作为热泵源的外墙集热器

当然是城市热转型！但热泵的来源往往很稀缺，尤其是在市中心。建筑存量密集，通常有几层楼。还有什么比使用建筑表皮本身作为来源更明显的呢？在她的论文中，我们的同事 Lotta Koch 博士研究了由高性能混凝土 UHPC 制成的外墙收集器的效率。

© g.tecz Engineering GmbH
三张不同表面结构的图像

图片来源：Fraunhofer ISE。在BAU 2010展会上展出。右图：无釉 TABSOLAR® 集热器（TABSOLAR® 设计），有两种颜色可供选择，可作为热泵或其他低温应用的光源，左图：上釉和光谱选择性涂层的 TABSOLAR® 集热器 （TABSOLAR® Premium），用于更高的温度，用于热水和中央供暖备用的直接热能。

特别是在即将到来的翻新工程中，可以一石二鸟：立面收集器，例如作为通风的外墙，一方面使建筑质量高且可设计的外墙具有必要的热保护。另一方面，收集器可以作为热泵的无噪音源。这些协同效应通常会带来高成本效益。

图片来源：城市发展，在 UrbanReNet 中被描述为 EST 8（Hegger 等人，2012 年，第 490-492 页）。黑格尔，M.;德特玛，J.;马丁，A.（2012）：UrbanReNet。最终报告。由达姆施塔特工业大学编辑。达姆施塔特。

源可用性

德国安装的热泵数量越来越多，随之而来的是切换到热泵系统时的重要知识。空气源热泵的购买价格便宜，几乎可以安装在任何地方。虽然室外空调越来越安静，但它们并不是完全静音的，它们必须放在某个地方，最好不要靠近邻居的客厅窗户。这就是德国噪声技术说明 （TA-Lärm） 发挥作用的地方。
地下或地下水热泵通常更环保、更高效，但您必须有空间和可能性来钻探头或井或铺设地面集热器。
但是，如果没有这个空间怎么办？
（有关源代码可用性的出版物可在此处找到：https://bit.ly/42aPwki)

激活建筑围护结构

特别是当城市地区的空间有限时，激活建筑围护结构是个好主意。PVT 集热器作为热泵的替代或附加来源现在是该镇的话题。它们可用于同时发电和热泵所需的源热。它们也非常适合地面再生，因此也有助于减少地下的源头。在古德门能源，PVT除尘器已经成为许多项目能源概念的一部分。
屋顶特别适合PVT收集器。外墙表面原则上也适用于PVT收集器。然而，也存在一些缺点：一方面，立面的发电量低于朝向太阳的最佳表面，而朝向太阳的表面更有可能在屋顶上实现。在密集开发的地区，阴影也是可以预期的，然后产量会进一步降低。因此，PVT除尘器的经济可行性显着下降。
其次，PVT收集器具有特殊的外观。从技术上讲，光伏组件的外观几乎没有设计空间 - 最多，它们的颜色可能会有所不同。因此，对于有设计要求的建筑师来说，这样的立面通常是不可能的。

图片来源：https://tabsolar.de/news/ ©Fraunhofer ISE

建筑上可设计的立面收集器

建筑上可设计的流体流动立面可以提供一种视觉上吸引人的替代方案。与PVT集热器一样，它们从环境和太阳中吸收热量，并将其作为热泵的来源。根据所达到的热效率和温度水平，也可以直接使用来自外墙元件或外墙收集器的热量。在一系列研究项目中，Fraunhofer ISE开发并研究了由超高性能混凝土（UHPC）制成的可流动的构件。这些元素可以构成各种立面收集器的基础，也可以构成内部热活性元件的基础。这些TABSOLAR®集热器将很快首次在演示建筑中使用。

由于各种原因，UHPC适合作为幕墙收集器的材料：一方面，可以用低材料厚度实现非常高的跨度。这种材料也非常致密，以至于不透水。这意味着流体通道可以直接形成到UHPC中，而无需额外的材料。适合以后回收利用。另一方面，可以将非常多样化、精细的结构和不同的色调应用于表面。UHPC已被用作被动式外墙覆层。
这些由混凝土制成的收集器最终是否可以成为生态有益和经济竞争系统的基础，这是我在博士论文中研究的问题。

生态效益

在我的论文中，我研究了由UHPC制成的无釉外墙收集器作为热泵源的能量和生态潜力。通过组件和系统仿真，我根据德国的典型公寓楼确定了不同集热器和参考系统的电力需求。通过详细的材料分析，我能够确定整个生命周期的一次能源需求和二氧化碳排放量。我使用 ecoinvent 数据库来评估所有相关的系统组件。编译 陈讲运

通过这种方式，我能够证明具有足够活跃立面的集热器系统比空气源热泵具有生态优势。即使只有北立面被激活，即热量仅从这里的周围环境中提取，情况也是如此。在储冰罐的帮助下，可以显着提高太阳辐射的产量。通过这种方式，与地热热泵相比，组合系统甚至能够节省电力。从生态学上讲，这些系统差不多。
虽然储冰系统不需要许可证，但它们也需要空间。在城市中，地下室或更大的社区解决方案可能是合适的。

结论

外墙收集器可以成为热泵的替代来源。这种来源特别适用于即将进行的翻新，因为协同效应可以提高成本效益。已经有示范建筑将集热器作为热泵的来源。所展示的TABSOLAR®集热器已经拥有注册商标，但仍处于研究阶段。对于我们作为一家规划公司来说，当可能的来源准备好进入市场时，它可能的来源的模块化系统将得到扩展，我们还将能够在目前几乎没有任何替代方案的情况下提供解决方案。

你可以在这里下载我的论文：
https://mediatum.ub.tum.de/?id=1688924

在网站上 https://tabsolar.de/ 有关于研究项目的详细报告。此外，还可以访问 SWR 从 2023 年 5 月 6 日起的电视报道，其中还介绍了这些项目。

被动式UHPC幕墙的例子可以在这里找到，例如：
https://www.taktl-llc.com/featured-projects/

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