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Stand 12/2003
Vielseitig, effizient und umweltschonend:
Heizen und Kühlen
mit Gasklimageräten
Klimatisierung – Warum und wie?
Thermodynamische und technische Grundlagen
Gasklimageräte – Aufbau und Funktionsweise
Technische und wirtschaftliche Vorteile
Einsatzgebiete – Beispiele ausgeführter Anlagen
Hinweise zur Planung und Auslegung
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2 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Hinweise
Dieser Vortrag basiert auf der Broschüre
Heizen und Kühlenmit
Gasklimageräten*
In dieser Broschüre werden die nachfolgend angesprochenen Themen detailliert und ausführlich beschrieben.
* In diesem Vortrag und in der genannten Broschüre wird mit dem Begriff
„Gasklimagerät“ eine Gruppe von Kompressionskältegeräten bezeichnet, die die Funktionen Heizen, Kühlen und Entfeuchten erfüllen und deren Kompressor mit einem Erdgas-Verbrennungsmotor angetrieben wird.
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3 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Kälte- und Klimatisierungsbedarf steigt
Höhere Wärmebelastungen durch
• den Trend zur Glasarchitektur
• verbesserten Wärmeschutz (EnEV)
• innere Wärmequellen z.B. Computer
und
wachsende Komfortansprüche
sowie
der Klimawandel
führen zu einem deutlich steigenden
Kälte- und Klimatisierungsbedarf
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4 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Heizen und Kühlen mit einem System
Heute werden Heiz- und Kühlbedarf in Gebäuden in der
Regel über getrennte Anlagen gedeckt.
• Das Heizen erfolgt mit einem öl- oder gasbefeuerten Wärmeerzeuger.
• Die Kühlung übernimmt eine elektrisch angetriebene Anlage.
Alternative: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten -
Ein System mit Heiz- und Kühlfunktion
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5 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Heizen und Kühlen mit einem System
Gasklimageräte sorgen nicht nur für Kühlung, sondern übernehmen
zudem in der übrigen Zeit die Wärmeerzeugung für die Heizung
Gasklimageräte sind beim Austausch vorhandener Kälteanlagen eine interessante Alternative. Muss nur das Außengerät ersetzt werden, lassen sich bestehende Verteilungsnetze und Übergabegeräte vielfach weiter verwenden. Durch die Kombination von Gasklimageräten mit Hydraulik-Übergabestationen können auch vorhandene Kaltwasserverteilungsnetze weiter genutzt werden.
Verzicht auf konventionellen, zusätzlichen Heizkessel möglich, wenn die vom Gasklimagerät bereitgestellten Heiz- und Kälteleistungen dem Bedarf des Gebäudes entsprechen, d.h. Heiz- und Kälteleistungsbedarf ähnlich hoch sind.
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6 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Thermodynamische Grundlage
In einem geschlossenen Kreislauf nimmt ein Kältemittel beim Verdampfen auf niedrigem Druck- und Temperaturniveau Wärme aus der Umgebung auf. Der
entstandene Kältemitteldampf wird in einem Verdichter unter Zufuhr von Antriebsenergie auf ein höheres Druckniveau komprimiert, wobei auch das Temperaturniveau ansteigt. Im Kondensator verflüssigt sich das Kältemittel wieder und setzt Wärme frei. Über ein Druckreduzierventil wird das flüssige
Kältemittel entspannt und kühlt dabei weiter ab.
Basis für Klimatisierungssysteme ist der Kaltdampfprozess
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7 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasmotorischer Kaltdampfprozess
Der Verdampfer nutzt die Wärme aus der Umgebungsluft sowie Abwärme des
Gasmotors zum Verdampfen des Kältemittels. Das erwärmte Kältemittel wird im
Verdichter auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau gebracht. Im
Kondensator wird die Wärme freigesetzt.
Heizfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpe
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8 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasmotorischer Kaltdampfprozess
Im Verdampfer wird dem zu kühlenden Gebäude bzw. dem Wärmeträgermedium
durch den Verdampfungsprozess des Kältemittels Wärme entzogen. Der
Kältemitteldampf transportiert die aufgenommene Wärme zum Verdichter, bevor
sie über den Kondensator an die Umwelt abgegeben wird.
Kühlfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Kälteanlage
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9 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Multisplitsystem mit Gasklimagerät
Außeneinheit: Gasmotor, Kältemittelverdichter
Verdampfer in Heizfunktion
Kondensator im Kühlbetrieb
Innengeräte: Kondensator (Heizfunktion) / Verdampfer (Kühlbetrieb)
Splitsystem - Räumliche Trennung des Prozesses in durch
Kältemittelleitungen verbundene Außeneinheit und Innengeräte
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10 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimagerät im Heizbetrieb
Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den Innen-
Geräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder ein
Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt.
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11 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimagerät im Kühlbetrieb
Im Kühlbetrieb wird die Fließrichtung umgedreht: Das flüssige Kältemittel wird
zum Raum transportiert, verdampft in den Innengeräten, nimmt dabei Wärme
aus dem Raum auf und führt sie über den Kondensator nach außen ab.
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12 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimagerät mit Kältemittelkreislauf
Gasmotorisch betriebene Klimageräte können in Split- bzw.Multisplitanlagen
eingesetzt werden, die nach dem VRF-Prinzip (VRF = Variable Refrigerant Flow)
arbeiten, d.h. in Anlagen mit veränderlichem, dem Bedarf angepassten
Kältemitteldurchfluss und Direktexpansion des Kältemittels in den Innengeräten.
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13 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimagerät mit Wassersystem
Wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme sind in Deutschland noch stärker
verbreitet als VRF-Systeme. Für diese Einsatzfälle können die Gasklimageräte
zusammen mit einer Hydraulik-Übergabestation eingesetzt werden. Diese Über-
gabestation bildet die Schnittstelle zwischen dem Kältemittelkreislauf und dem
hydraulischen Netz, mit dem die Innengeräte versorgt werden.
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14 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Vorteil Gasklimagerät – Verbesserte Heizfunktion
Bei niedrigen Außentemperaturen (T < 7 °C) erfolgt ein nur geringer Leistungsabfall, daher wird eine
nahezu konstant hohe Heizleistung selbst bei Außentemperaturen von
minus 15 °C sichergestellt.
Aufgrund der Nutzung der Gasmotorabwärme im Heizbetrieb verbessert sich die Effizienz der Heizfunktion gegenüber elektrisch angetriebenen Systemen.
Nach kurzer Aufheizzeit steht die volle Geräteleistung zur Verfügung.
Auch bei tiefen Außentemperaturen keine Unterbrechung des
Heizbetriebes für Abtauvorgänge.
+
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15 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Vorteil Gasklimagerät – Umweltvorteile
Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung
• Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten
• Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 %
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16 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Vorteil Gasklimagerät – Wirtschaftlichkeit
Weitere Vorteile:
• Keine zusätzliche elektr.
Leistungsaufnahme bzw.
keine Erhöhung des elektr.
Leistungsbezuges
• Geringere Energiekosten für
Erdgas führen zu günstigen
Betriebskosten
Beispielrechnung
(Vollkostenrechnung VDI 2067)
Ersparnis
1.210 € pro Jahr
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17 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Vorteile auf einen Blick
Technische Vorteile
• Langjährig bewährte Gerätetechnik
• Hohe Zuverlässigkeit und wartungsarmer Betrieb
• Flexible Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Motors
• Individuelle Regelungsmöglichkeiten
• Nur geringer Heizleistungsabfall bei tiefen Außentemperaturen (T < 7 °C)
• Kurze Aufheizphase des Motors führt zu schneller Leistungsverfügbarkeit
• Keine Unterbrechung des Heizbetriebes durch Verdampferabtauung
• Zahlreiche Innengeräteoptionen für Wärme- und Kälteübertragung
Wirtschaftliche Vorteile
• Kostengünstige Alternative zu konventionellen Technologien
• Niedrige Energiekosten
• Keine Erhöhung der elektrischen Leistungsaufnahme
• Verzicht auf konventionelle Heizung in vielen Fällen möglich
• Lange Wartungsintervalle führen zu niedrigen Servicekosten
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18 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbereiche
• Hotels / Restaurants
• Büro- und Verwaltungsgebäude
• Kundenzentren, z.B. Banken, Versicherungen,...
• Klimatisierung von EDV-Räumen
• Gewerbebetriebe
• Ladenlokale, Supermärkte, Einkaufszentren, Kaufhäuser, Autohäuser, ...
• Ausstellungs- und Veranstaltungsräume
• Krankenhäuser
• Heizen und Kühlen bei Produktionsprozessen
Optionen für die Wärme- und Kälteübertragung
• Split- bzw. Multisplitanlagen mit VRF-Systemen (Kältemittel)
Innengeräte z.B.: Deckengeräte (Einbau / Unterbau), Wandgeräte,
Standgeräte (sichtbar / verkleidet), Textilschlauchsysteme
• Klimasysteme mit Wasser als Trägermedium
Innengeräte z.B.: Fan Coils, Hydro-Deckengeräte, Kühl-Heizdecken
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19 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten
Verwaltungsgebäude
Energieversorgung Filstal GmbH&Co. KG
Göppingen
Volksbank
Rhein-Ahr-Eifel e.G.,
Adenau
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20 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten
Verwaltungsgebäude und Werkstatt
Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH
Berlin
Shell-Tankstelle
Rheinbach
Dachaufstellung des Außengerätes
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21 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
Fan Coils (Wassersystem) im
Verwaltungsgebäude der Firma
Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH,
Berlin
Deckeneinbaugeräte im
Kundenzentrum der
Stadtwerke Neuss GmbH,
Neuss
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22 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
Wandgerät in einem
Seminarraum
Klimatisierung mit einem
Textilschlauchsystem in
einem Großraumbüro
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23 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
Deckenkassette in
einem Bekleidungsgeschäft
Verkaufsraum eines Autohauses -
Klimatisierung mit einem
Textilschlauchsystem
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24 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Einsatzbeispiele
Deckeneinbaukassetten in einem
Hotel und einem Restaurant
Klimatisierung eines
Veranstaltungsraumes mit einem
Textilschlauchsystem
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
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25 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Planung und Auslegung
Durch Aufteilung der Kühl- bzw. Heizleistung auf mehrere Außengeräte
• können Anlagen mit größeren Leistungen realisiert werden
• kann eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet werden
• kann eine optimale Auslastung der Geräte erreicht werden
• kann die Anlage gesplittet und an verschiedenen Orten installiert werden
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26 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Planung und Auslegung
Aufstellung und Leitungslängen
• Aufstellung der Außengeräte im
Freien ohne Schutz möglich, da
wetterfest
• Leitungslänge zwischen
Außengerät und entferntestem
Innengerät bis zu 150 m,
maximal 30 m ab dem ersten
Abzweig
• maximaler Höhenunterschied
zwischen dem Außengerät und
den Innengeräten bis zu 50 m,
zwischen den Innengeräten bis
zu 15 m
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27 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse
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28 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse
Anschlussleitungen Außengerät:(v.l.n.r.) Kondenswasser, Kältemittel (flüssig), Kältemittel (gasförmig), Strom und Gas
Außengerät und Hydraulik-Übergabestation
An eine Außeneinheit können je nach Gerätetyp und Leistung bis zu 30
Innengeräte angeschlossen werden.
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29 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten
Gasklimageräte – Produkte und AnsprechpartnerAISIN Seiki
Berndt KältetechnikGelsdorfTel: 02225 / 9132-0www.gas-thermodynamik.de
Panitz HaustechnikLieskauTel: 0345 / 5511696www.klima-mit-gas.de
Mitsubishi Heavy Industries
Stulz KlimatechnikHamburgTel: 040 / 5585-252www.stulz.de
Sanyo
Alfred KautWuppertalTel: 0202 / 2682-0www.kaut.de