Europas Haushalte nachhaltig heizen und kühlen
Viele Gebäude in Europa verbrauchen große Mengen an Energie für Heizung und Kühlung. Klimaanlagen sind oft ineffizient und können die Umwelt belasten, wenn sie mit Strom betrieben werden, der aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts Hybrid-BioVGE wurde ein neues Heiz- und Kühlsystem auf der Grundlage von erneuerbaren Energiequellen entwickelt. Die Technologie nutzt nicht nur aus der Sonne und aus Biomasse gewonnene Wärme, sondern überwacht sich auch selbst auf intelligente Weise, um eine im Vergleich zur derzeitigen Konkurrenz effizientere und erschwinglichere Lösung zu bieten. „Die Projektergebnisse tragen dazu bei, die bestehenden technologischen Hindernisse für kleine Systeme der Raumheizung und -kühlung auf der Basis von Sonne und Biomasse zu überwinden – wie etwa die hohe Komplexität sowie der Mangel an Demonstrationsstandorten und praktischen Daten unter realen Betriebsbedingungen“, sagt Szabolcs Varga, koordinierender Forscher am Institut für Wissenschaft und Innovation im Bereich Maschinenbau und Industrietechnik (INEGI) in Porto und Koordinator des Projekts Hybrid-BioVGE.
Hybride Heizung und Kühlung
Das Hybrid-BioVGE-System wird mit zwei alternativen Energiequellen betrieben: Sonnenwärme und Biomassewärme. Es kann daher sowohl im Winter zum Heizen als auch im Sommer zum Kühlen von Innenräumen eingesetzt werden. Es kommt mit einer minimalen Menge an Strom aus, da die Sonnenwärme die Hauptenergiequelle ist und Biomasse nur als Reserve verwendet wird. Um einen hohen solaren Wirkungsgrad zu erreichen, erarbeitete das Team ein innovatives System zur Speicherung von Wärmeenergie unter Verwendung von Phasenwechselmaterialien. Außerdem helfen intelligente Steuerungssysteme bei der Überwachung der Geräte, um eine höhere Effizienz zu gewährleisten. „Ein Biomassekessel mit mehreren Brennstoffen ist in der Lage, mit verschiedenen, lokal verfügbaren Biomassebrennstoffen zuverlässig und emissionsarm zurechtzukommen“, erklärt Varga. „Diese Technologie, die wir im Rahmen des Projekts Hybrid-BioVGE vorangebracht haben, erzeugt deutlich geringere Emissionen als moderne Kessel, die mit Brennstoffen wie Holzpellets, Strohspäne und Miscanthus betrieben werden.“
Ein fortschrittliches System für das ganze Jahr
Im Sommer wandelt die Technologie Wärme in Kälte um, um Innenräume zu kühlen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das neuartige Ejektorkühlsystem wesentlich besser funktioniert als herkömmliche Systeme“, so Varga. „Die Leistungsverbesserung kann bis zu 100 % betragen.“ Das Team sammelte während des Projekts wichtige Ergebnisse sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene. Solarthermische Kollektoren wurden entwickelt, um die höheren Temperaturniveaus zu erreichen, die für den Betrieb des Kühlers erforderlich sind, und gleichzeitig die Wärmekosten auf etwa 0,45 EUR/W zu senken. Die Brennstoffflexibilität des Biomassekessels wurde über den Stand der Technik hinaus erweitert. Zudem hat das Team Kältespeicherfunktionen in das System integriert und erfolgreich geprüft. „Es wurde ein modulares Steuerungssystem mit Cloud-Datenspeicherung und webbasierten Echtzeit-Überwachungsfunktionen implementiert“, fügt Varga hinzu.
Aufbauend auf Prototypen
Drei einsatzfähige Hybrid-BioVGE-Prototypen wurden vom Team gebaut. Einer davon wurde in einer speziell entwickelten Hardware-in-the Loop-Plattform getestet, während die beiden anderen in Steyr (Österreich) und Porto (Portugal) im realen Betrieb überwacht wurden. „Ohne den EU-Beitrag hätte das Projekt nicht die richtigen Mittel aufbringen können, um die geplanten Arbeiten durchzuführen“, erläutert Varga. Die Partner werden die Veröffentlichung der Projektergebnisse in nächster Zeit intensivieren. Auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse und der Simulationsdaten werden derzeit mehrere wissenschaftliche Arbeiten verfasst. Die Leistung des Hybrid-BioVGE-Systems war während der Kühlsaison nicht so gut wie erwartet, doch die zugrunde liegenden Probleme wurden in Gesprächen identifiziert. „Die Leistungstests werden im nächsten Sommer mit einem Prototyp fortgesetzt“, merkt Varga an. Einige der Hybrid-BioVGE-Komponenten, wie zum Beispiel der Biomassekessel, sollen in den nächsten Jahren auf den Markt gebracht werden.
Schlüsselbegriffe
Hybrid-BioVGE, Heizung, Kühlung, Solar, Biomasse, erneuerbar, Energie, System
