Vortrag von Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler, Technische Universität Berlin, zu Sorptionstechnik

1. Sorptionstechnik –Bedeutung und Potenziale
Technische Universität Berlin
Innovationszentrum Energie
Institut für Energietechnik
Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

2. Kälteanlagen und Kühlschränke
verursachen etwa 15% des
weltweiten Stromverbrauches!
(International Institute of Refrigeration, 2004)
Wir können einen Zuwachs an Kältenutzung nicht verhindern.
Wir sollten aber den damit einhergehenden
Zuwachs an Stromverbrauch einschränken.
Wir werden verstärkt mit Sorptionstechnik
(und anderen thermischen Kälteverfahren)
Kälte aus Abfall-Wärme erzeugen.
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

3. Kompression Absorption
stage absorption chiller
Q1´´ Q1´´ Q2
K K G
LWT
EV EV
LP LP LEV
V V A
Q0 Q0 Q1´
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

4. Sorptionstechnik –Bedeutung heute
Bedeutung heute für Markt Umwelt
Hotelkühlschrank Groß Negativ (elektrischer Antrieb)
Campingkühlschrank Mittel Neutral
Tiefkälte Klein Positiv (meist
Abwärmenutzung)
Klimakälte Speziell Uneinheitlich (s.u.)
Wärmepumpe Klein Positiv
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

5. … in der Klimakälte:
Bedeutung heute für Markt Umwelt
Gas- oder Dampfantrieb Speziell Negativ (zu geringe Effizienz)
Abwärmenutzung Klein Positiv (aber Hilfsenergiebedarf)
Solares Kühlen Klein Uneinheitlich
(solare Deckung, Hilfsenergiebedarf)
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

6. Kompression gegen
stage absorption chiller Absorption
Q1´´ Q1´´ Q2
K K G
LWT
EV EV
LP LP LEV
V V A
Q0 Q0 Q1´
Technologisch: Absorption ist komplizierter
Ökologisch: Absorption ist grüner
Ökonomisch: Absorption ist teurer
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

7. Absorption und Adsorption sind komplizierter …
… zu verstehen und zu berechnen,
aber nicht komplizierter zu bauen und zu betreiben.
Es gibt wenig Erfahrung.
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

8. Kompression gegen
stage absorption chiller Absorption
Q1´´ Q1´´ Q2
K K G
LWT
EV EV
LP LP LEV
V V A
Q0 Q0 Q1´
Technologisch: Absorption ist komplizierter
Ökologisch: Absorption ist grüner
Ökonomisch: Absorption ist teurer
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

9. Arbeitsmittel: Wasser, Ammoniak, Salze, Silikate, Kohlenstoff…
Grün (aber nicht immer harmlos)
Vorsicht bei Zusatzstoffen!
Energieverbrauch:
Solarer Antrieb: grün
Abwärme als Antrieb: grün
Fernwärme als Antrieb: grün
Aber…
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

10. 2
PE Vergleich auxiliary power demand pa=0
Π = Π
PE Solar pa=1%
1,5
pa=10%
break
1 even
Parameter:
COPcom=3; Notwendige solare Deckungsrate,
0,5 um Primärenergieeinsparung zu erzielen
η=0.3;
Absorptionund Adsorption sind ökologisch vorteilhaft …
… aber nur wenn die Systemtechnik stimmt.
COPabs=0.8;
0
ηb=0.9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Solar fraction
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

11. Kompression gegen
stage absorption chiller Absorption
Q1´´ Q1´´ Q2
K K G
LWT
EV EV
LP LP LEV
V V A
Q0 Q0 Q1´
Technologisch: Absorption ist komplizierter
Stimmt meistens, ist aber nicht immer wichtig… .
Ökologisch: Absorption ist grüner
Ökonomisch: Absorption ist teurer
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

12. Potenzial und Entwicklungsbedarf
Bedeutung heute für Umwelt Notwendige Mögliche
Verbesserungen Bedeutung
Hotelkühlschrank, Negativ / Effizienz Weiter groß
Campingkühlschrank Neutral
Tiefkälte Positiv Kosten und Effizienz Größer
Wärmepumpe Positiv Kosten und Sehr groß
Systemtechnik
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Maschinen- und Energieanlagentechnik

13. … in der Klimakälte:
Bedeutung heute Umwelt Notwendige Mögliche
für Verbesserungen Bedeutung
Gas- oder Negativ Mehrstufigkeit Weiter groß
Dampfantrieb
Abwärmenutzung Positiv Effizienz, Groß
Systemtechnik
Solares Kühlen Uneinheitlich Kosten und Mittel
Systemtechnik
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Maschinen- und Energieanlagentechnik

14. Pilotanlagen im Institut für Energietechnik
Antrieb mit Fernwärme
10 kW
(TUB, ZAE Bayern,
PhönixSonnenwärme)
Kühlung von ca 200m2 Nutzfläche 50 kW
(Serverraum, Hörsaal, Seminarraum… ) (TUB, ZAE Bayern,
(bis 1000m 2 möglich) Vattenfall Wärme)
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

15. Wärmetransformator (Templifier, heat pump type II)
Heizung aus Kälte (Pierre LeGoff, ~1980)
Aufgewertete Wärme
Heizwärme
T3 (30°C)
Q3
Wärmezufuhr T2
Polar-Wasser Q2
(4°C)
Abgewertete Wärme
Q1 Polar-Wind
T1 (-40°C)
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

16. condenser T1 generator T2
Qgen Solare Antriebswärme
Q2
rectifier
absorber
T1 p1
Pcomp Antriebsarbeit
Q0 compressor
p0
T0
evaporator
π = p1 / p 0
Hybridisierung:
Absorptionskälte im Solarbetrieb
und Kompressionskälte im fossilen Betrieb
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Maschinen- und Energieanlagentechnik

17. Thermochemische Energiespeicherung
Mit der Möglichkeit integrierter Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Nach Honigmann, 1883
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik

18. Sorptionstechnik –Bedeutung und Potenziale
Bedeutung derzeit in EU:
„
klein aber fein“
Potenziale:
Deutlich größer
Unverzichtbar wegen Vielfalt!
Technische Universität Berlin
Maschinen- und Energieanlagentechnik