Fostabericht P 1041 - Optimierung des Wirkungsprinzips und der Energienutzung zur Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und DämmungFostabericht P 1041 - Optimierung des Wirkungsprinzips und der Energienutzung zur Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und Dämmung

P 1041 – Optimierung des Wirkungsprinzips und der Energienutzung zur Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und Dämmung

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ISBN: 978-3-946885-70-2 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1041 – Optimierung des Wirkungsprinzips und der Energienutzung zur Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und Dämmung

Industriell gefertigte Sandwichelemente mit zusätzlichen Stahltrapezblechen auf der Außenseite, wurden im FOSTA Projekt P 779 zum sogenannten SEA-Luftkollektor miteinander verbunden (SEA = Sandwich-Energie-Akkumulation). Aufgrund des Querschnitts der Stahltrapezbleche, entstehen bei der Zusammenführung der Einzelbauteile an der Außenseite Kanäle, durch die Luft strömen kann. Bei Sonneneinstrahlung an der Südfassade und an der Dachfläche, kann der SEALuftkollektor einen jährlichen Energieertrag von ca. 160 kWh/m² in Form von erwärmter Luft erbringen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde untersucht, in wieweit eine weitere Verbesserung des Energieertrags dieses Kollektors durch die Optimierung physikalischer und konstruktiver Parameter erfolgen kann. Um die einzelnen Optimierungsaspekte zu untersuchen, wurde ein Forschungsansatz aus Messung, Simulation und Berechnung gewählt. So konnte in Labormessungen der positive Einfluss einer transparenten Abdeckung in Form einer Polycarbonat-Massivplatte auf die Effizienz und das Temperaturniveau des SEA-Kollektors quantifiziert werden. Ebenfalls bewährte sich eine Änderung der Profilgeometrie des Absorbers sowie eine Anpassung verschiedener konstruktiver Aspekte zur Erhöhung der Wärmeübertragung. Letztendlich ergab sich dadurch ein ästhetisch ansprechender Kollektor, bei dem sämtliche Varianten weiterhin dem Prinzip, dass ausschließlich Komponenten verwendet werden, die als Einzelbauteil am Markt erhältlich sind, genügen. Mittels der Labormessungen wurde für die untersuchten Kollektoren die Massenstromabhängigkeit präzise geklärt und Wirkungsgradkennlinien für drei SEA-Kollektorvarianten generiert. Über die begleitende Simulation und Berechnung, wurde dargelegt, in welcher Spanne die optimale Luftkanalhöhen für flache oder trapezförmige Absorber liegen, wie sich der Einstrahlwinkel, verschiedene Absorptionsgrade und die Kollektorlängen auf die Effizienz und das Temperaturniveau der Kollektoren auswirken.
Anhand einer Musterhalle wurde abschließend in einer stundenweise aufgelösten Jahresbetrachtung mit Referenzwetterdaten gezeigt, welchen Beitrag die Kollektoren für die Energienutzungskonzepte Heizen und Kühlen unter Verwendung verschiedener Systemvarianten von Sekundärenergieerzeugern sowie der Einbindung eines Energiespeichers leisten kann. So zeigte sich im Hinblick auf das Kühlen, dass bereits ohne Energiespeicher von der Möglichkeit einer vollsolaren Deckung ausgegangen werden kann. Bei der Energienutzung des Heizens erscheint dies jedoch nur unter Einbindung eines Energiespeichers möglich.

Veröffentlichung:
März 2020

Autoren:
Dr. Michael Hermann, Timo Altan, Frederik Böhm, Sofía Camarena Covarrubias, Paolo Di Lauro, Stefan Fortuin, Muhammad Haris, Dr. Korbinian Kramer, Manuel Lämmle, Axel Oliva, Max Reinhardt, Christoph Thoma, Christian Welz, Rolf Koschade, Gabriele Deisenroth-Bröcker, Donald Greiner, Klaus Pilsner