Kältebedarf in Quartieren
Neben Wärmebedarfen müssen in Quartieren auch vermehrt Kältebedarfe bereits bei der Planung des Energieversorgungssystems berücksichtigt werden.
Wo treten Kältebedarfe auf?
Für die Bereitstellung von Kälte werden in Deutschland jährlich rund 70 TWh Strom aufgewendet. In Zukunft wird der Bedarf an Kälte weiter steigen, wobei von jährlichen Steigerungsraten von bis zu 5% ausgegangen wird [1]. Kältetechnik kommt in unterschiedlichen Sektoren zum Einsatz: Zu Industriekälte-Anwendungen gehören die Prozesskühlung, Lagerung von temperaturempfindlichen Produkten, Kühlung von Großrechnern und Serverinfrastruktur oder auch die Klimatisierung von Schaltschränken. Die Gebäudeklimatisierung umfasst beispielsweise die Klimatisierung von Bürogebäuden, Bildungseinrichtungen (Schulen und Universitäten), Wohngebäuden sowie Einzel- und Großhandel (z. B. Einkaufszentren und Kaufhäuser).
| Branche | Strombedarf (GWh/a) |
|---|---|
| Haushaltskühl-/gefriergeräte | 24.138 |
| Supermärkte | 8.592 |
| Nahrungsmittelindustrie | 6.748 |
| Klimakälte | 10.795 |
| Industrie-Kältesysteme | 9.804 |
| Gewerbekälte | 5.396 |
Vollbenutzungsstunden Klimakälte
Anwendungen im Bereich der Klimatisierung weisen in Deutschland nur geringe Vollbenutzungsstunden auf. Der Leitfaden für Energiebedarfsausweise in Nichtwohngebäuden (Ausgabe EnEV 2009) weist für Bürogebäude Vollbenutzungsstunden von 500 h/a und für Bildungsgebäude 350 h/a aus. In einer Studie des Umweltbundesamt werden Volllaststunden im Bereich von 400 bis 520 h/a angegeben. Messdaten, welche im Rahmen des Forschungsprojekts EvaSolK erhoben wurden, geben für Klimakälteerzeugungssysteme Vollbenutzungsstunden zwischen 170 und 430 h/a an. Insgesamt ist zu beobachten, dass aufgrund von Sicherheitszuschlägen und klimatischen Bedingungen die Kältetechnik häufig überdimensioniert wird.
| Kühlung | Heizung | Beleuchtung | |
|---|---|---|---|
| Bürogebäude | 500 h/a | 2000 h/a | 2000 h/a |
| Bildungsgebäude | 350 h/a | 2000 h/a | 1800 h/a |
Kältetechnik
Kälteerzeugungstechnik kann elektrisch oder thermisch angetrieben werden. Bei kleinen Kälteanwendungen sind elektrisch angetriebene Anlagen weiter verbreitet. In industriellen Anwendungen mit hohen thermischen Leistungen wird auch auf thermisch angetriebene Kälteerzeuger zurückgegriffen. Bei diesen Systemen wird beispielsweise Wärme aus Blockheizkraftwerken (BHKWs) in Absorptionskältemaschinen in Kälte umgewandelt, wodurch ein effizienter Einsatz von BHKW-Wärme auch im Sommerbetrieb erreicht werden kann.
Kompressionskältemaschinen
Bei der elektrischen Bereitstellung handelt sich um Kompressionskältemaschinen (auch Split und Multi-Split-Geräte genannt). Entscheidend für die Berechnung der elektrischen Stromaufnahme ist die Leistungszahl (Coefficient of Performance, COP) bzw. der gemittelte Jahreswert, die sogenannte Jahresarbeitszahl. Gemäß DIN V 18599-7 kann für Multi-Split-Geräte ein Richtwert von 2,9 angenommen werden. Dieser hängt jedoch stark von den Randbedingungen (insbesondere Temperaturniveaus) ab und sollte für jeden Anwendungsfall individuell aus Datenblättern bestimmt werden.
Absorptionskältemaschinen
Bei der thermisch angetriebenen Kälteerzeugungstechnik handelt es sich um Absorptionskältemaschinen. Diese nutzen Wärme auf hohem Temperaturniveau, um Kälte zu erzeugen. Ferner wird ein Abwärmestrom auf Umgebungstemperatur frei. Das Verhältnis von thermischer Antriebsenergie und erzeugter Kälte wird durch das Wärmeverhältnis ausgedrückt. Typische Wärmeverhältnisse bewegen sich zwischen 0,6 und 0,8. Für H2O-LiBr-Absorptionskältemaschinen wird bei einer Kaltwassertemperatur von 6/14°C, einer Kühlwassertemperatur von 27/33°C und einem Temperaturniveau der Antriebswärme von 80/70°C in der DIN-V-18599 ein Wärmeverhältnis von 0,71 ausgewiesen.
Quellen
- Ecodesign, 2008.Lot 10 Chapter 1: Preparatory study on the environmental performance of residential room conditioning appliances (airco and ventilation) - Task 2: Economic and Market analysis (Entwurf),
- Preuß, Guntram, 2011. Energiebedarf für Kältetechnik in Deutsch (Entwurf), VDMA - Fachverband Allgemeine Lufttechnik
- Nachhaltige Kälteversorgung in Deutschland an den Beispielen Gebäudeklimatisierung und Industrie. Umweltbundesamt. 2014.
- Leitfaden für Energiebedarfsausweise in Nichtwohngebäuden.
- Wiemken, E., Elias, A.R.P., Nienborg, B., et al., 2012. EvaSolk - Evaluierung der Chancen und Grenzen von solarer Kühlung im Vergleich zu Referenztechnologien - Analyse von solarthermischer und photovoltaisch gespeister Kälteerzeugung, AP 4 Vergleichsstudie - Modellansätze.
- Wittig, S., Safarik, M. & Zachmeier, P., 2012. Monitoring und Effizienzermittlung - Vier Kompressionskältesysteme in unterschiedlichen Anwendungen. In DKV-Jahrestagung 2012.
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