Nutzung von Abwärme aus Kälteanlagen

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1 Nutzung von Abwärme aus Kälteanlagen VDMA-Einheitsblatt Abwärmenutzung von Kälteanlagen

2 Übersicht (1) Was vor Nutzung von Abwärme zu klären ist (2) Arten von Abwärmenutzung (A) Passive Abwärmenutzung (B) Konditionierte Abwärmenutzung, VDMA-Effizienztool (3) Wärmeträger-Kreislauf (4) Abwärme aus aufgesetzter Wärmepumpe (5) Zusammenfassung 2 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

3 (1) Nutzung von Abwärme aus Kälteanlagen Q c =(Q o + P e ) nutzbar? Q o P e - Verdampfer - Verdichter - Verflüssiger - Entspannungsorgan - 3 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

4 (1) Was vor Nutzung von Abwärme zu klären ist zeitlicher Kälte- und Wärmebedarf, erforderliche Abwärmetemperatur, Zwischenspeicher-Möglichkeit von Wärme, ob sich Anforderungen ändern lassen, ob sich die Kälteanlage für Abwärmenutzung verändern lässt, ob sich Änderungen auf die Wirtschaftlichkeit auswirken. 4 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

5 (1) Fragen vor einer Nutzung von Abwärme Welche Änderungen sind nötig, um bedarfsgerechte Abwärme (Menge und Temperatur) zu liefern? Lässt sich Abwärme über die Abwärme der Kälteanlage hinaus bereitstellen? Welcher Aufwand ist dazu erforderlich? 5 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

6 (1) Einsparungen durch Nutzung von Abwärme Lassen sich durch Nutzung von Abwärme andere Investitionen vermeiden, wie z.b. für eine Gasheizung Gasboiler Gaszuleitung Abgasleitung (Schornstein) Damit verbundene Wartungs- und Prüfungskosten? Lassen sich für Kälteanlagenbetrieb mit Nutzung von Abwärme Sonderkonditionen für Strombezug vereinbaren? 6 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

7 (2) Abwärme aus Kälteanlagen Motivation und Ziele Systematische Bewertung von Kälteanlagen mit Abwärmenutzung, Anwendung einer Methode bei Planung und Bau von Kälteanlagen, Einsatz von Primärenergie reduzieren, Energiekosten senken, z.b. für Gebäudeheizung, Warmwasser oder Prozesswärme. 7 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

8 (2) Kälteerzeugung und Abwärme an Kälteanlagen Klärung des Bedarfs für Heizung & Kühlung Beide können extrem voneinander abweichen (Angebot Nachfrage). Wenn Angebot : Da die Kühlung Vorrang hat, kann Abwärme nicht vollständig genutzt werden. Wenn Nachfrage : Bedarf kann nicht gedeckt werden. 8 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

9 (2) Kälteerzeugung und Abwärme an Kälteanlagen 1. Beispiel für den Bedarf Heizung & Kühlung Jahreslastprofil für Raumwärmeenergie und Kälteenergie in einem Bürogebäude 9 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

10 (2) Kälteerzeugung und Abwärme an Kälteanlagen 2. Beispiel für den Bedarf Heizung & Kühlung Jahreslastprofil für Raumwärmeenergie und Kälteenergie in einem Labor- und Bürogebäude der Pharmaindustrie 10 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

11 (2) Arten von Abwärme (A) Passive Abwärme Abwärme aus Enthitzern und Ölkühlern aller Verflüssigerbauarten Abwärme aus wassergekühlten Verflüssigern (unter bestimmten Voraussetzungen auch aus luftgekühlten Verflüssigern) nutzen. 11 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

12 (2) Arten von Abwärme (B) Konditionierte Abwärme Wenn Abwärme wegen zu niedriger Temperatur oder zu geringer Menge nicht genutzt werden kann, muss sie zweckbezogen konditioniert werden (Zusatz- Aufwand erforderlich). Dazu muss die Verflüssigungstemperatur erhöht werden. 12 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

13 (A) Passive Abwärme Betriebsparameter der Kälteanlage werden nicht verändert. Abwärme ist ohne Mehraufwand verfügbar. Nutzung von Wärmeabfall Nutzung ist am energieeffizientesten. Der Primärenergieaufwand für den Betrieb der Kälteanlage vergrößert sich nicht. Besonders effizient, wenn auch Verflüssigungswärme genutzt werden kann. 13 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

14 (A) Passive Abwärme Enthitzungswärme-Anteil lässt sich vergrößern, wenn die Überhitzung vor dem Verdichter vergrößert wird. Wenn ein innerer Wärmeübertrager benutzt wird, ist der Abwärmezugewinn durch Temperaturdifferenzen begrenzt. VORSICHT: Eine größere Überhitzung kann Einsatzgrenzen von Komponenten und Betriebsstoffen überschreiten und sich auf die Energieeffizienz der Kälteerzeugung auswirken. 14 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

15 (A) Passive Abwärme Enthitzungswärme durch inneren Wärmeübertrager Q w-c 2 Q w-e t W-E p Q w-e 2 WÜ 3 WÜ t c t W-E WÜ 3 1 WÜ P oc 3 WÜ t o WÜ h Q o Die Temperatur t W-E der Enthitzungswärme steigt mit der zunehmender Sauggasüberhitzung an. 15 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

16 (A) Passive Abwärme Enthitzungswärme durch inneren Wärmeübertrager Q w-c Q w-e Anteil Enthitzungswärme / Verflüssigungswärme 2 2 WÜ 25,00% 20,00% WÜ 3 1 WÜ P oc 15,00% 10,00% 3 WÜ 1 5,00% Q o 0,00% Dt oh y Q / Q E / c w E w c Die Relation y E/C zwischen Enthitzungswärme und Verflüssigungswärme ändert sich mit zunehmender Sauggasüberhitzung. Sie ist kältemittelabhängig. 16 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

17 (A) Passive Abwärme Enthitzungswärme aus Ölkühler (SV) t 2 Ölabscheider t 1 Q W Q W-c Q W-E Q W-öl t 2 p Q W-öl Ölkühler t c 2 2 poly Q W-F t öl Q o t o Ölkühlungsleistung und Temperatur t 2 am Verdichteraustritt werden innerhalb der Einsatzgrenzen des Schraubenverdichters durch die Öltemperatur t öl und durch den Ölvolumenstrom an einen Bedarf anpasst. Q o 1 P oc h 17 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

18 (A) Passive Abwärme 18 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

19 (B) Konditionierte Abwärme 19 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

20 (B) Konditionierte Abwärme Erfordert eine Erhöhung des Verdichtungs- Enddruckes für die Verflüssigung des Kältemittels. Es ist zu prüfen, ob die Betriebsbedingungen der Kälteanlage überhaupt verändert werden können. Wird die verfügbare Abwärmeleistung nur teilweise genutzt, steigen deren Kosten. Erhöhung des Verdichtungsenddruckes nur dann, wenn Abwärmeleistung gefordert wird. 20 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

21 (B) Kosten-Bewertung für konditionierte Abwärme Elektroenergie-Mehrbedarf einer Saison: Elektroenergiebedarf mit konditionierter Abwärme MINUS Elektroenergiebedarf ohne konditionierte Abwärme Zur Berechnung des saisonalen Elektroenergiebedarfes kann die Energie-Effizienzkennzahl SEE(I)R verwendet werden ( VDMA-Effizienztool ) 21 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

22 (B) Mehrenergiebedarf durch Konditionierte Abwärme Elektroenergie - Mehrbedarf bei Abwärmenutzung DEWN-KC EWN-el EKC-el Wenn die Energie-Effizienzkennzahlen S(EE)IR bekannt sind, lässt sich der Elektroenergiebedarf berechnen. Saisonaler Energiebedarf Saisonaler Energiebedarf Kälteerzeugung mit Abwärmenutzung Kälteerzeugung ohne Abwärmenutzung E WN el Qo KC Q EKC el SEE( I) R SEE( I) R WN el o KC KC el 22 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

23 (B) Effizienztool: Berechnung der Effizienzkennzahl SEE(I)R? SEE(I)R ist ein Energieverhältnis in einem Betrachtungszeitraum. Energie- Effizienz einer Saison SEE(I)R Was braucht man zur Berechnung des SEE(I)R? (a) den Kältebedarf der Saison [z.b. Q o =f(t U ), Kühllastprofil] (b) die Dauer auftretender Temperaturen [z.b. t U ] (c) das Temperaturprofil der Wärmesenke (Verflüssiger). Diese drei Profile sind von Nutzung und Standort der Kälteanlage abhängig. Sie stehen oft in einem Zusammenhang mit t U. 23 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

24 (B) Kältebedarf einer Saison Der Kältebedarf [z.b. Q o =f(t U )] hängt von der Nutzung und vom Standort der Kälteanlage ab. Wenn der Kältebedarf von der Außenlufttemperatur abhängt, braucht man deren Häufigkeit während einer Saison. Die Häufigkeit der Außentemperaturen je C ist verfügbar (z.b. Standard-Profil ASHRAE 2009, Strasbourg). Kältebedarf und Außentemperatur können aber auch voneinander unabhängig sein. (Berechnung benötigt auch 4 spezifizierte Betriebszustände) 24 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

25 (B) Temperaturprofil der Wärmesenke (Verflüssiger) (a) Bei luftgekühlten und wassergekühlten Kälteanlagen mit Kühlturmbetrieb sowie bei Kälteanlagen mit Verdunstungsverflüssiger ist die Häufigkeit der Temperaturen der Wärmesenke oft an die Außenluft gekoppelt. (b) Die Häufigkeit der Außentemperaturen je C ist verfügbar. Wärmesenken- und Außentemperatur können aber auch voneinander unabhängig sein. (Berechnung benötigt auch 4 spezifizierte Betriebszustände) 25 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

26 (B) Saisonale Kühllast Kältebedarf der Betriebszustände A, B, C, D (hier abhängig von Außentemp.) (gilt auch mit AWN) Beispiel ENTR Lot1: Kältebedarf abhängig von Außentemperatur LD LC L B L A 5 C 15 C 25 C 35 C t amb (Außenluft) D C B A Kältebedarf L i in Abhängigkeit der Außentemperatur (A) L A =1,00 >30 C (B) L B =0,93 20 C bis 30 C (C) L C =0,87 10 C bis 20 C (D) L D =0,80 <10 C (Kühllast 4 spezifizierte Betriebszustände) L i Q Q o-i oa 26 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

27 (B) Saisonale Kühllast Dauer w i für Kältebedarf der Betriebszustände A, B, C, D (gilt auch mit AWN) w C Beispiel ENTR Lot1: Betriebsstunden abhängig von Außentemperatur w D w B w A D C B A Anteilige Dauer w i eines Jahres für die Kühllast-Referenzpunkte (A) w A = 0,005 >30 C (B) w B = 0, C bis 30 C (C) w C = 0, C bis 20 C (D) w D = 0,494 <10 C A..D =1,00 5 C 15 C 25 C 35 C t amb (Außenluft) w i h h i saison (Berechnung benötigt auch 4 spezifizierte Betriebszustände) 27 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

28 (B) Saisonale Kühllast Berechnet aus Kältebedarf L i und Dauer w i für Betriebszustände A, B, C, D S( EE) IR w D * L D (gilt auch mit AWN) Q h Q ( w * L ) okc saison okca i i w c i * L CA D w B * L B w A * L A 0,842 5 C 15 C 25 C 35 C t amb (Außenluft) D C B A Anteilige Dauer w i Kältebedarf L i w i * L i (A) w A = 0,005 L A = 1,00 0,005 (B) w B = 0,116 L B = 0,93 0,108 (C) w C = 0,385 L C = 0,87 0,334 (D) w D = 0,494 L D = 0,80 0,395 w i *L i 0,842 D i i i A ( w * L ) ist eine dimensionslose Kühllast 28 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

29 (B) Saisonaler Elektro-Energiebedarf ohne Abwärmenutzung Berechnet aus Kältebedarf L i, Dauer w i und COP i für Betriebszustände A, B, C, D S( EE) IR KC-el E h Q ( w * L ) / COP KC el saison okca i i KC i i A D 0,128 w C *L C /COP C w D *L D /COP D w B *L B /COP B T U luftgekühlt 5 C 15 C 25 C 35 C Umgebungsluft w A *L A /COP A T U Verdunstgskühl. 4 C 11 C 18 C 23 C Feuchtkugel T 5 C 15 C 25 C 35 C U wassergekühlt 9 C 16 C 23 C 30 C t U Wassereintritt (Kühlwassertemperatur) D C B A w i L i COP KC-I w i *L i /COP i (A) 0,005 1,00 4,20 0, (B) 0,116 0,93 5,03 0,0215 (C) 0,380 0,87 6,14 0,0544 (D) 0,490 0,80 7,62 0,0518 w i *L i /COP i 0,128 w * L ) D i i COP i A KC i ist ein dimensionsloser saisonaler Energiebedarf 29 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

30 (B) SEE(I)R KC-el ohne Abwärmenutzung geteilt durch Kühlbedarf einer Saison Energiebedarf einer Saison ergibt die Saisonale Energieeffizienz S( EE) IR KC el Q h Q ( w * L ) okc saison okca i i i A 0,842 E h Q ( w * L ) / COP KC el saison okca i i KC i i A D D i A D D 0,128 0,842 i A ( w * L ) ( w * L ) / COP i i i KC i 0,128 i 30 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

31 (B) Saisonaler Energiebedarf ohne Abwärmenutzung Wenn die Energie-Effizienzkennzahlen SEE(I)R bekannt ist, lässt sich der Elektroenergiebedarf berechnen. ( w * L) Q o KC i A EKC el hsaison Q SEE( I) R okca SEE( I) R KC el D i i KC el (Berechnung wurde mit 4 spezifizierten Betriebszuständen ausgeführt.) 31 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

32 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 32 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

33 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 33 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

34 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 34 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

35 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 35 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

36 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 36 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

37 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 37 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

38 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 38 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

39 (B) Kühllast- und Temperaturprofile Spezifizierte Betriebszustände A, B, C, D 39 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

40 (B) Bewertung konditionierte Abwärmenutzung Zur Berechnung des SEE(I)R WN-el werden zusätzlich benötigt: (a) Abwärmetemperatur t H der konditionierten Abwärme (b) Veränderte Konfiguration der Kälteanlage (c) Veränderte COP-Werte (Referenzpunkte A, B, C, D) 40 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

41 (B) Saisonaler Energiebedarf mit Abwärmenutzung Kältebedarf L i und Dauer w i sind unverändert SEE() I R WN-el (gilt nur mit AWN) w D COP * L D KC D w C COP * L C KC C w B COP * L B KC B w A COP * L A KC A wassergekühlt 35 C 35 C 35 C 35 C D C B A t H (Warmwasser konstant) w i L i COP KC-I w i *L i /COP i (A) 0,005 1,00 4,20 0, (B) 0,116 0,93 4,09 0,0213 (C) 0,380 0,87 4,05 0,0661 (D) 0,490 0,80 4,01 0,0789 w i *L i /COP i 0,166 COP WN ändert sich gegenüber dem Betrieb ohne konditionierte Abwärme. 41 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

42 (B) Saisonaler Energiebedarf mit Abwärmenutzung Kältebedarf L i und Dauer w i sind unverändert SEE() I R WN-el (gilt nur mit AWN) E h Q ( w * L ) / COP WN el saison okca i i WN i i A D 0,166 w D COP * L D KC D w C COP * L C KC C w B COP * L B KC B w A COP * L A KC A wassergekühlt 35 C 35 C 35 C 35 C D C B A t H (Warmwasser konstant) w i L i COP KC-I w i *L i /COP i (A) 0,005 1,00 4,20 0, (B) 0,116 0,93 4,09 0,0213 (C) 0,380 0,87 4,05 0,0661 (D) 0,490 0,80 4,01 0,0789 w i *L i /COP i 0,166 COP WN ändert sich gegenüber dem Betrieb ohne konditionierte Abwärme. 42 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

43 (B) SEE(I)R WN-el mit Abwärmenutzung Kühlbedarf einer Saison (Nicht berechnen!) geteilt durch Energiebedarf einer Saison (Nicht berechnen!) ergibt die Saisonale Energieeffizienz (leicht zu berechnen!) Q h Q ( w * L ) okc saison okca i i i A 0,842 SEE I R E h Q ( w * L ) / COP WN el saison okca i i WN i i A WN el D D i A D i A D 0,166 0,842 ( w * L ) ( w * L ) / COP i i i WN i 0,166 i 43 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

44 (B) Elektroenergie-Mehrbedarf für konditionierte Abwärme Elektroenergie-Mehrbedarf bei Abwärmenutzung o-kc D Q EWN-KC SEE I RWN-el Q SEE I o-kc R KC-el Elektroenergie-Mehrbedarf berechnet aus (1) Stundenzahl einer Saison, (2) Volllast-Kälteleistung, (3) Saisonalen Energieeffizienzen SEE(I)R ohne / mit Abwärmenutzung DE KC-WN 1 1 D h ( ) * saison Q ( i * i ) okca SEE I R SEE() I R w L WN el KC el i A 0, Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

45 (B) Beispiel: SEE(I)R WN Kaltwassersatz (Q oa =656 kw; t N =6 C) ohne / mit Abwärmenutzung SEE(I)R 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 ohne konditionierte Abwärme 2,00 1,00 mit konditionierter Abwärme t H jeweils konstant t H in C 0, Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

46 (B) Beispiel: Bedarf E KC und E WN und Mehrbedarf DE WN-KC Elektroenergiebedarf E KC und E WN und sowie Mehrbedarf DE WN-KC für den Betrieb des Kaltwassersatzes in einer Saison mit 5000 Betriebsstunden ,00 kwh / 5000 h , ,00 Elektroenergie-Bedarf E WN , , , , , ,00 t H in C 0, ohne konditionierte Abwärme Elektroenergie-Mehrbedarf DE WN-KC für konditionierte Abwärme 46 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

47 (B) Abwärmemenge und Energieeffizienz Konditionierte Wärmemenge einer Saison 0,842 E WN h saison Q okca D ( wi * Li ) i A SEE I R WN el Energie-Effizienz konditionierter Abwärme e WN W DE WN WN-KC f WN e WN ist die Verhältniszahl aus Nutzen (konditionierte Abwärme) zu Mehraufwand für elektrische Energie. e WN ist eine Effizienzkennzahl für Abwärme. f WN Nutzungsgrad von bereitgestellter Abwärme. 47 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

48 (B) Preis für konditionierte Abwärme p WN Spezifische Preis p WN in / kwh für konditionierte Abwärme: p WN k e el WN k el Preis in / kwh für Elektroenergie Je nach Nutzungsgrad f WN der Abwärme reduziert sich die Wirtschaftlichkeit. Wenn beispielweise nur die Hälfte genutzt werden kann (f WN = 0,5), verdoppelt sich der Preis der konditionierte Abwärme. Die Wirtschaftlichkeit sinkt auf 50 %. 48 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

49 (B) Beispiel: Preis für konditionierte Abwärme p WN Wärmepreise beim Betrieb des Kaltwassersatzes mit konditionierter Abwärme (Strombezug für 0,22 /kwh Wärme-Preis /kwh 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 mit konditionierter Abwärme 0, t H in C (Kühlwasser Austritt) 49 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

50 Wärmepreis /kwh Wärme (B) Beispiel: Teillast-Preise für konditionierte Abwärme p WN Wärmepreis bei Abwärme Teil - Nutzung (Strombezug für 0,22 /kwh) im Vergleich zu Erdgas (0,06 /kwh) 0,16 25% 0,14 0,12 0,10 0,08 Gasboiler? 50% 0,06 0,04 100% 0, t H in C (Kühlwasser Austritt) 50 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

51 (B) Konditionierte Abwärme mit externer Wärmequelle Wenn der Abwärmebedarf größer ist als die konditionierte Abwärme der Kälteanlage, kann ein Zusatzwärmestrom aus einer externen Wärmequelle eingekoppelt werden. Nur in Verbindung mit mehrstufigen Kälteanlagen zu empfehlen. Temperatur der externen Wärmequelle muss geeignet sein (passend zur Zwischentemperatur der Kälteanlage). 51 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

52 (B) Konditionierte Abwärme mit externer Wärmequelle konditionierte Abwärme konditionierte Abwärme externe Wärmezufuhr HT- Kältekreis HT HD- Kältekreis HD Verdampfer- Kondensator ND NT- Kältekreis NT externe ND- Kältekreis Wärmequelle Kühllast Kaskaden-Kälteanlage mit externer Wärmequelle Kühllast Zweistufige Kälteanlage mit externer Wärmequelle 52 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

53 (B) Konditionierte Abwärme mit externer Wärmequelle Konditionierte Abwärmeleistung mit Hilfswärmequelle Q ( Q P P ) * (1 s ) WN-Z o WN ND HD Z Q Z Zusatzwärmestrom (Hilfswärmequelle) Der Leistungsbedarf der Gesamt-Kälteanlage ist. P ges-z Qo WN ( Qo WN PND) *(1 sz ) COP COP ND HD Aus Abwärme und Elektroenergie-Mehrbedarf lassen sich die Kosten für konditionierte Abwärme berechnen. 53 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

54 (3) Wärmeträger-Kreislauf Der Wärmeträgermassenstrom beeinflusst sowohl die Temperaturdifferenz Dt WT im Wärmeträger zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur (zum / vom Verbraucher) und die Verflüssigungstemperatur t c. Enthitzer t 2 t W =80 C Verbraucher 70 C t c =80 C 78 C Verflüssiger Wenn der Wärmeträgermassenstrom so festgelegt wird, dass die Temperaturdifferenz im Wärmeträger Dt WT = 10 K ist, beträgt die Rücklauftemperatur 70 C (Abwärmetemperatur 80 C = Vorlauf). Die Verflüssigungstemperatur ist t c =80 C. 54 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

55 (3) Wärmeträger-Kreislauf (halber Wärmeträgerstrom) t 2 Verbraucher Temperaturdifferenz Dt WT im Wärmeträger sollte möglichst groß sein. Enthitzer t W =80 C 60 C Verflüssiger t c =78 C 76 C Zirkulation halber Wärmeträgerstrom Kann Abwärme zwischen 70 C und 60 C auch genutzt werden? Bei einer Abwärmetemperatur 80 C ist dann die Rücklauftemperatur 60 C. Dazu wird der Wärmeträgermassenstrom halbiert und Dt WT verdoppelt sich von 10 K auf 20 K. Die Verflüssigungstemperatur reduziert sich um 2 K auf t c =78 C. Das reduziert Betriebskosten. 55 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

56 (3) Wärmeträger-Kreislauf mit zwei Abwärme-Temperaturen Enthitzungswärme und konditionierte Abwärme werden in getrennten Kreisläufen ausgekoppelt. t 2 = 100 C Abwärme kann bei unterschiedlichen Temperaturen ausgekoppelt werden. Wärmeträgervolumenströme müssen regelbar sein, wie z.b. Dt WT =15 K t Öl =78 C 90 C 75 C 25% Enthitzungswärme für 1. Prozess 90 C / 75 C Wärmeträgervolumstrom 1 ACHTUNG: Weitere Wärmeübertrager sind erforderlich, wenn Abwärme nicht zu 100 % benötigt wird. t c = 78 C 60 C 75% konditionierte Wärme für 2. Prozess 75 C/60 C Wärmeträgervolumstrom 2 (1) Wärme aus Enthitzer und Ölkühler 90 C (2) Konditionierte Wärme aus Verflüssiger 75 C 56 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

57 (4) Abwärme aus aufgesetzter Wärmepumpe Kühlen Heizen Nutzen Nutzen 57 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

58 (4) Abwärme aus aufgesetzter Wärmepumpe Im Kältekreislauf sind zwei Wärmeübertrager angeordnet, an denen Wärme zu-/abgeführt werden kann. konditionierte Abwärme WP Wärmepumpe kann Abwärme bedarfsgerecht liefern. Kälteanlage 58 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

59 (5) Zusammenfassung Abwärmenutzung möglich, wenn Anforderungsprofil dazu passt. Abwärmenutzung sinnvoll, wenn Kosten sinken. Kostenabschätzung für konditionierte Abwärme ist möglich Bedarfsgerechte Wärme-Lieferung ist möglich, wenn Veränderungen an der Kälteanlage durchgeführt werden, die zusätzliche Wärmeübertrager zum Auskoppeln oder zum Einkoppeln von Fremdwärme benutzt werden. Aufgesetzte Wärmepumpen bieten die Möglichkeit, Wärme bedarfsgerecht zu liefern. Die technische Ausführung und der Betrieb der Wärmeträgerkreisläufe beeinflusst die Energieeffizienz für Abwärme. Im VDMA-Einheitsblatt Abwärmenutzung von Kälteanlagen sind weitere Details zu finden. 59 Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"

60 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Dieter Mosemann GEA Refrigeration Germany GmbH Dieter Mosemann "ABWÄRMENUTZUNG KÄLTEANLAGEN"