heizen, kühlen und klimatisieren mit dem energieträger erdgas dipl.-ing. cord müller...
Post on 05-Apr-2015
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Heizen, Kühlen und Klimatisierenmit dem Energieträger Erdgas
Dipl.-Ing. Cord Müller
Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG, Göppingen
Vorsitzender des ASUE-Arbeitskreises "Gaswärmepumpen und Kältetechnik"
www.asue.de
Kaltdampfprozess
Wärmeabfuhr
Wärmezufuhr
Q ab
Q zu
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druckreduzier-Ventil
Verdichter
Antriebsleistung P
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Verdampfer
Verflüssiger
KaltdampfprozessHeizfunktion = Wärmepumpe
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Antriebsleistung P
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Wärmequellen
Erde Wasser Luft
Heizung
KaltdampfprozessKühlfunktion = Kälteanlage
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Antriebsleistung P
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Wärmeabfuhr
Erde Wasser Luft
Kühlung
Kaltdampfprozess
Wärmeabfuhr
Wärmezufuhr
Q ab
Q zu
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druckreduzier-Ventil
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Verdampfer
Verflüssiger
Elektrische EnergieVerluste bis zu 70 %
Verdichter
Gasmotorischer Kaltdampfprozess
Wärmeabfuhr
Wärmezufuhr
Q ab
Q zu
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druckreduzier-Ventil
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Verdampfer
Verflüssiger
Verdichter
Erdgas
Gasmotorischer KaltdampfprozessHeizfunktion = Wärmepumpe
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Wärmequellen
Erde Wasser Luft
Erdgas
Heizung
Warmwasser-
bereitung
Gasmotorischer KaltdampfprozessKraft-Wärme-Kopplung & Wärmepumpe
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Wärmequellen
Erde Wasser Luft
Erdgas
Prinzip derWärmepumpe
Prinzip derKraft-Wärme-Kopplung
Heizung
Warmwasser-
bereitung
Gasmotorischer KaltdampfprozessKühlfunktion = Kälteanlage
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch Erdgas
Wärmeabfuhr
Erde Wasser Luft
Kühlung
Warmwasser-
bereitung
Absorptionsprozess
Wärmeabfuhr
Wärmezufuhr
Q ab
Q zu
Kältemittelflüssig
Druckreduzier-Ventil
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Verdampfer
Verflüssiger
Pumpe
Antriebsleistung P
Absorber
Austreiber
Q abWärmeabfuhr
Druckreduzier-Ventil
NH4
Erdgas
AbsorptionsprozessHeizfunktion = Wärmepumpe
Kältemittelflüssig
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Wärmequellen
Erde Wasser Luft
Pumpe
Antriebsleistung P
Absorber
AustreiberNH4
Erdgas
Heizung
AbsorptionsprozessKühlfunktion = Kälteanlage
Kältemittelflüssig
Druck niedrigTemperatur niedrig
Druck hochTemperatur hoch
Pumpe
Antriebsleistung P
NH4
Erdgas
Kühlung
Wärmeabfuhr
Erde Wasser Luft
Absorber
Austreiber
1. FAZIT:
Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess sind energetische Verbesserungen des konventionellen, in der Regel strombetriebenen, Kaltdampfprozesses.
Minderung Primärenergiebedarf gegenüberKaltdampfprozess:
Kaltdampfprozess (Strom) Vergleichsbasis
Absorptionsprozess - 22 %Gasmotorischer Kaltdampfprozess - 29 %
Auswertungen nach Herstellerangaben von:Mitsubishi Electric, York, AISIN
EnergetischeProzessverbesserungen
Umweltvorteile durchProzessverbesserungen
Emissionsminderungengegenüber konventionellem Strom Kaltdampfprozess
0,0%
20,0%
40,0%
60,0%
80,0%
100,0%
CO2 SO2 Nox Staub
Em
issi
onse
insp
aru
ng
in %
pro
Jah
r
Absorber gasbetriebener Kaltdampfprozess
AnwendungsbeispieleAbsorber
AnwendungsbeispieleGasmotorische Kaltdampfanlagen
„Panoramabad“, FreudenstadtSeit über 20 Jahren ist die Gaswärmepumpe im „Panoramabad“ in Freudenstadt bereits in Betrieb. Durch die gleichzeitige Nutzung der kalten und warmen Seite der Wärmepumpe wird entfeuchtet und geheizt.
Nahwärme-Ost, GöppingenSeit 1983 wird die 30°C Abwärme aus der Produktion der Deutschen Gelatinefabrik Stoess (DGF) genutzt, um eine Schule, Schwimmbad, Verwaltungsgebäude und Mehrfamilienhäuser durch eine Gaswärmepumpe mit Wärme zu versorgen.
Quelle: Mitsubishi, Stulz
Gas Heat Pumps (GHP)(Gasmotorische Kaltdampfanlagen)
EntwicklungsgeschichteGas Heat Pumps (GHP)
Increase in electric power demand & oil crisis
Diversification of energy source
1980
1985
DevelopmentApril.1981
April.1984
Tokyo-Gas commissioned SANYO to produce a pilot GHP unit.
SANYO participated in the government project of Gas Cooling Technology.
Started joint development of GHP
Released 15HP GHPApril.1985
Present
Three manufacturers entered into GHP market.1987
Achieved 1 million HP March.1999
April.2000
Sept.2000
Released Gas Engine Chiller/Heater
Released 8 kW for residential use
Released W – GHP multi 2001 …
……
…
………
…
with major gas companies.…
…
………
Quelle: SANYO
Installierte LeistungenGas Heat Pumps (GHP)
Nuclear Power PlantElectric A/C of 1 million HP
needs 1,000 MWelectric consumption
1,000 MW
Nuclear Power PlantSANYO GHP achieved
cumulative 1 million HP installation on March 1999
1,000 MW
Quelle:SANYO
Funktionsprinzip GHP:Räumliche Trennung des Prozesses
Wärmeabfuhr
Wärmezufuhr
Q ab
Q zu
Kältemittelflüssig
Kältemittelgasförmig
Druckreduzier-Ventil
Verdichter
Verdampfer
Verflüssiger
Erdgas
Antriebsleistung P
Innengerät
Außengerät
GHP - Hydraulikmodule
Wassersystem!
Quelle: Aisin, Berndt
GHP im Heizbetrieb
GHP im Kühlbetrieb
AnwendungsbeispieleHeizen und Kühlen
2. FAZIT:
Ausgeführte Beispiele haben die Praxistauglichkeitüber viele Jahre, teilweise sogar über Jahrzehnte, bestätigt.
In den realisierten Anlagen wird jedoch häufig nur eineFunktion, das Heizen oder das Kühlen, genutzt.
Die technische Möglichkeit, beide Funktionen zu nutzen,wurde bisher in den seltensten Fällen realisiert, da i. d. R. keine standardisierten Lösungen für die gemeinsame Nutzung angeboten wurden!
Wirtschaftlichkeit GHPSystemvergleich mit Investition
Systemvergleich:
Objekt: Büro- und VerwaltungsgebäudeHeizleistung 33 kWKälteleistung 28 kW
Lösung 1: GHP mit VRF-SystemInvestition 52.000 EUR
Lösung 2: Erdgaskessel und elektrisch angetriebener KaltwassersatzInvestition 70.000 EUR
Lösung 3: EHP mit VRF-SystemInvestition 79.000 EUR
Wirtschaftlichkeit GHPVollkostenvergleich
Jahreskostenvergleich Büro- und VerwaltungsgebäudeHeizleistung 33 kW und Kälteleistung 28 kW
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
GWP mit VRF-System Gaskessel+E-Kälte EWPmit VRF-System
Jah
resk
ost
en i
n E
uro
/a
Kapitalkosten Verbrauchskosten Betriebskosten Sonstige Kosten
Wirtschaftlichkeit AbsorberInvestition und Amortisation
1. Heizen und Kühlen eines Einkaufszentrums
Lösung 1: 2 Absorber, 2,2 MW Kälte und 1,87 MW Wärme,Investition 1,07 Mio EURBetriebs-, Energie- und Wartungskosten 121.000 EUR
Lösung 2: 2 Kaltwassersätze mit 2,2 MW Kälte und 1,87 MW FernwärmeInvestition 0,92 Mio EURBetriebs-, Energie- und Wartungskosten 186.000 EUR
2. Vergleich Absorber mit strombetriebenem Kaltwassersatz:
Mehrinvestition bei Absorber: 150.000 EUREinsparung Jahrskosten bei Absorber: 65.000 EUR/a
3. Wirtschaftlichkeitsberechnung (stat. Amortisation):
Amortisation Mehrinvestion: 2,3 Jahre
Wirtschaftlichkeit AbsorberEntwicklungen bis Heute
Wirtschaftlichkeit zu verschiedenen Zeitpunkten
0 EUR
10.000 EUR
20.000 EUR
30.000 EUR
40.000 EUR
50.000 EUR
60.000 EUR
70.000 EUR
vor Strommarkt-liberalisierung Hochpunkt Preisnachlässe Heutige Situation
Jäh
rlic
he
Ein
spar
un
gen
Ab
so
rber
0,0 a
5,0 a
10,0 a
15,0 a
20,0 a
25,0 a
30,0 a
Am
ort
isa
tio
nsd
auer
Meh
rin
vest
itio
n
Einsparung durch Absorber Amortisationdauer
Wirtschaftlichkeitsberechnungen
3. FAZIT:
GHP erfordert weniger Investitionen. Einsparungen von Kapitalkosten. Gemeinsam mit Energiekosteneinsparungen sehr wirtschaftlich.
Absorber erfordert mehr Investitionen. Refinanzierung über Energiekosteneinsparungen. Mit Energiekosteneinsparungen wirtschaftlicher Betrieb.
Anlagenwahl langfristige Festlegung. Kurzfristige Entwicklungen sollten wirtschaftliche Entscheidungen nicht dominieren.
Das Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas ist realisierbar. Die Techniken sind erprobt und ausgereift. Sie haben über viele Jahre die Praxistauglichkeit bewiesen. Das Angebot an verfügbaren Geräten ist schon heute beachtlich und wird ständig größer.
Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess hat den Vorteil der Einsparung an Energie. Mit Erdgas können die Emissionen an Klimagasen und Luftschadstoffen deutlich reduziert werden.
Wirtschaftlich sind die gasmotorischen Anlagen und Absorber eine interessante Alternative gegenüber der herkömmlichen Technik.
Zusammenfassung
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