Dekarbonisierung der Wärmeversorgung mit ... · Unser Portfolio. Master-Untertitelformat bearbeiten Hafner-Muschler 2017 Unser Service für Sie • Wartung und Instandhaltung •

Hafner-Muschler Kälte- und Klimatechnik GmbH & Co. KG

Mühlsteigstraße 6, 72336 Balingen

Tel.: +49 7433 9692 0 E-Mail: [email protected]

www.hafner-muschler.de

Dekarbonisierung der Wärmeversorgung mit

Hochtemperaturwärmepumpen und Geothermie

Marten Tews

mailto:[email protected]

Master-Untertitelformat bearbeiten

Hafner-Muschler 2017

• HM erstellt maßgeschneiderte Kälte- und Wärmesysteme

• HM setzt auf Effizienz und Nachhaltigkeit

• HM projektiert wo möglich mit natürlichen Kältemitteln

• HM begleitet Sie von der Idee bis zur Ausführung

• HM plant ganzheitlich einschließlich MSR-Technologie

• HM ist Spezialist in Energie- und Eisspeichersystemen

• HM macht 24/7- Service und sorgt für Betriebssicherheit

Unser Portfolio



Unser Service für Sie

• Wartung und Instandhaltung

• Dichtheitsprüfung

• Störungsmanagement und Reparaturen

• Anlagenüberwachung und Datenfernübertragung

• Servicestützpunkte in Filderstadt, Dresden und im Allgäu

• Servicepartner in ganz Deutschland

• 24/7 Service-Hotline 07433 9692 888



Technikcontainer

Technikcontainer

Die Lösung

Containersysteme, mobile Kühl- und Wärmepumpenanlagen

Die Fakten

• Flexible Abmessungen

• Zusammenbau mehrerer Container zu einer gemeinsamen

Technikzentrale möglich

• Kunde bekommt Anlage „schlüsselfertig“ übergeben

Vorteile

• schnelle Montage auf der Baustelle, Plug & Play-Technik

• Kein Platzbedarf im Gebäude, verfügbares Containerdach

• Werksgeprüft vor Auslieferung

• Optimale Verschiffung der Container weltweit

• Alles aus einer Hand: Beratung, Planung, 3D-Konstruktion

• Regenerative Energiequellen, Wärmerückgewinnung

• Umweltfreundliche Kältemittel



Eisspeicher – Kompakt-Eisspeicher

Kompakt-Eisspeicher

Die Lösung

Für kurzzeitig hohen Kühlleistungsbedarf und Phasen mit geringer

Kühllast.

Die Fakten

• Alle Geräte werden werksseitig vollständig gefertigt.

• verfügbare Varianten „Split“ und „Wassergekühlt“

• Platzsparend, langlebig und robust

Die Vorteile

• hohe Entladeleistung mit konstanter Kaltwassertemperatur

• Auch als Glykol-Eisspeicher erhältlich (Soletemperatur bis zu -3 °C

möglich)

• Kälteerzeugung mit niedrigen elektrischen Anschlusswerten

• keine wiederkehrende Dichtigkeitsprüfung erforderlich

• Kältebevorratung in Niedertarifzeiten möglich

https://www.hafner-muschler.de/de/produkte/eisspeicher/hm-glykol-eisspeicher



Eisspeicher – HM-Smart-ICE

HM-Smart-ICE

Die Lösung

Umweltfreundlicher Kälteträger in Form eines Zwei-

Phasen-Gemisches. Gemisch aus Wasser und einem

Zusatzstoff, z. B. Ethanol oder Glykol, der den

Gefrierpunkt senkt und damit ein pumpfähiges

Gemisch aus Flüssigkeit und feinen Eispartikeln

entstehen lässt

Die Vorteile

• Das HM-Prinzip zielt auf die Kälteerzeugung in den

Nachtstunden – mit günstigeren Bedingungen bei

Stromkosten und effizienterem Betrieb aufgrund

niedrigerer Außentemperaturen.

• Nachtbetrieb = Ladezeit

• Tagbetrieb = Entladezeit



Wärmepumpen – CO2-Hochtemperaturwärmepumpe

CO2-Hochtemperaturwärmepumpe

Die Lösung

Die HM-Großwärmepumpen arbeiten ausschließlich mit dem zukunftssicheren,

anwender- und umweltfreundlichen Kältemittel CO2 (R744)

Die Fakten

• Warmwassertemperaturen bis 110 °C unter Nutzung verschiedenster Wärmequellen

von -10 bis 40 °C, z. B. Außenluft, Prozessabwärme, Geothermie

• Heizleistungen von 130 kW bis 1,5 MW

• robustes Industriedesign - Made-in-Germany

Die Vorteile

• Niedrige Betriebskosten (Wartung, Betriebsmedien, Energieverbrauch)

• Investitionssicherheit

• Green Footprint



Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung des Wärmesektors

Exkurs Wärmepumpe

• Einsparungen von fossilen Brennstoffen

• Wärmerückgewinnung, Nutzung vorhandener Potentiale

• Gleichzeitige Kältenutzung möglich

• Reduktion von CO2-Emissionen

• Keine Abgas- und Feinstaubemissionen

• Effiziente Nutzung erneuerbarer Erlektrizität, Sektorkoppelung, Lastmanagement





Warum natürliche Kältemittel?

CO2 als natürliches Kältemittel - Klimapolitik und Alternative Kältemittel




Umwelteinfluss von Kältemitteln

• Ozone-Depletion-Potential (ODP) Global-Warming-Potential (GWP)

• R744 : 0 R744: 1

• R134a: 0 R134a: 1340

• R410a: 0 R410a: 1725

• Zusätzliche Verfallsprodukte: z.B. R134a bildet Trifluoressigsäure (persistent)

•„Die Summe der Umweltverschmutzung blieb ungefähr konstant“



Kohlendioxid als Kältemittel

Historische Entwicklung

ab 1834 Kälteanlagen mit Ether, SO2, NH3, CO2,

1930 FCKW

1972 Ozonzerstörendes Potential erkannt (ODP)

1991 FCKW-Halon-Verbots-Verordnung (ODP)

2006 F-Gase-Verordnung (Treibhausgas-Potential - GWP)

2014 F-Gase – Verordnung reduziert die Verfügbarkeit von F-Gasen bis 2030 um 79 %! (GWP)

Trend zu klimafreundlichen Kältemitteln

Die Alternativen:

Natürliche Kältemittel: CO2, NH3, KW, H2O

Synthetische Low - GWP - Kältemittel: HFO`s



Vorteile des natürlichen Kältemittels R744 (CO2)


Mehr Wirtschaftlichkeit

• keine gesetzlichen

Einschränkungen = Planungs-

und Investitionssicherheit

• keine wiederkehrenden

Dichtheitstest benötigt

• keine Abfall- und

Wiederverwertungsauflagen

• keine Verfügbarkeits-

einschränkungen

• keine Steuern = nachhaltig

kostenneutral

• geringer Wartungsaufwand

Mehr Sicherheit

• CO2 ist sehr sicher im Vergleich

zu anderen Kältemitteln

• geringe

Sicherheitsanforderungen –

Sicherheitsgruppe A1 (DIN EN

378)

• ungiftig, nicht brennbar, nicht

explosibel, nicht ätzend,

antioxidativ, werkstoffverträglich

• robuste einstufige Maschinen

Mehr Klimaschutz

• Hocheffizient auch unter

extremen Einsatzbedingungen

• Das Kältemittel trägt nicht zur

Klimaerwärmung und

Ozonzerstörung bei

• Ideale Alternative zu den

klimaschädlichen synthetischen

Kältemitteln

Stichwort:

F-Gase-Verordnung 2015




Thermodynamical aspects

- kritischer Punkt bei 31,1 ˚C und 73,8 bar

- Ab 304,1 K (31,1 ˚C) überkritisch

- Transkritischer Kreisprozess bei Wärmepumpen

- Überwiegend subkritischer Kreisprozess bei

Kältemaschinen Überkritisches

Gas

Subkritisches

Gas

Flüssigkeit

Trockeneis



thermeco2 - Hochtemperaturwärmepumpen und Kältemaschinen im T,s - Diagramm

Einsatzmöglichkeiten

Kälteerzeugung 12/6 °C

Wärmeerzeugung 30/90 °C





















Hochtemperatur-Wärmepumpen

Die Lösung

• Großwärmepumpen mit dem zukunftssicheren,

umweltfreundlichen Kältemittel CO2 (R744)

Vorteile

• Wassertemperaturen bis 110 °C

• Wärmequelle Außenluft, Prozessabwärme

• Wärme-Kälte-Kopplung mit hoher Energieeffizienz

• Heizleistungen von 130 kW bis 1,5 MW

• solide Bauweise, hochwertige Komponenten



Standard-Wärmepumpe thermeco2 130

Die Lösung

• Standard Wärmepumpe für hohe Vorlauftemperaturen

• Prozess- /Heizwärmeversorgung

• Kombination Kühlen – Heizen

• für Industrieanwendungen und Altbausanierungen

Vorteile

• Vorlauftemperaturen (60 °C bis 90 °C)

• geringer Wartungsaufwand

• reduzierte Betreiberpflichten mit natürlichem

Kältemittel CO2

• Kaskaden von bis zu 6 Maschinen möglich

• kurze Lieferzeit durch hohen Standardisierungsgrad

• Heizen ohne Abgase, ohne Treibhausgas-Emissionen

• gleichzeitig kostenfrei kühlen





Anwendungsbeispiel: Sümpfungswassernutzung

Bergheim

Neue geothermische Wärmequellen für Wärmepumpen




Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)

Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim

Referenzprojekt

Status Quo

Ungenutzte Sümpfungswasser und bestehendes

Nähwärmenetz (Gaskessel)

Das Ziel

• Senkung der CO2 – Emissionen

• Reduzierung der Betriebskosten

• Energieeffiziente nachhaltige Lösung

Das Vorgehen

Einsatz einer CO2 – Wärmepumpe als Kernstück

der Anlage und Wärmeerzeuger für Grund- und

Mittellast in Verbindung mit einem

Blockheizkraftwerk.




Allgemeine Beschreibung:

• Bauherr: Stadtwerke Bergheim GmbH

• Fachplaner: GESA mbH - Ingenieurgesellschaft für Technische Gesamtplanung, Köln

• Ausgangslage: Ökologische Sanierung des Nahwärmenetzes mit RWE Power AG

Inbetriebnahme:

• Dezember 2014

Projektaufgabe und Projektziele:

• nutzen des thermischen Potentials von Tagebaugrundwasser für das kommunale Nahwärmenetz

• neuartige Kombination aus Blockheizkraftwerk(BHKW) und Großwärmepumpe (HHR)

• technische Herausforderung des Umgangs mit Sümpfungswasser meistern

• Reduzierung der CO2 – Emissionen









Sümpfungswasser-wärmetauscher

Wärmepumpe, BHKW und Kessel

Verbraucher




Jahresdauerlinie der Heizlades Nahwärmenetzes und Heizleistung der Erzeuger





Vereinfachtes Anlagenschema








Vorteile dieses Anlagenkonzeptes:

• Lange Laufzeit für die effizienten Erzeuger Wärmepumpe und BHKW

• Verringerung des fossilen Brennstoffbedarfs um 26 %

• Sichere Wärmeerzeugung mit zwei unterschiedlichenEndenergieträgern (Strom und Gas)

• Geringe Stromeinspeisemenge durch Eigenverbrauch

• Verringerung der CO2-Emissionen um 32 %

• niedrigere Wärmepreise durch Versorgung der Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Strom

• Natürliches, zukunftssicheres und betreiberfreundlichesKältemittel Kohlendioxid





Technikraum mit Wärmepumpe








Technische Daten der Wärmepumpenanlage:

• Maschinentyp: 1 x thermeco2 HHR 1000

• Gaskühlerheizleistung: 865 kW

• Wärmeträgermedium: Wasser

• Volumenstrom: 18,6 m³/h

• Eintrittstemperatur: 45°C

• Austrittstemperatur: 85°C

• Kälteleistung Verdampfer: 583 kW (Entzugsleistung aus Sümpfungswasser)

• Wärmeträgermedium: Wasser

• Eintrittstemperatur: 27°C

• Austrittstemperatur: 21°C

• COPWP: 3,04

• Brennstoffnutzungsgrad: 167%




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Referenzen in Deutschland und der Schweiz

Nr. Projekt kW Anwendung

1 FH Soest 45Mensa

(Warmwasser, Heizung)

2Schlachtbetrieb in

Zurich800 Meat (process heat)

3 e-shelter in Zurich 430 Data center (refrigeration/local heating)

4 SWR Baden-Baden311

390Radio (combined heating and cooling)

5 VW Wolfsburg 330 6 compressed air refrigeration driers

6 VW Wolfsburg 200Office building DGNB certified

(heating/cooling)

7 Fachhochschule Hamm 170Technical college (combined heating

and cooling)

8 Rodenkirchen 145Secondary school (ground water heat

pump + CHP)

9 Pirmasens 60 Biogas (dehumidification)

10 Dollnstein 400Local heat network (ground water heat

pump + CHP)

11 VW in Hanover 330 4 compressed air refrigeration driers

12 Stabilo in Heroldsberg 197Operational data center (combined

heating and cooling)



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13 Bergheim 947Local heat network (mine water heat

pump + CHP)

14 VW Osnabrück 150 Cooling (for welding machine)

15 Padeon Basel 122Sports facility (heat recovery - water

heating)

16 Großröhrsdorf 162Film/foil manufacturer (machine cooling

- heating)

17 VW Chemnitz 330 2 compressed air refrigeration driers

18 Hospital in Stendal 629Building services (combined

cooling/heating)

19Hospital, Frankfurt/Main

Höchst49

Building services (combined

cooling/heating)

20 Riegelein Nuremberg 167Chocolate production (combined

cooling/heating)

21 Spectros Ettingen 100Optical systems (combined

cooling/heating)

22 Hans Grohe Schiltach 180Sanitary fittings (combined

cooling/heating)



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23 HEWI Spaichingen 500Standard components (combined

cooling/heating)

24 Kellenberger Zurich 300Mechanical engineering (heat recovery

- heating)

25 Grosspeter Tower Basel 140Building services (air conditioning -

water heating)

26Schaeffler Clausthal-

Zellerfeld95

Building services (heat recovery -

heating)

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Referenzen Weltweit

Projekt kW Anwendung

Tatranska Bialka 1675 Hotel swimming pool (geothermal)

Hotel complex 344Building services (air conditioning - water

heating)

Coca-Cola HBC 436Beverage bottling (combined

cooling/heating)

Audi - Mexico 254Painting booth (process air

dehumidification)

AIRBUS St. Nazaire 800 Air treatment for paint shop

EKOSEP 346 Drier for sewage sludge





Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Marten Tews


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