Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie

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1 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie

2 Monovalentes Heizen mit VRF Technologie im Vergleich mit Gas- und ölbefeuerter Heizgeräte

3 Was bedeutet VRF? V ariabel R erfigerant F low

4 Energie Einsparung durch intelligente Kompressorsteuerung In welchen Regelbereichen regeln unsere Geräte? Von 20Hz bis zu max. 110Hz in 90 Schritten 110 Hz 90 Schritte kw

5 Welche Systeme gibt es? 1. Y-System Heizen oder Kühlen 2. R2-System Heizen und Kühlen Mit einem 2-Leiter System Beim R2 System ergeben sich besondere Einsparpotenziale durch die Möglichkeit Energiemengen intern innerhalb des Kältemittelsystem zu verschieben. Beispiel: Bürogebäude mit Serverraum 10kW Die 10kW Leistung aus dem Serverraum werden im Winter genutzt um mit der gewonnenen Wärmeenergie die umliegenden Büroräume zu beheizen. Diese Energie steht kostenlos zur Verfügung und muss vom Betreiber nicht bezahlt werden. Somit ergeben sich sehr geringe Betriebskosten für den Heizfall und COP die weit über 5 liegen!

6 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Die Akzeptanz Räume zu klimatisieren ist in den letzten Jahren gestiegen. Durch immer dichtere Gebäudehüllen, bessere Isolierung, große Fensterflächen und mehr Peripherie wie z.b Computer, Drucker, Scanner und Kopierer steigen die inneren Lasten so dass eine Klimatisierung notwendig wird. Kommt es allerdings zur Kostenschätzung wird oftmals festgestellt das die Investitionskosten zu hoch sind. Was passiert? In den meisten Fällen wird erst einmal an der Klimatisierung, sprich Kühlung der Räume gespart denn dies ist ja ein verzichtbarer Luxus. In diesen Fällen sollte eine Heizungsanlage in Form einer Luft- Luft Wärmepumpe angeboten werden die aufgrund ihrer Bauart auch noch kühlen kann.

7 Wann lohnt sich der Einsatz einer Luft- Luft Wärmepumpe? Der Einsatz einer so genannten Luft- Luft Wärmepumpe ist immer dann sinnvoll wenn mit diesen System auch gekühlt werden soll. In Neubauten oder in Gebäuden die über veralterte Heiztechnik verfügen kann ein solches System angeboten werden. Entscheidend hierbei ist neben der geringen Betriebskosten der Faktor Klimatisierung im Sommer den diese Anlagen ohne zusätzlichen Investitionskosten als Abfall Produkt gleich mit liefern.

8 Welche Kriterien sind ausschlaggebend für den Einsatz einer Luft-Luft Wärmepumpe in kommerziell genutzten Gebäuden? Betriebskosten müssen unterhalb der Kosten für herkömmliche System wie Öl- oder Gasbeheizte Gebäude liegen. Grundlage hierzu sind hohe COP s (Coefficient of Performance) Investitionskosten müssen entweder niedriger, gleich hoch oder wenn sie höher liegen in einem absehbaren Zeitraum (2-3Jahren) durch geringere Betriebskosten armotisiert werden können.

9 Wie ist die Entwicklung der Luft-Luft Wärmepumpe in den letzten Jahren vorangeschritten? Die Energieeffizienz einer Luft- Luft Wärmepumpe im Heiz- und im Kühlbetrieb ist in den letzten 7 Jahren enorm gestiegen. Im unteren Diagramm sieht man die Entwicklung einer Anlage von Mitsubishi Electric mit einer Leistung von Kühlen/Heizen 28/31,5 kw Entwicklung COP ,50 4,13 COP 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 2,33 2,74 3,10 3,15 2,58 2,59 3,52 3,28 3,63 Kühlen Heizen 1,50 1,00 0,50 0,00 YMF YMF-B YMF-C YEMA YGM-A Gerätegeneration

10 Notwendige Investitionen eines Bürogebäudes für den Heiz- und Kühlfall Welche Investitionskosten fallen normalerweise an? Heizen Gas: Gasanschluss Gasuhr Gas Brenner Speicher Schornstein Heizkörper Heizkörper Regelventile Pumpe Rohrleitung Kühlen Zuleitung Strom Klimaerzeuger Außen Innengeräte Fernbedienungen Heizen Öl: Befüllungsleitung Öltank Öl Brenner Speicher Schornstein Heizkörper Heizkörper Regelventile Pumpe Rohrleitung Kühlen Zuleitung Strom Klimaerzeuger Außen Innengeräte Fernbedienungen Heizen Luft-Luft Wärmepumpe: Zuleitung Strom Klimaerzeuger Außen Innengeräte Fernbedienungen Rohrleitung Kühlen Zuleitung Strom Klimaerzeuger Außen Innengeräte Fernbedienungen

11 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Heizen mit Strom? Folgende Argumente werden immer wieder vorgebracht wenn Das Thema Stromwärmepumpen angesprochen wird: Heizen mit Strom ist zu teuer Bei tiefen Außentemperaturen unter -15 C steht nicht genügend Heizleistung zur Verfügung Sehr schlechter Wirkungsgrad (COP) bei tiefen Außentemperaturen

12 Diese Argumente sollen nun nachfolgend widerlegt werden

13 Heizen mit Strom ist zu teuer

14 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Heizen mit Strom ist zu teuer Mit welchen Energiekosten müssen wir zur Zeit rechnen? Durch ständig steigende Energiepreise ist es schwierig eine Zukunftsprognose abzugeben welcher Energieträger auf mittlerer- oder langer Sicht der günstigste ist. Aus diesem Grunde lohnt sich erst einmal ein Blick zurück in die Entwicklung der Energiekosten von

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16 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Folgende Energiekosten werden für die nachfolgenden Berechnungen herangezogen

17 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Gas Preis: 4,93ct/kWh

18 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie 60,2 /100l Heizwert:10kWh/1L =Ölpreis: 6,02ct/kWh

19 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Strompreis: 14.41ct/kWh

20 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Heizen mit Strom ist zu teuer Heizkosten pro kwh mit Gas 0,049 Durchschnittlicher Wirkungsgrad Gas: 0,85 tatsächlicher Gaspreis pro kwh 0,058 Heizkosten pro kwh mit Öl 0,06 Durchschnittlicher Wirkungsgrad Öl: 0,80 tatsächlicher Ölpreis pro kwh 0,075 Heizkosten pro kwh mit Strom 0,14 Wirkungsgrad WP bei +7 C AT: 4,13 tatsächlicher Strompreis pro kwh 0,033 Heizkosten pro kwh mit Strom 0,14 Wirkungsgrad WP im Jahresdurchschnitt 3,72 tatsächlicher Strompreis pro kwh 0,037 Gas=1.76 Öl=2.27 WP (theoretisch)=1 WP (real)=1.12

21 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Sehr schlechter Wirkungsgrad (COP) bei tiefen Außentemperaturen Stundenhäufigkeit in Abhängigkeit der Außentemperatur nach DIN 4710 Beispiel Berlin Tempelhof Außentemp. Stunden/a Heizleistung Leistungsaufnahme COP Stunden/a * COP C 1105,5h 31,50kW 7,54kW 4, ,47 9 C 983,3h 31,50kW 7,54kW 4, ,95 6 C 983,4h 31,50kW 7,54kW 4, ,37 3 C 1046,9h 26,80kW 7,53kW 3, ,07 0 C 1031,8h 24,44kW 7,53kW 3, ,9-2 C 628,7h 24,34kW 7,40kW 3, ,91-5 C 331,2h 24,07kW 7,10kW 3, ,81-8 C 166,5h 22,57kW 6,92kW 3,26 543,05-11 C 72,4h 20,43kW 6,73kW 3,04 219,78-15 C 35,6h 18,54kW 6,64kW 2,80 99,85-24 C 13,9h 14,50kW 6,30kW 2,30 31,99 Gesamt 6399,3h 23807,16 Durchschnittlicher COP 23807, ,3 = 3,72

22 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Heizen mit Strom ist zu teuer Beispielrechnung einer Wärmepumpenanlage im Monovalenten Betrieb Außengerät Mitsubishi Electric, Typ: PUHY-P250YGM-A Strom WP Heizleistung: 31,5kW Elektrische Anschlussleistung: 7,62kW COP 4, Vollbetriebsstunden Stromkosten: 0,14 /kwh Betriebskosten/a: 1.814

23 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Gas Öl Heizleistung: 31,5kW Heizleistung: 31,5kW 1700 Vollbetriebsstunden Gaskosten: 0,049 /kwh Wirkungsgrad Heizung 85% Bereinigter Gaspreis 0,058 /kwh Betriebskosten: Strom Heizleistung: 1700 Vollbetriebsstunden Ölkosten: 0,06 /kwh Wirkungsgrad Heizung 80% Bereinigter Ölpreis 0,075 /kwh Betriebskosten: ,5kW Gas=1, Elektrische Anschlussleistung: 7,62kW COP 4, Vollbetriebsstunden Stromkosten: 0,14 /kwh Betriebskosten: WP=1 Öl=2,

24 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Gas Öl Heizleistung: 31,5kW Heizleistung: 31,5kW 1700 Vollbetriebsstunden Gaskosten: 0,049 /kwh Wirkungsgrad Heizung 85% Bereinigter Gaspreis 0,058 /kwh Betriebskosten: Strom Heizleistung: 1700 Vollbetriebsstunden Ölkosten: 0,06 /kwh Wirkungsgrad Heizung 80% Bereinigter Ölpreis 0,075 /kwh Betriebskosten: ,5kW Gas=1, Elektrische Anschlussleistung: 8,46kW COP 3, Vollbetriebsstunden Stromkosten: 0,14 /kwh Betriebskosten: WP=1 Öl=1,

25 2. Bei tiefen Außentemperaturen steht nicht genügend Heizleistung zur Verfügung

26 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Bei tiefen Außentemperaturen steht nicht genügend Heizleistung zur Verfügung Für eine Ermittlung des Wärmebedarfs wird von Planungsbüros ein Wert von 40 W/m² angenommen. Für den Kühlbedarf wird in der Regel überschlägig mit 60 W/m² gerechnet. Ein Außengerät PUHY-P250 YGM-A hat eine Heizleistung von 31,5 kw und eine Kühlleistung von 28,0 kw. Daraus ergibt sich ein Faktor Heizleistung / Kühlleistung = 1,13 Somit ist die rechnerische Heizleistung der Anlage 60W/m² x 1,13 =67,8 W/m² Bei einer Außentemperatur von -15 C beträgt die Heizleistung noch 59% also 40,0 W/m²

27 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Bei tiefen Außentemperaturen steht nicht genügend Heizleistung zur Verfügung Beispiel: Ausgelegt wird die Anlage nach der Kühlleistung Bürofläche: 450m² Erforderliche Kühlleistung: 60W/m² Erforderliche Heizleistung: 40W/m² 60W x 450m² = 27,0kW 40W x 450m² =18,0kW (bei 20 C RT) Außengerät: PUHY-P250YGM-A Kühlleistung: 28.0kW bei 35 C Außentemperatur Heizleistung: 31.5kW bei +7 C Außentemperatur Heizleistung: 18.54kW bei -15 C Außentemperatur (bei 20 C RT)

28 3. Sehr schlechter Wirkungsgrad (COP) bei tiefen Außentemperaturen

29 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Sehr schlechter Wirkungsgrad (COP) bei tiefen Außentemperaturen Stundenhäufigkeit in Abhängigkeit der Außentemperatur nach DIN 4710 Beispiel Berlin Tempelhof Außentemp. Stunden/a Heizleistung Leistungsaufnahme COP Stunden/a * COP C 1105,5h 31,50kW 7,54kW 4, ,47 9 C 983,3h 31,50kW 7,54kW 4, ,95 6 C 983,4h 31,50kW 7,54kW 4, ,37 3 C 1046,9h 26,80kW 7,53kW 3, ,07 0 C 1031,8h 24,44kW 7,53kW 3, ,9-2 C 628,7h 24,34kW 7,40kW 3, ,91-5 C 331,2h 24,07kW 7,10kW 3, ,81-8 C 166,5h 22,57kW 6,92kW 3,26 543,05-11 C 72,4h 20,43kW 6,73kW 3,04 219,78-15 C 35,6h 18,54kW 6,64kW 2,80 99,85-24 C 13,9h 14,50kW 6,30kW 2,30 31,99 Gesamt 6399,3h 23807,16 Durchschnittlicher COP 23807, ,3 = 3,72

30 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Sehr schlechter Wirkungsgrad (COP) bei tiefen Außentemperaturen Gas Öl Heizleistung: 18.0kW Heizleistung: 18.0kW 36 Vollbetriebsstunden Gaskosten: 0,049 /kwh Wirkungsgrad Heizung 85% Bereinigter Gaspreis 0,058 /kwh Gesamtkosten: 37,6 36 Vollbetriebsstunden Ölkosten: 0,06 /kwh Wirkungsgrad Heizung 80% Bereinigter Ölpreis 0,075 /kwh Gesamtkosten: 48.6 Strom Heizleistung: 18.0kW Gas=1,12 Elektrische Anschlussleistung: 6,61kW COP 2,72 36 Vollbetriebsstunden Stromkosten: 0,14 /kwh Gesamtkosten: 33,3 Öl=1,45

31 Aktiver Umweltschutz mit dem Einsatz einer modernen Wärmepumpe

32 Rationeller Energieeinsatz in Bürogebäuden Mit VRF - Technologie Spezifischer Emissionsausstoß der einzelnen Energieträger Öl, Gas und Strom 1 Emissionsausstoß bei einer Heizleistung von 31,5kW und 1700 Vollbetriebsstunden spezifische Emissionen in kg/kwh Co2 Emissionen pro Jahr 0,4 21 ÖL kg/kwh 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ÖL Gas WP Energ ieträ ger CO 2 Ausstoß in t Gas Energi eträger 1 WP 1 Gesamtausstoß an CO2 aus der Prozesskette Wärme frei Verbraucher und Strom-MIX für Deutschland errechnet nach VDEW (Verein Deutscher Werke), GEMIS (Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme) und FAM (Forschungsverbund Agrarökosysteme München ) Spezifische Emissionen pro kw Nutzwärme ÖL 0,364 kg/kwh Gas 0,224 kg/kwh WP 0,163 kg/kwh

33 Welche Förderungen gibt es für Strom Wärmepumpen? In erster Linie spielen die EVU s eine wichtige Rolle wenn es um Fördermittel geht. Unter der Internet Seite können alle aktuellen Förderprogramme entsprechend der Region abgefragt werden. Anzahl der Förderprogramme Bund 30 Bundesländer 263 Kreise/Städte/Gemeinden 3121 Energieversorger 1061

34 Gibt es Fördermaßnahmen für Strom Wärmepumpen?

35 Welche Förderungen gibt es? Die Art der Förderung ist regional durch die EVU s unterschiedlich. Grundsätzlich gibt es folgende unterschiedliche Förderungen: Zuschuss Arten: - pro Anlage - pro kw Anschlussleistung - pro kw Heizleistung - zinsverbilligte Darlehen - Strombezugsgutschriften - spezielle Strom Sondertarife

36 Welche Förderungen gibt es? Welche Anforderungen werden an die installierten Wärmepumpen gestellt? Rund ein Fünftel der Förderprogramme sind an Mindestarbeitszahlen bzw. Leistungszahlen von Wärmepumpen gekoppelt. Sie liegen abhängig von der Art der Wärmepumpe zwischen 3,18 und 4,2

37 Welche Förderungen gibt es? Bund, Länder und Gemeinden bieten auch Förderprogramme an. Diese werden meist über die KFW Bank finanziert. Eines diese Programme ist das KFW CO2 Sanierungsprogramm

38 Projekt Nr. 1 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin

39 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Für den Ausbau einer Ladenpassage im Zwischengeschoss des U-Bahnhofes Fehrbelliner Platz in Berlin, wurden, unter anderem, für die entstehenden Läden und Nebenräume RLT- und Klimatechnik benötigt.

40 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Ursprünglich wurde in den einzelnen Ladenlokalen Nachtspeicheröfen eingesetzt. Hiermit konnten jedoch nicht die gewünschten Temperaturen erzielt werden. Die Folge war, dass im Sommer häufig Krankenwagen vor dem Eingang standen, da durch fehlende Klimatisierung, der Kreislauf der Mitarbeiter den extrem hohen Temperaturen sowie der schlechten und feuchten Luft nicht standhielt und im Winter herrschten ab ca. 11:00 Uhr sehr niedrige Temperaturen und somit inakzeptable Arbeitsbedingungen.

41 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin In allen Läden kamen Deckenkassetten zum Einsatz. Vorhandene Nebenräume wurden über Tellerventil, welches welches durch ein flexibles, wärmeisoliertes Rohr an die Inneneinheiten angeschlossen ist, klimatisiert. ca % des Gesamt- Luftvolumenstromes Ausblas der konditionierten Luft über ein Tellerventil

42 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Die Außengeräte wurden im U-Bahnschacht montiert. Hier wurden diese über eine Filteranlage mit Frischluft versorgt. Die Filteranlage wurde notwendig, da durch den Bremsbelagabrieb eine übermäßige Verschmutzung der Wärmetauscher zu erwarten war. Weiterhin soll hierbei das Eintragen der wärmebelasteten Abluft, durch einfahrende U-Bahnzüge, auf den Bahnsteig verhindert werden.

43 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin CMB-P108 V-E PURY-P250YMF-B PLFY-P40 VKM 4,7 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw PLFY-P100 VKM 11, 6 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw CMB-P108 V-E PURY-P250YMF-B PLFY-P40 VKM 4,7 kw PLFY-P32 VKMPLFY-P20 VLMDPLFY-P63 VKM 3,7 kw 2,3 kw 7,3 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw PLFY-P32 VKM PLFY-P40 VKM 3,7 kw 4,7 kw CMB-P108 V-E PURY-P250YMF-B PLFY-P20 VLMDPLFY-P20 VLMD 2,3 kw 2,3 kw PLFY-P50 VKM 5,8 kw PLFY-P20 VLMD 2,3 kw PLFY-P20 VLMDPLFY-P40 VKM 2,3 kw 4,7 kw PLFY-P32 VKM 3,7 kw PLFY-P20 VLMD 2,3 kw

44 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Die Arbeitszahl einer PURY-P250 YMF-B bei 100 % wurde berechnet aus Nennheizleistung und elektrischer Leistungsaufnahme in Abhängigkeit der Außentemperatur sowie der Außentemperaturhäufung. Ermittlung der durc hschnittlichen Leis tungs zahl (LZ) in Abhängigkeit der Auß entemperaturhäufigkeit Heizen Stundenhäufigkeit der Auß entemperaturen nach DIN 4710 Bsp.: Berlin Tempelhof 1 Tatsächliche Auß entemp. h/a Heizleistung 2, 3 Leistungsaufnahme 3 LZ h/a x LZ ,5 32,54 8,76 3, ,41 > 9 983,3 32,54 9,33 3, ,72 > 6 983,4 32,54 10,50 3, ,54 > ,9 32,54 11,56 2, ,79 > ,8 31,66 11,91 2, ,59 > ,7 30,08 11,53 2, ,91 > ,2 28,49 11,16 2,55 844,56 > ,5 26,91 10,81 2,49 414,59 > ,4 25,32 10,49 2,41 174,48 > ,6 23,74 10,18 2,33 82,95 > ,9 19,76 9,40 2,1 29,19 Summe 6.399, , , ,2 = 3,04 1 aus Kälte-Wärme-Klima, Taschenbuc h 2000, S bei Innentemperatur 21 C DB 3 aus CITY-MULTI-Data Book 5/98

45 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Für einen Vergleich der Betriebskosten wurden die installierten Werte als Verbrauchswerte festgelegt. Die Gesamtheizleistung 97 kw. Für eine Heizsaison wurden Vollbetriebsstunden angenommen. Alle Kostenangaben der Verbrauchsstoffe Öl, Erdgas und Strom sind Stand März 2002.

46 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Betriebskostenvergleich Öl - WP Beispiel: Wärmebedarf: Vollbetriebstunden pro Heizs aison: Jahresverbrauch: U-Bahnhof, Berlin ,00 W 1.700,00 h ,00 k Wh Ölheizung Erdgas Wärmepumpe durchs chnittl. Nutz ungs grad Öl 0,80 Durchschnittl. LZ (Tab.2) 3,04 Heizwert 10,00 k Wh/l Ölverbrauch ,50 l Stromverbrauc h ,42 kwh Ölpreis 0,28 /l Arbeitspreis 3,12 Cent/kWh Strompreis 7,67 Cent/kWh Ölkosten p.a ,50 /a Gask osten 5.144,88 /a Stromkosten 4.160,47 /a Abgastes t Schornsteinfeger 150,00 /a 100,00 /a Grundpreis 240,00 /a Zähler 51,72 /a Kos ten p.a ,50 /a Kos ten p.a ,88 /a Kos ten p.a ,19 /a Vergleic h WP=1 1,43 1,28 1,00 Preise ohne MwSt, incl. Ökosteuer Ölpreis: DEA Heizöl EL, bei Abnahmemenge l, Stand März 2002 Arbeitspreis Gas: Sondervertrag Produktion (DREWAG Dresden), ab Jahresverbrauch von kwh, Stand März 2002 Strompreis : Sondertarif für Wärmepumpen (BEWAG Berlin), Stand März 2002

47 Projekt U-Bahnhof Fehrlbelliner Platz, Berlin Betriebskostenvergleich ,04 0,6 /l ,058 /kwh 9564, , ,42kWh 0,14 /kwh ,65 1,28 Betriebskosten , , , ,19

48 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit