Carsten Hindenburg (Inhaber Hindenburg Consulting) Vortragsreihe Energieeffizienz der IHK Rheinland-Pfalz und EOR

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1 Carsten Hindenburg (Inhaber Hindenburg Consulting) Vortragsreihe Energieeffizienz der IHK Rheinland-Pfalz und EOR Trier, 15. Juni 2011

2 Carsten Hindenburg

3 Carsten Hindenburg

4 Klimaschutzziele der Bundesregierung Minimalziel bis 2020 Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 30 % (147 Mio. t) im Vergleich zu 2005 Ökologische Notwendigkeit Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 40 % (270 Mio. t) im Vergleich zu 2005 Quelle: FGK Status-Report 10

5 Potenziale für WRG und regenerative Energien in der Klimatechnik Wärmerückgewinnung Nichtwohngebäude Wohngebäude CO 2 Reduktion / Jahr 5,85 Mio. t 6,43 Mio. t Klimatisierung Solare Klimasysteme Geothermische Klimasysteme Indirekte Verdunstungskühlung Freie Kühlung über Wassersysteme Summe 0,4..0,6 Mio. t 0,74 Mio. t 0,3 Mio. t 0,25 Mio. t ca. 14 Mio. t Quelle: FGK Status-Report 10

6 Definition Definition Klimatisierung: Konditionierung der Raumluft hinsichtlich Temperatur, Feuchte, Luftgeschwindigkeit und Raumluftqualität gemäß den Komfortanforderungen

7 Integrales Herangehen Verschiedene Teilsysteme integrale Planung sehr, sehr wichtig!! Regelung sehr wichtig!! Wärmeerzeugung Gaskessel Pufferspeicher Kaltwassersatz Kälteerzeugung Zuluft Aussenluft Gebäude Abluft Klimaanlage Fortluft

8 Prinzip der Wärmerückgewinnung warme Abluft und kalte Außenluft treten in den Wärmeübertrager ein Abgabe der Wärme von der Abluft an die Außenluft abgekühlte Abluft tritt als Fortluft aus dem Gebäude aus vorgewärmte Außenluft tritt als Zuluft in das Gebäude ein

9 Prinzip der Wärmerückgewinnung 4 unterschiedliche Verfahren rekuperatives Verfahren Übertragung von Wärme über feste Austauschflächen regeneratives Verfahren Übertragung von Wärme und Feuchte über Speichermassen Kreislaufverbundsystem Übertragung von Wärme durch Wärmeträger Wärmepumpenverfahren Übertragung von Wärme durch ein Kältemittel

10 Wärmerückgewinnung rekuperative Wärmeübertrager Plattenwärmeübertrager Gleichstrom Gegenstrom Kreuzstrom regenerative Wärmeübertrager Rotationswärmeübertrager langsam rotierende Speichermasse (5..15 U/min) aus einer Aluminium- oder Kunststofffolie oder Keramik Speicherplattenwärmeübertrager Quelle: Klingenburg GmbH

11 Wärmerückgewinnung regenerative/rekuperative Wärmeübertrager Sensible Wärmeübertragung über Austauschflächen Energietransport durch einen flüssigen/gasförmigen Mediumstrom Kreislaufverbundsystem (KSV) Transport der abgegebenen Abluftwärme durch Wärmeträger (Sole, Wasser/Glykollösung) örtliche Trennung von Außenluft- und Abluftkanal möglich Wärmerohr (heat pipe) waagerechter und senkrechter Einbau möglich

12 Wärmerückgewinnung Wärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe Wärmepumpe = Kompressionkältemaschine zu Heizzwecken Es darf kein Kältemittel in die Luftkanäle gelangen Lohnt sich meist nur, wenn sie im Sommer auch zur Kühlung eingesetzt wird

13 Wärmerückgewinnung Quelle: Menerga GmbH

14 Wärmerückgewinnung Quelle: Menerga GmbH

15 Funktionsprinzip: Lüftungsgerätes mit regenerativem Speicherplattenregenerator Quelle: Menerga GmbH

16 Regeneratives Wärmeübertragungssystem für Industrie und Gewerbe Quelle: Menerga GmbH

17 Flächenkühlung: Bauteilintegriert geringer Platzbedarf Wasser 16 C-20 C Geringer Hilfsenergiebedarf Integrierbar in verschiedene Versorgungssysteme Nachrüstung z.b. mit Kapillarrohrmatten möglich Keine Be- oder Entfeuchtung möglich Eingeschränkte Leistung (Fläche, Taupunkt) Regelung bei Betonkerntemperierung nicht trivial Kälteerzeuger (Kaltwasser) WRG? Abwärmenutzung (z.b. EDV) Wärmeverschiebung Freie Rückkühlung Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

18 Flächenkühlung: Bauteilintegriert Quelle: uponor Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

19 Flächenkühlung: Kühldecke, Kühlsegel Wasser 16 C-20 C geringer Platzbedarf Geringer Hilfsenergiebedarf Integrierbar in verschiedene Versorgungssysteme Gute Regelbarkeit Keine Be- oder Entfeuchtung möglich Eingeschränkte Leistung (Fläche, Taupunkt) Kälteerzeuger (Kaltwasser) WRG? Abwärmenutzung (z.b. EDV) Wärmeverschiebung Freie Rückkühlung Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

20 Flächenkühlung: Kühldecke, Kühlsegel KfW-Bank Frankfurt/Main Arch. RKW, Düsseldorf Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

21 Luftkühlung/Luftentfeuchtung: zentral Abluft Außenluft Zuluft Fortluft Wasser 6 C-18 C Integrierbar in verschiedene Versorgungssysteme Hohe Kühlleistungen möglich Gute Regelbarkeit Geregelte Entfeuchtung möglich Platzbedarf (Gerät + Kanäle) Kälteerzeuger (Kaltwasser) u.u. hoher Hilfsenergiebedarf Evtl. Geräuschentwicklung / Zugerscheinungen Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

22 Luftkühlung/Luftentfeuchtung: zentral Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

23 Luftkühlung/Luftentfeuchtung: zentral Erdreichwärmetauscher Neben bzw. Unter dem Gebäude muss ausreichend Fläche zur Verfügung stehen Spezifische Oberfläche: ca. 0,1-0,2 m2/(m3/h) Strömungsgeschwindigkeit ca. 2 m/s Zum Schutz der Leistungsfähigkeit Außenluftbypass / intermittierenden Betrieb vorsehen Keine geregelte Entfeuchtung Fraunhofer ISE, Freiburg Spezifische mittlere Kühlleistung: ca. 4 6 W/m2 Passivhaus Lamparter, Weilheim Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

24 Temperaturabsenkung Quelle: Menerga GmbH

25 Verdunstungskühlung Quelle: Menerga GmbH

26 Verdunstungskühlung Quelle: Menerga GmbH

27 Verdunstungskühlsysteme Quelle: Menerga GmbH

28 Lüftungssysteme mit rekuperativer WRG und Verdunstungskühlung Vorteile große Kühlleistung ΔT von mehr als 10 K Δx mit integrierter Kälteanlage geringe Investitions- und Betriebskosten Reduzierung der el. Anschlussleistung Zumeist keine Wasseraufbereitung vorrangige Nutzung der Verdunstungskühlung geringer Installationsaufwand keine Kaltwasserverrohrung wartungsarm geringe Verunreinigung des Wärmeübertragers Quelle: Menerga GmbH

29 Luftkühlung/Luftentfeuchtung: zentral Abluft Zuluft Entfeuchtung / Kühlung über offenen Prozess Außenluft Fortluft Quelle: C.Neumann, Energieagentur Regio Freiburg

30 WRG in innovativen Klimaprozessen Sorptionsklimasysteme Entfeuchtung der Luft über feste oder flüssige Sorptionsmaterialien Kühlung der Luft durch Verdunstung von Wasser Klimatisierung ohne externe Kältemaschine bei Kopplung von Entfeuchtung, Wärmerückgewinnung und Befeuchtern Quelle: Menerga GmbH

31 Energieeffiziente Klimatisierung H-x-Diagram % 40 50% Cooling power with chiller 30 Cooling power with Desiccant 70% 1 100% reheating 10 cooling and dehumidification by condensation of humidity absolute humidity [g/kg] 20 25

32 Referenz - Solare SGK mit Flüssigsorption Frachtkantine Flughafen München Solare Klimatisierung Frachtkantine des Flughafen München Flüssigsorption von Fa. Menerga m3/h Nennvolumenstrom 65 kw Nennkälteleistung 75 m2 Flachkollektor, Flachdach 3 m3 Pufferspeicher Antriebstemperatur C Entfeuchtung ohne Wärmezufuhr für 2 Stunden ohne Solespeicher Mit Notkühlung Hygien. Brauchwassererwärmung Backup: Fernwärme Inbetriebnahme Ende Februar 2009 Konzeption, Planung, Regelung: Hindenburg Consulting Bildquellen: Flughafen München, Hindenburg Consulting

33 Referenz - Solare SGK und Adsorptionskälte Bürogebäude Heidelberg Neubau Verwaltungsgebäude der Sparkasse Heidelberg Flüssigsorption: m3/h 8 kw Adsorptionkältemaschine Thermische Solaranlage 95 m2 Flachkollektor, 4 m3 Puffer Antriebstemperatur C Backup: Fernwärme, Kompressionskälte Kühlung, Entfeuchtung über Klimaanlage und 3D - Lüftungsnetz des Bürogebäudes Kühldecken Inbetriebnahme Ende 2010 Beratung Gebäude + Verschattung: Hindenburg Consulting Konzeption, Simulation, Planung HLK, Regelung, Gebäudeautomation: Hindenburg Consulting 3D Visulisierung Neubau Bürogebäude der Sparkasse Heidelberg

34 Einsparpotential im Freizeitbad Quelle: Menerga GmbH

35 Anwendungsbeispiel Industrie Vorher: Ein Medium m=1432 kg/h wird um 30 K abgekühlt. Kälteleistung der Kältemaschine: 50 kw Nachher: Ein anderes Medium kann zur Vorkühlung verwendet werden. Kälteleistung durch Wärmeübertrager =80%: 40 kw Kälteleistung der Kältemaschine: nur noch 10 kw

36 Mit finanzieller Unterstützung aus dem Innovationsfonds Klima- und Wasserschutz der badenova AG & Co. KG

37 Wärmerückgewinnung in Industrie Oft reine Zuluftanlagen Mit WRG riesiges Potential bei niedrigere Investitionskosten Analyse von Gesamtsystem Oft in WRG zwischen 2 Strömen einfach möglich Mit WRG deutliche Reduktion von Heiz- oder Kühlleistung möglich über den Tellerand der Aufgabenstellung schauen Kunde gesamtheitlich beraten, nicht nur Kühlen/Heizen

38 Wärmerückgewinnung Zusammenfassung Geringere Heizleistung durch Vorerwärmung der Außenluft Niedrigere Investitionskosten Geringerer Heizenergieverbrauch Niedrigere Betriebskosten Geringere Kälteleistung durch Vorkühlung der Außenluft / Prozessstrom Niedrigere Investitionskosten (kleinere Kältemaschine, Kühlturm) Geringerer Kälteenergieverbrauch Niedrigere Betriebskosten Wärmerückgewinnung in RLT und Industrie ist effektiv und kostengünstig und kann viel zu CO2 Vermeidung beitragen Optimale Ergebnisse: Integrale Planung + Verlassen des Tellerrands

39 Kälterückgewinnung ganz einfach Vielen Dank Thank you very much

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