehen bei der
Oxidation Luftschadstoffe wie
-
Schwefeldioxid (SO
2
)
-
Stickoxide (NO
x
) sowie das am Treibhauseffekt maßgeblich beteiligte Gas
-
Kohlendioxid (CO
2
).
Die energiebedingten CO
2
-Emissionen haben sich weltweit - ungeachtet vielfältiger nationaler
Anstrengungen - im Zeitraum von 1990 bis 1999 um 2.000 Millionen Tonnen auf insgesamt
24.800 Millionen Tonnen jährlich erhöht [vgl. BMWi (2001) Energie Daten 2000, Nationale
und internationale Entwickklung, URL:
http://www.bmwi.de
, 12.10.2002]. Dieses globale
Problem wird sich zukünftig weiter verschärfen, wenn man das prognostizierte Bevölkerungs-
und Wirtschaftswachstum der Entwicklungs- und Schwellenländer in diesen Sachverhalt mit
einbezieht. Daher sind insbesondere die Industrienationen gefordert, schnell wirksame
Maßnahmen zur Verringerung des CO
2
-Ausstoßes einzuleiten [vgl. Bild 1-2].
Wenn zukünftig die Nutzung fossiler Energieträger drastisch reduziert werden soll und die
Kernenergie aus sicherheitstechnischen und politischen Gründen ebenfalls keine Alternative
mehr darstellt, muss die zukünftige Energieversorgung neben der Steigerung der Energie-
produktivität verstärkt auf regenerative Energieträger bzw. Energiequellen ausgerichtet
werden. Der technischen Nutzung der Sonnenenergie kommt hier eine besondere Bedeutung
zu.
Energiebedingte CO
2
-Emissionen nach Energieträgern in
Deutschland
600
800
0
200
400
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
M
1000
1200
illionen Tonnen
Steinkohlen
Braunkohlen
Mineralöle
Gase
Insgesamt
Bild 1-2 Deutschland Energiebedingte CO
2
-Emissionen nach Energieträgern [BMWi]
4
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Der rationelle Umgang mit den weltweiten Energievorkommen und die Nutzung regenerativer
Energiequellen wird deshalb aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten immer
bedeutsamer und hat im Bewußtsein der Bevölkerung mittlerweile einen hohen Stellenwert
erreicht.
Bei steigenden Energiepreisen und knapper werdenden Rohstoffressourcen wird deshalb
er Kältemaschinen, die für ihren Betrieb elektrische Energie benötigen. Neben
iesen Kompressionskältemaschinen sind jedoch auch Kältemaschinen entwickelt worden, die
it thermischen Kältemittelverdichtern arbeiten und damit die Möglichkeit eröffnen, solar
rzeugte Wärme zum Antrieb des thermodynamischen Kältekreisprozesses zu nutzen.
älte, die der Komfortklimatisierung von Gebäuden dient, muß hauptsächlich in den
ommermonaten bereitgestellt werden, in denen auch das solare Angebot am grössten ist. Es
t deshalb folgerichtig, thermisch angetriebene Kältemaschinen mit Solarkollektoren zu
ombinieren und damit Systemtechniken zu schaffen, die Kompressionskältemaschinen
bstituieren. Die hierdurch verringerte Nachfrage an hochwertiger elektrischer Energie
duziert den Ressourcenverbrauch fossiler Energieträger und die damit verbundenen CO
2
-
immer wieder nach neuen technischen Wegen gesucht, um herkömmliche und energie-
intensive Systeme zu überdenken und innovative Möglichkeiten zu entwickeln, die bei
gleicher oder sogar gesteigerter Funktionalität erheblich weniger Energie benötigen. Dies gilt
auch für die Kälteerzeugung und hier im besonderen für den Bereich der Raumklimatisierung.
Die Erzeugung von Klimakaltwasser erfolgt in den meisten Fällen durch den Einsatz
konventionell
d
m
e
K
S
is
k
su
re
Emissionen.
5
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
1.3
Stand der Technik solarer Kühlsysteme
Neben der direkten Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie über Photo-
ischen Warm-
asserbereitung als auch zur solaren Kühlung nutzen.
Der
e Unterschied zwischen solar erzeugter ,,Kälte" im Vergleich zu solar
solar gewonnene Energie nicht direkt genutzt wird, sondern als Antriebsenergie für einen
der Klimaanlage) erzeugt
ber den thermodynamischen Kältekreisprozess die nutzbare Kälte- bzw. Klimatisierungs-
voltaikelemente lässt sich die Sonnenwärme technisch sowohl zur klass
w
entscheidend
erzeugter ,,Wärme" besteht darin, dass bei der solaren bzw. solarthermischen Kühlung die
Energiewandler dient. Erst dieser Energiewandler (Kältemaschine o
ü
leistung [vgl. Kap. 3.4.3 - Definition des COP].
Die Gebäudeklimatisierung hat grundsätzlich drei Hauptaufgaben zu erfüllen:
. Kühldecken erfolgen kann, ist die Abfuhr von
euchtelasten generell nur durch die Luftbehandlung möglich.
genannte
durch Kältemaschinen in Verbindung mit
ntsprechenden Teil- bzw. Vollklimaanlagen - die die Luftbehandlungsfunktionen heizen,
kühlen, befeuchten und entfeuchten ermöglichen - erfüllt werden. Ein möglicher Weg zur
solaren Gebäudeklimatisierung ist dabei der Betrieb von thermisch angetriebenen
Kältemaschinen mit Solarwärme. Alternativ sind aber auch thermisch angetriebene Verfahren
möglich, die über offene sorptive Prozesse eine direkte Luftbehandlung erlauben. Diese
Verfahren werden als sorptionsgestützte Klimatisierung (SGK) bzw. Dessicative and
Evaporative Cooling (DEC) bezeichnet.
1.
die Kontrolle der Raumlufttemperatur durch die angepasste Abfuhr von sensiblen
Wärmelasten
2.
die Kontrolle der Raumluftfeuchte durch die angepasste Abfuhr von latenten Wärmelasten
und
3.
die Gewährleistung einer ausreichenden Zufuhr von Frischluft.
Während die Temperaturkontrolle sowohl durch den Austausch von Luft als auch über
entsprechend gekühlte Flächen wie z.B
F
Beide
n Anforderungen können
e
6
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Eine Übersicht über die generellen Möglichkeiten der Umwandlung von Solarstrahlung in
Kälte bzw. konditionierte Luft zeigt Bild 1-3.
Photovoltaik-
Bild 1-3 Möglichkeiten solarer Kühlung [Henning, Glaser 2004]
ögliche
echnologien kommen hier insbesondere
-
die s
Beim elektrischen System besteht die Energieform aus photovoltaisch gewonnener
elektrischer Energie und dient dem Antrieb konventioneller Kompressionskälte- und
Peltierkältemaschinen, die schließlich die erforderliche Kühl- bzw. Kälteleistung erbringen.
Bei den thermischen Systemen wird die über Solarkollektoren erzeugte Wärme als
Antriebsenergie des thermodynamischen Kältekreisprozesses genutzt. Als m
T
orptionsgestützte Kühlung ( SGK)
-
die Absorptionskältetechnik und
-
die Adsorptionskältetechnik
zur Anwendung.
Peltier
Photovoltaik-
Kompressor
elektrische Verfahren
(Photovoltaik)
Rotations-
entfeuchter
Festbettprozess
Feststoff-
sorbentien
Flüssigkeiten
(hygrosk. Lösungen)
offene
Verfahren
Wasser/
LiBr
Ammoniak/
Wasser
flüssige Sorptions-
mittel
Adsorption
(Silikagel, Zeolith)
chemische Bindung
(z.B. Salz-Ammoniakate)
feste
Sorbentien
geschlossene
Verfahren
Wärme-
transformation
Rankine-Prozess/
Kompression
Vuilleumier-
Prozess
Dampfstrahl-
Prozess
thermomechanische
Prozesse
thermische Verfahren
(Solarkollektoren)
Solarstrahlung
Am Markt verfügbar und für solare Kühlung geeignet
In der Entwicklung für die solare Kühlung
7
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Die Sorptionsgestützte Klimatisierung (SGK) oder auch Dessicative and Evaporative
Cooling (DEC) nutzt das Verfahren der Verdunstungskälte des Wassers zur Klimatisierung,
in
Luft gezielt erwärmt, gekühlt sowie ent- und befeuchtet wird.
-4
Bild 1
dem die
zeigt den
schematischen Aufbau einer sorptionsgestützten Kühlung.
Aussenluft wird angesaugt und über einen kontinuierlich rotierenden Adsorptionstrockner
(Trocknungsrad) geleitet und entfeuchtet. Aufgrund der freiwerdenden Adsorptionswärme
wird die Lufttemperatur zunächst erhöht (adiabatische Luftentfeuchtung) und dann mit der
über einen Verdunstungskühler (Luftbefeuchter) abgekühlten Abluft über einen ebenfalls
kontinuierlich rotierenden Regenerator vorgekühlt. Die abschließende Zuluftkonditionierung
(Befe
eraturabsenkung) erfolgt über eine
euchter.
uchtung und Temp
n weiteren Luftbef
Bild 1-4 Funktionsprinzip der sorptionsgestützten Kühlung
Um eine kontinuierliche Entfeuchtung der Luft gewährleisten zu können ist es notwendig, den
Adsorptionstrockner zu regenerieren. Dazu wird die Abluft über einen Lufterhitzer erwärmt
und treibt das am Adsorptionstrockner gebundene Wasser wieder aus.
Regenerationslufterhitzer
Verdunstungskühler
Fortluft
Abluft
Aussen-
luft
Zuluft
Verdunstungskühler
Adsorptionstrockner
Wärmeregenerator
Dieser Regenerationsprozess benötigt Wärme ab einem Temperaturniveau von ca. 45 °C, die
in idealer Weise über Solarkollektoren bereitgestellt werden kann. Da bei dieser Technologie
kein Kaltwasser erzeugt wird, ist ihre Einsatzmöglichkeit auf rein klimatechnische
Anwendungen beschränkt.
8
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Die Absorptionskältetechnik nutzt einen Wärmetransformationsprozess, der sich durch
einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit flüssigem Sorptionsmittel auszeichnet und in
einem kontinuierlichen Arbeitsprozess Kaltwasser erzeugt. Im Gegensatz zu mechanischen
Kältemittelverdichtern wird das bei Unterdruck verdampfte Kältemittel von dem
Sorptionsmittel aufgenommen, mittels einer Pumpe auf einen höheren Druck gebracht und
durch Wärmezufuhr im Austreiber wieder ausgetrieben [vgl. Recknagel, Sprenger, Schramek
(1999), S. 1672 und Bild 1-5].
Bild 1-5 Funktionsprinzip der Absorptionskältetechnik
Absorptionskältemaschinen arbeiten mit einem definierten Stoffpaar. Als Arbeitspaar
(Kältemittel/Sorptionsmittel) kommt für klimatechnische Anwendungen hauptsächlich
Wasser (H
2
O) und Lithiumbromid (LiBr) zum Einsatz. Das Stoffpaar Ammoniak/Wasser
(NH
3
/H
2
O) ist ebenfalls sehr gut geeignet und wird bevorzugt in industriellen Kälteprozessen
und bei grossen Kälteleistungen eingesetzt.
Absorptionskältemaschinen sind in einem Bereich von 20 kW bis > 5 MW Kälteleistung und
in verschiedenen Bauarten (einstufig, zweistufig, single-effect/double-lift) am Markt
erhältlich.
9
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Die Kombination von Absorptionskältemaschinen mit Solarkollektoren zur Bereitstellung der
erforderlichen thermischen Antriebsenergie ist technisch machbar und auch schon häufig
realisiert worden [vgl. H.-M. Henning (2002) "Solare Klimatisierung" in: Raumlufttechnische
Anlagen - Energiesparende Planung und Betrieb]. Problematisch ist jedoch das für einen
wirtschaftlichen Betrieb notwendige Temperaturniveau von ca. 80 °C am Austreibereintritt,
so dass nicht ausschließlich ein reiner Niedertemperaturbetrieb möglich ist. Ein hoher solarer
Deckungsanteil kann mit dieser Technologie deshalb nur mit sehr grossen Kollektorflächen
und hoch effizienten Solarkollektoren erreicht werden.
Die Adsorptionskältetechnik nutzt einen Wärmetransformationsprozess, der sich im
Unterschied zur Absorptionskältetechnik durch einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit
einem festen Sorptionsmittel charakterisieren lässt. Durch das Verdampfen des Kältemittels
Wasser bei Unterdruck (Stoffpaar Wasser/Silikagel) wird in einem diskontinuierlichen
Prozess Kaltwasser erzeugt [vgl. Bild 1-6].
Bild 1-6 Funktionsprinzip der Adsorptionskältetechnik
Adsorptionskältemaschinen (AdKM) repräsentieren eine Technologie, bei der bereits
Heizwassertemperaturen von 60 °C zur Kälteerzeugung ausreichend sind (Niedertemperatur-
wärme).
10
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Daher sind neben der Fernwärme und der Wärmeauskopplung aus BHKW-Prozessen
m
insbesondere solarthermische Energiewandler sehr gut zum Antrieb von Adsorptions-
kältemaschinen geeignet. Adsorptionskältemaschinen werden bisher in einem Bereich von
70 kW bis 1.050 kW Kälteleistung angeboten.
Die Betrachtung der Systemtechnik solarthermisch betriebener Adsorptionskältemaschinen
it dem Stoffpaar Wasser/Silikagel soll im weiteren Verlauf dieser Arbeit eingehend
untersucht und diskutiert werden.
Verfahren
Kältemittelkreislauf
Verfahrensprinzip
Sorption
1)
typische Stoffsysteme
(Kälte-/Sorptionsmittel)
smittel
fest
flüssig
fest
flüssig
Wasser/Silikagel,
Tabelle 1-1 Übersicht der wichtigsten Verfahren zur solaren Kühlung [Henning, Glaser 2002]
1.4
Neue Lösungsansätze
Bisher durchgeführte wissenschaftliche Studien und Untersuchungen zur solarthermischen
älteerzeugung hatten grundsätzlich eine energetische und betriebswirtschaftliche Bewertung
ischen Überlegungen sowie zum Einsatz modernster
erkstofftechnologien bei der Produktion einzelner Systemkomponenten.
K
des Gesamtsystems und/oder einzelner Anlagenkomponenten (Solarkollektorfeld, thermische
Kältemaschine, Wärme- bzw. Kältespeicher etc.) zum Ziel. Die wissenschaftlichen
Schwerpunkte lagen hauptsächlich in der Gewinnung quantitativer Aussagen zur
Gesamtenergiebilanz und einer quantitativen und qualitativen Bewertung der untersuchten
solarthermischen Kältetechnologie. Die erzielten Ergebnisse führten in der Regel zu
konstruktions- und fertigungstechn
W
Ammoniak/Salz
1)
Lithiumbromid,
Wasser/Wasser-
Ammoniak/Wasser
Wasser/Lithiumchlorid-
Zellulose
Wasser/Calciumchlorid,
Wasser/Lithiumchlorid
marktverfügbare Technik
Wasser/Silikagel,
Adsorptionskältemaschine
Absorptionskältemaschine
(1-stufig, 2-stufig)
sorptionsgestützte
Klimatisierung
-
050 kW
50 kW - >5 MW (1-stufig)
250 kW - >5 MW (2-stufig)
20 kW - 350 kW (pro
Modul)
-
Wärmeverhältnis (COP)
0.3 - 0.7
0.6 - 0.75 (1-stufig)
1.0 - 1.2 (2-stufig)
0.5 - >1
> 1
geschlossen
geschlossener Kältemittelumlauf
Kaltwassererzeugung
offen
Kältemittel (Wasser) in Kontakt mit Atmosphäre
Luftentfeuchtung + Verdunstungskühlung
marktverfügbare
Leistung [kW Kälte]
70 - 1
typische
Antriebstemperaturen
60 90 °C
80 110 °C (1-stufig)
140 - 180 °C (2-stufig)
45 95 °C
45 70 °C
Solartechnik
Vakuum-Röhren,
Flachkollektoren
Vakuum-Röhren
Flachkollektoren,
Solarluftkollektoren
Flachkollektoren,
Solarluftkollektoren
1) noch in Entwicklung
11
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 1. Einführung
Die dadurch erreichte Wirkungsgradsteigerung war nur mit einem sehr hohen finanziellen und
personellen Aufwand möglich und stand oftmals in keinem Verhältnis zum technischen
nd/oder betriebswirtschaftlichen Nutzen [vgl. Forschung & Entwicklung, in: gbunet.de,
u
URL:
http://www.gbunet.de
, 03.02.2003]. Vielfach kamen gute Lösungsansätze über das
dium der Überlegung nicht hinaus, weil die finanziellen Risiken für d
Sta
ie Unternehmen nicht
in
Ansätze zur Verbesserung der Maschinentechnik bei
ältemittels
Verbesserung der Festbettwärmeübertragung im Silikagelbett durch speziell berippte und
oder nur schwer abschätzbar waren.
E gutes Beispiel hierfür stellen die
Adsorptionskältemaschinen durch die
-
Entwicklung einer Modulbauweise von Verdampfersystem und Adsorptionswärme-
tauscher zur Reduzierung von Strömungsverlusten des K
-
konstruktiv neu aufgebaute Plattenwärmetauscher
-
Entwicklung neuer Adsorbentien
-
Minimierung aller trägen Massen und interner Wärmeverluste
dar, deren technische Realisierung aus wirtschaftlichen Gründen bisher nicht umgesetzt wurde
[vgl. GBU 1997, URL:
http://www.gbunet.de
, 03.02.2003].
Ein anderer und sehr vielversprechender Ansatz zur energetischen Optimierung des
Gesamtsystems der solarthermischen Kälteerzeugung (Last- und Erzeugerseite) ist - unter
Berücksichtigung aller relevanten physikalischen und technischen Zusammenhänge - die
Entwicklung von Regelkonzepten bei gleichzeitig konsequenter Nutzung der Möglichkeiten
odernster digitaler Regelungstechnik. Erst die Optimierung von Regelkonzepten und der
Betriebsführung unterstützt und gewährleistet einen sicheren und ökonomischen Betrieb des
Gesamtsystems bei minimalem finanziellen Aufwand. Die Erfahrung aus der Praxis zeigt
jedoch, dass diese Potenziale sehr häufig weder vom verantwortlich planenden Ingenieurbüro
noch von den Betreibern der Anlagen erkannt und ausreichend genutzt werden [vgl. K.H.
Weber 1996, S. 18 ff]. Diese Arbeit stellt einen ersten Schritt in diese Richtung dar und zeigt,
dass schon mit einem geringen analytischen Aufwand grosse Verbesserungen möglich sind.
m
12
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
2.
Grundlagen
2.1
Grundbegriffe der Regelungstechnik
Bei der Lösung regelungstechnischer Frage- bzw. Aufgabenstellungen kommt es darauf an,
die wirkungsmäßigen Zusammenhänge im Regelkreis zu identifizieren und qualitativ zu
beschreiben. Dieser Grundsatz gilt gleichermaßen für den Regelungstechniker wie auch für
den Verfahrenstechniker. Das Automatisieren einer komplexen Anlage erfordert ausserdem
genaue Kenntnisse über die verfahrenstechnischen Abläufe und das anlagentypische Zeit-
(Übertragungs-) verhalten. Die Grundgesetze der Regelungstechnik gelten in gleicher Weise
für alle Regelkreise und sind deshalb unabhängig vom jeweiligen Aufbau des zu
betrachtenden Regelkreises. Dank der Normung (DIN 19225) stehen heute feste
Begrifflichkeiten zur Verfügung, die einen einheitlichen Sprachgebrauch zwischen dem
Automatisierungstechniker und dem Betreiber ermöglichen.
Zum besseren Verständnis der komplexen regelungstechnischen Vorgänge innerhalb der
solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung und der verfahrenstechnischen Ansätze zur
Ausarbeitung einer energieeffizienten Regelstrategie werden im folgenden die wichtigsten
Begriffe und Definitionen der Regelungs- und Steuerungstechnik vorgestellt und der Aufbau
und die Möglichkeiten der digitalen Gebäudeautomatisation mit ihrem bedeutenden Potenzial
an Anwendernutzen beschrieben.
2.1.1
Definition der Regelung und Steuerung
Nach DIN 19226-Teil 1 ist das Regeln die Regelung ein Vorgang, bei dem die zu regelnde
Grösse, die Regelgrösse x, (eine Temperatur, Drehzahl, Spannung etc.), fortlaufend erfasst
und mit einer vorgegebenen Grösse gleicher Art (der Führungsgrösse w) verglichen wird. Die
Regelgrösse x wird im allgemeinen durch eine Vielzahl anderer Parameter und Faktoren
beeinflusst. Mit der Änderung dieser Grössen verändert sich auch die Regelgrösse x. Auf die
meisten dieser Grössen hat ein Anlagenbetreiber keinen oder nur einen eingeschränkten
Einfluss. Sie werden deshalb Störgrössen z genannt. Um den Einflüssen dieser Störgrössen z
entgegenzuwirken, wählt man eine möglichst leicht zu ändernde andere Einflussgrösse, die
dann so verstellt wird, das die Regelgrösse x konstant bleibt oder einer sich zeitlich ändernden
Führungsgrösse w nachgeführt wird. Diese Grösse wird als Stellgrösse y bezeichnet.
13
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Der Teil der geregelten Anlage, der die Regelgrösse x als Ausgang hat und an dem sowohl die
Störgrössen z als auch die Stellgrösse y angreifen, bezeichnet man als Regelstrecke S.
Um nun eine mögliche Abweichung der Regelgrösse x zur Führungsgrösse w erkennen und
ausgleichen zu können, ist ein weiteres Bauteil der Regler R erforderlich. Dieser Regler
setzt sich aus den Unterbaugruppen
-
Messeinrichtung (M) zur Bestimmung der Regelgrösse x (Ist-Wert)
-
Sollwerteinsteller (SE) zur Vorgabe der Führungsgrösse w (Soll-Wert)
-
Vergleicher (VG) zur Ermittlung der Regeldifferenz zwischen Regelgrösse x und
Führungsgrösse w
-
Stellglied zur Beeinflussung der Stellgrösse y
zusammen.
Bild 2-1 zeigt die Darstellung des Regelkreises in Blockdarstellung. Diese Darstellungsweise
wird auch als Signalflussplan bezeichnet.
Störgrössen z
Regelgrösse x
Stellgrösse y
Führungsgrösse w
Bild 2-1 Blockdiagramm des Regelkreises
Das entscheidende Merkmal einer Regelung - eines Regelkreises - ist der geschlossene
Wirkungsablauf, d.h. die Rückkopplung der Regeldifferenz zur Nachführung der Stellgrösse y
durch das Stellglied.
14
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Im Gegensatz zur Regelung ist die Steuerung - das Steuern - nach DIN 19226-Teil 1 ein
Vorgang, bei dem eine Eingangsgrösse in gesetzmäßiger Weise eine Ausgangsgrösse
beeinflusst [vgl. Bild 2-2].
Bild 2-2 Blockdiagramm der Steuerung
harakteristisch für das Steuern in seiner einfachsten Form ist der offene Wirkungsablauf in
nde - Regeldifferenz
x auf, die der Regler dann mehr oder weniger schnell und
C
einem einzelnen Übertragungsglied oder in einer Steuerkette.
2.1.2
Reglerbauarten
Regler haben innerhalb der Automatisierungstechnik vielfältige Aufgaben wahrzunehmen.
Die Hauptaufgabe eines Reglers besteht aber immer darin, die Regelgrösse x gleich der
vorgegebenen Führungsgrösse w zu halten. Die immer vorhandenen Störgrössen z und ihre
zeitlich unterschiedlichen Änderungen beeinflussen die Regelgröße x. Es tritt eine -
vorübergehe
vollkommen beseitigt (ausregelt). Für einen Anlagenplaner und einen Anlagenbetreiber ist es
daher von ausschlaggebender Bedeutung das zeitliche Verhalten einer Regelgrösse x (in
Abhängigkeit vom Regler) beim Auftreten einer Störung z das sogenannte Störverhalten
zu kennen.
Bild 2-3 zeigt beispielhaft den sich ergebenden zeitlichen Verlauf der Regelgrösse x bei einer
sprungweisen Störung z als Testfunktion. Nach dem Auftreten der Störung weicht die
Regelgrösse x zeitweise von der Führungsgrösse w ab, bis sie wieder durch die Wirkung des
eglers auf den Wert w zurückgeführt wird. Dieser Verlauf der Regelgrösse x wird als
R
Stör-/Sprungantwort bezeichnet.
15
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Bild 2-3 Stör-/Sprungantwort als Testfunktion
Nach DIN 19225 werden Regler hinsichtlich
-
ihrer Aufgaben
-
nterschieden. Die Auswahl des richtigen Reglertyps ist abhängig von der gestellten
-
ihres konstruktiven Aufbaus
ihrer Signalverarbeitung
-
ihrer Hilfsenergie und
-
ihres Übertragungsverhaltens
u
Regelaufgabe und der durch eine optimale Anpassung an die Regelstrecke zu erreichenden
Regelgüte.
Die Einteilung, Benennung und die mathematische und grafische Darstellung der
Funktionsweise der verschiedenen Regler nach DIN 19225 ist im Anhang A dargestellt.
16
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
2.1.3
Digitale Regelungstechnik
ie
Regelgrössen und auch der Stellgrössen sind
a
e durchlaufen im Gegensatz zu digitalen Signalen einen
. Trotzdem werden heute in der Gebäudeautomatisation und in
nik fast ausschließlich digital arbeitende Regler verwendet. Die
auptgründe hierfür sind:
ten Anlagenautomatisierung nur noch eine durchgängige
ntwicklungsumgebung. Durch den Softwareeinsatz ergeben sich Kostenvorteile bei der
und
Dokumentation
nd in die Logikpläne der Programmierung integriert und ermöglichen damit eine
on in grafischer Form. DDC (D
D überwiegende Zahl der vorkommenden
an log. Analoge Grössen bzw. Signal
kontinuierlichen Wertebereich
der Verfahrenstech
H
1.
Mit digitalen Regelungen lassen sich höhere Genauigkeiten als mit analogen
Einrichtungen erzielen.
2.
Es entstehen - auch über grössere Entfernungen hinweg - weniger Übertragungsfehler.
3.
Digitale Signale lassen sich ohne Informationsverlust über einen langen Zeitraum
speichern und auswerten.
Moderne Gebäude- und Industrieautomatisationssysteme benötigen zur Konfiguration und
Programmierung der gesam
E
Projektierung von Regeleinrichtungen und erhebliche Synergieeffekte bei der Inbetriebnahme,
Instandhaltung und der Betriebsoptimierung technischer Anlagen. Die für den Anlagenplaner
und Betreiber wichtigen Funktionen
-
Logik
-
Anlagenvisualisierung / Trenddarstellung
-
Alarmsystem / Ereignisprotokoll
-
Bedienung / Betrieb
-
si
irect Digital
Verbindung zwischen Darstellung und Funkti
Control)-Systeme werden grafisch programmiert. Mit Hilfe eines CAEProgrammtools
(Computer Aided Engineering) zeichnet der Programmierer den Funktionsplan der
in
en Sprachcode der DDC-Regelung übersetzen und in den Speicher der Regelungseinheit
Anlagentechnik am Bildschirm und lässt diesen dann direkt über einen Funktionsbaustein
d
laden.
17
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Die Programmdokumentation wird dabei automatisch nachgeführt und entspricht somit
m
er digitalen Regelungstechnik auftretenden Datenmengen (Mess- und
us
nformationen (Protokolle und Kurvendarstellungen) zeitgleich und
ollständig verarbeiten und darstellen zu können, benötigt der Anlagenbetreiber eine
immer dem aktuellen Stand.
U die bei d
Z tandswerte) und I
v
leistungsfähige Gebäudeleittechnik (GLT) mit einer offenen Datenkommunikation auf der
asis internationaler Standards. Unter offener Datenkommunikation versteht man die
FND (deutsches Protokoll zur Integration von Inselsystemen unterschiedlicher Hersteller)
den und bilden
insichtlich der Grundanforderungen an GLT-Systeme, wie
Datenübertragungsgeschwindigkeit
zessautomatisation eine rein digitale Kommunikation zwischen
eld- und Automatisierungsebene und ermöglicht innerhalb der Hierarchie eine Verlagerung
B
Möglichkeit der Kommunikation und des Datenaustausches zwischen Geräten
unterschiedlicher Hersteller. Diese standardisierte Gerätesprache wird Standardprotokoll
(Bussystem) genannt.
Beispiele hierfür sind
-
BACnet (internationaler Industriestandard)
-
-
PROFIBUS (internationaler Industriestandard)
-
TCP/IP (international standardisiertes Internetprotokoll für Datenpakete via Ethernet).
Ethernet-Vernetzungen gehören heute zu den Standardverkabelungen in Gebäu
h
-
-
Datenrate
-
Kosten und
-
Verbreitungsgrad
eine ideale Grundlage für die Netzwerktechnologie von Gebäudeautomatisationssystemen.
Der Feldbus bietet für die Pro
F
von Steuerungsfunktionen vom System zu den Feldgeräten. Auf der Managementebene
können dann Anlagenoptimierungsfunktionen effizient genutzt werden, so dass die jeweilige
Anlage wesentlich enger an den von den Entwicklern vorgesehenen Grenzwerten betrieben
werden kann.
18
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
2.2
Solarenergie
Die Nutzung der Solarenergie zur Erzeugung von Prozesswärme erfordert neben dem Wissen
über die Technologie der Solarenergieumwandlung auch Kenntnisse über die auf die Erde
eingestrahlte Energiemenge der Sonne. In diesem Kapitel werden deshalb die solare
Einstrahlung und die meteorologischen Randbedingungen näher beschrieben.
2.2.1
Die Sonne als Energiequelle
Die Sonne ist eine Gaskugel mit einem Durchmesser von ca. 1,4 Mio. km und hat eine Masse
von ca. 2·10
30
kg. In ihrem Innern findet bei Temperaturen von 8 40 Mio. K und einer
Dichte von ca. 100 g/cm³ eine permanente Fusion von Wasserstoffkernen zu Helium statt. Die
abei sekündlich freigesetzte Energiemenge beträgt 3,8·10
23
kWh. Durch Wärmeleitung und
En gietra port om Z ntrum zu de äuss ren u
chichten der Sonne. Ihre Oberfläche
erwärmt sich dabei auf über 5500 K und strahlt diese
m ab.
rdatmosphäre mit einer Strahlungsintensität von 1325 - 1420
/m². Die mittlere Energiedichte der Solareinstrahlung von 1367 W/m² wird als extra-
m Erreichen der Erdoberfläche wird die
olarstrahlung durch Streuung und Absorption in ihrer Intensität verringert und beträgt dort
statt
gl. V. Quaschning 1999, S. 45 ff].
Die schließlich auf die Erdoberfläche auftreffende Solarstrahlung wird als Globalstrahlung
bezeichnet und immer auf eine horizontale Fläche bezogen. Die direkte Anteil der
Solarstrahlung beträgt im Mittel ca. 50 % der Globalstrahlung
G
. Die geringe Energiedichte
der Solarstrahlung auf die Erdoberfläche ist trotz des hohen jährlichen Gesamtenergie-
potentials von 80·10
12
kWh (das entspricht etwa dem 1,3·10
4
-fachen des Jahreswelt-
energiebedarfs) eines der Hauptprobleme bei der wirtschaftlichen Nutzung der Solarenergie.
d
Konvektion erfolgt ein
er
ns
v
e
n
e
nd dünneren
S
Energie in den Weltrau
Die Solarstrahlung erreicht die E
W
terrestrische Solarkonstante
0
bezeichnet. Bis zu
S
maximal 1000 W/m². Die Streuung wird durch Luftmoleküle, Staub und Wasserdampf
hervorgerufen und führt zu diffuser Strahlung auf die Erdoberfläche und zur Reflexion in den
Weltraum. Die Absorption der Solarstrahlung findet in der Stratosphäre im ultravioletten
Bereich (
0,38 µm) durch Ozonmoleküle (O
3
), Kohlendioxid (CO
2
) und andere Gase und
in Teilen des infraroten Bereichs (
0,78 µm) hauptsächlich durch Wasserdampf
[v
19
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
G
=
D
+
H
[W/m²]
(2.1)
G
: Globalstrahlung
D
: Direkte Strahlung
H
: Diffuse Himmelsstrahlung
2.2.2
Globalstrahlung und Sonnenscheindauer
Die Ermittlung der Solareinstrahlungsverhältnisse am geplanten Standort einer Solaranlage
(solar
chen
e enthalten die über den Zeitraum von 1981
thermisch oder photovoltaisch) kann mit Hilfe der Solarkarten des Deuts
Wetterdienstes (DWD) durchgeführt werden. Si
bis 1998 erfassten und ermittelten durchschnittlichen Jahres- und Monatswerte der mittleren
täglichen Globalstrahlung und Sonnenscheindauer für die Bundesrepublik Deutschland.
Bild 2-4 Jahressummen der mittleren Globalstrahlung für die Bundesrepublik Deutschland [DWD]
Der gesamte Wertebereich der Globalstrahlung ist in mehrere Klassen - die verschiedenfarbig
dargestellt werden - eingeteilt. Um bei der Abschätzung des Solarenergieangebotes einer
Region zu verlässlichen Werten zu gelangen, empfiehlt sich immer die Verwendung des
nteren Globaleinstrahlungswertes einer Klasse. Dieses Vorgehen gilt sinngemäß auch für
u
Bereiche, in denen zwei Globalstrahlungsklassen aneinandergrenzen. Mit dem so
überschlägig ermittelten Wert kann das nutzbare solare Energieangebot bereits sehr gut
abgeschätzt werden. Die Sonnenscheindauer gibt einen ersten Anhaltspunkt für die örtlichen
Strahlungsverhältnisse, während die tägliche mittlere Globalstrahlung als wichtigste Grösse
zur genaueren Abschätzung des insgesamt nutzbaren Solarenergiepotentials herangezogen
wird [vgl. Bild 2-4].
20
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Die gemessenen und ermittelten Jahreskarten der mittleren täglichen Globalstrahlung und
Sonnenscheindauer zeigen insgesamt eine relativ glatte und grossflächige Verteilung. Die
Werte variieren bei der Jahressumme der mittleren täglichen Globalstrahlung zwischen 900
Wh/m² und 1150 kWh/m², während für die Sonnenschein- und Einstrahlungsdauer Werte
zwischen 1350 und 1750 Stunden angegeben werden. Es zeigt sich ein sehr deutliches Nord-
üd-Gefälle, da sowohl die mittlere tägliche Globaleinstrahlung als auch die Sonnenschein-
und Einstrahlungsdauer nach Süden hin zunehmen.
Einen detaillierteren Einblick in die Möglichkeiten der solaren Energieausbeute im
jahreszeitlichen Verlauf geben die Monatskarten der mittleren täglichen Globalstrahlung und
Sonnenscheindauer. Für die Region Freiburg ergibt sich nach Auswertung dieser
Monatskarten für den Zeitraum März bis Oktober eine sehr hohe mittlere tägliche
Globalstrahlung (3,2 bis 5,5 kWh/m²) und Sonnenscheindauer, so dass der Einsatz solarer
Systeme hier generell positiv bewertet werden kann. Im konkreten Anwendungsfall ist der
Einsatz einer solarthermischen Adsorptionskälteerzeugung mit hohem solaren Deckungsanteil
möglich [vgl. Solaratlas des DWD, in: LfU- Solar- und Windenergieatlas, URL:
http://www.lfu.baden-württemberg.de
k
S
, 31.03.2003].
Bild 2-5 mittlere tägliche Globalstrahlung im Monat Juli für Baden-Württemberg [DWD]
21
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Bild 2-6 mittlere tägliche Sonnenscheindauer im Monat Juli für Baden-Württemberg [DWD]
Die Bilder 2-5 und 2-6 zeigen beispielhaft die mittlere tägliche Globalstrahlung und
onnenscheindauer des Landes Baden-Württemberg für den Monat Juli. Die technischen
S
Verfahren zur Messung der solaren Einstrahlung sind in Anhang B dargestellt und
beschrieben.
2.3
Thermische Solarenergiewandler
Die Forschung und Entwicklung solarthermischer Anlagen ist im wesentlichen auf die
Erkenntnisse der Raumfahrttechnik, der Wasserstofftechnologie und der Werkstofftechnik
zurückzuführen. Der hohe Qualitätsstandard heutiger Solarkollektoren beruht dabei nicht
uletzt auf Erfahrungen und Messergebnissen, die Anfang der 80er Jahre mit einer Vielzahl
z
experimenteller Anlagen gesammelt wurden. So wurden im Rahmen der Zukunfts-
investitionsprogramme (ZIP) der Bundesregierung zwischen 1978 und 1983 insgesamt 141
Solaranlagen zur thermischen Nutzung der Solarenergie auf vorwiegend bundeseigenen
Liegenschaften und Gebäuden installiert. Für ca. 70 dieser Anlagen der ersten Generation
führte die ZFS-Rationelle Energietechnik GmbH zwischen 1980 und 1991 ein
projektbegleitendes Messprogramm durch.
22
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Auch wenn diese Anlagen mit den heutigen Systemen nur noch bedingt vergleichbar sind,
konnte aufgrund der Messdatenauswertung die Lebensdauer moderner Solaranlagen
uverlässig abgeleitet werden.
desministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung (bmb+f)
eförderten Programms ,,Solarthermie 2000" wurden Solaranlagen aus dem ZIP-Programm
Bet
auf
Kon
.3.1
Solarkollektoren
In d
Win
Kol
von 25 bis 30 % erzielen [vgl. Kollektortypen
r das Solardach, in: Der Solarserver, URL:
http://www.solarserver.de/wissen
z
Im Rahmen des vom Bun
g
erneut untersucht. Die zusätzliche Analyse mehrerer Anlagen neuerer Bauart, die schon
riebszeiten von 6-9 Jahren aufweisen konnten, verbesserte die Übertragbarkeit der Studien
moderne Solaranlagen und eröffnete die Möglichkeit, detaillierte Empfehlungen für die
zeption und Dimensionierung auszusprechen.
2
en Ländern, die über das ganze Jahr eine hohe Globalstrahlung und auch während der
termonate gemäßigte Außentemperaturen haben, können bereits sehr einfach konstruierte
lektoren durchschnittliche Wirkungsgrade
fü
, 25.03.2003].
Um
mö
kon
tellen.
In der mitteleuropäischen Klimazone hingegen muss ein Solarkollektor auch bei sehr tiefen
gebungstemperaturen und bei geringerer - zum Teil nur diffuser - Solarstrahlung
glichst hohe Wärmeleistungen erbringen um energetisch und technisch eine Alternative zu
ventionellen Systemen der Wärmerzeugung darzus
Kernstück des Solarkollektors ist der Absorber, der meistens aus einem schmalen und gut
wärmeleitendem Metallstreifen besteht. Der Absorptionsgrad
ist ein Maß für die
aufgenommene und nicht wieder reflektierte und/oder transmittierte spektrale Solarstrahlung.
Da sich der Absorber dabei erwärmt und eine höhere Temperatur als die der Umgebung
erreicht, gibt er einen Teil der aufgenommenen Solarenergie in Form von langwelliger
Wärmestrahlung wieder an seine Umgebung ab. Dieser Anteil wird durch den Emissions-
grad
angegeben [vgl. Gl. 2.2].
Grundsätzlich sind deshalb an einen guten Solarkollektor drei grundlegende Anforderungen
zu stellen [vgl. Bild 2-8]:
23
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
1.
Die strahlungsabsorbierende Fläche (der Absorber) muss gut wärmeleitend und selektiv
beschichtet sein, d.h. im Spektralbereich des kurzwelligen sichtbaren Sonnenlichts ( =
hohes Absorptionsvermögen, während im Spektral-
bereich seiner eigenen langwelligen Wärmestrahlung ( = 5 µm) der Strahlungsaustausch
gebung und damit der Wärmeverlust sehr gering ist.
.
ach Konstruktion - eine hochwirksame Wärmedämmung
antes Hochvakuum besitzen, damit auch bei niedrigen Umgebungs-
lig zur Absorberfläche auf die Glasabdeckung des Kollektors
treffen, da jede Abweichung zur Flächennormalen einen Strahlungsverlust durch
ckung zur Folge hat.
lien moderner Solarkollektoren sind Aluminium und Kupfer, die
sitzen. Die selektiven Beschichtungen verfügen in der Regel
be
er 90 % und bestehen aus galvanisch auf den Absorber
ufgebrachtes Schwarznickel
(NiO)
, Schwarzchrom (CrO
2
) oder Aluminiumnitrid (AlN).
st eine Titan-Nitrid-Oxid-Schicht (TINOX
®
), die in einem Vakuumverfahren
ufgedampft wird und sich durch einen sehr niedrigen Emissionsgrad auszeichnet
[vgl. Fraunhofer ISE Report on Qualification Tests of TINOX
®
Solar Absorber Coating vom
22.02.20
r sind erzei ie am weitesten verbreiteten Kolle toren ei Sol
rauchwarmwassererwärmung [vgl. V. Quaschning 1999, S. 82].
0,3 - 0,6 µm) erreicht er ein sehr
mit der Um
2 Der Solarkollektor muss - je n
bzw. ein zeitkonst
temperaturen und Windeinflüssen möglichst geringe Verluste durch Wärmeleitung und
Konvektion gewährleistet werden können.
3.
Zur Absorption möglichst grosser Mengen der Globalstrahlung durch den Absorber sollte
die Strahlung rechtwink
Reflexion an dieser Glasabde
Typische Absorbermateria
eine gute Wärmeleitfähigkeit be
ü r Absorptionsgrade größ
a
Relativ neu i
a
00].
2.3.1.1
Flachkollektoren
Flachkollekto en
d
t d
k
b
aranlagen zur
B
Sie bestehen aus folgenden Bauteilen:
-
Absorber
-
transparente Abdeckung (transparente Wärmedämmung - TWD)
-
Kollektorgehäuse und
-
Wärmedämmung.
24
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Als transparente Abdeckung kommt in den meisten Fällen eisenarmes Solarsicherheitsglas zur
nwendung, das sich durch einen hohen Transmissionsgrad für den kurzwelligen Spektral-
ie aus Bild 2-
A
bereich auszeichnet. W
7 zu entnehme ist, w d an der transparenten Abdeckung
in Teil der solaren Strahlungsleistung
e
reflektiert, ein weiterer Teil absorbiert und der
usgedrückt.
n
ir
e
grösste Anteil transmittiert.
Diese Vorgänge werden durch
-
den Reflexionsgrad
-
den Absorptionsgrad und
-
den Transmissionsgrad
a
Bild 2-7 Strahlungs- und Wärmeleitungsvorgänge an der transparenten Abdeckung (TWD)
Die Summe dieser drei Strahlungsleistungsanteile muss immer den Wert 1 ergeben.
+ + = 1
(2.2)
e
=
+
+
= ·
e
+
·
e
+ ·
e
[W]
(2.3)
Für die jeweilige Strahlungsleistung
e
gilt somit:
25
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Durch die Absorption der Strahlung kommt es zur Erwärmung der transparenten Abdeckung.
Im thermischen Gleichgewicht muß der absorbierte Anteil
wieder als Emission
abgegeben werden, da sich die Scheibe ansonsten unendlich erwärmen würde.
Daraus folgt:
=
(2.4)
Gemeinsam mit dem - meistens aus Aluminium gefertigten - Gehäuse schützt die transparente
Abdeckung den Absorber vor allen Witterungseinflüssen und verhindert den Wärmeentzug
Absorber dur
dämmung auf der
n werden weitere Wärmeverluste durch
kuum-Flachkollektoren
vom
ch Konvektion mit kälterer Aussenluft. Durch die Wärme
Absorberrückseite und an den Seitenwände
Wärmeleitung vermindert. Als Dämmstoffe kommen sowohl Polyurethanschäume und
Mineralwollen sowie - in selteneren Fällen - auch Mineralfaserdämmstoffe zur Anwendung.
Um Konvektionsverluste im Kollektorkasten weiter zu reduzieren, werden Flachkollektoren
auch evakuiert. Diese Kollektoren nennt man Va
.
günstiges Preis-Leistungsverhältnis aus.
mmbadbeheizung, zur Brauchwarm-
Flachkollektor zeigt Bild 2-8
Flachkollektoren zeichnen sich durch ein
Üblicherweise werden Flachkollektoren zur Schwi
wassererzeugung und zur Raumheizungsunterstützung eingesetzt. Diese Kollektortypen
verwenden Flüssigkeiten - in der Regel Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder Methanol -
als Wärmeträgermedium. Die stark vereinfachte Darstellung der Energieumwandlung und der
Energieverluste im
.
Bild 2-8 Energieumwandlung und Verluste im Flachkollektor [Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.]
26
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Weitaus weniger verbreitet sind luftdurchströmte Kollektoren, die beispielsweise sehr
effizient in der Raumluftvorwärmung zur Anwendung kommen können [vgl. Bild 2-9].
Abdeckung
Dämmstoff
Rippen-
absorber
Bild 2-9 Detailansicht eines Luftkollektors [Grammer Solartechnik]
In den Kollektoren strömt die Luft
le, deren Oberseiten zur besseren Absorption
der Solareinstrahlung schwarz beschichtet sind. Innerhalb des Kollektors sind die Kanäle nach
ben d
die
es konstruktiven Aufbaus möglich
t.
ie Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt den Absorber direkt in
inem U-Rohr oder im Gegenstrom in einem Rohr-im-Rohr-System. Mehrere einzelne
hintereinandergeschaltete bzw. über eine Sammelleitung verbundene und zwangsdurch-
strömte Röhren bilden dann den Solarkollektor, so dass ein W
ammelrohr
icht mehr notwendig ist [vgl. Bild 2-10
durch Kanä
o
urch Glasscheiben und nach unten mit einer Wärmedämmung isoliert, um
Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
2.3.1.2
Vakuum-Röhrenkollektoren
Der Vakuum-Röhrenkollektor nutzt den produktionstechnischen Vorteil aus, dass sich ein
Hochvakuum in einer vollständig geschlossenen Glasröhre besser herstellen und erhalten
lässt, als dies beim Vakuum-Flachkollektor aufgrund sein
is
Beim Vakuum-Röhrenkollektor befindet sich der Absorber in einer druckfesten und
hochevakuierten Glasröhre. D
e
ärmetauscher im S
n
].
27
Dissertation Hendrik Glaser Freiburg 2. Grundlagen
Bild 2-10 Zwangsdurchströmter Vakuum-Röhrenkollektor [Dornier-Prinz]
Der Heat-Pipe- (Wärmerohr-) Kollektor beinhaltet im Wärmerohr eine Wärmeträger-
flüssigkeit, deren Betriebs- und damit Verdampfungstemperatur sich mit dem dazugehörigen
Dampfdruck entsprechend den vorhandenen Aussentemperaturen einstellt (Zweiphasen-
gemisch). Der durch die Wärmeaufnahme entstandene Dampf steigt im Wärmerohr auf und
gibt seine Energie ausserhalb des Kollektors durch Kondensation über einen Wärmetauscher
an das zu erwärmende Medium (z.B. Heizwasser) ab. Die kondensierte Wärmeträger-
flüssigkeit fliesst wieder innerhalb des Wärmerohres nach unten zurück und beginnt erneut zu
verdampfen.
Bild 2-11 Heat-Pipe-Vakuum-Röhrenkollektor [Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.]
Heizwassereintritt
Heizwasseraustritt
TWD
Wärmedämmung
Sammelrohr
Wärmetauscher
(Kondensator)
Wärmerohr
Absorber
28
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2005
- ISBN (eBook)
- 9783832499822
- ISBN (Paperback)
- 9783838699820
- DOI
- 10.3239/9783832499822
- Dateigröße
- 7.6 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Technische Universität Berlin – Prozeßwissenschaften, Energietechnik
- Erscheinungsdatum
- 2006 (November)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- energietechnik energie solarthermik regelungstechnik adsorptionskältemaschine
