Der Anteil des Stromverbrauchs, der Raumklimatisierung und ‐kühlung zukommt, steigt weltweit stetig an. Der Verbrauch ist dabei dem Einsatz von konventionellen Kältemaschinen geschuldet, die ihre Antriebsenergie aus den öffentlichen Stromnetzen beziehen. Im Gegensatz dazu lasst sich auch die globale Sonneneinstrahlung durch Umwandlung in Elektrizität bzw. Wärme als Antriebsenergie für Kälteprozesse nutzen. Die Potentiale und Technologien zu diesem Zweck behandelt diese Masterprojektarbeit.
Zur Umwandlung der Sonneneinstrahlung in eine nutzbare Energieform für solar unterstützte Klimatisierungs‐ und Kühlprozesse liegen heute mit der Photovoltaik und Solarthermie ausgereifte Technologien vor. Für eine nützliche Raumluftkonditionierung sind nach heutigem Stand der Technik sehr unterschiedliche Systeme einsetzbar. Mittels photovoltaisch oder solarthermisch erzeugter Elektrizität kann eine Kompressionskältemaschine angetrieben werden, was die unwirtschaftlichste Variante zur Nutzung der solaren Primarenergie darstellt. Der thermische Antrieb von Sorptionsanlagen gilt als hoffnungsvollste Alternative. Bei den thermisch angetriebenen Kältemaschinen haben sich insbesondere die Prozesse der Absorption und der Adsorption zur Kälteerzeugung durchgesetzt. Geräte größerer Leistungsklassen werden mittlerweile von verschiedenen Herstellern angeboten und finden vor dem Hintergrund staatlicher Forderung Ihre Abnehmer. Bei Geräten kleiner Leistungsklassen besteht weiterhin großer Forschungsbedarf.
Je nach Standort sind durch geografische Gegebenheiten natürliche Grenzen des Sonnenangebots vorhanden. Je hoher der jährliche solare Deckungsgrad am jeweiligen Standort ist, desto kleiner fallt entsprechend die Auslegung des Kollektorfeldes aus, das bis ca. 50% der Gesamtkosten ausmacht. Durch die weltweit verschiedenen mittleren Außenlufttemperaturen, sowie gesellschaftliche und architektonische Unterschiede herrscht zugleich nicht allerorts die gleiche Nachfrage nach technisch bereitgestellten Kühlvolllaststunden.
Über Ausführungen zu den generellen Rahmenbedingungen für solares Kühlen, über die Potentiale für die weltweite Marktentwicklung der Systeme bis hin zu den Technologien in diesem Bereich erschließt diese Masterprojektarbeit eine ganzheitliche Sicht zum Thema solare Klimatisierung/Kühlung und schließt mit einem Ausblick in deren Zukunft ab.
Inhaltsverzeichnis
1. Warum klimatisieren – warum mit Wärme?
1.1. Anforderungen an die Raumluft
1.2. Innere- und äußere Wärmelasten
1.3. Solare Kälteerzeugung und Kühlung
1.4. Geschichtlicher Rückblick – Einfluss der Architektur
2. Markt für solares Kühlen
2.1. Bedarfsbetrachtung weltweit
2.1.1. Kühl-Volllaststunden
2.1.2. Weiche Faktoren für den Kühlbedarf
2.1.3. Harte Faktoren für den Kühlbedarf
2.1.3.1. Beispielmarkt – Brasilien
2.1.3.2. Beispielmarkt – Dänemark
2.1.4. Grenzen der Bedarfsbetrachtung weltweit
2.2. Markt Kompressionskältemaschinen
2.3. Markt für Solarthermie
2.3.1. Gesamtmarktvolumen und –verteilung bei der Solarthermie
2.3.2. Marktentwicklung Solarthermie
2.3.3. Solarthermie für solares Kühlen
2.4. Markt für solares Kühlen
2.5. Wirtschaftlichkeit solarer Kühlsysteme
3. Technologien zur Kälteerzeugung und Klimatisierung
3.1. Kreisprozesse
3.1.1. Carnot Prozess als idealer rechtssinniger Kreisprozess
3.1.2. Idealer, linkssinniger Kreisprozess für Kältemaschinen
3.2. Technische Verfahren zur solaren Kältebereitstellung
3.3. Energetischer Vergleich von Kältemaschinen mit mechanischem und thermischem Antrieb
3.3.1. Energetische Verhältnisse für eine Kompressionskältemaschine
3.3.2. Energetische Verhältnisse für eine thermisch angetriebene Kältemaschine
3.3.3. Übersicht zur Gegenüberstellung der energetischen Verhältnisse
3.4. Funktionsweise einer Kompressionskältemaschine
3.5. Funktionsweise einer Absorptionskältemaschine
3.6. Prinzipielle Funktionsweise für das geschlossene Verfahren einer Adsorptionskältemaschine
3.7. Solar Kollektoranlagen
3.8. Gegenüberstellung der Gesamteffizienz von Kälteanlagen
4. Resümee
4.1. Forschung und Entwicklung
4.2. Ausblick
V. Anlagen
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit analysiert das Potenzial und die technischen Möglichkeiten der solaren Kälteerzeugung und Klimatisierung, um dem weltweit steigenden Energiebedarf für Kühlprozesse durch regenerative Energien zu begegnen.
- Marktanalyse für solare Kühlsysteme unter globalen Rahmenbedingungen
- Vergleich konventioneller Kompressionskältemaschinen mit solar-thermischen Alternativen
- Detaillierte thermodynamische Untersuchung verschiedener Kältekreisprozesse
- Analyse der Wirtschaftlichkeit und Effizienz solarer Kühlanlagen
- Darstellung technischer Planungstypologien für solar unterstützte Klimatisierung
Auszug aus dem Buch
1. Warum klimatisieren – warum mit Wärme?
Der Absatz von konventionellen Klimageräten nimmt weltweit stetig zu und mit ihm der Stromverbrauch.
Steigende Komfortansprüche, ein sich global veränderndes Klima, ein starkes Wirtschaftswachstum insbesondere in den Schwellenländern Asiens, vermehrter Glaseinsatz im Bau moderner Gebäude sowie die rasche Zunahme der Weltbevölkerung sind einige Gründe. In mehreren Staaten, wie z.B. Italien oder Kalifornien, führte der ansteigende Stromverbrauch bereits mehrfach zu Überlastungen und letztlich zum Zusammenbruch der Stromnetze. In den Schwellenländern Asiens, mit hohen Durchschnittstemperaturen und Luft-feuchte versucht man mit dem Ausbau der Stromnetze dem Wirtschaftswachstum schritt zu halten (Abb.1.1). Dennoch sind Stromausfälle in Millionen-Metropolen wie beispielsweise Ho Chi Minh City oder Phnom Penh nahezu an der Tagesordnung.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Warum klimatisieren – warum mit Wärme?: Dieses Kapitel beleuchtet die Ursachen für den steigenden globalen Kühlbedarf und die damit einhergehenden Belastungen für die Strominfrastruktur.
2. Markt für solares Kühlen: Hier wird der weltweite Marktbedarf unter Berücksichtigung von Klimazonen, wirtschaftlichen Faktoren und bestehenden Wettbewerbstechnologien analysiert.
3. Technologien zur Kälteerzeugung und Klimatisierung: In diesem technisch orientierten Hauptteil werden thermodynamische Kreisprozesse sowie die Funktionsweise von Kompressions-, Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen erläutert.
4. Resümee: Das Abschlusskapitel fasst die Forschungsergebnisse zusammen und bewertet zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten der solaren Kältetechnik.
Schlüsselwörter
solare Kühlung, Kälteerzeugung, Klimatisierung, Absorptionskältemaschine, Adsorptionskältemaschine, Kompressionskältemaschine, Solarthermie, Energieeffizienz, Carnot-Prozess, Wirkungsgrad, Kühlbedarf, regenerative Energien, Thermodynamik, Nachhaltigkeit, Marktanalyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie solare Energie zur Kälteerzeugung genutzt werden kann, um den steigenden Strombedarf für konventionelle Klimaanlagen zu senken.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Schwerpunkte liegen auf der globalen Marktanalyse, den thermodynamischen Grundlagen und dem Vergleich zwischen mechanisch und thermisch angetriebenen Kühlsystemen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, eine ganzheitliche Sicht auf das Thema solare Klimatisierung zu geben und die technologischen sowie ökonomischen Potenziale aufzuzeigen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es erfolgt eine detaillierte technische Analyse der Kreisprozesse sowie eine marktstatistische Bewertung anhand von Länderspielen und Wirkungsgradvergleichen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden die technischen Funktionsweisen von Kompressions-, Absorptions- und Adsorptionssystemen physikalisch-energetisch hergeleitet und verglichen.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind solare Klimatisierung, COP (Coefficient of Performance), Absorptionskältetechnik und Energieeffizienz.
Warum sind konventionelle Klimaanlagen problematisch?
Sie benötigen hohe Mengen an elektrischer Energie aus dem Netz, was besonders in warmen Klimazonen zu Netzüberlastungen führt.
Welche Rolle spielen die "harten Faktoren" in der Marktanalyse?
Harte Faktoren wie die globale Sonneneinstrahlung und die Außentemperatur sind entscheidend für die Auslegung der Kollektorfelder und die Wirtschaftlichkeit einer Anlage.
Was unterscheidet Adsorptions- von Absorptionskältemaschinen?
Während die Absorption ein Zwei-Stoff-System mit Flüssigkeiten nutzt, basiert die Adsorption auf einem Feststoff-Flüssigkeits- oder Gas-System, was den Prozess wartungsärmer machen kann.
- Arbeit zitieren
- Jan Luca Plewa (Autor:in), Markus K. Weipert (Autor:in), 2011, Solare Klimatisierung/Kühlung. Potentiale und Technologien zur solaren Kälteerzeugung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/179957
