Ein innovatives Instrumentarium ‚energetisiert‘ vielversprechende dezentrale Fernkältesysteme
Zentralisierte Anlagen, die mehrere Gebäude dezentral statt lokal klimatisieren, so genannte Fernkältesysteme, verbessern die Qualität und Effizienz der Versorgung und reduzieren gleichzeitig den Energieverbrauch sowie den CO2-Ausstoß. Da es in Europa immer wärmer wird und der Bedarf an Gebäudekühlung steigt, hat sich das EU-finanzierte Projekt INDIGO zum Ziel gesetzt, effizientere, intelligentere und kostengünstigere Fernkältesysteme zu unterstützen.
Förderung der Implementierung durch einfach zu bedienende Instrumente und intelligente Komponenten
Es gab bereits viele Gründe für die Einführung von Fernkältesystemen. Mit der Entwicklung von zwei quelloffenen Planungs- und Simulationsinstrumenten und einer wegweisenden Strategie für die Steuerung von Fernkältesystemen hat INDIGO vieles noch besser gemacht. Susana López, Koordinatorin der Gruppe Wärmetechnik bei Tekniker und Koordinatorin des INDIGO-Projekts, sagt dazu: „Das Planungsinstrument von INDIGO hilft dabei, bestehende und neue Fernkältesysteme von der Erzeugung bis zum Verbrauch zu planen und/oder zu überprüfen. Lebenszyklusanalysen vergleichen die Ergebnisse mit denen eines vorgegebenen Referenzfalls. Das Simulationsinstrument nutzt die Bibliothek der thermo-fluiddynamischen Modelle von Fernkältesystemkomponenten von INDIGO, die detaillierte Informationen über das physikalische Verhalten für eine optimierte Gestaltung liefern. Schlussendlich optimiert die Steuerungsstrategie auf intelligente Weise die Zeitplanung, um die Effizienz zu maximieren und die Kosten zu minimieren, wobei Faktoren wie Treibhausgas-Emissionen und die Amortisationszeit des Systems berücksichtigt werden.“ Die intelligente Steuerungsstrategie auf Basis von modellprädiktiver Regelung nutzt vorausschauend erneuerbare Energiequellen. Das System integriert die Vorhersage der Verbrauchernachfrage, die Energiepreisvorhersage und Informationen aus den Modellen der Fernkältesystemkomponenten. Für die Steuerung der Erzeugungsanlagen, der Verteilerpumpen und des Klimageräts wurden modellprädiktive Regler entwickelt, die zum Teil über eingebettete selbstlernende Algorithmen verfügen. López merkt an: „INDIGO hat Richtlinien veröffentlicht, wie unser intelligentes Steuerungssystem für Fernkältesysteme zu planen und einzusetzen ist, um andere dabei zu unterstützen.“
Signifikante Energieeinsparungen selbst bei kleinsten Änderungen
INDIGO testete seinen Verteilerpumpen-Optimierer und seine innovative Steuerungsstrategie (sowohl für die Erzeugung als auch für die Verteilung) im Fernkältesystem des Basurto Universitätskrankenhauses in Bilbao, Spanien. Das Krankenhaus deckt seinen Wärme- und Kühlungsbedarf über ein Fernwärme- und Fernkältesystem, das die Abwärme und die Speicherung in einer kombinierten Wärme- und Stromanlage nutzt. Das Areal besteht aus 11 Gebäuden auf 2 Kilometern. INDIGO testete seine Steuerungsstrategie auch mit einem konventionellen Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem in einem Bürogebäude in Neuchatel, Schweiz. Die INDIGO-Lösung führte zu einem insgesamt um ca. 26 % verringerten Energieverbrauch im Vergleich zu den aktuellen Systemen. Allein der Verteilerpumpen-Optimierer erzielte eine Energieeinsparung von über 50 %. Obwohl es sich um einen relativ kleinen Teil des INDIGO-Projekts handelt, ist es zu einem wichtigen Ergebnis geworden. Es wird auf dem Testgelände in Betrieb bleiben und zeigt Anwendungsmöglichkeiten für andere Anlagen mit energieintensiven Pumpsystemen, wie etwa Kläranlagen. Die Ergebnisse aus dem Simulator mit virtueller Testumgebung zeigten, dass die Energieeinsparungen deutlich erhöht werden konnten – um bis zu 85 % – mit Verbesserungen auf allen Ebenen vom Erzeugungs- und Verteilungssystem bis zur Gebäudeebene (Verbrauch). Die wesentlichen Weiterentwicklungen von INDIGO im Bereich Fernkälte durch den Einsatz intelligenter Steuerungs- und Optimierungssysteme befinden sich derzeit auf TRL 5. Durch die Aufnahme in das Innovationsradar der EU Innovation Radar sollen INDIGOs EU-finanzierte Innovationen schneller auf den Markt kommen und ihr volles Potenzial ausschöpfen, indem sie einem dynamischen Ökosystem aus Inkubatoren, Unternehmerinnen und Unternehmern, Förderagenturen und Investierenden zugänglich gemacht werden.
Schlüsselbegriffe
INDIGO, Energie, Fernkältesystem, Fernkälte, Verteilerpumpen-Optimierer, modellprädiktive Steuerung, dynamische Thermo-/Fluidmodelle
