Fernwärme effizient nutzen. Optimierte LowEx-Systeme für Wohngebäude

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1 Optimierte LowEx-Systeme für Wohngebäude Problemstellung Forschungsprojekt LowEx Systeme Patentiertes TWE-System der Hochschule München Voraussetzungen für niedrige Rücklauftemperaturen Ergebnisse einer Pilotanlage in München Zusammenfassung energiepolitische Ziele der SWM Ausbauoffensive Erneuerbare Energien. bis 2025 werden die SWM so viel Strom aus erneuerbaren Energien in eigenen Anlagen produzieren, dass der gesamte Münchner Strombedarf damit gedeckt werden kann. bis 2040 soll München die erste deutsche Großstadt werden, in der Fernwärme zu 100 Prozent aus regenerativen Energien gewonnen wird Seite 2

2 Problemstellung Geothermie-Heizwerk in München Temperaturen im Fernwärmenetz TAB max. 40 C ca. 70 C ca. 58 C Seite 3 Geothermie-Heizwerk in München Geothermale Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Reinjektionstemperatur 100 Thermalwassertemperatur 94 C Volumenstrom 85 l/s Temperatur des Thermalwassers [ C] Fernwärmerücklauftemperatur 60 C Fernwärmerücklauftemperatur 40 C +70% +100% 30 6,5 MW 9,9 MW 13,4 MW 16,8 MW 20,2 MW Seite 4

3 Forschungsprojekt LowEx Systeme Breitenanwendung von Niedertemperatur-Systemen als Garanten für eine nachhaltige Wärmeversorgung ( - Projektträger Jülich) Seite 5 Übersicht der Fernwärmeübergabestationen Untersuchung am Laborprüfstand mit verschiedenen Tageslastgängen Schutz des Trinkwassers Direkter Anschluss des Trinkwassererwärmers vor Verunreinigungen Standard-Speicherladesystem (FÜS1) DIN EN 1717 Zweistufiges Speicherladesystem (FÜS6) Durchflusssystem nur zulässig mit massebehafteter für Vorwärmstufe (FÜS2) Durchflusssystem Flüssigkeitskategorie mit Heizungseinbindung 3 (FÜS4) Durchflusssystem z.b. Heizungswasser mit dreistufiger Kaskade (FÜS7) ohne Additive Indirekter Anschluss des Trinkwassererwärmers Heizungspufferspeicher mit Primärbündel und Frischwassermodul (FÜS5) Heizungspufferspeicher mit Frischwassermodul (FÜS3) TAB Heizwassernetze Stadtwerke München Der Wärmeträger darf nicht mit Trinkwasser in Berührung kommen. Seite 6

4 Patentiertes TWE-System Fernwärmeübergabestation 3 (FÜS3) entwickelt an der Hochschule München Seite 7 Patentiertes TWE-System der Hochschule München Fernwärmeübergabestation 3 (FÜS3) Schutzrechte Hochschule München Seite 8

5 FÜS 1 Speicherladesystem - Prüfergebnisse Referenz-Tagesgang: Sommerbetrieb ohne Heizung Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen gemäß EnEV Fernwärmevorlauftemperatur Fernwärmerücklauftemperatur Volumenstrom Fernwärme Seite 9 FÜS 3 - Prüfergebnisse Referenz-Tagesgang: Sommerbetrieb ohne Heizung Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen gemäß EnEV Fernwärmevorlauftemperatur Volumenstrom Fernwärme Fernwärmerücklauftemperatur Seite 10

6 Voraussetzungen für niedrige Rücklauftemperaturen Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen gemäß EnEV Verteilverluste Zirkulation Nutzwärmebedarf Trinkwassererwärmung Verhältnis Zirkulation zur Nutzwärme TW % kwh/m²a kwh/m²a ,5 21 0, , , , ,5 21 0, ,24 Seite 11 Funktionsprinzip des patentierten TWE-Systems Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen gemäß EnEV primär / sekundär 95 C / 92 C Fernwärme 1728 l/d Temperaturdifferenz (92-58) K = 34 K 65 C T 60 C 58 C 55 C Warmwasser 60 C Zirkulation (13 kwh/m²a) und Warmwasser (2,2 kwh/m²a) l/d l/d = l/d Temperaturdifferenz 5 K 58 C 55 C 16 C 13 C Zirkulation 55 C Warmwasser (18,8 kwh/m²a) 1750 l/d Temperaturdifferenz 42 K primär / sekundär 19 C / 16 C Frischwasser modul Kaltwasser 13 C Seite 12

7 Mögliche primärseitige Rücklauftemperaturen in Abhängigkeit von der primärseitigen Vorlauftemperatur primärseitige Rücklauftemperatur [ C] Wärmedämmung der Zirkulationsleitungen 50% 75% 100% 150% 200% primärseitige Vorlauftemperatur [ C] Seite 13 Reduzierung der Zirkulationsverluste durch den Einsatz von vorisolierten Rohrsystemen Polyurethan-Schaum 50 C = 0,023 0,027 W/mK Rohrbefestigung an der Außenseite der Isolierung Durch verbesserte Wärmedämmung reduziert sich der erforderliche Volumenstrom und die Rohrleitung kann um eine Nenngröße kleiner dimensioniert werden. [ Seite 14

8 Ergebnisse der Pilotanlage A Patentiertes Trinkwassererwärmungssystem der Hochschule München Anzahl an Wohneinheiten: 51 WE Beheizte Fläche: m² (ausschließlich Wohnfläche) Geschossanzahl: 4 Baujahr: 2013 Energiestandard: KfW-Effizienzhaus 55 - EnEV 2009 [Lehner, C., Popp, M., Messtechnische Untersuchung eines innovativen Trinkwassererwärmungssystems am Fernwärme-Prüfstand der Hochschule München und an realisierten Pilotanlagen, Masterarbeit 2016] Seite 15 Pilotanlage A Messergebisse vom Seite 16

9 Pilotanlage A Messergebisse vom Seite 17 Pilotanlage A Tagesmittelwerte der Fernwärmerücklauftemperatur Seite 18

10 Pilotanlage B mit 84 Wohneinheiten in München Hersteller: AUMA Energy Systems, Heizwasserpufferspeicher mit Ladeeinrichtung Frischwasserstation in Kaskadenschaltung Seite 19 Zusammenfassung Trinkwasserhygiene Energieeffizienz Wirtschaftlichkeit Keine Bevorratung von Trinkwasser Keine Legionellenproblematik Niedrige Rücklauftemperaturen Geringe Zirkulationsverluste Hohe Vorlauftemp. Einsparungen beim Grundpreis Amortisation 1,5 bis 4 Jahre Indirekter Anschluss der TWE-Anlage bei Flüssigkeitskategorie 4 zulässig Geothermie Brennwertnutzung KWK-Anlagen Solarthermie bis 2040 sehr hoher Geothermieanteil Grundpreis? Bonusregelung? Seite 20