Analyse einer möglichen Kühlenergiebedarfsminimierung bei Gewerbebauten mithilfe von Sprinklertanks als Kältespeicher

Der Energiebedarf für das Kühlen von Gebäuden steigt seit Jahren und wird auch in den nächsten Jahren zunehmen. Um Energie und Kosten zu sparen, ist vermehrt auf Technologien zu setzen, die kaum oder keine zusätzliche Energie für die Gebäudekühlung benötigen. In dieser Masterthesis wird untersucht, ob durch thermische Nutzung des Sprinklertanks eines Baumarktes Kühlenergie eingespart werden kann. Zu Beginn der Arbeit wurde recherchiert, ob und unter welchen Umständen dieser Löschwasserspeicher mit einem Volumen von 650 m³ Wasser genutzt werden kann. Wasser darf nur über einen Wärmetauscher entnommen werden und die maximale Temperatur von 40 °C nicht überschreiten. Im nächsten Schritt galt es unterschiedliche Systeme zu definieren und deren Hauptkomponenten zu beschreiben. Das betrachtete Gebäude mit der dazugehörigen Referenzanlage wurde aus den Projektplänen so weit wie möglich übernommen. Für alle weiteren Varianten wurde der Sprinklertank als Kältespeicher genutzt und das erwärmte Wasser mit verschiedenen Methoden wieder rückgekühlt.Nach der Modellierung der Systeme in TRNSYS und der Auswertung hinsichtlich des Endenergieverbrauchs der einzelnen Komponenten zeigte sich ein klares Ergebnis. Die Variante mit den Absorbermatten benötigt nur Energie für die Pumpe des Rückkühlkreislaufs. Da sich diese Variante die Wärmestrahlung in der Nacht zunutze macht und so einen Rückkühleffekt erzielt, werden bis zu 90 % der Endenergie im Vergleich zur Referenz eingespart. Bei den Varianten 1 und 2 ergibt sich aufgrund der thermischen Nutzung des Sprinklertanks als Kältespeicher ein Einsparpotenzial von ca. 70 % gegenüber der Referenzvariante. Diese Einsparungen sind mit hohen Kosteneinsparungen verbunden. Die teilweise höheren Investitionskosten haben sich bereits nach wenigen Monaten wieder amortisiert. Die Nutzung des Sprinklertanks als Kältespeicher zeigt, wie vorhandene Komponenten doppelt genutzt werden können und so hohe Energieeinsparungen erzielt werden können. Energy needs for the cooling of buildings have been rising for years and will continue to grow in the years to come. In order to save energy, it should be increasingly relied on technologies which do hardly, if at all, require additional energy for the cooling of buildings. The present thesis investigates whether cooling energy can be saved by thermal usage of a sprinkler tank at a hardware store. Firstly, it has been researched whether, and under which circumstances, such water storage (volume 650 m³) can be utilised. Water may only be extracted through a heat exchanger in order to avoid exceeding a maximum temperature of 40 °C. As a next step, the different systems have been defined and their major components have been described. The building under consideration and its reference facility have been adapted according to the construction details as far as possible. For the remaining varieties, the sprinkler tank was used as a cooling unit and the heated water was re-cooled with various methods.After modelling the systems in TRNSYS and an analysis of individual components, a clear result could be obtained. Variety 3 does only need energy for the re-cooling pump. This alternative profits from nocturnal heat radiation in as far as that it achieves a re-cooling effect. Thus, up to 90% of final energy can be saved in contrast to the reference method. Due to thermal use of the sprinkler tank for cold storage, varieties 1 and 2 results in potential savings of approximately 70% when compared to the reference option. These savings are combined with an immense reduction of costs. Partially higher investment outlays will have been amortised within only a few months. In sum, using sprinkler tanks for cold storage displays how existing components can be used dually in order to achieve significant savings.