Kombination von Solarthermie mit Wärmepumpen

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1 Kombination von Solarthermie mit Wärmepumpen ichel Haller Projektleiter Forschung SPF Institut für Solartechnik Hochschule für Technik HSR Rapperswil 1

2 80% nicht erneuerbar Gesamtenergiestatistik Schweiz % Haushalte 19.9% Industrie 15.9% Dienstleistungen 34.5% Verkehr Quelle: BFE & BFS 1.5% Stat. Differenz 2

3 Energiebedarf der Haushalte in der Schweiz ehr als 40% der Endenergie für Raumwärme und Warmwasser! Raumwärme & Warmwasser > 40% Quelle: BFE & BFS 3

4 Energiepotenzial Weltweit jährlich Totale Reserven Erdöl Welt-Energiebedarf Solar Wind Ozeane Biomasse Wasser Geothermie Erdgas Uran Kohle Nach: R. Perez &. Perez The World's Energy Reserves - A Fundamental Look SHC Solar Update April 2009, Energiemengen als Flächen Walter eier BlueTalk, 9. ai 2011 ichel Haller, SPF Research 4 4

5 Szenario 103 Jahre nur fossile Nutzung jährlich ungenutzt jährlich genutzt Erdöl Erdgas Solar Wind Ozeane Biomasse Wasser Geothermie Uran Kohle Nach: R. Perez &. Perez The World's Energy Reserves - A Fundamental Look SHC Solar Update April 2009, Energiemengen als Flächen Walter eier BlueTalk, 9. ai 2011 ichel Haller, SPF Research 5 5

6 ab Jahr 103 jährlich verfügbar Welt-Energiebedarf Solar Wind Ozeane Biomasse Wasser Geothermie Nach: R. Perez &. Perez The World's Energy Reserves - A Fundamental Look SHC Solar Update April 2009, Energiemengen als Flächen Walter eier BlueTalk, 9. ai 2011 ichel Haller, SPF Research 6 6

7 Kombination Wärmepumpe & Solar ass für energetische Effizienz ist das Verhältnis von Wärme- Lieferung [kwh] zu Stromverbrauch [kwh] über das ganze Jahr (Jahresarbeitszahl JAZ): Wärmepumpe: JAZ ca Solaranlage: JAZ ca Aber: 100% solare Heizung derzeit noch mit sehr hohen Kosten Verbunden Deshalb: 100% Solar durch den Sommer Teilsolar durch Frühling, Herbst und Winter, der Rest übernimmt die Wärmepumpe 7

8 Beispiel 100% solar beheiztes FH ehrfamilienhaus Jenni / Oberburg ( 8 Wohnungen 200 m 3 Speicher 270 m 2 Kollektorfläche Quelle: Jenni Energietechnik AG 8

9 Warmwasser mit Solarthermie und WP Warmwasser Speicher Wärmepumpe Luft Kollektoren Raumheizung Pumpe Kaltwasser Senkung des Strombedarfs für Warmwasser um 60% gegenüber WP alleine! 9

10 Solaranlage für WW und Heizung! Warmwasser Speicher Wärmepumpe Luft Einstrahlung Solaranlage Raumheizung 10

11 Solarwärme-Anlagen Kombi-System für Einfamilienhäuser (Warmwasser + Heizungsunterstützung) Wasservorwärmung im ehrfamilienhaus 11

12 Faustformeln für Anlagengrössen EFH Warmwasser Kombisystem Kollektorfläche m m 2 Ausrichtung und Neigung Ost bis West Südost bis Südwest Speichergrösse l l Solare Deckung % % Einsparung Öl (oder Äquivalent) l/a l/a 12

13 Feldmessungen einer EWJR-Anlage T Warmwasser Speicher Wärmepumpe V T T1 T2 T T V Luft T3 T Einstrahlung T Solaranlage T V T4 T5 T6 T V T Raumheizung 13

14 Eingesetzte Komponenten EWJR-Anlage Param eter Wert Einheit Wärmepumpe LEXETA Luft/Wasser, Kältemittel R404A Heizleistung A10/W /15.4 [kw] Heizleistung A2/W /11.4 [kw] Heizleistung A-7/W /9.3 [kw] COP A10/W35 4.9/5.0 [-] COP A2/W35 3.8/3.9 [-] COP A-7/W35 3.1/3.1 [-] Flachkollektoren Soltop Fläche (Brutto/Absorber) 16.8/15.0 [m 2 ] h 0 (Wirkungsgrad bei Umgebungstemperatur, bez. auf Absorberfläche) 0.8 [-] a 1 (linearer Verlustkoeffizient, bez. auf Absorberfläche) 3.7 [W/(Km 2 )] a 2 (quadratischer Verlustkoeffizient, bez. auf Absorberfläche) 0.0 [W/(K 2 m 2 )] Speicher Soltop Wasserinhalt 1.8 [m 3 ] 14

15 Feldmessungen EWJR WP-Solar Kombi-System (ärz 2010 bis Februar 2011) Beschreibung Abk. JAZ Wärmepumpe JAZ WP 3.5 JAZ Solaranlage JAZ Sol 77 JAZ ohne Speicher JAZ sys1 4.7 JAZ mit Speicher JAZ sys2 4.3 Kollektor-Ertrag Q coll,spec 422 kwh/m 2 a Feldmessungen aus Deutschland bei Wärmepumpen-Anlagen, Durchschnittswerte ohne Speicherverluste (iara et al. 2011): Luft-WP alleine für Raumheizung und Warmwasser im Schnitt: JAZ 2.9 Erdsonden-WP alleine für Raumheizung und Warmwasser im Schnitt: JAZ

16 Fazit - Das Potenzial erneuerbarer Energien reicht bei weitem, die Erschliessung ist eine reine Kostenfrage, oder eine Frage der Zeit... - Raumwärme und Warmwasser brauchen >40% des Endenergiebedarfs der Schweiz (Wärmebedarf ist grösser als der Strombedarf!) - Die Kombination von Solarwärme mit einer Wärmepumpe ist sinnvoll, weil die Jahresarbeitszahl des Systems beträchtlich steigt (Höhere Effizienz/ weniger Strombedarf für die Anlage) - Feldmessungen einer EWJR-Anlage Luft-WP & Solar ergaben mit JAZ sys = 4.3 / 4.7 (mit/ohne Speicherverluste) sehr gute Werte! 16

17 Besten Dank 17

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