Waermepumpe mit saisonalem Eisspeicher

Gas-Wärmepumpen mit saisonalem EisspeicherNachhaltiges Heizen und Kühlen mit Latentwärmespeicher

Dr. Jochen Arthkamp, ASUE e.V.

München, 2. Februar 2010

Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010

Überblick

•Gaswärmepumpen•Eisspeicher:

Energiespeicher mit latenter Wärme•Option Bioerdgas


Funktionsweise von Wärmepumpen

Elektromotor


Umweltwärme

•Wärmepumpen nutzen Umweltwärme •Bei Elektrowärmepumpen muss berücksichtigt werden, dass die Antriebsenergie Strom unter Verlusten erzeugt wird.


Steigerung der Energieeffizienz in Kraftwerken zur Minderung von Umwandlungsverlusten

Quelle: RWE Power

Auch in modernen Kraftwerken gehen mehr als 40 % der Energie durch Umwandlungsverluste verloren.


Energieflüsse in Deutschland

Große Energiemengen gehen durch Umwandlungsverluste verloren.


Klimatisierung: zunehmende Probleme für die Stromversorgung

Netzlast Strom (Monatsmaxima)

66.000

68.000

70.000

72.000

74.000

76.000

78.000

80.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kW

2001

2004


CO2-Emissionen


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.


Funktionsweise motorischer Gaswärmepumpen


Motorische Gaswärmepumpe = Wärmepumpe + BHKW + Brennwerttechnik + Primärenergieeinsatz

Wärmepumpen-kreislauf

Kraft-Wärme-Kopplung

Brennwerttechnik:Abkühlung der

Abgaseunter den Taupunkt

Einsatz desPrimärenergieträgers

Erdgas


Was sind motorischeGaswärmepumpen?

• Motorische Gaswärmepumpen sind Wärmepumpen, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden.

• Die Geräte können heizen und kühlen und werden daher auchals „Gasklimageräte“ bezeichnet.

• In Deutschland sind derzeitca. 260 Geräte im Einsatz.


Gasklimagerät/ -wärmepumpe


Übergabestation VRF- => Wasserkreislauf


Funktionsprinzip von Gasabsorptionswärmepumpen


Gasabsorptionswärmepumpe


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.


Vorteile von Gaswärmepumpen

• Einsatz von Primärenergie, • Vermeidung von Umwandlungsverlusten• Verminderte CO2-Emissionen• Einsparung von Kraftwerkskapazitäten• Einsparung von Heizenergie durch den Wärmepumpeneffekt


Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen


Wärmeübertragerelement für eine Abwasser-Wärmepumpe


Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen


Latente Wärme – die verborgene Energie

• Fühlbare Wärme

• Chemisch gebundene Energie

• Wärme in der Phasenum-wandlung

• Flüssigkeit -Dampf

• Flüssigkeit -Feststoff


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


Saisonale Eisspeicherung im Eis-/Schneekeller

• Schneiden von Eisblöcken im Winter

• Speicherung der „Kälte“-Energie bis in den Sommer


Eisspeicher “BinäreisR”

Abbildungen: INTEGRAL International GmbH


Primärenergie / Eisspeicher / Geothermie: Gaswärmepumpe

• 150.000 Liter Wasser mit 0°C < TW < 10°C

• Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung

• Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude

• 150.000 Liter Wasser mit 0°C < TW < 10°C

• Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung

• Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude


Energieertrag bei Biomasse


Primärenergie und Regenerative:Einspeisung von Bioerdgas in bestehende Netze


www.asue.de

Gaswärmepumpe mit saisonalem EisspeicherMünchen, 02.02.2010

Gaswärmepumpen mit saisonalem

Eisspeicher

Der SolarEis-Speicher

Dipl.-Ing. [ FH] Alexander v. Rohrisocal HeizKühlsysteme GmbH


= 100%

100%

66%

34%

66%

66%

34%

66%

= 100%

=100%

Primärenergieeinsatz unter-schiedlicher Wärmepumpentypen

Zum Beispiel:

● Luft/Wasser elektrisch ● Luft/Wasser Gas-Absorption


Inpu

t = 1

Kälte ≈ 0,7 Wärme ≈ 1,7

Energiebilanz einer Absorptionskältemaschine


Simultanes Heizen und Kühlen

heizenkühlen

bis -5°C bis 65°C

Durch zwei unabhängige, wassergeführte Wärmetausche r, kann simultanWärme entzogen (kühlen) und auf hohem Temperaturniv eau geheizt werden.


Die GAHP-W erzeugt simultan kaltes und heisses Wasser in Prozessanwendungen / Hotels

Simultanes Heizen und Kühlen


LebensmittelverarbeitungLebensmittelverarbeitungLebensmittelverarbeitungLebensmittelverarbeitung

GroßbäckereiGroßbäckereiGroßbäckereiGroßbäckereisimultane Nutzung von Wärme und KälteHeizleistung: 280 kW, Kälteleistung: 140 kW


Sole/Wasser-WP und Dachabsorber

Flachdach-absorber (im Bau)

Luxushotel mit SolarEis-Speicher

Eisbildung im Speicherca. 30 cm Durchmesser

SolarEis -Speicher


Einstufige Absorptionskältemaschine in Kombination mit einer Mikrogasturbine


Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Kältemittelflüssig

Druckreduzier-Ventil

VerdichterAntriebsleistung P= elektrischer Strom,

oder Gas

Druck niedrigTemperatur niedrig

Kältemittelgasförmig,Druck hoch,Temp. hoch

Verdampfer

Verflüssiger

Kältemittelgasförmig,Druck niedr.Temp. niedr.

Kompressionskältemaschine


Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Kältemittelflüssig

Druckreduzier-Ventil

Druck niedrigTemperatur niedrig

Kältemittelgasförmig,Druck hoch,Temp. hoch

Verdampfer

Verflüssiger

Kältemittelgasförmig,Druck niedr.Temp. niedr.

Vereinfachte Darstellung!„Schnellkochtopf“

Durch Wärmezufuhr wird Kältemittel heiß, unterDruck gebracht und in den Kältekreislauf zurückgeführt.

Energiezufuhr durch

Wärme jeder Art

Absorptionskältemaschine (vereinfacht!)


Gaswärmepumpen mit saisonalem

Eisspeicher

Der SolarEis-Speicher


SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältespeicher

Während die Wärmepumpe im Winter das Gebäude heizt, wird einem geschlossene Behälter Wärme entzogen und Eis gebildet.


Wärme-

pumpe

M

Eisspeicher

Heizen

● Heizen aus SES

SolarEis-Speicher als Wärmequelle


Wärme-

pumpe

M

Eisspeicher

Heizen

Kühlen

● Heizen aus SES● Kühlen aus SES

SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältequelle


fünf

Ene

rgie

form

en:

Son

ne, L

uft,

Erd

e, W

asse

r, E

is


Das Funktionsprinzip

1 SolarEis-Speicher

2 Regelung

3 SolarLuft-Kollektor

4 Wärmepumpe

5 Solar-Warmwasserspeicher


Latentwärmenutzung

Wasser

flüssig

0°C 1 Liter

Wärmeabgabe =80 Wärmeeinheiten

Eis

fest

0°C1 Liter

Resultat


„Thermisches Abfallprodukt, ent-standen während der Heizperiode:

● ohne zusätzlichen Energieeinsatz● ohne Schadstoffausstoss● über Monate speicherbar

Eis

fest

0°C1 Liter

Latentwärmenutzung


Wasser

flüssig

80°C 1 Liter

Wärmeabgabe =80 Wärmeeinheiten

Wasser

flüssig

0°C1 Liter

ResultatVergleich der Energiemenge bei der Eisbildung

Latentwärmenutzung


Vorteile Heizen: Keine Erdbohrung notwendig (Risiken/Antrag/Zeit…) Kombination aus Solar-/Luft-/Wasser-/ErdwärmepumpeHohe Effizienz


Vorteile Kühlen: Massive Entlastung der StromkapazitätenKein SchadstoffausstoßGeringste Energiekosten


Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit!

Technology

Waermepumpe mit saisonalem Eisspeicher