>>Exergieoptimierung<< varmeco GmbH & Co. KG

Transkript

1 >>Exergieoptimierung<< varmeco GmbH & Co. KG

2 > Begriff: Exergie Für viele ist Energie, die das Auto antreibt und die aus der Steckdose kommt. Physiker sagen Energieverschwendung gibt s doch gar nicht! Denn Energie ist eine Erhaltungsgröße. Wie verschwendet man etwas, was nicht weniger werden kann? Also kann ich das Licht brennen lassen? physikalische Definition der Energie: Energie = Exergie + Anergie Thermodynamische Nutzung: Nutzbarer Teil der Energie ist die Exergie, der nicht nutzbare Teil der Energie ist Anergie. Exergie ist der Anteil der Energie, die Arbeit leisten kann. Planerseminar Exergieoptimierung

3 > Der Begriff Exergie Was würden Sie für ein Glas Wasser bezahlen? Planerseminar Exergieoptimierung

4 > Der Begriff Exergie Der Wert einer Sache hängt also nicht nur von der Sache selbst ab, sondern auch von seiner Umgebung! >> Es geht also um den Unterschied einer Sache! << Planerseminar Exergieoptimierung

5 > Exergie und Speicherung Warum ist Exergie bei der Speicherung so wichtig? SVL RVL Planerseminar Exergieoptimierung

6 > Speicherung der Exergie Notwendige Exergie für TWW Bereitung nicht vorhanden 30 C 30 C 30 C 30 C Quelle: Baunach GmbH Planerseminar Exergieoptimierung

7 > Speicherung der Exergie Was wir gerne hätten: Quelle: Baunach GmbH Planerseminar Exergieoptimierung

8 > FWE: Zapfbetrieb TWW FWE-VL Speicher-VL FWE-RL TKW >> RL-Temperaturen bis unter 20 C << TWZ Planerseminar Exergieoptimierung

9 > Zapf- und Zirkulationsbetrieb TWW FWE-VL Speicher-VL FWE-RL TKW >> RL-Temperaturen unter 40 C << TWZ Planerseminar Exergieoptimierung

10 > Zapf- und Zirkulationsbetrieb TWW FWE-VL Speicher-VL FWE-RL TKW >> RL-Temperaturen über 55 C << TWZ Planerseminar Exergieoptimierung

11 > Reiner Zirkulationsbetrieb Wirkung im Speicher Planerseminar Exergieoptimierung

12 > Im Zapf- und Zirkulationsbetrieb Planerseminar Exergieoptimierung

13 > Was ist zu tun: exergieoptimierte Kaskade Exergieoptimierte Kaskade bedeutet: Gerätetechnische Trennung der Erwärmungsaufgabe W-Geräte zur Trinkwassererwärmung Z-Geräte zur Zirkulationswasser-Erwärmung und TWW bei Volllast Niedrigste RL-Temperaturen durch getrennte Leitungsführung Bei Volllast RL des Z-Gerät durch FWE-Umschaltung auf Speicher unten Wn-Geräte Zn-Geräte W1 W2 W3 Z1 Die exergieoptimierte Kaskade erfüllt gleichermaßen zwei Anforderungen: hygienische Trinkwassererwärmung niedrigste Rücklauftemperatur für eine low exergy -Betriebsweise des Wärmeerzeugers Planerseminar Exergieoptimierung

14 Anzahl Duschen Anzahl Duschen > Wann welche Kaskade? Wo liegen die Unterschiede? W1 W2 W3 Z1 Standard-Kaskade: bei hohen Hygiene-Anforderungen wie Krankenhaus, Altenheime und geringen WW-Verbrauch. allgemein bei niedrigen Wasserverbrauch. alle Kaskaden rotieren im eingestellten Zyklus. wenn Speicher immer durchgeladen. wenn RL-Temperaturen nicht im Vordergrund steht. Exergie-optimierte-Kaskade: immer wenn kalte RL-Temperatur gefordert. bei Fernwärme-Nutzung. BHKW- und Solar-Anwendungen. Anzahl Duschen Heterogen Gauß Heterogen Gauß Heterogen Zeit 0:00 6:00 12:00 18:00 24:00Zeit Planerseminar Exergieoptimierung

15 > Fallbeispiel Fernwärme Primärseite Sekundärseite In der Fernwärme verschärft > Durch die TAB der Fernwärmeversorger > Einhaltung einer max. vorgegebenen RL-Temperatur Planerseminar Exergieoptimierung

16 > Exergie-optimierte Speicherbeladung: Rule Begriff Rule => Rücklauf unter Level Beispiel TAB ünchen: Die TAB-Heizwasser der Stadtwerke ünchen erheben in weiten Bereichen des Fernwärmenetzes folgende Anforderung an die Rücklauftemperatur: (primär) Daraus folgt: eine zeitweise Überschreitung des Grenzwertes der primärseitigen Rücklauftemperatur ist zulässig; Betriebszustände mit einer Rücklauftemperatur unter 40 C müssen zeitlich maximal ausgedehnt und einen möglichst großen Abstand zum Grenzwert schaffen. Planerseminar Exergieoptimierung

17 > Ex.-opt. Speicherladung Rule Typische Betriebszustände: > Trinkwassererwärmung (von 10 auf 60 C) Spitzenlast Bsp. 100 l/min Teillastbetrieb Bsp. 35 l/min > Schwachlast Rule-Lade Regelung > Zirkulationserwärmung (von 55 auf 60 C) => angepasste Betriebsweise des Ladekreises (Speicherlade-Pumpe) Planerseminar Exergieoptimierung

18 > Ex.-opt. Speicherladung Rule Im Spitzenlastbetrieb Trinkwassererwärmung von 10 auf 60 C, Spitzenlast mit 100 l/min Ladung erfolgt, obwohl noch kein Bedarf (Erkennung über V Zapf ) Ladekreis Volumenstrom < FWE-Kreis Speicher kann während Spitzenlast geladen werden bis T RL = max. 38 C erreicht Bei Spitzenlastzapfung fließt in kurzer Zeit ein großes Volumen von oberer Speicherzone in FWE-Kreis. Von FWE-Rücklauf fließt es abgekühlt auf 20 bis 30 C in unterste Speicherzone zurück. Ladekreis-Pumpe läuft mit maximal möglicher Leistung, über PW (0-10 V) geregelt. Es darf nicht mehr gefördert werden, wie Übergabestation (PWT) auf volle VL-Temperatur aufheizen kann. Planerseminar Exergieoptimierung

19 > Ex.-opt. Speicherladung Rule Ladung Trinkwassererwärmung von 10 auf 60 C, Schwachlast mit ca. 35 l/min oder FWE-Pumpe aus Speicher wird langsam bis T 3 geladen Start T 3 =36 C Stop T 3 =38 C (Grädigkeit PWT) => Ladevorgang wird max. ausgedehnt Sobald Speicher unten und damit RL-Temperatur unter Level abgekühlt ist, startet die Rücklauf-unter-Level (RULE) - Laderegelung mit geringstem Volumenstrom (Ladepumpen-Drehzahl n=ca. 5%) geregelt. Ladevorgang endet wenn T 3 (Rücklauf) wieder ansteigt Planerseminar Exergieoptimierung

20 > Ex.-opt. Speicherladung Rule Im Zirkulationslastbetrieb Ausgleich der Zirkulations-Verluste von 55 auf 60 C Zirkulationslast mit ca. 10 l/min oder Speicher wird schnell bis T 2 geladen oder über Zeitprofil T 1 + T Hysterese => Zirkulations-Ladevorgang wird minimal gehalten. Speichernachladung auch bei RL-Temperatur von 58 C FWE-Ventil schaltet auf Speicher-itte Hygiene vor Rücklauftemperatur Planerseminar Exergieoptimierung

21 > Rule Ladung Im zeitlichen Verlauf V [l/min] J [ C] n [%] Spitzenlast 100 l/min Volumenstrom- Ladekreis n-ladepumpe FW-t RL ittelwert 32 C T1 T1 T1 T1 T1 T1 T2 T2 T2 T2 T2 T2 T3 T3 T3 T3 T3 T3 Schwachlast 35 l/min Zirkulationslast 10 l/min RL-Fernwärme EIN Nachladung AUS Spitzenlast-Betrieb Schw.-Be. Rule-Betrieb Zirkulationslast-Betrieb Schwachlast-Betrieb EIN EIN EIN AUS AUS Planerseminar Exergieoptimierung

22 Die Exergiemaschine Was ist das? > Welche Lösung gibt es, wenn ca. 90 % Zirkulationsbetrieb? Die Exergiemaschine bewirkt eine Schichtung im Speicher (und stellt die Exergie wieder her) Dadurch wird die RL-Temperatur dauerhaft unter 40 C gehalten Der Zirkulationsbetrieb hat keinen Einfluss auf die RL-Temperatur Planerseminar

23 > Exergiemaschine Im Prüflabor Planerseminar

24 > Exergiemaschine essungen bei ca. 60 C im Speicher (durchgemischt) T7 T6 T 7 T 6 65 C 70 C T5 T3 T4 T 5 T 4 50 C 58 C Exergiemaschine T2 T 3 T1 T 2 T 1 20 C 35 C Planerseminar

25 > Exergiemaschine essungen bei ca. 55 C im Speicher (durchgemischt) T7 T6 T 7 T 6 T 5 65 C 70 C T5 T3 T4 T 4 T 3 50 C 58 C Exergiemaschine T2 T 2 T1 T 1 20 C 35 C Planerseminar

26 > Exergiemaschine essungen bei ca. 50 C im Speicher (durchgemischt) T7 T 7 T 6 65 C 70 C T6 T 5 T5 T3 T4 T 4 T 3 50 C 58 C Exergiemaschine T2 T 2 T 1 20 C 35 C T1 Planerseminar

27 > Exergiemaschine essungen bei ca. 45 C im Speicher (durchgemischt) T7 T 7 T 6 65 C 70 C T6 T 5 T5 T4 T 4 50 C 58 C Exergiemaschine T3 T2 T 3 T 2 T1 T 1 20 C 35 C Planerseminar

28 Spreizung [K] Temperatur [ C] > Exergiemaschine Vergleich der Speichertemperaturen Vergleich der Speichertemperaturen Versuchstemperatur [ C] Spreizung Obere Speichertemperatur T Untere Speichertemperatur T16 Temperatur Trinkwarmwasser T1 Planerseminar

29 Leistung [kw] Leistungszahl [1] > Exergiemaschine Leistungszahl COP Leistungszahl der Exergiemaschine 10, , ,7 5,8 7,9 7,5 6,8 5,1 5,2 5,3 5,8 4, ,8 1,7 1,6 1,4 1,3 1, Versuchstemperatur [ C] Wärmestrom Verflüssiger Wirkleistung Verdichter Leistungszahl Planerseminar

30 > Exergiemaschine Funktion Funktion Speicher 70 C 55 C Zirkulation zerstört die Schichtung im Pufferspeicher Exergie geht verloren! 40 C 55 C Planerseminar

31 > Exergiemaschine Funktion Exergie wird erzeugt 65 C Läuft solange, bis zu wenig Energie im Speicher ist 35 C Exergiemaschine Pel = 2 kw Qth= 10 kw Planerseminar

32 > Exergiemaschine Thermografie-Aufnahme 65 C 70 C Exergiemaschine 50 C 58 C 20 C 35 C Planerseminar

33 > Exergiemaschine Funktion Funktion im Gesamtsystem Grosse Wärmequelle Holz Öl, Gas Wärmepumpe Solar usw. Exergiemaschine Verbraucher Verbraucher Planerseminar

34 > Exergiemaschine Beispiel Beispiel Wärmepumpe Wie wirkt sich der Einsatz einer Exergiemaschine auf die grosse Wärmepumpe aus? Szenario: Ausgangslage ist eine Wärmepumpe, die einen Speicher für Warmwasserversorgung aufheizt. Der Vorlauf ist auf 65 Grad gefordert. Die aschine kann von tiefen Rücklauftemperaturen profitieren. Kondensatoreintritt WP ohne Exergiemaschine: 55 C Kondensatoreinheit WP mit Exergiemaschine: 30 C Planerseminar

35 > Exergiemaschine Beispiel Beispiel Wärmepumpe Speicher normal Speicher exergiebewirtschaftet Änderung Wärmeleistung kw kw +19.1% Stromaufnahme 29.7 kw el kw el % COP wärme % Daraus ist ersichtlich, dass eine markante Leistungssteigerung und damit auch eine Verkürzung der Laufzeit erfolgt. Dies ist nur möglich, wenn der Austritt nicht über eine Hochhaltung beeinflusst wird (Schichtladung). Planerseminar

36 > Exergiemaschine Gründe Wesentliche Gründe 1. Laufzeit der Wärmequelle (WP, Holz, usw.) Bei Wärmequellen wie Wärmepumpen, Kesselanlagen, usw., sind die häufigen Einschaltungen nicht förderlich für die Lebensdauer und der Effizienz. Zusätzlich benötigen solche Anlagen eine bestimmte Laufzeit, bis sie auf voller Leistung (COP) sind. 2. Kalte Rückläufe Diese wirken sich positiv aus bei verschiedenen Wärmequellen. Als Beispiel dient die Fernwärme, die dadurch effektiv kältere Rückläufe erhält. Das gleiche kann auch für thermische Solaranlagen oder bei Abwärmenutzung gesagt werden. Dies wirkt sich fast bei allen Wärmequellen positiv aus. Planerseminar

37 effiziente Systeme einen Schritt voraus durch exergieoptimierte Anlagen varmeco GmbH & Co. KG