Praxiserfahrungen in Planung und Betrieb

Transkript

1 Praxiserfahrungen in Planung und Betrieb von Wärmepumpenanlagen Prof. Dipl.-Ing. Werner Schenk Hochschule München Versorgungstechnik Ing.-Büro Prof. Schenk Rosenheim 1. Niedertemperatur Systeme im Neubau 2. Hochtemperatur - Systeme im Sanierungsfall 3. Systeme zum Heizen und Kühlen 1 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

2 Entstehung der fossilen Energieträger Entstehungszeit der Energieträger: Jahre Sk10 ~50% davon wurden in 100 Jahren verbraucht Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 2

3 Folie 2 Sk10 Schenk;

4 100 Ct/l bzw. Ct/kW Wh Preissteigerung i % Treibhauseffekt 500 % % Verbrauch konventioneller Energien Politische Auseinandersetzungen Radioaktive Belastung Waldsterben Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 3

5 Endenergieverbrauch im Haushalt nach Anwendungsbereichen (ohne Verkehr) Warmwasser 11% Beleuchtung 1% Kochen 4% Elektrogeräte 7% Raumwärme 77% Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energienilanz 4 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

6 Wärmepumpe: Black Box 1 kwh Antriebsenergie Wärmepumpe kwh Wärme Auch bei -20 C wird kein Öl oder Gas benötigt kwh regenerativ Grundwasser Erdreich Luft

7 Wärmepumpe Kältekreislauf mit optimierenden Variationen Standard. Q C 35 C 40 C Verflüssiger mit Rekuperator (=Wärmetauscher) Schauglas 15 bar 40 C 15 bar 100 C Trockner Verdichter Antriebsleistung Magnetventil Entspannungsventil 5 bar + 7 C Rekuperator 5 bar -1 C Verdampfer 6 C 12 C Q. 0 Vorteile: - Sicherheit für Verdichter - höhere Effizienz 6 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

8 Sole- und Grundwasser - Wärmepumpen Quelle: AlphaInnotec Quelle: Waterkotte Quelle: Weishaupt Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München Quelle: Ochsner Quelle: Cofely 7

9 Luft-Wärmepumpen Quelle: Ochsner Quelle: AlphaInnotec Quelle: AlphaInnotec Quelle: Stiebel Quelle: Daikin 8 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

10 Luft-Wärmepumpen Quelle: Stiebel 9 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München Quelle: Waterkotte

11 Luft-Wärmepumpen 10 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

12 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

13 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Brunnenanlage Wasserbedarf pro kw Heizleistung : Fe < 0,2 mg/l Mn < 0,1 mg/l Elektrische Leitfähigkeit < 500 µs/cm Kleinanlage bis 15 kw: ~ 0,2 m³/h Großanlage: nur im Gebiet mit eindeutig positiven Erfahrungen hydrogeologisches Fachgutachten Probebohrung zur Bestätigung Wasseranalyse: - Verockerung - Korrosion BrunnenbauB b Pump- und Schluckversuch luftdichte Brunnenhydraulik wasserrechtliche Genehmigung Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

14 Erdreichkollektor-Wärmepumpenanlage Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

15 Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

16 1. Kompressionswärmepumpe 1.3 Systemtechnik von Wärmepumpenanlagen Wärmequellen Erdreich-Wärmepumpenanlage Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

17 1. Kompressionswärmepumpe 1.3 Systemtechnik von Wärmepumpenanlagen Wärmequellen Erdreich-Wärmepumpenanlage p Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

18 Erdreichkollektor-Wärmepumpenanlage Erdreichkollektor: Flächenbedarf: m²/kw Heizleistung (Entzugsleistung: ng W/m²) Verlegetiefe: mind. 20 cm unter Frostgrenze Erdreichkollektor darf nicht überbaut werden Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

19 Erdwärmesonden-Wärmepumpenanlage 99 % der Erdmasse hat eine Temperatur über C Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

20 Erdwärmesonden- Wärmepumpenanlage Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

21 Erdwärmesonden-Wärmepumpenanlage Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

22 Abwasser-Wärmepumpenanlage Wärmetauscher im Abwasserkanal Rinnenwärmetauscher für Kanäle mit Kreisprofil Rinnenwärmetauscher als vorgefertigtes Kanalisationselement Rohrwärmetauscher : Chromstahlrohre in Spezialmörtel 21 Koaxial-Wärmetauscher als vorgefertigtes Kanalisationselement

23 Abwasser-Wärmepumpenanlagen Wärmetauscher neben Abwasserkanal Mindestbedarf: 150 kw Bild Rückgewinnung von Wärmeenergie aus der Kanalisation Bild Abwasserwärme zur Schlammtrocknung zeitlich getaktete Präventivreinigung der Rohrmodule automatischer Austrag von Sedimenten Bild Spezialwärmetauscher für belastetes Abwasser 22

24 Luft-Wärmepumpenanlage Außenaufstellung 23 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München Innenaufstellung Splitaufstellung

25 Luft-Wärmepumpenanlage Vorteile: Nachteile: + einfache Planung - Wärmepumpe mit den + keine Genehmigung höchstenh Verbrauchskosten erforderlich - geringste Umweltentlastung + relativ geringe Investition - höchste Belastung des Kältekreislaufes Lebensdauer - Geräusche für Nachbarn und sich selbst Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk

26 Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m²; Heizlast 7,5 kw; Warmwasser für 4 Personen Heizenergie: 7,5 kw x h/a = Warmwasser: 4 Pers. x 2 kwh/pers./d x 365 d = ges. thermischer Energiebedarf Betriebsgebundene Kosten: Ölkessel Gaskessel Brennwert Wirtschaftlichkeit Betriebs- und Verbrauchskostenvergleich Pellets- Kessel kwh/a kwh/a kwh/a Erdreich- Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Luft-WP h Wartung, Kesselreinigung Tankreinigung anteilig 100 Kaminkehrer Summe Verbrauchsgebundene Kosten: Wärmeerzeugung: Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 100% 80% 4,0 5,0 3,2 Strombedarf in kwh/a Strompreis (Misch~) pro kwh 0,150 0,150 0,150 Stromkosten Bedarf in l/a, m³/a bzw. in t/a ,19 Preis in pro l, m³ bzw in t 0,85 0, Brennstoffkosten pro Jahr Hilfsenergie: Strombedarf in kwh/a Strompreis pro kwh 0,20 0,20 0,20 0,15 0,15 0,15 Stromkosten pro Jahr Meßpreis/Grundpreis Summe Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München Ges.-Summe

27 Wirtschaftlichkeit Betriebs- und Verbrauchskostenvergleich Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

28 Wirtschaftlichkeit Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizwärmebedarf: 7,5 kw x h/a = kwh/a Einfamilienhaus 150 m² Trinkwasserwärmebedarf: 4 Pers. x 2 kwh/pers./d x kwh/a Heizung und Warmwasser für 4 Personen Ölkessel- Gasbrennwert- Pellets- Erdwärme- Erdreich- GW- WP GW- WP Luft-WP Anlage Anlage heizung sonden-wp kollektor-wp 5 m 10 m Investitionskosten: Wärmeqelle, Tank o. Gasanschluß Schornstein; Anschluß Wärmequelle Wärmeerzeuger incl. Warmwasser Elektroinstallation Wärmeverteilung ohne Förderung Investitionskosten: Kapitalkosten: Annuität (20 J./Zins 4 %) 7,3 % Instandsetzung 1 % Kapitalkosten: Betriebsgebundene Kosten: Wartung, Kessel- u. Tankreinigung Tankreinigung anteilig pro Jahr 100 Kaminkehrer Betriebsgebundene Kosten: Verbrauchsgebundene Kosten: Stromkosten Öl, Gas, Pellets Meßpreis/Grundpreis Verbrauchsgebundene Kosten: Jahreskosten (Summe) Annuitätsfaktor 7,30% Instandhaltungsfaktor 1,00% Stromtarif WP 0,150 Stromtarif allgemeiner Tarif 0,200 Heizölpreis 0,850 /l Erdgaspreis 0,550 /m³ Pellets 245 /t Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München 27

29 Wirtschaftlichkeit Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizkosten nach VDI 2067 Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Kapitalkosten: Betriebsgebundene Kosten Verbrauchsgebundne Kosten 28 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

30 Energiepreise Energiepreisentwicklung Ct/l bzw w. Ct/kWh ? ? ,9 8,0 8,7 11,1 11,1 11,6 11,6 11,6 13,9 13,9 15, Ct/Liter Öl incl. Steuer Ct/kWh Heizstrom incl. Stromsteuer 29 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

31 Energiepreise Energiepreisentwicklung 200 1, Ct/l bzw w. Ct/kWh Ct ,9 8,0 8,7 11,1 11,1 11,6 11,6 11,6 13,9 13,9 15, Ct/Liter Öl incl. Steuer Ct/kWh Heizstrom incl. Stromsteuer 30 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

32 Wirtschaftlichkeit mögliche künftige Betriebsund Verbrauchskosten Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Künftig mögliche Energiepreise: Öl: 1,83 /l Erdgas: 1,83 /l Pellets: 450 /t Heizstrom: 29 Ct/kWh Strom allgemeiner Tarif: 35 Ct/kWh Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

33 Wirtschaftlichkeit mögliche künftige Betriebsund Verbrauchskosten Heizenergie: 7,5 kw x h/a = Warmwasser: 4 Pers. x 2 kwh/pers./d x 365 d = ges. thermischer Energiebedarf kwh/a kwh/a kwh/a Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Betriebsgebundene Kosten: Ölkessel Gaskessel Brennwert Pellets- Kessel Erdreich- Wärmepumpe Grundwasser- Wärmepumpe Luft-WP Wartung, Kesselreinigung Tankreinigung anteilig 100 Kaminkehrer Summe Verbrauchsgebundene Kosten: Künftig mögliche Energiepreise: Öl: 1,83 /l Wärmeerzeugung: Erdgas: 1,83 /l Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 100% 80% 4,0 5,0 3,2 Pellets: 450 /t Strombedarf in kwh/a Heizstrom: 29 Ct/kWh Strompreis (Misch~) pro kwh 0,29 0,29 0,29 Strom allgemeiner Tarif: 35 Ct/kWh Stromkosten Bedarf in l/a, m³/a bzw. in t/a ,19 Preis in pro l, m³ bzw in t 1,83 1, Brennstoffkosten pro Jahr Hilfsenergie: Strombedarf in kwh/a Strompreis pro kwh 0,35 0,35 0,35 0,29 0,29 0,29 Stromkosten pro Jahr Meßpreis/Grundpreis Summe Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München Ges.-Summe

34 Wirtschaftlichkeit künftiger Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizwärmebedarf: 7,5 kw x h/a = kwh/a Einfamilienhaus 150 m² Trinkwasserwärmebedarf: 4 Pers. x 2 kwh/pers./d x kwh/a Heizung und Warmwasser für 4 Personen Ölkessel- Gasbrennwert- Pellets- Erdwärme- Erdreich- GW- WP GW- WP Luft-WP Anlage Anlage heizung sonden-wp kollektor-wp 5 m 10 m Investitionskosten: Wärmeqelle, Tank o. Gasanschluß Schornstein; Anschluß Wärmequelle Wärmeerzeuger incl. Warmwasser Elektroinstallation Wärmeverteilung ohne Förderung Investitionskosten: Kapitalkosten: Annuität (20 J./Zins 4 %) 7,3 % Instandsetzung 1 % Kapitalkosten: Betriebsgebundene Kosten: Wartung, Kessel- u. Tankreinigung Tankreinigung anteilig pro Jahr 100 Kaminkehrer Betriebsgebundene Kosten: Verbrauchsgebundene Kosten: Stromkosten Öl, Gas, Pellets Meßpreis/Grundpreis Verbrauchsgebundene Kosten: Jahreskosten (Summe) Annuitätsfaktor 7,30% Instandhaltungsfaktor 1,00% Stromtarif WP 0,290 Stromtarif allgemeiner Tarif 0,350 Heizölpreis 1,830 /l Erdgaspreis 1,830 /m³ Pellets 450 /t 33

35 Wirtschaftlichkeit künftiger Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizkosten nach VDI 2067 Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen Künftig mögliche Energiepreise: Öl: 1,83 /l Erdgas: 1,83 /l Pellets: 450 /t Heizstrom: 29Ct/kWh Strom allgemeiner Tarif: 35 Ct/kWh Kapitalkosten: Betriebsgebundene Kosten Verbrauchsgebundne Kosten 34 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

36 Umweltverträglichkeit CO 2 -Emissionen 8 7 6,75 0,46 Einfamilienhaus: beheizte Fläche: 150 m² Heizlast 7,5 kw Warmwasser für 4 Personen vgl. PKW Einsparung 6 5,11 Verbrauch 6 l/100 km 5 0,46 CO2-Emissionen entspricht 3 t/a 0,160 kg/km km/a ,29 4,65 1,66 2,45 Strom Ro 458 Pellets 42 Erdgas ,60 1,09 2,46 Heizöl Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

37 Kosten und Wirtschaftlichkeit verbrauchsgebundene Kosten Energiekosten des Baustandards in /(m²a) Bestand 18,90 WSchV82 15,40 WSchV95 8,40 EnEV ,65 NEH 4,90 Passivhaus 1, /(m²a) Grafik: Solarpraxis AG 36

38 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Unterschleißheim Büro 37 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

39 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Unterschleißheim Büro Anlagedaten: Beheizte Fläche: m² Heizlast: 60 kw Heizleistung WP: 38 kw = 63 %!!! bzw. 52 % bei Berücksichtigung der EVU-Abschaltung Brunnenanlage: Teufe Förder- und Schluck~: je 10 m Leistung Förderpumpe: P 1 =1 kw Grundwassertemperatur: C Grundwasserwärmepumpe 38 kw 38 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

40 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Büro Unterschleißheim RLT- Anlage Elektroheizung 21 kw 60 kw Wärmepumpe 38 kw M 3~ FB- Heizung 1265 m² Grundwasser- Förderbrunnen Grundwasser- Schluckbrunnen 39 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

41 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Büro Unterschleißheim 8,00 7,00 6,00 5,91 Arbeitsz zahl ß 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Datum Vollbenutzungsstunden: h/a Stromverbrauch: kwh/a Oder l/a Heizöl = /a Verbrauchskosten: /a = 1,85 /m²/a 40 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

42 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Reihenhaus München Heizung und Warmwasser Wohnfläche 160 m² Heizlast: 7,1 kw 41 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

43 Grundwasseranlage Reihenhaus München WP Trennwärmetauscher Grundwasser- Förderbrunnen Grundwasser- Schluckbrunnen Prof. Dipl. Ing. W. Schenk Hochschule München 42

44 Grundwasseranlage Reihenhaus München ßHeizung= 4,7 ßGesamt= 4,5 ßWarmwasser= 3,5 Arbeitszahl Stromverbrauch: kwh/a Verbrauchskosten: 353 /a = 2,21 /m²/a Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 43

45 Erdreichkollektoranlage Landhaus Halfing Heizung und Warmwasser für 300 m² Wohnfläche mit 400 m² Erdreichkollektor

46 Erdkollektoranlage Landhaus Halfing Solewärmepumpe 12 kw mit Frischwassersystem

47 Erdkollektoranlage Einfamilienhaus Halfing WW Frischwasser-System FB-Heizung 290 m² KW WP 12 kw Erdreichkollektor 400 m²

48 Erdkollektoranlage Einfamilienhaus Halfing 6 5 5,1 4,9 4,5 4,8 4,6 4,2 4,1 4,1 4,1 4,3 4,5 4,5 4,4 Arbeitsz zahl Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jahres~ Vollbenutzungsstunden: h/a Stromverbrauch: kwh Verbrauchskosten: /a = 3,92 /m²/a Oder Heizöl = 4.505

49 Erdreichkollektor EFH Prien Wärmepumpenanlage mit 400 m² Erdreichkollektor Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

50 Erdreichkollektor EFH Prien beheizte Fläche: 370 m² 400 m² Erdreichkollektor Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

51 Erdreichkollektor EFH Prien Aktuelle Verbrauchskosten: /a = 3,50 /m²a 300 / 3 50 / Ölheizung: l = /a Erdreichwärmepumpe 17 kw mit Warmwasserbereitung und Pufferspeicher Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

52 Erdwärmesondenanlage Kindergarten Bernau Wärmepumpenanlage mit 10 Erdwärmesonden je 31 m 51 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

53 Erdwärmesondenanlage Kindergarten Bernau Anlagedaten: Beheizte Fläche: 420 m² Heizlast: 19,9 kw Heizleistung Wärmepumpe: p 19,6 kw Kälteleistung: 14,6 kw Erdwärmesonden: Anzahl EWS: 10 Stck. Tiefe EWS: 31 m EWS-Meter: 310 m Entzugsleistung: 48 W/m 52 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

54 Erdwärmesonden-Anlage Bernau 19,9 kw 6 kw FB- Heizung 420 m² Wärmepumpe p 19,6 kw 10 EWS a 31 m 53 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

55 Erdwärmesondenanlage Kindergarten Bernau 5,00 4,89 4,50 4,00 3,93 4,39 4,13 4,43 4,26 4,20 4,39 4,19 4,34 3,50 Arb beitszahl ß 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Okt 99 Jan 00 Jan 00 Nov 00 Feb 01 Feb 01 Mai 01 Okt 01 Jan 02 bish ß Vollbenutzungsstunden: h/a Stromverbrauch: kwh/a Verbrauchskosten: /a = 2,48 /m²/a Oder Heizöl = /a 54 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

56 2011 Wärmepumpe bei Sanierung Warum ist diese Technik wirtschaftlich interessant geworden? 1. Energiepreisentwicklung 2. Höhere energetische Effizienz durch Entwicklungen in der Wärmepumpentechnik 1. Kältekreislauf Rekuperator 2. Verdichtertechnik Optimierungen 3. Hochtemperatur-Kältemittel R134a, R Erkenntnisse bei der Wärmequellentechnik 1. Grundwasser: Grenzwerte sind bekannt 2. Fläche des Erdreichkollektors konnte durch neue Technologie reduziert werden 3. Erdwärmesonde hat sich etabliert 4. Wärmequellenatlas Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 55

57 Steigerung der spezifischen Wärmepreise t pro kwh Wärm me Ct 12, % Niedertemperatur 10,0 10, % 10,0 Hochtemperatur 8,0 6,0 4,0 2,0 4,2 2,7 1,6 4,4 2,9 1,7 5,6 6,8 3,7 3,7 7,1 7,1 WP mit Radiatoren t Vmax =~60 C 3,9 3,9 3,9 WP mit Flächenheizung t Vmax =35 C 2,2 2,2 2,3 2,3 2,3 5,9 8,1 4,6 4,6 2,8 2,8 5,0 3,0 0, Ölkessel Nutzungsgrad =85 % WP ß = 3 WP ß = 5 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

58 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim 57 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

59 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim 58 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

60 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim WW 300 l Frischwasser-System Einrohr-Radiatoren-Heizung 190 m² KW 8,4 kw WP Grundwasser- Förderbrunnen Grundwasser- Schluckbrunnen 59 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

61 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim Arbeitszahl durchschnittliche Arbeitszahl ß= 4, Vollbenutzungsstunden: h/a Stromverbrauch: kwh/a Verbrauchskosten: 862 /a = 4,53 /m²/a 60 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

62 Grundwasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim Beiheizte Fläche: 190 m² Bj.: 1984 Heizlast: 13,6 kw 71 W/m² Vor Sanierung: Gaskessel 21 kw Erdgasverbrauch: kwh = /a Stromverbrauch: kwh = 188 /a Verbrauchskosten: /a Primärenergieverbrauch: kwh/a Primärenergievergleich kwh/a kwh/a Gaskessel Wärmepumpe Erdgas Strom Verbrauchskostenvergleich /a Nach Sanierung: Wärmepumpe (W10/W55) 8,4 kw Stromverbrauch: kwh/a Verbrauchskosten: 862 /a Primärenergieverbrauch: i kwh/a Gaskessel Erdgas 862 /a Wärmepumpe Strom 61

63 Grundwasser-Wärmepumpenanlage DYWIDAG Daten: Bj. Gebäude: 1978 Bj.: WP: 2001 Beheizte Fläche: m² Heizleistung WP: 840 kw 62 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

64 4 Wärmepumpenmodule mit einer Heizleistung von 840 kw Einsparungen: ngen Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Verbrauchskosten: 50 % CO 2 : 70 % 63

65 Beispiel Wärmepumpen - Contracting im Altbau 64 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

66 Beispiel Wärmepumpen- Contracting im Altbau Hochschule München 65 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

67 Grundwasserwärmepumpe Hotel Prien WW Frischwasser-System KW 36kW Abwärme 10 kw 125 kw Grundwasser- Förderbrunnen Grundwasser- Schluckbrunnen 66 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

68 Grundwasserwärmepumpe Hotel Prien/Chiemsee Vor Sanierung: Ölkessel (2 Stck.): 320 kw Ölverbrauch: l/a Vorlauftemperatur eingestellt: 70 C Verbraucher: - Radiatorenheizung - 2 Lüftungsanlagen Probleme: Verbrauchskosten Erdtank Geräuschbelästigung der Nachbarn durch Kühlanlage Nach Sanierung: Grundwasserwärmepumpe 1 Schraubenverdichter: 125 kw mögl. Vorlauftemperatur mit R 134a: 65 C Durchlauferhitzer: hit 36 kw Solewärmepumpe z. Abwärmenutzung 10 kw Besonderheiten: kein Grundwasser auf Grundstück benötigte Vorlauftemperatur max.: 55 C kein technischer Speicher Warmwasserbereitung: Frischwassersystem 67 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

69 Grundwasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olching Hochschule München 68 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

70 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 69

71 Grundwasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olching 27-Familienhaus: Ölkessel 320 kw 6-Familienhaus: Ölkessel 60 kw Probleme: 1. Hohe Heizkosten Ölverbrauch: Stromverbrauch: Wartung Kaminkehrer l/a kwh/a 2. Veraltete Ölheizung (Abgaswerte, Ölgeruch, anstehende Kaminsanierung) 3. Dringender Raumbedarf im Keller Nach Sanierung: 1 Heizzentrale + Fernwärmeleitung Grundwasserwärmepumpe: Elektrische Ergänzungsheizung: 100 kw 36 kw Warmwasserbereitung: zentrales Frischwassersystem Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 70

72 Grundwasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olching 4 3,5 3,3 3,4 3,4 3,5 3,5 3,4 3,4 3,5 3,6 3,6 3,5 3,4 3 Arbe eitszahl ß 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 71

73 Grundwasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olching Investitionskostenvergleich: Grundwasser Wärmepumpe Demontage Wärmepumpe Gaskessel Einrichtungeni Rohrleitungen Demontage Trinkwasser Heizzentrale Elektro Kaminsanierung Brunnen und Gasanschluß Erdarbeiten Erdarbeiten Heizmobil Planung Planung Summe Summe Mehrkosten: Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 72

74 Grundwasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olching ges. thermischer Energiebedarf Ölkessel Betriebsgebundene Kosten: kwh/a Betriebs- und Verbrauchskostenvergleich: Erdreich- Wärmepumpe Wartung, Kesselreinigung Tankreinigung anteilig 200 Kaminkehrer 100 Summe Verbrauchsgebundene Kosten: Wärmeerzeugung: Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 3,33 Strombedarf in kwh/a Strompreis (Misch~) pro kwh 0,15 Stromkosten Bedarf in l/a, m³/a bzw. in t/a Preis in pro l, m³ bzw in t 0,85 Brennstoffkosten pro Jahr Hilfsenergie: Strombedarf in kwh/a Strompreis pro kwh 0,20 0,15 Stromkosten pro Jahr Meßpreis/Grundpreis 100 Summe Jährliche Einsparung: Summe Ges.-Summe Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 73

75 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 74

76 Hochschule München Prof. 75 Dipl.-Ing. W. Schenk

77 Schneefernerhaus Kompressions-Kältemaschine R290 Sole-Luftwärmetauscher: 1. Überschusswärme 2. Wärmeaufnahme Löschwasser- Speicher Wärmepumpe R290 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 76

78 Abwasser-Wärmepumpenanlage Straubing Nahwärmenetz mit Abwasserwärmepumpe: Heizleistung: Niedertemperatur: 200 kw Hochtemperatur: 50 kw Hochschule München Prof. 77 Dipl.-Ing. W. Schenk

79 Abwasser-Wärmepumpenanlage Straubing Nahwärmenetz mit Abwasserwärmepumpe: Heizleistung: Niedertemperatur: 200 kw Hochtemperatur: 50 kw 78 Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München

80 Kühlung Trend: Großprojekte rechnen sich durch Kühlung mit Wärmequelle Effektivtemperatur [ C] Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Leistungsabfall des Menschen in Abhängigkeit von der operativer Temperatur /Prof. Steimle/ 79

81 Heizen und Kühlen hydraulisches Schaltbild Heizen oder Kühlen (Hochtemperatur) Achtung: Taupunktregelung Kühlen Heizen Kühlen Heizen Grundwasser- Förderbrunnen Grundwasser- Schluckbrunnen Alternativ: Grundwasserbrunnen Erdreichkollektor Erdwärmesonde Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 80

82 Heizen und Kühlen hydraulisches Schaltbild Heizen und Kühlen (Niedertemperatur) 6 C/12 C 35 C/30 C 17 C/20 C Für direkte Kühlung mit Wärmequelle Bei Grundwasser: Komponenten des Kaltwasserkreises grundwasserbeständig oder Wärmeübertrager Funktion eines Rückkühlwerkes normal M M M Bei Kältebedarf 6 C/12 C Grundwasser- Förderbrunnen Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Grundwasser- Schluckbrunnen Alternativ: Grundwasserbrunnen Erdreichkollektor Erdwärmesonde Für Überschusswärme bei Kühlung 6 C/12 C

83 Erdwärmesondenanlage Kempten Wärmepumpenanlage mit 6 Erdwärmesonden a 150 m Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 82

84 Erdwärmesonden-Anlage Ludwigshöhe + Fußbodenheizung + zusätzlicher Badheizkörper + hygienisches Frischwassersystem + Kühlen aller Etagen Überall Fußbodenheizung ggf. Wandheizung Max. Vorlauftemperatur: 35 C Temperaturspreizung: 5K Hydraulischer Abgleich durch Differenzdruckregler Voreinstellung hygienisches Frischwasser- System Unterputzstation zusätzlicher Badheizkörper Ergänzungsheizung 36 kw Taupunktregelung Schwebekörper- durchfussmengen- messer Schwingungsentkopplung t technischer Speicher 500 l Puffer l t wasserdichte Mauerdurchführung Q = ca. 45 kw S0/W65 Schwingungsentkopplung Luftabscheider Schwingmetall- Topfelemente + Schalldämm- Unterlage Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 83

85 Erdwärmesondenanlage Kempten 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Arbeitszahl Durchschnittliche Arbeitszahl: ß = 3,9 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 84

86 Dienstleistungsgebäude Memmingen Heizen und Kühlen Gebäudedaten: temperierte Fläche: m² Heizlast: 172 kw Kühllast: 212 kw 85 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

87 Dienstleistungsgebäude Hydraulik Heizen und Kühlen Serverräume bzw. Ganzjahreskälte Bauteiltemperierung Heizkörper Lüftungsanlage Taupunktregelung Taupunktregelung Kühlen Kühlen Heizen Heizen 50 kw 70 kw Schmutzfänger Kühlen Schallentkopplung flexibler Anschluss M Heizen M M M M Schwebekörperdurchflussmengenmesser + Volumenstromregler Förderbrunnen im SW Gegen Unterdruck dichte Brunnenhydraulik Schluckbrunnen im NO mit Notüberlauf 86 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

88 7 6 5 Dienstleistungsgebäude Heizen Anmerkung: hier Darstellung der Arbeitszahl ohne Hilfsenergie ß = 6,2 ß = 5,5 4 3 Lüftung Heizkörper 2 Bauteiltemperierung Verbrauchskosten für Wärmepumpe: 1,1 /m²/a 87 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

89 Heizen und Kühlen Erdwärmesondenanlage Büro und Lager Kolbermoor Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

90 Heizen und Kühlen hydraulisches Schaltbild Heizen oder Kühlen (Hochtemperatur) Kühllast: 100 kw RLT- Anlage FB-Heizung m² 93 kw 37 kw 37 kw 13 EWS 111m m

91 Erdwärmesondenanlage Bürogebäude Kolbermoor Arbeitszahl Okt Okt Okt Okt Okt Nov Nov Nov Nov 20. Nov 22. Nov 23. Nov 27. Nov 07. Dez 21. Dez Jan Jan Jan 01 1.Feb Feb Feb Mrz Mrz Apr 23. Apr Nov Laufzeit WP 1: h/a Laufzeit WP 2: 100 h/a Stromverbrauch: kwh/a Verbrauchskosten: /a = 2,5 /m²/a durchschnittliche h h Arbeitszahl Büro: ß= 4,4 Stromverbrauch zum Kühlen: kwh/a Verbrauchskosten: 264 /a = 0,13 /(m² x a)

92 Heizen und Kühlen Bürogebäude Perlach Gebäudedaten: temperierte Fläche: m² Heizlast: 235 kw Kühllast: 250 kw 91 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

93 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 92

94 Heizen und Kühlen Hydraulik Bürogebäude Perlach Bauteiltemperierung Kühlen Heizen M M M M Kühlen M M M Heizen 93 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

95 Heizen und Kühlen Investitionskosten Perlach Kühlen Kühlen Heizen Heizen Gaskessel Kaltwassersatz 250 kw Rückkühlwerk Gaskessel 250 kw: Anschlusskosten: Schornstein: Grundwasserwärmepumpe Wärmetauscher Kühlung Brunnenanlage: Wärmepumpen 235 kw: Verrohrung, Armaturen, usw Wärmetauscher Kühlung: Elektro und MSR Kaltwassersatz 250 kw: Wärmetauscher Kühlung: Kühlturm m. Zubehör 330 kw: Verrohrung, Armaturen, usw Elektro und MSR Summe Invest: Summe Invest: Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

96 Heizen und Kühlen Verbrauchskostenvergleich Bürogebäude Perlach Gaspreis: Strompreis WP: Strompreis allg. 0,52 /m³ 0,14 /kwh 0,20 /kwh Gebäudedaten: temperierte Fläche: m² Heizlast: 235 kw Kühllast: 250 kw Heizwärmebedarf: kwh/a (b vh = h/a) Kältebedarf: (b vk = 800 h/a) /a kwh/a Einsparung /a Kälte: /a Wärme: 0 Wärmeerzeugung: Gaskessel Grundwasser- Kaltwassersatz Wärmepumpe Rückkühlwerk Grundwasser (Verteilungsverl. vernachlässigt) Gasbedarf Nutz = 95 % m³/a Gaskosten /a Wärmepumpe ß H = kwh/a Stromkosten 400 /a /a Leistungs-/Messpreis /a 84 /a Wärme : /a /a Kälteeerzeugung: Wasser aufbereitet Kältemaschine ß K = 4 Kühlwasserpumpe Ventilator Grundwasserpumpe (elektr. Leistung: 4 kw) /a kwh/a kwh/a kwh/a 3200 kwh/a Stromkosten /a 448 /a Kälte: /a 448 /a Gesamtsumme: /a /a 95 Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

97 Heizen und Kühlen CO 2 -Emissionen 2 Spez. CO 2 Emissionen Erdgas: Strom Stadtwerke München 2007: 223 g/kwh 375 g/kwh CO2-Emissio onen pro Jahr in [t/a] t/a Rückkühlwerk Kaltwassersatz 73 % 29 t/a Grundwasser Kälteerzeugung Wärmeerzeugung Gaskessel GW-Wärmepumpe Kaltwassersatz Grundwasser Rückkühlwerk Wärmeerzeugung Wärmemenge kwh/a kwh/a Endenergie kwh/a kwh/a CO 2 -Emissionen 88 t/a 28 t/a Kälteerzeugung Kältemenge kwh/a kwh/a Endenergie kwh/a kwh/a CO 2 -Emissionen 21 t/a 1 t/a Gaskessel GW-Wärmepumpe p vgl. PKW Einsparung 80 t/a Verbrauch 6 l/100 km CO2-Emission 0,160 kg/km entspricht km/a oder 25 Autos a km/a Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk

98 schnee- und frostfreie Freiflächen: + ohne Salz + ohne Schneepflug + ohne Arbeit Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 97

99 Geothermische Frostfreihaltung Temperaturfühler in Flächenheizungen Außenluft M M M Alle Kreise im Vor und Rücklauf jeweils einzeln absperrbar Entlüfter möglichst an höchster Stelle Systemtrennung; Grädigkeit: 1 bis max. 2 K Schwebekörperdurch flussmengenmesser Belüfterbei h>10m M Schmutzfänger Grundwasserschluck brunnen Grundwasser Fließrichtung Grundwasserförder Brunnen; alternativ: Düker Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 98

100 Zusammenfassung Praxiserfahrungen beim Einsatz von Wärmepumpenanlagen Nachteile: 1. bereichsübergreifender Planungsaufwand 2. Bei Erdwärmesonde oder Erdreichkollektor höhere Investitionskosten t Vorteile: 1. einfache, störungsfreie Anlagentechnik bis 70 % Verbrauchskostenreduzierung bis 70 % Primärenergieeinsparung bis 70 % CO 2 Entlastung Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk zukunftsweisendes Heiz- und Kühlsystem

101 100

102 Erneuerbare Energien Wärme Gesetz (Bauantrag ab ) 16% 14% 12% 10% Anteil erneuerbarer Energien Wärmemarkt 14% 8% 6% 6% 4% 2% 0% Solarthermische Anlage 2. Biomasse 3. Geothermie und Umweltwärme 4. Ersatzmaßnahmen Ing. Büro Prof. Dipl. Ing. W. Schenk

103 Erneuerbare Energien Wärme Gesetz 3. Geothermie und Umweltwärme = Wärmepumpe mindestens 50 % Deckung Wärme- und Stromzähler Berechnungh der Arbeitszahl mit anerkannten Regeln der Technik ( VDI 4650) 1. Mindestarbeitszahl Luftwärmepumpe: ß = 3,5 2. Mindestarbeitszahl Erdreich- und Grundwasserwärmepumpe: ß = 4 Wenn Warmwasser auch mit Wärmepumpe oder mit anderer reg. Energie 1. Mindestarbeitszahl Luftwärmepumpe: ß = 3,3 2. Mindestarbeitszahl Erdreich- und Grundwasserwärmepumpe: ß = 3,8 Ing. Büro Prof. Dipl. Ing. W. Schenk

104 Erneuerbare Energien Wärme Gesetz Ing. Büro Prof. Dipl. Ing. W. Schenk

105 Erneuerbare Energien Wärme Gesetz Ing. Büro Prof. Dipl. Ing. W. Schenk