Nora _Voss_Poster Bachelorarbeit fertig

GZB
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Rückkühlung von solarbetriebenen Absorptionskältemaschinen
mittels Erdwärmesonden
Nora Voß, Rolf Bracke, Timm Eicker
Internationales Geothermiezentrum Bochum, Lennershofstraße 140, 44801 Bochum; Hochschule Bochum Lennershofstraße 140, 44801 Bochum
[email protected]
Zusammenfassung Das Angebot an Ressourcen und Reserven von fossilen Energieträgern zur Deckung des Bedarfes an Wärme und
Strom der Bevölkerung sinkt kontinuierlich. Vor diesem Hintergrund führt eine bekannte Firma das Projekt „Solar Cooling“ durch. Es handelt
sich dabei um eine Kombination verschiedener Anlagenkomponenten für die Erzeugung einer effizienten und umweltfreundlichen
Möglichkeit zur Kühlung von Gebäuden. Die Anlage wird zu Testzwecken am Firmenstandort in NRW errichtet. Das langfristige Ziel ist die
Vermarktung dieses Systems, vorzugsweise in südeuropäischen Ländern wie Spanien und Italien. Die Idee: „The Sun: Causes the problem
and offers the solution“.
Anlagensystem
Das in Solarkollektoren erwärmte Wasser
treibt eine Absorptionskältemaschine thermisch an. Die Produkte
dieser Anlage sind zum einen Kaltwasser, zur Kühlung des
Gebäudes und zum anderen Kühlwasser, welches durch die
Prozesse innerhalb der Anlage erwärmt wird. Letzteres muss
wieder zurückgekühlt werden. Dafür sollen alternativ zur
klassischen Verwendung von Kühltürmen, welche vor allem in
südeuropäischen Ländern problematisch sind,
Erdwärmesonden verwendet werden.
Abb. 1
Dampfdruck-Diagramm einer Absorptionskältemaschine
ohne Wärmetauscher
Bei der Auslegung von Erdwärmesonden ist
Eingangsdaten
die Temperaturentwicklung im Untergrund ein wichtiges Maß. Der
effizienteste Fall liegt vor, wenn dem Boden abwechselnd Wärme
zu- und abgeführt wird, also die Wärmeeinspeisung im Sommer
und der Wärmeentzug im Winter. Bei dem Projekt „Solar Cooling“
wird dem Boden ausschließlich Kälte entzogen. Die Folge daraus
ist der kontinuierliche Anstieg der Untergrundtemperatur. Um das
Kühlwasser trotzdem kühlen zu können, darf diese nach
Herstellerangabe 31°C nicht überschreiten.
Als Datengrundlage für die Simulationen dient u.a. ein zuvor
durchgeführter TRT (Thermal Response Test) zur Messung der
Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes.
Simulation Mit Hilfe der Programme EED und EWS wird die
Verwendung von Erdwärmesonden durch Simulationen für den
Standort in NRW überprüft. Dabei wird die notwendige Anzahl und
Tiefe der Erdwärmesonden ermittelt.
Die Simulationsergebnisse der beiden Programme
unterscheiden sich vor allem in ihrer Genauigkeit. Während EED
mit Monatswerten die erforderliche Kältelast errechnet, werden
bei EWS die Stundenwerte der Kühllastverteilung aus einer
Gebäudesimulation eingelesen.
Abb. 3: Eingabefeld ”Bohrungen und Erdwärmesonden” des Referenzgebäudes in EED (3.14)
Sondenfeld
Aufgrund des geringen verfügbaren Platzes ist
für den Standort in NRW lediglich eine quadratische
Sondenanordnung von vier Sonden mit einem Sondenabstand
von jeweils 8 m möglich. Die Sondentiefe muss nach
Simulationen mit EED und EWS je 133 m betragen.
Südeuropäische Standorte
Als beispielhafte Städte für
südeuropäische Standorte wurden die Hauptstädte Madrid und
Rom ausgewählt. Um die drei Standorte miteinander vergleichen
zu können, wurden Gebäudesimulationen eines Referenzgebäudes durchgeführt, welches an die typische Bauweise der
jeweiligen Klimazone angepasst worden war.
Abb. 4:
Abb. 2
geothermischer Wärmestrom in Südwesteuropa
von < 30 mW/m² (blau) über 60 mW/m² (gelb) bis > 200 mW/m² (rot)
(Quelle: European Communities: Atlas of geothermal Resources in Europe: 2002)
Simulationsergebnisse Referenzgebäude
Fazit Für die meisten südeuropäischen Standorte ist die Zahl der
Gesamtbohrmeter etwa 50% größer als in Westdeutschland. Dies
hängt vor allem mit dem erhöhten Kühlbedarf der
entsprechenden Regionen zusammen. Mit Hilfe der Ergebnisse
kann die Wirtschaftlichkeit der Anlage für südeuropäische
Standorte abgeschätzt werden. Zu beachten ist allerdings, dass
mit sinkender Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes und
steigendem geothermischen Wärmefluss die Effizienz der Anlage
abnimmt.

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