City Cooling - Intelligente Fernkälteversorgung Wien

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation und Motivation

Die derzeit vorwiegend zur Gebäudekühlung eingesetzten Kompressionskältemaschinen weisen einen hohen Strombedarf auf. Eine Alternative dazu bieten mit Wärme angetriebene Absorptionskältemaschinen, welche aus energetischer und ökologischer Sicht große Vorteile mit sich bringen, vor allem wenn Abwärme aus thermischen Kraftwerken vorhanden ist, und als Antriebsenergie genutzt werden kann. Diese Kältemaschinen können entweder direkt bei den Gebäuden errichtet und betrieben werden (dezentrale Kälteversorgung), oder mehrere Objekte über ein Fernkältenetz versorgen (zentrale Kälteversorgung).

Bei der U-Bahnstation Erdberg in Wien entsteht der mit Fernwärme versorgte Bürogebäudekomplex TownTown. Aufgrund der Bebauungsdichte und des hohen Kühlbedarfs ist parallel zum Fernwärmenetz ein Fernkältenetz gebaut. Um als nachhaltiges Kühlkonzept gesehen werden zu können, soll aber die Fernkälte bestimmte Anforderungen erfüllen, die anhand dieses ersten Wiener Fernkältenetzes analysiert werden. Die Merkmale einer intelligenten Fernkälteübergabe werden hier in einer strukturierten Weise zusammengefasst.

Inhalte und Zielsetzungen

In einem ersten Schritt werden Kühlsysteme moderner Bürogebäude, sowie die geforderten technischen Rahmenbedingungen für die Fernkälteübergabe erhoben. Darüber hinaus wird eine methodische Vorgangsweise entwickelt und verfolgt, auf deren Basis eine Strategie zur Gestaltung einer intelligenten Fernkälteübergabe entwickelt wird. Bei der Evaluierung der energetischen und ökologischen Leistung der Fernkälte spielen die Auslegungs- und Betriebsparameter von Kühltürmen eine entscheidende Rolle. Es wird daher sukzessiv auf die verschiedenen Möglichkeiten eingegangen, die die Reduzierung der über Kühltürme abzuführenden Wärmemenge ermöglichen. Die Möglichkeiten der Optimierung der Gebäudeauswahl, der Nutzung von thermisch aktivierten Bauteilen (Bauteilaktivierung) und Netzspeichern, der Abwärmenutzung und der alternativen Wärmeabfuhr sowie der ökonomischen Optimierung der Netzauslegung und des Netzbetriebs werden am Fallbeispiel TownTown untersucht und unter technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten bewertet.

Die Ziele des Projektes sind:

• Definition einer intelligenten Fernkälteübergabe unter der Berücksichtigung alternativer Rückkühlkonzepte zur Gestaltung eines effizienten Fernkältenetzes am Fallbeispiel TownTown.
• Definition von flexiblen Fernkälteübergabekonzepten für unterschiedliche Komfortstufen, Kühlsysteme in den Gebäuden und Nutzungen.
• Übertragbarkeit der entwickelten Fernkälteübergabekonzepte, sowie der Konzepte zur alternativen Rückkühlung auf zukünftige Fernkältenetze in Österreich.

Methodische Vorgehensweise

Aufgrund des breiten Untersuchungsfeldes ist der Bericht auf einer umfangreichen Literaturrecherche aufgebaut. Für die Aspekte, die in anderen Studien schon vertieft untersucht wurden, werden hier die relevanten Ergebnisse zusammengefasst und es wird auf die entsprechenden Arbeiten verwiesen. Die projektspezifischen Beiträge sind mit den folgenden Modellierungs- und Simulationsprogrammen erarbeitet worden:

• Berechnung von Kältebedarfsverläufen mittels thermischer dynamischen Gebäude- und Anlagensimulation [TRNSYS]
• Bewertung der Auswirkung der Variation verschiedener Auslegungsparameter in einem Fernkältenetz mittels thermodynamischer Anlagensimulation [DYMOLA]
• Betriebsoptimierung eines Fernkältenetzes zur Reduzierung der betriebsgebundenen Kosten mittels DEMS [DEMS]

Ergebnisse

Die Ergebnisse wurden um eine methodische Vorgehensweise strukturiert, die zur Gestaltung einer Fernkältenetzversorgung empfohlen wird.

Es wurden Kennzahlen als spezifische Ansätze für die Planung eines Kühlsystems hinsichtlich einer Anbindung an die Fernkälte vorgeschlagen, sowie verschiedene Betriebsstrategien der Bauteilaktivierung in Hinsicht auf Komfortverhältnisse, Kälteenergiebedarf und Kältebedarfsverläufe evaluiert. Es wurde dann die Wirtschaftlichkeit verschiedener Netzauslegungsvarianten sowie Betriebsstrategien des Fernkältenetzes bewertet.

Parallel dazu wurden im Rahmen dieses Projektes Konzepte und Methoden zu spezifischen Fragestellungen erarbeitet und vorgeschlagen. Dies betrifft vor allem die Vergleichbarkeit zwischen Bauteilaktivierung und konventionellen Luftkühlsystemen und die Möglichkeiten der Abwärmenutzung aus Kältemaschinen.

Projektleiter

DI Olivier Pol
Ing. Anita Preisler
DI (FH) Gernot Haslinger
arsenal research

Projekt- und Kooperationspartner

• DI Hans-Joachim Kast
  ILF beratende Ingenieure
• DI Adolf Penthor
  Ing. Gerhard Kempel
  Fernwärme Wien

Ing. Anita Preisler
arsenal research
Geschäftsfeld Nachhaltige Energiesysteme / Business Unit Sustainable Energy Systems
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