Klimatechnik

Klimatechnik

Die VRF-Technologie nach DIN V 18599 – nachhaltiges Bauen mit energieeffizientem Klimasystem

Im Bereich Klimatechnik, erhielt die VRF bzw. VRV Technologie, als energiesparend bekannt, mit der DIN V 18599 große Bedeutung für nachhaltiges Bauen.

Diese alternativen Klima- bzw. Wärmeanlagen verfügen über variable Kältemittel-Volumenströme, die vor allem bei problematischem Kühllastverhalten der Umwelt zu Gute kommen.

Durch Wärmetauscher im Innen – und Außenbereich eines (Nichtwohn-) Gebäudes, wird die Abwärme eines zu kühlenden Raumes zur Nutzwärme eines zu heizenden Raumes. Dabei wird Energie gespart, da die Primärenergienutzung der Wärmepumpenfunktion sehr hoch ist. Durch den Verzicht auf klassische Öl- und Gasheizsysteme sowie die Verwendung erneuerbarer Energien (z.B. Luft) kann bis zu 50 % CO2-Einsparung erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in den 3-Leiter-Systemen, die es ermöglichen, gleichzeitig zu heizen und zu kühlen und dabei durch mögliche Wärmerückgewinnung weiterhin energieeffizient zu arbeiten. Zudem kann beim Abtaubetrieb die Heizleistung durchgehend fortgesetzt werden und aufgrund von modernster Elektronik sind die Kompressoreneinheiten leistungsregulierbar. Außerdem verbraucht dieses dezentrale Klimatisierungssystem wenig Platz, arbeitet sehr leise und kann sich auf die individuellen Bedürfnisse des Nutzers einstellen sowie Teillastverluste reduzieren.

Wie im tiefergehenden Fachartikel des FachJournal nachzulesen, zahlt sich dieses Konzept besonders in Hotels aus, da dort die Teillastproblematik erhöht ist. In einem Low-Budget-Hotel in Augsburg wurde nach einer ökologisch vorteilhaften Lösung für das Teillastverhalten mit geringen Investitionskosten gesucht.

Die individuelle Klimatisierung, die geringen Betriebskosten und der hohe Nutzerkomfort der VRV-Technologie eigneten sich bestens für das Ziel, nachhaltiges Bauen unter den Aspekten der ökonomischen, ökologischen, der technischen und der Prozessqualität zu garantieren.

Latentwärmespeicher: PCM als effektiver Temperatur-Pufferspeicher in Baustoffen

Die Wirtschaftlichkeit von PCM (Phase Change Material) in der TGA mit PCM express einfach ermitteln.

Im Bereich der Gebäudeklimatisierung spielen Umwelteinflüsse eine große Rolle. Während im Winter der U-Wert möglichst gut sein sollte, ist im Sommer besonderer Wärmeschutz zu beachten. Um die Klimatisierung mit erneuerbaren Energien realisieren zu können, muss zunächst nach DIN 4108-2 (7/2003) durch die Bewertung des Cwirk die Speichermasse eines Gebäudes ermittelt werden.

Damit Neubauten mit geringer Masse den gleichen thermischen Komfort wie Gebäude mit massiven Wänden aus Beton oder Stein erhalten, kann Phasenwechselmaterial (PCM = Phase Change Material), sog. Latentwärmespeicher, von Vorteil sein.

Bei diesen mikroverkapselten Latentwärmespeichern handelt es sich um mikrometergroße Wachströpfchen, die in Kapselhüllen aus Acrylglas verpackt werden. Ab 23ºC verflüssigt sich das Wachs in der unzerstörbaren Hülle und kann so Wärme speichern oder abgeben. Da die Kapseln jedoch weiterhin pulverförmig bleiben, lassen sie sich hervorragend in herkömmliche Baustoffe wie Mörtel oder Beton einarbeiten.

Passiv lässt sich diese Dispersion in kühleren Regionen anwenden, wenn auf Kühlung durch Nachtluft statt auf Klimaanlagen gesetzt wird. Aber sie findet auch aktiv Verwendung. Wenn man das PCM als Teil der TGA nutzt und es in Verbindung mit einer Klimaanlage einsetzt, muss diese weniger Kühlleistung aufbringen, wird aber wesentlich effektiver arbeiten.

Diese Entlastung der technischen Klimatisierung resultiert aus der Fähigkeit der Latentwärmespeicher, große Teile der Wärmemenge temperaturunschädlich zwischenspeichern zu können.

Eine neu entwickelte Software vergleicht beide Varianten und errechnet deren Wirtschaftlichkeit. So können Planer jederzeit den Nutzen einer optimierten Gebäudetechnik durch PCM-Baustoffe selbst ermitteln. Die Latentwärmespeicher tragen zu einer umweltfreundlicheren Kühltechnologie bei, da es sich hier um regenerative Kältequellen handelt, die im Gegensatz zu (oder zumindest in Verbindung mit) konventionellen Klimatisierungsgeräten energieeffizienter und wirtschaftlich vorteilhafter sind.

Eine genauere Beschreibung der Funktionsweise von PCM (Was ist PCM) und die Einsatzmöglichkeiten in der Gebäudeklimatisierung sowie Informationen zum Software-Tool PCMexpress finden Sie in einem Fachartikel im FachJournal

Ökostrom kann Kernkraft in neun Jahren ersetzen

Forschungsinstitut: Atomausstieg und 100 Prozent erneuerbarer Strom früher möglich als geplant

Fahrplan für den raschen Umstieg: Notwendige Wegbereiter sind flexible Gaskraftwerke, Netzausbau und -ertüchtigung, Speichertechnologien sowie Energieeffizienz.

Deutschland kann bis 2020 die Atomkraft durch Ökostrom ersetzen und die Stromversorgung bereits vor 2050 vollständig auf erneuerbare Energien umstellen. Zu diesem Schluss kommt das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Strom aus Sonne, Wind, Biomasse und Wasserkraft ist imstande, in Kombination mit dezentralen hocheffizienten Gaskraftwerken in neun Jahren den Wegfall der Kernenergie auszugleichen, ohne dass eine Stromlücke entsteht. Der Umstieg ist laut ZSW machbar, er muss aber durch bestimmte Rahmenbedingungen flankiert werden. Dazu gehören besonders Speichertechnologien, wie die Konvertierung von erneuerbarem Strom in Methan oder Wasserstoff, und eine Modernisierung der Netzinfrastruktur. Wird dies realisiert, ist ein volkswirtschaftlicher Gewinn bis 2050 von mehreren hundert Milliarden Euro möglich.

Das Stuttgarter Forschungsinstitut, das unter anderem das Bundesumweltministerium mit Daten und Studien zur Entwicklung der erneuerbaren Energien berät, geht davon aus, dass der „Nationale Aktionsplan für erneuerbare Energien“ der Bundesregierung erfüllt werden kann. Der Plan strebt bis 2020 einen Ökostromanteil von 38,6 Prozent an. 2010 lag er bei 16,8 Prozent. „Der geplante Ausbau und die Steigerungsraten erfordern eine signifikante Beschleunigung des Netzauf- und -ausbaus, der Entwicklung und Integration von Speichern sowie des Lastmanagements und der Laststeuerung“, sagt Professor Frithjof Staiß, der geschäftsführende Vorstand des ZSW. Wird dies engagiert umgesetzt, ist auch eine 100-prozentige Ökostromversorgung deutlich vor 2050 möglich, so Staiß.

Der Anteil der Atomkraft kann bis 2020 auf null reduziert werden, rund zwei Jahre schneller als von der ehemaligen rot-grünen Bundesregierung geplant. Im Jahr 2010 stammten rund 22 Prozent des Strommixes aus Kernenergie. Da der Anteil der erneuerbaren Energien bis 2020 um 22 Prozentpunkte gesteigert werden soll, ist die Kompensation des Atomstroms durch Ökostrom möglich. Neben dem Ökostromausbau ist die verstärkte Einbindung dezentraler gasbetriebener Stromerzeugungsanlagen in Kraft-Wärme-Kopplung nötig. Sie können in der Übergangszeit die Versorgungszuverlässigkeit garantieren und emittieren gleichzeitig weniger Kohlendioxid als Kohlekraftwerke. Vor allem aber: Die Anlagen sind bedeutend flexibler als schwerfällige Großkraftwerke und können die Schwankungen beim erneuerbaren Strom ausgleichen.

„Dies ist schon deshalb erforderlich, weil noch Zeit benötigt wird, um Speichertechnologien und das Stromnetz so auszubauen, dass hohe Anteile von Wind- und Solarenergie möglich sind“, so Professor Staiß. Eine Schlüsselrolle kann dabei die Nutzung von Stromüberschüssen zur Herstellung von Erdgassubstitut spielen: Dabei wird Ökostrom in zwei Schritten in erneuerbares Methan umgewandelt, das ohne Weiteres in das Erdgasnetz eingespeist werden kann.

Eine erhebliche Steigerung des prozentualen Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung muss zudem durch Effizienzmaßnahmen auf der Verbrauchsseite unterstützt werden. Sie bewirken einen Rückgang des Gesamtstrombedarfs und damit eine weitere Reduktion des fossilen Stromaufkommens.

„Eine sichere und nachhaltige Stromversorgung gibt es nicht umsonst“, betont ZSW-Vorstand Staiß. Der Umbau müsse vorfinanziert werden. Dies ist aber nicht mit einem sprunghaften Strompreisanstieg verbunden. Durch weitere Kostensenkungen im Bereich der Ökostromerzeugung und gleichzeitig steigende Preise etwa für fossile Energieträger und Emissionszertifikate wird die Versorgung mittelfristig sogar deutlich kostengünstiger sein als im heutigen System. Bei einer Gesamtenergieversorgung mit erneuerbaren Energien bis 2050, also für Strom, Wärme und Mobilität, könnte Deutschland einen kumulierten volkswirtschaftlichen Gewinn von 750 Milliarden Euro erwarten. Dies belegt das alternative „Energiekonzept 2050“, das sieben Mitgliedsinstitute des ForschungsVerbunds Erneuerbare Energien (FVEE) bereits im Sommer 2010 vorgelegt haben.

Um den Umstieg optimal zu schaffen, müssen allerdings auch die Forschungsmittel für erneuerbare Energien und Energieeffizienz ausgeweitet werden. Dies ist nicht zuletzt durch die Umwidmung der Förderung von Nukleartechnologien möglich. So können Innovationen und Kostensenkungen noch schneller umgesetzt werden. Deutschland wird dann seiner Vorreiterrolle im Energiebereich gerecht und gibt Impulse auch für andere Länder.

Das ZSW gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien und Energieeffizienz. In Stuttgart, Ulm und Widderstall arbeiten derzeit rund 200 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker. Am Standort Stuttgart werden Photovoltaik und regenerative Kraftstoffe erforscht und Energiesystemanalysen erstellt, in Ulm Batterietechnik und Brennstoffzellen entwickelt.

mehr Infos : www.zsw-bw.de