denkstatt & enertec GmbH

Transkript

1 WKW-Workshop Headline denkstatt & enertec GmbH HEIZEN KÜHLEN LÜFTEN Dr. Thomas Ebner DENKSTATT & ENERTEC GMBH

2 Einleitendes Heizen Lüften Kühlen sind wesentliche Energieverbraucher im Gebäudebereich in Produktionsprozessen und somit auch wesentliche Kostenfaktoren in der Gebäudenutzung der produzierten Produkte 2

3 Status Quo und Trends am Beispiel Kühlung Bürogebäude: steigender Kälteleistungsbedarf durch moderne Architektur steigende Innenlasten (EDV etc.) etc. Spitäler: steigender Kälteleistungsbedarf durch medizinische Geräte (CT, MR, etc.) Trend zu Klimatisierung von Bettentrakten moderne Architektur im Spitalsbau etc. Produktion: steigender Kälteleistungsbedarf durch Kühlung und Tiefkühlung von Lebensmitteln (Stichworte: Convenience-food, Backwaren etc.) Trend zu High-Tech Produkten etc. 3

4 Thermodynamische Aufwärmübungen Trotz gerade derzeit immer wieder kursierender Perpetuum Mobile und Wundermaschinen, die am Markt angeboten werden, gelten die physikalischen und thermodynamischen Regeln uneingeschränkt. Das wird leider allzu oft vergessen! 4

5 Thermodynamische Aufwärmübungen 1. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK Energie = Arbeit Energie kann nicht vernichtet oder erzeugt, sondern nur umgewandelt werden. (Erhaltungssatz der Energie) In einem geschlossenen System ist die Summe der Energien konstant 5

6 Thermodynamische Aufwärmübungen 2. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK Wärme kann nur von einem höheren auf ein niedrigeres Temperaturniveau überströmen. Jede Form der Arbeit bzw. der Energie kann zu 100% in Wärmeenergie umgewandelt werden. Die Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit ist nicht vollständig möglich. Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel (nicht vollständig umkehrbar). 6

7 Energiefluss in einem Energiesystem 7

8 Optimierungsbereiche Grundsätzliche Optimierungsansätze 1. Bedarf optimieren Grundsätzlicher Energiebedarf Nutzungsverhalten beeinflussen Bedarfsorientierte Lüftung 2. Verluste minimieren Druckverluste vermindern (kinetisch) Wärmedämmen (thermisch) 3. Erzeugung optimieren Heizsystem (BW-Kessel, Biomasse, WP,..) Ventilatoren + Pumpen Kältemaschine Wärme-/Kälte-/Feuchte-Rückgewinnung 8

9 Zielerreichung und Verantwortlichkeit am Beispiel Gebäude Bedarf: (Gebäudephysik, Kühl- und Heizenergiebedarf) (Investor, Architekt) Verteilung: (TGA-Planer, Architekt, Investor) Erzeugung: (Gebäudephysik, Kühl- und Heizenergiebedarf) (Verfügbare Ressourcen, TGA-Planer, Architekt, Investor) 9

10 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit In der Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik wird mit Schlagworten geworben wie: effizient nachhaltig fortschrittliche Technologie umweltfreundlich. 10

11 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit Fragen: Was ist eigentlich effizient? Sind die angepriesenen Produkte wirklich effizienter als das bisher Verwendete? Ist eine effiziente Anlage umweltfreundlich? Ist mit der Anschaffung einer effizienten Anlage schon alles getan? 11

12 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit Einflussfaktoren auf die Anlageneffizienz am Beispiel Kälteanlage: Nutztemperatur Rückkühltemperatur Kältemittel Prozessführung Qualität der Apparate Betriebsweise, Regelung Etc. 12

13 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit Wie war das früher? - Verdichter: Linde L180 (NH3, BJ 1934) - Betrieb bei t0=-10 C, tc=25 C - Antriebsleistung Welle: 11,0 kw - Kälteleistung: 49,5 kw - EER: 4,5 13

14 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die schlechte Nachricht 1) 14

15 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die schlechte Nachricht 2) Viele Anlagen funktionieren derzeit nicht optimal Einige Gründe: Billigstbieterprinzip bei der Vergabe (Qualität kostet, rechnet sich aber über die Betriebsdauer) Kurze erlaubte Amortisationszeiten für effizienzsteigernde Konzepte Investor gibt (Betriebs)-Kosten an Nutzer weiter Schlechte Planungshonorare Mangelnde Fachkompetenz im Bereich Kältetechnik (Planer und Ausführende) Zeitdruck bei Errichtung (IBN, Probebetriebsphase) Kein effizientes laufendes Monitoring Etc., etc. 15

16 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Beispiele zur Steigerung der Effizienz: Gleitende Kaltwassertemperatur Minimierung Rückkühltemperatur Vermeidung von geringem Teillastbetrieb Kühlen ohne Kältemaschine Kombinierter Kältemaschinen/Wärmepumpenbetrieb Etc. 16

17 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) ,9 AirH2O 0,2 0,4 0,6 0,8 35 C Beispiel: Gleitende Kaltwassertemperatur ,875 0,85 m3/kg 20 C 25 C 30 C Auslegungskaltwassertemperatur: 6 C EER: 4 T [ C] ,825 0,8 10 C 15 C Gleitende Kaltwassertemperatur zwischen 6 und 12 C Pressure = 99,3 [kpa] -15 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 x [kg/kg] WIEN Gewichtete mittlere Kaltwassertemp.: 10 C EER: ca. 4,5 Energieeinsparung: ca % 60 Außenluftenthalpie [kj/kg] Stunden Enertec OEG 17

18 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) 18

19 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Vermeidung von niedrigem Teillastbetrieb Beispiel: Schraubenverdichter Fabr./Type: Sabroe SAB 151 LM (Kältemittel R507) to/tc 0/40 C Kälteleistung = 1 MW, bvh = h/a, Kel = 100 /MWel Partload 100% EER = 3,72 Stromkosten /a Partload 70% EER = 3,44 (Verschlechterung 7,5 %) Stromkosten /a Partload 40% EER = 2,88 (Verschlechterung 22,5%) Stromkosten /a Partload 25% EER = 2,24 (Verschlechterung 39,8%) Stromkosten /a Optimierungsmaßnahmen: Drehzahlregelung Bewusstes Schwanken der Netztemperatur Optimierte Stückelung der Kompressoren zur Vermeidung von Teillastbetrieb 19

20 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Kühlen ohne Kältemaschine: Freecooling im Winter Für Ganzjahreslasten meist sehr kurze Pay-back-time gleitende Kaltwassertemperatur zur Maximierung der FC- Betriebsstunden Kühlen mit Kühltürmen (ohne Kältemaschinen) Trend in Rechenzentren zu erlaubten höheren RZ-Temperaturen erlaubt ganzjährige Kühlung des RZ mit Kühltürmen Abkühlkaskade bei Produktionsprozessen (1. Abkühlschritt mit Kühltürmen) 20

21 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Heizen: Konventioneller Kessel eta < 1 (< 100%) Wie kann man den 2. Hauptsatz der Thermodymanik aushebeln 21

22 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Wärmepumpe: COP (d.h. Wirkungsgrad %) (Umgebungs)wärme bzw. sonst nicht nutzbare Wärme (Anergie) wird mittels zusätzlicher hochexergetischer Energie auf ein höheres (nutzbares) Temperaturniveau gebracht Wie kann man die Effizienz weiter steigern? 22

23 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit (die gute Nachricht) Kombinierter Kältemaschinen-/Wärmepumpenbetrieb: Gleichzeitiger Bedarf von Kälte und Wärme (möglichst vollständige Abnahme beider Energieformen) Kälte- oder wärmegeführter Betrieb Bsp. Effizienzsteigerung: Nur Kälte: EER = 4 Nur Wärme: COP = 5 Gleichzeitige vollständige Kälte und Wärmenutzung: ETA = 9 (=900%) Anm.: Gilt nur wenn das Rückkühlniveau zur Wärmenutzung nicht angehoben werden muss! 23

24 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit Resümee 1: Anlageneffizienz ist wesentlich von den Einsatzbedingungen und der Betriebsweise abhängig! Die effizienteste Anlagentechnik kann eine ungünstige Betriebsweise nicht kompensieren! Ein optimierter Anlagenbetrieb (z.b. niedrigst mögliches Rückkühltemperatur-niveau) bietet hohe Einsparpotenziale für Antriebsenergie und damit CO 2 -Emissionen (ohne relevanten Kostenaufwand). Hocheffiziente Maschinen sind nicht eine Erfindung unserer Tage, die gab es auch schon vor ca. 80 Jahren. 24

25 Trends: Effizienz und Nachhaltigkeit Resümee 2: Sind effiziente Maschinen ein Beitrag zum Umweltschutz? JA Der geringere Antriebsenergiebedarf führt zu geringeren CO 2 - Emissionen bei der Stromproduktion! Sind effiziente Maschinen ein Beitrag zum Umweltschutz? NEIN Jede neue (zusätzlich) errichtete Maschine (und sei sie noch so effizient) verursacht einen zusätzlichen Antriebsenergiebedarf und damit zusätzliche CO 2 -Emissionen bei der Stromproduktion! 25

26 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 26