PV-betriebenes Heiz- und Kühlsystem für Supermärkte: Ein Durchbruch bei nachhaltigen Energielösungen

Ein chinesisches Forscherteam hat erfolgreich ein innovatives Heiz- und Kühlsystem entwickelt, das Solarenergie und Batteriespeicher nutzt. Diese Spitzentechnologie stellt einen bedeutenden Fortschritt für nachhaltige Energielösungen in Gewerbegebäuden dar.

Die Wissenschaftler hinter diesem Projekt erklärten: „In dieser Forschung schlagen wir ein umweltfreundliches integriertes Heiz- und Kühlsystem für Supermärkte vor, das Photovoltaik mit Energiespeicherung kombiniert. Darüber hinaus nutzt das System die vom Kompressor erzeugte Abwärme zur Warmwasserbereitung, die für verschiedene Anwendungen wie Baden, Raumheizung und andere praktische Anwendungen genutzt werden kann.“ Um das Potenzial des Systems umfassend zu bewerten, führten die Forscher Simulationen durch, um dessen thermodynamische Leistung und CO2-Emissionen in verschiedenen Regionen Chinas zu analysieren.

Die Einzigartigkeit dieses Systems liegt in der intelligenten Integration eines wassergekühlten Gaskühlers (WC) und eines luftgekühlten Gaskühlers (AC). Darüber hinaus enthält es wichtige Komponenten wie Drosselventile (TVs), einen Verdampfer, eine Wasserpumpe, ein PV-Modul, eine Batterie, einen Photovoltaik-Wechselrichter und einen Photovoltaik-Regler. Das System wurde für den Betrieb in einem 1.866 Quadratmeter großen Supermarkt modelliert, wobei ein stabiler Betriebszustand mit einem Überhitzungsgrad des Kompressors von 5 °C angenommen wurde.

Bei der vorgeschlagenen Systemkonstruktion verdampft das Arbeitsmedium zunächst im Verdampfer, bevor es zur Kompression in den Kompressor gelangt. Das durch die Kompression entstehende Hochtemperatur-Arbeitsmedium fließt anschließend in den wassergekühlten Kondensator, wo es Wärme an Leitungswasser abgibt und dieses auf eine hohe Temperatur erhitzt. Das erhitzte Wasser wird anschließend in einen Warmwasserspeicher gepumpt und steht zur Nutzung als Brauchwasser bereit.

Die Forscher erläuterten die Funktionsweise des Systems weiter: „Nach einer Vorkühlung im wassergekühlten Gaskühler gelangt das Arbeitsmedium zum luftgekühlten Kondensator, wo es Wärme an die Atmosphäre abgibt. Anschließend wird das Medium weiter gekühlt und zum Drosselventil geleitet. Schließlich gelangt das Niedertemperatur- und Niederdruck-Arbeitsmedium wieder in den Verdampfer, wodurch der Kältekreislauf abgeschlossen ist.“

Um die Wirksamkeit des Systems zu bewerten, führten die Forscher numerische Simulationen in fünf chinesischen Großstädten durch: Harbin, Peking, Shanghai, Kunming und Guangzhou. Sie verglichen die Ergebnisse zudem mit einem Referenzsystem, das weder über Photovoltaik-Komponenten noch über eine Klimaanlage verfügte und ausschließlich über eine Toilette zum Heizen verfügte.

Den Forschungsergebnissen zufolge steigt der Leistungskoeffizient (COP) des Systems zunächst an und sinkt dann mit steigendem Förderdruck, bis er beim optimalen Förderdruck seinen Höchstwert erreicht. Bei einem Förderdruck von 8,13 MPa liegt der maximale Gesamt-COP bei 7,34. Die Studie ergab außerdem, dass der Gesamtstromverbrauch einer Stadt mit zunehmender geografischer Lage sinkt. Im Vergleich zum Basissystem kann das neue System den Energieverbrauch um beeindruckende 61,8 % bis 76,2 % senken.

Die Analyse zeigte zudem einen klaren Zusammenhang zwischen dem Breitengrad einer Stadt und den Emissionen des Systems. Insgesamt führt die Einführung des neuartigen Systems zu einer deutlichen Reduzierung der CO2-Emissionen um 51,3 % bis 63,3 %. Die Forscher schlussfolgerten: „Unser neues System übertrifft das Basissystem hinsichtlich der Reduzierung des Vordrucks. Je höher die Umgebungstemperatur, desto deutlicher ist die Reduzierung des Vordrucks. Bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C kann der Vordruck um bis zu 12,28 % gesenkt werden.“ Dieses innovative, PV-betriebene Heiz- und Kühlsystem verspricht eine Revolution im Energieverbrauch von Supermärkten und bietet eine nachhaltige und effiziente Alternative zu herkömmlichen Systemen.