Effizienzsteigerung bestehender Kühlsysteme durch Integration effizienter Kaltwassersätze mit dem natürlichen Kältemittel Wasser

Forschungsbericht

Zusammenfassung: Bei der Gebäudekühlung mit konventionellem Multi-Split-Klimasystem kühlen die verteilten Ver-dampfereinheiten direkt die Raumluft der jeweiligen Räume im Umluftbetrieb. Ohne einen zwischenge-schalteten Wärmeträgerkreis ist bei diesen Split-Kälteanlagen der Einsatz von freier Kühlung nicht möglich, sodass bei Kältebedarf die Abfuhr der Wärmelast zwingend über den Kompressionskreislauf erfolgen muss. Zur Steigerung der Systemeffizienz ist ein hybrides Anlagenkonzept zur Kopplung einer Turbo-Kältemaschine mit dem natürlichen Kältemittel Wasser mit einer Multi-Split-Anlage entwickelt worden. Ziel ist es hierbei, durch den koordinierten Einsatz der beiden Kälteerzeuger den elektrischen Energiebedarf durch die Ausnutzung der Potentiale zur freien Kühlung zu senken. Die Kälteerzeuger können hierbei wahlweise parallel oder seriell betrieben werden. Zur Einschätzung des Betriebsverhal-tens der Hybridkälteanlage sind sämtliche Anlagenkomponenten mithilfe des Simulationsprogramms EES modelliert worden. Hinsichtlich der Validierung und Anpassung des Simulationsmodells ist die Hybridkälteanlage als Pilotinstallation an der Hochschule München aufgebaut worden. Die serielle und parallele Kältebereitstellung durch die Kälteerzeuger sind als Betriebsstrategien in die Regelung pro-grammiert worden. Die Funktionsfähigkeit des Hybridkältekonzepts konnte im Systemtest der Pilotan-lage nachgewiesen werden. Die Messdaten des wissenschaftlichen Messkreises sind zur Anpassung des Simulationsmodells eingesetzt worden. Für eine Optimierung der Betriebsstrategien sind Jahressimulationen zur Kühlung eines Rechenzent-rums unter Verwendung der seriellen und parallelen Kälteerzeugung durchgeführt worden. Es zeigte sich, dass die serielle Betriebsweise die Kälteanforderung energieeffizienter bedienen kann. Die erzielte Leistungszahl 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 der Hybridkälteanlage bezogen auf ein Betriebsjahr variiert zwischen 6,15 und 8,82, abhängig von der gewählten Betriebsstrategie. Unter Ausnutzung der Umgebungstemperaturen konnte ca. 52 % des Kälteenergiebedarfs durch den Einsatz der freien Kühlung gedeckt werden, bei weiteren 13 % der jährlichen Kälteenergiemenge war eine Vorkühlung des Kältemittelvolumenstroms des Turbo-Kaltwassersatzes durch die Ausnutzung der Umgebungstemperaturen möglich. Die Simula-tionen als auch die Messreihen zeigen, dass der Betrieb des Turbo-Kaltwassersatzes bis zur Aktivierung der zweiten Verdichterstufe energieeffizienter als der Betrieb der Split-Kältemaschine ist. Durch den koordinierten Einsatz der Kälteerzeuger kann die Betriebscharakteristik der einzelnen Komponenten zur Verbesserung der Energieeffizienz der Gesamtanlage genutzt werden. Insgesamt konnte eine Ver-ringerung des elektrischen Energiebedarfs und der verursachten Treibhausgasemissionen im Vergleich zum Einsatz einer konventionellen Split-Kälteanlage von rund einem Drittel festgestellt werden. Anhand der Betrachtung der jährlichen Verläufe wird es deutlich, dass für den effizienten Betrieb der Hybridkälteanlage eine hohe Kältegrundlast mit möglichst hohen Kaltwasservorlaufstemperaturen vor-teilhaft ist. Die Kältelast kann insbesondere in den kälteren Wintermonaten energieeffizient bedient werden. Hieraus lässt sich ableiten, dass die Effizienz des Hybridkältekonzepts stark von der individuel-len Versorgungssituation abhängt. Im Anlagenbetrieb zeigte sich großes Optimierungspotential im Ein-satz der Frequenzumrichter der Verdichter und der geräteinternen Regelstrategie der einzelnen Kälteer-zeuger. In folgenden Arbeiten sollten diese Punkte detailliert betrachtet und verbessert werden

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: 1 Online-Ressource (64 Seiten)
• Sprache: Deutsch
• Anmerkungen: Illustrationen ; Literaturverzeichnis: Seite 52 - 53

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Wasser ; Kühlsystem ; Effizienzsteigerung ; Kältemittel ; Energieeffizienz ; Betriebsverhalten ; Kälteanlage

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): München
• (wer): Deutsche Bundesstiftung Umwelt
• (wann): 2024
• Urheber: Nguyen, Philipp ; Schweigler, Christian
• Beteiligte Personen und Organisationen: Deutsche Bundesstiftung Umwelt ; Hochschule für Angewandte Wissenschaften München

Weitere Informationen

• URN: urn:nbn:de:101:1-2410101726566.600315038173
• Rechteinformation: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 25.03.2025, 13:47 MEZ