Beispiele für Grosswärmepumpenanwendungen. Weiterentwicklung

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1 Beispiele für Grosswärmepumpenanwendungen und Perspektiven der Weiterentwicklung Dr. Stefan Irmisch KWT Kälte- Wärmetechnik AG Viessmann Group Rütimoosstrasse 5 CH-3076 Worb SBB Grosswärmepumpen Anwendungen Bi-valente Systeme in Mehrfamilienhäuser Luft/Wasser Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen Eisspeicher Systeme Abwärmenutzung Kombination Erdsonden & Flusswasser Perspektiven der Weiterentwicklung Kältemittel mit niedrigem GWP Monitoring & Diagnostics und Prognostics Smart-Grid Fähigkeiten Themen

2 Klassische Anwendung in grossen Mehrfamilienhäusern Wärmepumpe liefert Grundversorgung, Brennwertkessel Spitzenlast DEWOG Köln, WP (75 kw), Brennwertkessel (115 kw) Mehrstufige Ausführung mit oder ohne Frequenzumwandlung zur taktarmen Leistungsregelung Niedrige VL-temperaturen für Neubau, hohe für Sarnierung von Altbau Mit integrierter oder separater WW-Bereitung Bivalente System: Sole/Wasser WP mit Spitzenlastkessel City Mall Archhöfe, Winterthur 1524/1320 kw Heiz-/Kühlleistung Kombiniertes Geschäfts-, Ärzte-, Büro-, Wohnhaus Keine Genehmigung für Erdsondenbohrung => Umgebungsluft als Energiequelle Ausführung mit Zwischenkreis zur Minimierung der Kältemittelmenge Integration des Rückkühlers Geräuscharme Ventilatoren Unsichtbar im Dach integriert Trockenkühler zur Vermeidung von Dampfwolken Reversible Ausführung: Heizen im Winter Kühlen im Sommer Luft/Wasser Wärmepumpe mit Trockenrückkühler

3 Geräuscharmer Trockenrückkühler Sichtschutz-Gitter Erfahrungen: Enge Kooperation mit Architekten für Rückkühlerintegration in das Gebäude Akustische Entkoppelung, schwingungsfreie Lagerung, laufruhige Ventilatoren Klimatische Einflüsse: potentielle Eisbildung auf Ventilatorenblättern Luft/Wasser Wärmepumpe mit Trockenrückkühler Kombiniertes Labor- / Bürogebäude 900 Angestellte Wärme- und Kältebedarf Keine Genehmigung für Erdsondenbohrungen => Eisspeicherlösung Ecolab, Mohnheim Gebäudeheizung und Kühlung Eisspeicher, Solar/Luftabsorber & Gas-Brennwertkessel 720 / 1056 kw Heiz-/Kühlleistung Eisspeichersystem mit Sole/Wasser WP & Luft-/Solar-Absorbern

4 Eisspeicher unter vorhandenen Parkplatz Speicher-Volumen: 18m x 25m x 4m = 1800 m 3 Dimensioniert primär für Kühlbedarf Eisspeichersystem mit Sole/Wasser WP & Luft-/Solar-Absorbern Erfahrungen: Interessante Alternative zu Erdsonden (z.b. lokale Beschränkungen) Systeme und Reserven müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden unter Berücksichtigung lokaler klimatischer Verhältnisse Bi-valentes System zur Deckung extremer Verhältnisse empfehlenswert Eisspeichersystem mit Sole/Wasser WP & Luft-/Solar-Absorbern

5 Ritz-Carlton, St. Moritz Trinkwassererwärmung Abwasserwärmerückgewinnung 150 kw Heizleistung Ziel: ökologische und ökonomische TWW- Erwärmung Randbedingung TWW Nutzung: 220 d/a Bedarf : l/d bei 60 C Abwasser: l/d bei 26 C Abwasserquelle = Spa- Bereich Vorgaben Planung: Ladezeit/Tag 13 Stunden Min. Abwassertemperatur 5 C Zieltemperaturladung 60 C Wasser/Wasser WP mit Abwärmenutzung Wasser/Wasser WP mit Abwärmenutzung

6 Mehrstufige TW- Erwärmung mit WP Einstufige TW- Erwärmung mit WP JAZ TW ++ o Investkosten o + Amortisation zu herkömmlichen Wärmeerzeugern Betriebssicherheit bei variablen Temperaturen und Zieltemperaturladung + o + - Schutz vor Verkalkung o - Wasser/Wasser WP mit Abwärmenutzung Erfahrungen: Abwärmenutzung ist eine attraktive Alternative zu konventionellen Wärmequellen Für optimale Ergebnisse benötigt es speziell ausgelegte Maschinen Abwärmetauscher und Wärmepumpe müssen als Gesamtsystem ausgelegt werden Wasser/Wasser WP mit Abwärmenutzung

7 Geschäfts-, Freizeit- und Büro- Komplex mit 555 m hohem Wolkenkratzer (123 Stockwerke) Anteil regenerativer Energie mittels Wärmepumpen (Erdsonden und Fluss-Wasser) Lotte Super Tower, Seoul Gebäudeheizung und Kühlung mit Erdsonden & Flusswasser 22 / 20 MW Heiz- / Kühlleistung Energiezentrale im 6. Untergeschoss Kombinierte Erdsonden / Flusswasser Anwendung 12 zweistufige Gross-WP 6 geothermal 6 Wasser/Wasser Gesamtleistung Cooling: 20.4 MW Heating: 22.2 MW Vorlauf Heizung max.: 57 C Kaltwassertemp.: 7 C Energiequelle 720 Erdsonden a 200m Flusswasser über Zwischenkreis Kombinierte Erdsonden / Flusswasser Anwendung

8 Erfahrungen: 60Hz Netz, zulässige Netzschwankungen, behördliche Anforderungen Einbindung in Gesamtsystemsteuerung des Hochhauskomplexes Abstimmung der Maschinenentwicklung mit den Bauterminen Durchführen von Abnahmetests durch den Kunden in der Schweiz (50Hz Netz!) Kombinierte Erdsonden / Flusswasser Anwendung Grosswärmepumpen Anwendungen Bi-valente Systeme in Mehrfamilienhäuser Luft/Wasser Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen Eisspeicher Systeme Abwärmenutzung Kombination Erdsonden & Flusswasser Perspektiven der Weiterentwicklung Kältemittel mit niedrigem GWP Monitoring & Diagnostics und Prognostics Smart-Grid Fähigkeiten Themen

9 EU: F-Gas Verordnung: Zwang mittel- bis langfristig nur noch Kältemittel mit kleinem GWP CH: Anlagen > 600kW Kälteleistung für Klimatisierung und > 400kW Kälteleistung für industrielle Zwecke nur noch mit natürlichem Kältemittel Natürlich Kältemittel Propan ist hoch entflammbar => Sicherheitsmassnahmen Ammoniak ist giftig => Sicherheitsmassnahmen CO 2 nur für bestimmte Anwendungen geeignet und arbeitet mit sehr hohen Drücken H 2 O bietet nur geringe Leistungsdichten Alternativen sind neue synthetische Kältemittel, z.b. HFO1234ze Niedrige bis mässige Entflammbarkeit, ungiftig Niedriges GWP im ein-zahligen Bereich Erschliessung neuer Temperaturbereiche Geringere Energiedichte im Vergleich zu etablierten Kältemittel wie R134a Kältemittel mit niedrigem GWP Zunehmende Bedeutung der Fernüberwachung und der zustandsbasierten Wartung, gerade bei grossen und industriell genutzten Anlagen Vorteile: Minimierung von Wartungskosten und Erhöhung der Verfügbarkeit Modellbasierte Methoden Gütegrad / COP Sekundärpumpe Kondensator Filtertrockner Kompressor Expansionsventil Kältemittel/Öl Verdampfer M Legende: ok effizienzsteigernder Service fällig betriebsbedingte Wartung fällig Primärpumpe Notfall-Service Not-Abschaltung (blinkend) Monitoring, Diagnostics & Prognostics

10 Einspeisung regenerativer Energien Zunehmend volatiler Strommarkt Stark schwankende Strompreise Antwort: Systemlösungen um WP Entkoppelung von temporärer Verfügbarkeit und Preisen Zwischenspeicherung von Energie (Wärme und Strom) Einspeisung überschüssiger elektrischer Energie Vernetzung von dezentralen Erzeugern und Verbrauchern zu virtuelle Kraftwerken (Z.B. BHKW und Wärmepumpen zusammen mit Speichern) Smart-Grid Fähigkeit und Systemlösungen Anwendungsbereiche von Gross-Wärmepumpen nehmen kontinuierlich zu durch die Erschliessung von Energiequellen und durch Integration in komplexere Systeme Enge Zusammenarbeit mit Planern und Architekten gewährleisten das Zusammenspiel von Maschinen und Gebäuden Neue Kältemittel und Fortschritte in der Verdichtertechnologie erlauben immer grössere Maschinen bei immer grösseren Temperaturhüben und attraktiven COP Trend geht hin zu Fernüberwachung und zustandsorientierter Wartung um Betriebskosten zu minimieren und die Verfügbarkeit zu maximieren Smart-Grid Fähigkeit, integrierte Systeme aus Energieerzeugern und Speicherkapazitäten sowie die Vernetzung vieler Anlagen erlauben auch zukünftig Versorgungssicherheit bei volatilen Strommärkten Zusammenfassung