Erstmalige Untersuchung des Potenzials

Das sogenannte Free Cooling beschreibt eine Bypass-Schaltung eines Kältemaschinenkreises, welche eine direkte Rückkühlung des Kühlmediums durch die Umgebung ermöglicht. Diese Art Kühlung ist eine äusserst energiesparende Massnahme, da direkt durch die Umgebungstemperatur gekühlt wird und keine zusätzlichen Hilfsmittel, wie beispielsweise eine Kältemaschine, in Betrieb genommen werden müssen. Doch unter welchen Umständen besteht überhaupt ein lohnendes Potenzial für Free Cooling? Für die Beantwortung dieser Fragestellung fehlten bisher allgemein gültige Beurteilungskriterien und Untersuchungen.

Ein Team der Forschungsgruppe Energiesysteme/ Kältetechnik des ZHAW Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) befasste sich genau mit dieser Frage. Im Auftrag des Bundesamtes für Energie sollte das Potenzial von Free Cooling in verschiedenen Klimaregionen Regionen der Schweiz untersucht werden. Die Untersuchungen sollten wichtige Erkenntnisse über sinnvolle Einsatzbereiche von Free Cooling im Bereich der Klimakälte liefern.

Modellrechnung mit über 1200 Parameterkombinationen

Um das Free Cooling Potenzial optimal berechnen zu können und mögliche Einflussfaktoren zu identifizieren wurde eine Modellrechnung aufgestellt. Die Klimakälteanwendung wurde anhand der von SIA (Schweizerischer ingenieur- und architektenverein) definierten Anwendungen betrachtet. Dabei wird die Wärmemenge, welche durch Free Cooling abgeführt werden kann, mit der jährlich anfallende Kühllast des Gebäudes verglichen. Dadurch kann abgeschätzt werden, in welchem Ausmass die benötigte Kühllast durch Free Cooling gedeckt werden könnte. Untersucht wurden die Auswirkungen von verschiedenen Klimakälteanwendungen, Temperaturniveaus, Klimaverhältnissen an unterschiedlichen Standorten, Schaltungen und Rückkühlarten auf das gesamte Free Cooling Potenzial. Gesamthaft wurden somit über 1200 Parameterkombinationen ausgewertet.

Free Cooling Potenzial in wenigen Schritten abschätzen

Nach Abschluss der Untersuchung konnten Faktoren präsentiert werden, welche klare Aussagen über das standortspezifische Potenzial von Free Cooling geben können. Der einflussreichste Faktor auf das Potenzial weist die benötigte Vorlauftemperatur des jeweiligen Kühlmediums auf. Werden dabei Temperaturen von unter 14°C benötigt, reduziert sich das Free Cooling Potenzial auf wenige Prozent und ist damit nicht sinnvoll. Weitere einflussstarke Faktoren sind die jeweiligen klimatischen Verhältnisse, wie die durchschnittliche Aussentemperatur am Standort. In durchschnittlich kälteren Regionen wie in den Alpen und in höheren Lagen ist ein vergleichsweise langer Betrieb von Free Cooling über das Jahr möglich (Standort Davos). Durchschnittlich wärmere Regionen wie das Mittelland mit den untersuchten Standorten Basel Binningen, Zürich Kloten und Genève-Cointrin oder das Tessin weisen einen deutlich kürzeren möglichen Einsatz von Free Cooling auf. Die grössten Potenziale für Free Cooling weisen See-, Fluss- oder Grundwasseranbindungen sowie Erdsonden auf. Bei diesen Anwendungen müssen jedoch, neben den bereits erwähnten Faktoren auch immer noch fall- und standortsspezifische Umstände beachtet werden.

Mit den Ergebnissen ist es möglich, das jeweilige Free Cooling Potenzial anhand weniger Schritte abschätzen zu können. Die Einschätzung des Potenzials ermöglicht eine bessere Planung und ermöglicht eine genauere Vorhersage über die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mit Free Cooling.

Ausführlichere Informationen können Sie dem Bericht entnehmen.