Simulation, Validierung und Optimierung eines innovativen Kühlsystems bestehend aus PCM-Kühldecken und PINC-Anlage

Das Integrieren von passiver infrarot Nachtkühlung (PINC) als volatile erneuerbare Energiequelle in wassergeführte Bürokühlsysteme durch Anwendung von deckenintegrierten aktiv regenerierbaren Phasenwechselmaterialien (PCM-Kühldecken) als dezentraler Kältespeicher im Raum zur Lastenverschiebung stellt ein innovatives Low-Ex Kühlsystem dar, das zwei Hauptprobleme aufweist. Diese Probleme sind einerseits die dynamische Wechselwirkung zwischen Erzeugung und Speicherung wegen der volatilen Kältequelle und der schwankenden Kühllasten und andererseits die indirekte Komfortsteuerung durch die nächtliche Regeneration der PCM-Masse im Raum. Die beiden Hürden wurden durch die Entwicklung einer Regenerationsstrategie und der passenden Auslegung der Teilsysteme im Rahmen der vorliegenden Arbeit überwunden. Dafür wurde das untersuchte Kühlsystem in TRNSYS modelliert und anhand der Monitoringdaten eines realistischen Gebäudes (Energy Efficiency Center EEC in Würzburg) validiert. Die Arbeit geht ausführlich auf die Modellierung der wichtigsten Komponenten (PCM-Kühldecken und PINC-Anlage) und deren Validierung ein, und liefert gut bis sehr gute anwendbare Modelle für die Optimierung des innovativen untersuchten Kühlsystems und für die Weiterverwendung in ähnlichen Kühlsystemen. Die Optimierung des untersuchten innovativen Kühlsystems (PCM-Kühldecken + Wasserkalt-speicher + PINC) wurde in zwei Schritten ausgeführt, um die Komplexität der dynamischen Wechselwirkung zwischen den Systemkomponenten zu reduzieren. Im ersten Schritt wurde die Regenerationsstrategie der PCM-Kühldecken mit idealer Kältequelle (idealer Kältema-schine) untersucht und die beste für die Optimierung des Gesamtkühlsystems in dem zweiten Schritt angesetzt. Der erste Schritt zeigt, dass eine tägliche Regeneration mit festgelegten Stunden nicht notwendig ist. Eine Regeneration nach Durchschmelzung von der angesetzten PCM-Masse im Raum war am effizientesten, weist geringe Abhängigkeit von der Vorlauftem-peratur und eignet sich deswegen für volatile erneuerbare Energiequelle (wie PINC-Anlage). Weiterhin weist diese Strategie bessere Ausnutzung des angesetzten Schmelzpeaks vom PCM. Das untersuchte Kühlsystem erweist sich in dem zweiten Schritt als energieeffizientes System im Vergleich zu konventionellen Kühlsystemen bestehend aus konventionellen Kühl-decken ohne PCM und konventioneller Kältemaschine und könnte einen strategischen Schritt auf dem Weg der Energiewende sein. Es empfiehlt sich in dem Sinn eine wirtschaftliche Analyse für das innovative System noch zu machen, um diese Technologie auf dem Markt einführen zu können. Weiterhin könnte das innovative Kühlsystem in unterschiedlichen Dämmstandards und Wetterlage untersucht werden, da im Rahmen der Arbeit aus einem Referenzklima Würzburg und dem Dämmstandard der validierten Gebäudemodell vom EEC ausgegangen wurde.
Die Arbeit adressiert weiterhin den funktionalen Unterschied zweier Aufbauarten von PCM-Kühldecken anhand Labormessungen, die auch zur Bestimmung der Simulationsmodelle beider Arten verwendet wurden. Die beiden Arten unterscheiden sich voneinander in der Po-sitionierung der PCM-Platte in dem Querschnitt der PCM-Kühldecken. Während die PCM-Platten bei der eine oberhalb des Wasserrohrsystems liegt, ist die Platten bei der andere oberhalb des Rohrsystems. Die Aufbauart mit Platten oberhalb des Rohrsystems wurde für die Optimierung ausgewählt, da sie besseren Komfort mit geringfügiger Erhöhung des Kältebedarfs im Vergleich mit der anderen Aufbauart aufweist. Die ausführliche Beschreibung der beiden Aufbauarten mit den einzelnen Wärmewiderständen ermöglicht eine zukünftige strukturelle Entwicklung für Mischform aus beiden Aufbauarten mit besseren Eigenschaften.