Das Dokument beschreibt die Funktionsweise und Vorteile von Gas-Wärmepumpen, die mit saisonalen Eisspeichern betrieben werden, um nachhaltiges Heizen und Kühlen zu ermöglichen. Es wird auf die Nutzung von Umweltwärme, die Effizienzsteigerung in Kraftwerken und die Reduktion von CO2-Emissionen eingegangen. Außerdem werden die Vorteile dieser Technik, einschließlich der gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Kälte, hervorgehoben.

1. Gas-Wärmepumpen mit saisonalem
Eisspeicher
Nachhaltiges Heizen und Kühlen mit
Latentwärmespeicher
Dr. Jochen Arthkamp, ASUE e.V.
München, 2. Februar 2010

2. Überblick
•Gaswärmepumpen
•Eisspeicher:
Energiespeicher mit latenter Wärme
•Option Bioerdgas
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3. Funktionsweise von Wärmepumpen
Elektromotor
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4. Umweltwärme
•Wärmepumpen nutzen Umweltwärme
•Bei Elektrowärmepumpen muss
berücksichtigt werden, dass die
Antriebsenergie Strom unter Verlusten
erzeugt wird.
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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
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6. Energieflüsse in Deutschland
Große Energiemengen gehen durch Umwandlungsverluste verloren.
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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
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8. CO2-Emissionen
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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.
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10. Funktionsweise motorischer Gaswärmepumpen
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11. Motorische Gaswärmepumpe = Wärmepumpe
+ BHKW + Brennwerttechnik + Primärenergieeinsatz
Wärmepumpen- Einsatz des
kreislauf Primärenergieträgers
Erdgas
Brennwerttechnik:
Abkühlung der
Abgase
unter den
Taupunkt
Kraft-Wärme-Kopplung
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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.
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13. Gasklimagerät/ -wärmepumpe
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14. Übergabestation VRF- => Wasserkreislauf
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15. Funktionsprinzip von
Gasabsorptionswärmepumpen
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16. Gasabsorptionswärmepumpe
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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.
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18. Vorteile von Gaswärmepumpen
• Einsatz von Primärenergie,
• Vermeidung von Umwandlungsverlusten
• Verminderte CO2-Emissionen
• Einsparung von Kraftwerkskapazitäten
• Einsparung von Heizenergie durch den Wärmepumpeneffekt
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19. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen
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20. Wärmeübertragerelement für eine
Abwasser-Wärmepumpe
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21. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen
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22. Latente Wärme – die verborgene Energie
• Fühlbare
Wärme
• Chemisch
gebundene
Energie
• Wärme in
der
Phasenum-
wandlung
• Flüssigkeit -
Dampf
• Flüssigkeit -
Feststoff
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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
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24. Saisonale Eisspeicherung im Eis-/Schneekeller
• Schneiden von Eisblöcken
im Winter
• Speicherung der „Kälte“-
Energie bis in den Sommer
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25. Eisspeicher “BinäreisR”
Abbildungen: INTEGRAL International GmbH
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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
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27. Energieertrag bei Biomasse
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28. Primärenergie und Regenerative:
Einspeisung von Bioerdgas in bestehende Netze
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29. www.asue.de
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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. 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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Energiebilanz einer Absorptionskältemaschine
Kälte ≈ 0,7 Wärme ≈ 1,7
Input = 1

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. 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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Lebensmittelverarbeitung
Großbäckerei
simultane Nutzung von Wärme und Kälte
Heizleistung: 280 kW, Kälteleistung: 140 kW

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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Einstufige Absorptionskältemaschine in
Kombination mit einer Mikrogasturbine

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. 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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Gaswärmepumpen mit saisonalem
Eisspeicher
Der SolarEis-Speicher

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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
SolarEis-Speicher als Wärmequelle
Heizen
M
Wärme-
pumpe
● Heizen aus SES
Eisspeicher

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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Sonne, Luft, Erde, Wasser, Eis
fünf Energieformen:

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. 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. 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. 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. 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. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Vorteile Kühlen:
Massive Entlastung der Stromkapazitäten
Kein Schadstoffausstoß
Geringste Energiekosten

51. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher
München, 02.02.2010
Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit!