Waermepumpe mit saisonalem Eisspeicher

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Durch die Langzeitspeicherung von ansonsten schwankender Umweltenergie mit Hilfe von Kristallisationswärme in einem Eisspeicher werden die Umweltangebote ausgeglichen und optimal als Energiequellen verfügbar gemacht.

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Waermepumpe mit saisonalem Eisspeicher

  1. 1. Gas-Wärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Nachhaltiges Heizen und Kühlen mit Latentwärmespeicher Dr. Jochen Arthkamp, ASUE e.V. München, 2. Februar 2010
  2. 2. Überblick •Gaswärmepumpen •Eisspeicher: Energiespeicher mit latenter Wärme •Option Bioerdgas Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  3. 3. Funktionsweise von Wärmepumpen Elektromotor Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  4. 4. Umweltwärme •Wärmepumpen nutzen Umweltwärme •Bei Elektrowärmepumpen muss berücksichtigt werden, dass die Antriebsenergie Strom unter Verlusten erzeugt wird. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  5. 5. Steigerung der Energieeffizienz in Kraftwerken zur Minderung von Umwandlungsverlusten Auch in modernen Kraftwerken gehen mehr als 40 % der Energie durch Umwandlungsverluste verloren. Quelle: RWE Power Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  6. 6. Energieflüsse in Deutschland Große Energiemengen gehen durch Umwandlungsverluste verloren. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  7. 7. Klimatisierung: zunehmende Probleme für die Stromversorgung Netzlast Strom (Monatsmaxima) 80.000 78.000 76.000 74.000 2001 kW 72.000 2004 70.000 68.000 66.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  8. 8. CO2-Emissionen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  9. 9. Trinkwassererwärmung •Bei der Trinkwassererwärmung sind i.d.R. höhere Temperaturen als bei der Heizung erforderlich. •Mit steigenden Temperaturen sinkt die Effizienz von Wärmepumpen. •Nachheizen ist oft erforderlich: Dieses sollte möglichst nicht mit unter hohen Umwandlungsverlusten erzeugtem elektrischen Strom erfolgen. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  10. 10. Funktionsweise motorischer Gaswärmepumpen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  11. 11. Motorische Gaswärmepumpe = Wärmepumpe + BHKW + Brennwerttechnik + Primärenergieeinsatz Wärmepumpen- Einsatz des kreislauf Primärenergieträgers Erdgas Brennwerttechnik: Abkühlung der Abgase unter den Taupunkt Kraft-Wärme-Kopplung Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  12. 12. Was sind motorische Gaswärmepumpen? • Motorische Gaswärmepumpen sind Wärmepumpen, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. • Die Geräte können heizen und kühlen und werden daher auch als „Gasklimageräte“ bezeichnet. • In Deutschland sind derzeit ca. 260 Geräte im Einsatz. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  13. 13. Gasklimagerät/ -wärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  14. 14. Übergabestation VRF- => Wasserkreislauf Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  15. 15. Funktionsprinzip von Gasabsorptionswärmepumpen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  16. 16. Gasabsorptionswärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  17. 17. Absorptionswärmepumpe / Kältererzeugung • Absorptionswärmepumpen können direkt beheizt werden (z.B. mit Erdgasbeheizung) oder Abwärme nutzen (indirekte Beheizung). • Bei der Abwärmenutzung sollte die Wärme auf möglichst hohem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. • Es wird nur wenig elektrische Hilfsenergie benötigt. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  18. 18. Vorteile von Gaswärmepumpen • Einsatz von Primärenergie, • Vermeidung von Umwandlungsverlusten • Verminderte CO2-Emissionen • Einsparung von Kraftwerkskapazitäten • Einsparung von Heizenergie durch den Wärmepumpeneffekt Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  19. 19. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  20. 20. Wärmeübertragerelement für eine Abwasser-Wärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  21. 21. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  22. 22. Latente Wärme – die verborgene Energie • Fühlbare Wärme • Chemisch gebundene Energie • Wärme in der Phasenum- wandlung • Flüssigkeit - Dampf • Flüssigkeit - Feststoff Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  23. 23. Energiespeicherung im Wasser •Verdampfungsenthalpie: 2257 kJ/kg •Schmelzenthalpie: 333,4 kJ/kg •Fühlbare Wärme 4,187 kJ/(kg K) spezifische Wärmekapazität = 1 kcal/ kg °C Chemisch gebundene Energie (Heizwert): Bier: 1800 kJ/kg Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  24. 24. Saisonale Eisspeicherung im Eis-/Schneekeller • Schneiden von Eisblöcken im Winter • Speicherung der „Kälte“- Energie bis in den Sommer Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  25. 25. Eisspeicher “BinäreisR” Abbildungen: INTEGRAL International GmbH Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  26. 26. Primärenergie / Eisspeicher / Geothermie: Gaswärmepumpe • 150.000 Liter Wasser mit 0°C <<TTW<<10°C • 150.000 Liter Wasser mit 0°C W 10°C • Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung • Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung • Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude • Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  27. 27. Energieertrag bei Biomasse Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  28. 28. Primärenergie und Regenerative: Einspeisung von Bioerdgas in bestehende Netze Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  29. 29. www.asue.de Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  30. 30. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Gaswärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Der SolarEis-Speicher Dipl.-Ing. [FH] Alexander v. Rohr isocal HeizKühlsysteme GmbH
  31. 31. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Primärenergieeinsatz unter- schiedlicher Wärmepumpentypen Zum Beispiel: 66% ● Luft/Wasser elektrisch ● Luft/Wasser Gas-Absorption =100% = 100% 66% 100% 34% = 100% 34% 66% 66%
  32. 32. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Energiebilanz einer Absorptionskältemaschine Kälte ≈ 0,7 Wärme ≈ 1,7 Input = 1
  33. 33. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Simultanes Heizen und Kühlen bis -5° C bis 65° C kühlen heizen Durch zwei unabhängige, wassergeführte Wärmetauscher, kann simultan Wärme entzogen (kühlen) und auf hohem Temperaturniveau geheizt werden.
  34. 34. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Simultanes Heizen und Kühlen Die GAHP-W erzeugt simultan kaltes und heisses Wasser in Prozessanwendungen / Hotels
  35. 35. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Lebensmittelverarbeitung Großbäckerei simultane Nutzung von Wärme und Kälte Heizleistung: 280 kW, Kälteleistung: 140 kW
  36. 36. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Luxushotel mit SolarEis-Speicher Sole/Wasser-WP und Dachabsorber Flachdach- absorber (im Bau) SolarEis-Speicher Eisbildung im Speicher ca. 30 cm Durchmesser
  37. 37. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Einstufige Absorptionskältemaschine in Kombination mit einer Mikrogasturbine
  38. 38. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Kompressionskältemaschine Wärmeabfuhr Kältemittel gasförmig, Druck hoch, Kältemittel Temp. hoch flüssig Verflüssiger Verdichter Antriebsleistung P Druck = elektrischer Strom, reduzier- oder Gas Ventil Verdampfer Druck niedrig Kältemittel gasförmig, Temperatur niedrig Druck niedr. Temp. niedr. Wärmezufuhr
  39. 39. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Absorptionskältemaschine (vereinfacht!) Wärmeabfuhr Vereinfachte Darstellung! Kältemittel „Schnellkochtopf“ gasförmig, Druck hoch, Kältemittel Temp. hoch Durch Wärmezufuhr wird flüssig Kältemittel heiß, unter Verflüssiger Druck gebracht und in den Kältekreislauf zurückgeführt. Druck reduzier- Energiezufuhr durch Ventil Wärme jeder Art Verdampfer Druck niedrig Kältemittel gasförmig, Temperatur niedrig Druck niedr. Temp. niedr. Wärmezufuhr
  40. 40. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Gaswärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Der SolarEis-Speicher
  41. 41. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältespeicher Während die Wärmepumpe im Winter das Gebäude heizt, wird einem geschlossene Behälter Wärme entzogen und Eis gebildet.
  42. 42. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärmequelle Heizen M Wärme- pumpe ● Heizen aus SES Eisspeicher
  43. 43. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältequelle Heizen Kühlen M Wärme- pumpe ● Heizen aus SES Eisspeicher ● Kühlen aus SES
  44. 44. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Sonne, Luft, Erde, Wasser, Eis fünf Energieformen:
  45. 45. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Das Funktionsprinzip 1 SolarEis-Speicher 2 Regelung 3 SolarLuft-Kollektor 4 Wärmepumpe 5 Solar-Warmwasserspeicher
  46. 46. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Wasser flüssig Wärmeabgabe = 80 Wärmeeinheiten 0° C 1 Liter Resultat Eis fest 0° C 1 Liter
  47. 47. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Eis „Thermisches Abfallprodukt, ent- fest standen während der Heizperiode: 0° C ● ohne zusätzlichen Energieeinsatz ● ohne Schadstoffausstoss 1 Liter ● über Monate speicherbar
  48. 48. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Wasser flüssig Wärmeabgabe = 80 Wärmeeinheiten 80° C 1 Liter Resultat Vergleich der Energiemenge bei der Eisbildung Wasser flüssig 0° C 1 Liter
  49. 49. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vorteile Heizen: Keine Erdbohrung notwendig (Risiken/Antrag/Zeit…) Kombination aus Solar-/Luft-/Wasser-/Erdwärmepumpe Hohe Effizienz
  50. 50. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vorteile Kühlen: Massive Entlastung der Stromkapazitäten Kein Schadstoffausstoß Geringste Energiekosten
  51. 51. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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