Abwärmenutzung zur Gebäudeheizung Das Heben ungenutzter Energiepotentiale

Transkript

1 Dipl.-Ing (TU) Alexander Knirsch Jürgen Schäfer, Shure Europe GmbH Architektur: Büro Mucha, Ludwigsburg Markus Mucha, Oliver Sint TGA Planung: IB Bunse, Heilbronn Abwärmenutzung zur Gebäudeheizung Das Heben ungenutzter Energiepotentiale Shure Europe GmbH, Eppingen Verwaltungsgebäude mit Lagerhalle (4958 m²) Bauteilaktivierung, Heiz- Kühldecke, Lüftungsanlage mit WRG (6500 m³/h), effiziente Beleuchtung, Wärmepumpe mit Erdsonden (24 Stück a 85m)

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8 Mulitfunktionsraum

9 Dachterasse Tonstudio Schallgedämmter Raum Besprechungsraum

10 Atrium

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12 Haben wir nicht ein Energie-Nutzungs-Problem statt eines Energieproblems?

13 Was ist eine kwh!! Jogger mit 10 km/h 200 W Man muss 5 h laufen um 1 kwh zu erzeugen / verbrauchen!

14 In Deutschland werden ca. 11 TWh = kwh Strom pro Jahr für EDV benötigt (ca. 2% des Gesamtstrombedarfs) 1 kw Dauerleistung (EDV, Elektroräume, etc.) erzeugt 8760 kwh pro Jahr an Abwärme

15 in den Wintermonaten (Nov. bis Feb.=Heizperiode) sind das immerhin noch 3000 kwh verfügbare/nutzbare Abwärme. Die Abwärme innerhalb heutiger Gebäude nach EnEV 2014 / 2016 gebaut ist ausreichend um bis zu 80% des Wärmebedarfs bereitzustellen!!

16 In Gebäuden, nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) geplant, besteht nur noch ein geringer Heizwärmebedarf (< 40 kwh/m²a) sondern vielmehr ein Kühlbedarf insbesondere im Winter!! Meist wird diese Abwärme mit Energieeinsatz abgeführt (Stichwort: Rückkühler oder Kältemaschine) Anlagensysteme mit denen man gleichzeitig heizen und kühlen kann sind (fast) immer richtig! Mit guter Anlagentechnik kann man sehr viel Energie nutzbar machen und bei der Hilfsenergie für Pumpen sehr viel Strom einsparen!

17 Grundlagen zur Wärmepumpe / Kältemaschine Coefficient of Performance (COP) zu deutsch: Arbeitszahl = Nutzen / Aufwand 25 kw Kondensator 100 kw Beispiel: 100 kw thermische Leistung = 4 25 kw Strom

18 Grundlagen: Wärmepumpe (= Kältemaschine)

19 Konzept mit Erdsonden / Wärmepumpe Beispiel: Verwaltungsgebäude Shure Europe

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21 Effizienz durch Design von Komponenten

22 Notwendig: Bedarf für Niedertemperatur-Heizung erzeugen!! Auslegung auf Systemtemperaturen: ca. 32 C für Bauteilaktivierung ca. 30 C für Heizdecke ca. 35/28 C für RLT Heizregister ca. 55 C für Heizkörper und Unterflurkonvektoren Nachheizung über Fernwärme, Gaskessel o.ä. Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur

23 Notwendig: Bedarf für Hochtemperatur-Kühlung erzeugen!! Auslegung auf Systemtemperaturen: ca. 18 C für Bauteilaktivierung ca. 16 C für Kühldecke C für Umluftkühlsysteme Besser: Einsatz von Rackkühlsystemen / Warmgang-Kaltgang-Systemen 20 C ca. 16 C für RLT Kühlregister (adiabatische Kühlung nicht vergessen) Erhöhung der Vorlauftemperatur im Winter um z.b. 2 C

24 IT-Raum Shure Gutes Design von Umluftkühlern führt zu hohen Rücklauftemperaturen im Kaltwasserkreislauf

25 Wasser-/Luftgekühlte Racks (im Rack eingebauter Umluftkühler) führt zu deutlich höheren Kaltwassertemperaturen 18 C / 23 C

26 Verdampfer Kondensator Hydraulikschaltbild bei Shure verwendet u.a. IT-Raum angeschlossen Verteiler Heizung Verteiler Kühlung Wärmetauscher Rückkühlung Aktive Kühlung (Sommer) Erdsonden Wärmetauscher Freie Kühlung Wärmepumpe Pufferspeicher warm Pufferspeicher kalt

27 Bild aus der Gebäudeautomation Shure Europe GmbH

28 Energieeffizienz Extreme : Freie Kühlung über Erdreich!! Pumpe Erdsondenkreis: 770 Watt (gemessen) COP = 291 Wärmepumpe nicht in Betrieb Übertragungsleistung Wärmetauscher: 224 kw

29 Emissionen CO 2 -Einsparungen am Beispiel des Verwaltungsgebäudes von Shure kg/a kg/a Variante 1 Gastherme + Kältemaschine Variante 2 Erdsonden mit Wärmepumpe + Gaskessel

30 Energiekosten Energiekostenvergleich Mehrkosten: rd Einsparung Energiekosten: /a statische Amortisation: 7,25 Jahre ,21 /m² Monat Variante 1 Gastherme + Kältemaschine Variante 2 Erdsonden mit Wärmepumpe + Gaskessel

31 Übertragung der Erkenntnisse auf Gesundheitseinrichtungen

32 Beispiel: Ethianum in Heidelberg Abwärme des MRT wird während der Heizperiode nicht genutzt!! Zudem wird noch Energie eingesetzt um diese Energie abzuführen!

33 Beispiel: Katharinenhospital Haus F, Stuttgart (Optimierungsvorschläge für einen bietenden GU)

34 Nutzbare Abwärme 550 kw Leistung der vorgesehenen Kältemaschine für 2 MRTs und 1 CT sowie kleinere Umluftkühler für EDV, Elektroräume, innenliegende Räume etc. vereinfachter Ansatz/Annahme: 200 kw x 3000 h = 600 MWh/a verfügbare Abwärme 40% des Wärmebedarfs des Gebäudes kann darüber bereitgestellt werden. zusammen mit dem vorgesehen Abwasser- Wärmetauscher rd. 80% Eigenversorgung (Heizung und Kühlung)

35 Verdampfer Vorschlag Hydraulikschaltbild für Katharinenhospital Haus F Sprinklertank als Wärmepuffer 120 m³ 1100 kwh BTA RLT Heizdecken FBH Wärmepumpe 35 C WP Kondensator Pufferspeicher Sprinklertank warm Verteiler Niedertemperaturwärme (35 C/28 C) 28 C 6 C EDV RLT Umluftkühler MRT FBK KD 10 C 21 C Pufferspeicher Sprinklertank kalt 14 C Verteiler Hochtemperaturkälte (14 C/18 C) Sprinklertank als Kältepuffer 120 m³ 835 kwh thermische Abwassernutzung

36 Fazit 1 Es gibt bereits sehr gute Lösungen und Komponenten Man muss Sie nur sinnvoll einsetzen!

37 Fazit 2 Aufgrund der vorhandenen Abwärme in den Gebäuden ist es wenig sinnvoll aufwändige Anlagenkomponenten einzusetzen wie z.b. (solarbetriebene) Absorptions-Kältemaschinen. Betrieb sollte ohne viel Aufwand möglich sein!

38 Fazit 3 Die Energiewende ist möglich!

39 Beispiel: Projekt aus Canada (Projekt von Transsolar Energietechnik GmbH) Vorteile eines Monitorings ob Anlagentechnik auch funktioniert wie geplant

40 Manitoba Hydro Building, Winnipeg Canada gemessene Pumpenergie im 1. Jahr: 24 kwh/m²a statt berechneter 5 kwh/m²a

41 Power [kw] Manitoba Hydro Building, Winnipeg Canada 6 Hauptleitungspumpen: je 50 kw auf 25 kw reduziert 50 kw 25 kw

42 Building Consumption (kwh/m²a) Building Consumption (kbtu/ft²) Gemessener Energiebedarf für Gebäudebetrieb (ohne Nutzerstrom) Jahresverbrauch bis September 2010: Jahresverbrauch bis Februar 2012: Berechneter (simulierter) Wert: kwh/m² 85.3 kwh/m² 90.9 kwh/m²a Model = 90.9 kwh/m²a Energiebedarf um ca MWh/a reduziert $/a (bei 4 cent/kwh) Sep 10 Okt 10 Nov 10 Dez 10 Jan 11 Feb 11 Mrz 11 Apr 11 Mai 11 Jun 11 Jul 11 Aug 11 Sep 11 Okt 11 Nov 11 Dez 11 Jan 12 Feb 12 Year ending laufender kummulierter Jahresenergiebedarf

43 In-Effizienz-Beispiele aus China

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45 In-Effizienz-Beispiele aus Deutschland

46 Gemeinsamkeiten? Getränkeautomat / Süßigkeitenautomat 3000 kwh/a offener Kühlschrank 6000 kwh/a

47 Strombedarf je Geldautomat rd kwh/a (gemessener Wert) Geldautomaten In diesem Raum stehen 3 Geräte 6000 kwh/a zusätzlich wird Umluftkühler zur Abführung der entstehenden Wärme eingesetzt min kwh/a

48 Sollte man nicht besser in kw und in kwh denken? Deshalb bezeichne ich mich auch als Energetiker!

49 Ausblick

50 Es gibt viel zu tun und ich hoffe ich konnte Sie mit meiner Begeisterung etwas anstecken auch wenn der Ölpreis derzeit auf einem Tiefstand ist und nicht jede Maßnahme sich gleich rechnet!