Sowohl im Neubau als auch in der Sanierung kommen heute vermehrt Systeme zur Wärmebereitstellung mit einer Kombination aus solarthermischer Anlage und Wärmepumpe zur Anwendung. Beide Techniken werden als Schlüsseltechnologien angesehen für die Reduktion der Treibhausgas-Emissionen von Heiz-Systemen. Durch die Kombination einer Wärmepumpe mit Solarthermie kann die System-Effizienz erhöht und damit der Stromverbrauch der Wärmepumpe wesentlich reduziert werden. Die Möglichkeiten die beiden Techniken miteinander zu kombinieren sind vielfältig. Unter anderem stellt sich zum Beispiel die Frage, unter welchen Bedingungen es sinnvoll ist, Solarkollektoren auch indirekt über den Verdampfer der Wärmepumpe in das System einzubinden.

Das SPF Forscht auf diesem Gebiet im Rahmen der IEA-SHC Task 44 in internationaler Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie. Unser Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Bewertung neuer Systemkonzepte mit Hilfe von computergestützter Simulation und der Vermessung von neuen Konzepten im Prüfstand mit dem bewährten Concise Cycle Test.

Interessierte Hersteller können an dem Forschungsprojekt teilnehmen.

Der rasant wachsende Markt für solarthermische Systeme in Kombination mit stetig steigenden Preisen für die wichtigsten Rohstoffe, legen ein prinzipielles Überdenken der bestehenden Bauweisen von Solaranlagen nahe. Dabei kann den bislang wenig beachteten Polymeren zukünftig eine wichtige Rolle zufallen. Bei grossen Stückzahlen bieten insbesondere die speziellen kostengünstigen Produktionsmethoden ein deutliches Einsparpotenzial.

Das SPF Forscht auf diesem Gebiet im Rahmen der IEA-SHC Task 39 in internationaler Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie. Unser Schwerpunkt liegt auf dem Design neuartiger Kollektoren und Beständigkeitsunter-suchungen der eingesetzten Polymere.

Die Wahl der richtigen Konstruktions- und Dimensionierungsparameter für eingetauchte Wärmeübertrager ist von zentraler Bedeutung für die Be- und Entladung von Warmwasserspeichern. Die vor allem bei der Beladung mittels solarthermischer Kollektoren auftretenden variierenden Bedingungen (Volumenströme, Temperaturen) haben bislang die Verwendung semi-empirischer Funktionen für Konstruktion und Auslegung induziert. Diese Erfahrungswerte sind für die inzwischen weiterentwickelten Varianten und Dimensionen der Be- und Entladung von Warmwasserspeichern nur noch bedingt verwendbar. Anhand der neueren und mächtigen Methoden Particle Imaging Velocimetry (PIV) und Laser Induced Fluorescence (LIF) können am SPF Strömungs- und Wärmeübergangsvorgänge in Speichern detailliert abgebildet werden. Im laufenden Forschungsprojekt sollen ideale Parameter für die Konstruktion und Dimensionierung eingetauchter Wärmeübertrager experimentell bestimmt werden. Die Messergebnisse werden anschliessend zur Validierung angepasster numerischer Modelle verwendet, die beispielsweise anhand von CFD-Software (Computational Fluid Dynamics) erstellt werden. So können anhand von Simulationsrechnungen Konstruktion und Dimensionierung optimiert sowie neue „Faustformeln“ für die anwendungsbedingte Dimensionierung abgeleitet werden.
Um einen repräsentativen Querschnitt an marktüblichen Wärmeübertragern zu untersuchen, werden Firmen gesucht, die ihre Produkte zur Verfügung stellen. Die Firmen sollen auf breiter Basis bei der Dissemination der Ergebnisse kontaktiert und informiert werden. Geplant ist, dass die Firmen vor allem in der Schlussphase des Projektes bei organisierten Diskussionen und der Dissemination der Ergebnisse eingebunden werden.

Interessierte Hersteller können an dem Forschungsprojekt teilnehmen.

In diesem Forschungsprojekt werden die theoretischen und experimentellen Grundlagen für einen systematischen Vergleich von Frischwassermodulen (FWM) erarbeitet. Derzeit ist eine grosse Anzahl an Modellen mit unterschiedlichen Leistungsbezeichnungen auf dem Markt erhältlich, die sich in ihrer Funktionsweise und Leistungsfähigkeit unterscheiden und jeweils sehr spezifische Vorteile bieten. Von unabhängiger Seite sind jedoch bislang keine systematischen Vergleiche durchgeführt worden, da weder Klarheit über die zu prüfenden Parameter noch über die Bewertungskriterien und deren Gewichtung besteht. Hierzu werden am SPF umfangreiche Untersuchungen der verschiedenen Leistungsparameter und deren Auswirkung auf Problemfelder wie Hygiene, Verkalkung, Komfort etc. durchgeführt. Mit dem Aufbau und dem Betrieb eines Frischwassermodul-Teststandes soll eine repräsentative Anzahl verschiedener Module getestet und verglichen werden. Dadurch erhalten Hersteller die Möglichkeit die Leistungsfähigkeit ihres Produktes nachzuweisen. Die Messungen der Leistungsparameter und die Untersuchung deren Einflüsse sollen es aber auch den Endkunden ermöglichen, unterschiedliche Module zu vergleichen und das individuell am besten geeignete Modul auszuwählen.

Interessierte Hersteller können an dem Projekt teilnehmen.

Der nicht nur im Sommer steigenden Kühlbedarf in Gebäuden wird zu einer Herausforderung im Zusammenhang mit der Überlastung der elektrischen Netze. Da kann Solares Kühlen im Allgemeinen und Solar Thermisches Kühlen im speziellen als attraktive technologische Variante zur Reduktion der benötigten elektrischen Energie beitragen.
Das Institut für Solartechnik SPF ist aktiv in diesem Technologiefeld und trägt zur Entwicklung im Rahmen des IEA SHC Task 38 “Solar Air Conditioning and Refrigeration” bei.
Die Technik des Wärmeabwurfs in einem Hybridkühler, welcher als Alternative zum offenen Kühlturm im Mitteltemperaturbereich eingesetzt werden kann, wird im 10kW LiBr-H2O STATC Laborsystem erprobt und optimiert. Die Systemsimulation in Polysun-5 wird mit Messergebnissen validiert.

Sowohl Pelletheizungen wie auch solarthermische Systeme befinden sich aktuell auf einer starken Wachstumskurve. Ziel des Projektes ist die energetische Optimierung von Systemen, welche Pelletkessel mit Solaranlagen kombinieren. Auf dem Prüfstand des SPF werden Pellet- und Solarwärme kombiniert und unter realistischen Bedingungen gezielt auf ihre Funktion und Leistung getestet. Beim dazu verwendeten 12-Tagestest handelt es sich um ein durch das SPF entwickeltes Verfahren, das die charakteristischen Verhältnisse (Witterung, Warmwasserbedarf, Gebäudelast etc.), welche über ein gesamtes Jahr auftreten abdeckt. Mit Hilfe der gemessenen Daten wurde ein Simulationsmodell validiert, das zur Ermittlung von Jahreswerten verwendet wurde.

Das Ziel des Projektes ist eine Methode zur Bestimmung der Jahresnutzungsgraden von Biomasse-Kleinfeuerungen zu entwickeln. Hierzu wird ein speziell dafür geeignetes Kesselmodell in der Simulationssoftware TRNSYS parametrisiert und validiert. Die dafür benötigten Messdaten werden im Rahmen einer Kooperation Partnern in Österreich und Deutschland bereitgestellt. Gemeinsam werden die Randbedingungen (wie Standort, Gebäudetyp, Heizlast etc) definiert, um anschliessend am SPF entsprechende Jahressimulationen zur Bestimmung des Jahresnutzungsgrades durchzuführen. Die neue Prüfmethode soll dazu beitragen, die Qualität und Effizienz von Biomassekleinfeuerungen international voranzutreiben.

1,8 Millionen Menschen sterben jährlich an Durchfallerkrankungen, 90 Prozent davon sind Kinder unter 5 Jahren. Grund dafür ist der Mangel an sanitären Einrichtungen, an Hygiene und zu einem grossen Anteil die Konsumation von kontaminierten Wasser. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer solarthermischen Trinkwasseraufbereitungsmethode, die gegenüber bestehenden Technologien einen Mehrwert aufweist und dadurch einen Beitrag zur Verbesserung der Trinkwassersituation in Schwellen- und Entwicklungsländern leistet. Im Rahmen einer Vorstudie wurde Potential für die solarthermische Trinkwasseraufbereitung für den kleinkommunalen Bereich (zwischen 100 und 1000 Litern pro Tag) identifiziert. Im Zentrum der Arbeiten am SPF steht die technische Entwicklung einer solaren Pasteurisationsanlage, welche zu möglichst tiefen Investitionskosten eine möglichst grosse Menge an Wasser aufbereiten kann. In einem Subprojekt werden zusammen mit der EAWAG die mikrobiologischen Grundlagen erarbeitet, welche in das Anlagendesign einfliessen. Mehr Infos finden sie im Factsheet.

Im europäischen Verbundprojekt „EINSTEIN“ wird derzeit ein Expertensystem entwickelt, welches dazu dient, den Energieverbrauch in Industrieprozessen zu optimieren. EINSTEIN basiert auf einer Datenbank, in der ausführliche Informationen und Daten von einer Vielzahl von Industrieprozessen enthalten sind. Diese Daten wurden durch detaillierte Audits in 90 Firmen gewonnen, die von im Rahmen des Projektes dafür geschulten Experten in sechs Ländern durchgeführt und in das Expertensystem eingebunden werden.
„EINSTEIN goes Swiss“ gibt der Schweizer Industrie die Möglichkeit, an der Entwicklung und Validierung von EINSTEIN sowie an den mit EINSTEIN verbundenen Möglichkeiten und Chancen zu profitieren. Hierfür führt das SPF etwa 10 Industry Audits in Schweizer Firmen durch und berät hinsichtlich der Prozessoptimierung, der Effizienzsteigerung durch Wärmerückgewinnung und der Einbindung erneuerbarer Energien.
Speziell zur Einbindung von Solarthermie wird im Rahmen von „EINSTEIN goes Swiss“ eine auf Jahressimulationen basierende Methode entwickelt, die ausgehend von den Prozessdaten und Informationen zu Standort etc. die solarthermisch in den Prozess einbindbare Wärmemenge bestimmt. Die technische Realisierung erfolgt über ein Polysun-basiertes plug-in für das Expertensystem.