Systembewertung von Jahresnutzungsgrad und Jahresemissionen für Kombianlagen mit Pelletkessel und Solaranlage

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1 Systembewertung von Jahresnutzungsgrad und Jahresemissionen für Kombianlagen mit Pelletkessel und Solaranlage Robert Haberl Lars Konersmann Elimar Frank Jürgen Good Thomas Nussbaumer Institut für Solartechnik SPF, Rapperswil Hochschule Luzern Technik & Architektur, Horw Robert Haberl, SPF Research 1

2 Systembewertung von Jahresnutzungsgrad und Jahresemissionen für Kombianlagen mit Pelletkessel und Solaranlage Nachheizung Speicher Kollektor Grosser Einfluss in der Systemebene auf die Effizienz und Funktionalität von Einzelkomponenten und Gesamtsystem Robert Haberl, SPF Research 2

3 Methode zur Prüfung von Heizsystemen Systemtest 12-tägige dynamische Messung eines kompletten Heizsystems am Prüfstand des SPF Simulationen Erstellen und Validieren eines Simulationsmodells mit Messdaten aus Prüfung Jahressimulation mit validiertem Simulationsmodell Robert Haberl, SPF Research 3

4 Dynamische Prüfung Robert Haberl, SPF Research 4

5 Referenzbedingungen Aussentemperatur Globalstrahlung Aussentemperatur [ C] Globalstrahlung [W(m 2 ] Zeit [d] Robert Haberl, SPF Research 5

6 Messergebnisse 12-Tages Test Grösse Einheit System 1 System 2 Speichervolumen [m 3 ] Nennleistung Pelletkessel [kw] Kollektorfläche [m 2 ] Energieeintrag Pellets [kwh] Energieeintrag Kollektorkreis [kwh] Energieverbrauch und Warmwasser Raumwärme [kwh] Anzahl der Brennerstrats [ ] Durchschnittliche Speichertemperatur [ C] Nutzungsgrad Pelletkessel [ ] Robert Haberl, SPF Research 6

7 Auszug der Prüfstandsmessung Robert Haberl, SPF Research 7

8 Auszug der Prüfstandsmessung Robert Haberl, SPF Research 8

9 Wo liegt der Fehler? Control 65 C 50 C 40 C Robert Haberl, SPF Research 9

10 Wo liegt der Fehler? WW KW Robert Haberl, SPF Research 10

11 Ergebnis der Jahressimulationen System 1 System 2 Energie Input Energie Output Pelletseintrag [kwh] Kollektoreintrag [kwh] Elektrischer Eintrag [kwh] Elektrischer Eintrag (gewichtet) [kwh] Total [kwh] Total (gewichtet) [kwh] Raumheizung [kwh] Warmwasser [kwh] Verluste [kwh] Total [kwh] Robert Haberl, SPF Research 11

12 Ergebnis der Jahressimulationen System 1 System 2 Verluste Kessel [kwh] Speicher [kwh] Rohrleitungen [kwh] Kessel- Spezifische Werte Anzahl Brennerstarts [-] Brennerlaufzeit [h] Wasserseitig bilanz. Energieeintrag [kwh] El. Eintrag Pelletkessel [kwh] El. Eintrag Pelletkessel (gewichtet) [kwh] Robert Haberl, SPF Research 12

13 Nutzungsgrade Jahresnutzungsgrad Systemnutzungsgrad Pelletkessel: Kombisystem: JNG η S,pe K = System#1 System#2 JNG K η S,pe η S,pe+so+el Q wat Q Heiz Q+ Heiz Q WW + Q WW Q pellet Q pellet Q pellet + Q solar + F el *E el Robert Haberl, SPF Research 13

14 Ergebnisse der Emissionsberechnungen Jahresemissionsfracht spezifische Emissionen System 1 System 2 CO [kg] Gesamt-KW [g] Methan [g] Nichtmethan-KW [g] NO X [kg] Feststoff gravimetrisch [kg] 1.46 CO [mg/mj] Gesamt-KW [mg/mj] Methan [mg/mj] Nichtmethan-KW [mg/mj] NO X [mg/mj] Feststoff gravimetrisch [mg/mj] Robert Haberl, SPF Research 14

15 CO Emissionen: System 1 5`000` `000` CO [mg] 3`000`000 2`000`000 1`000` Brennerstarts [-] 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 Robert Haberl, SPF Research 15

16 CO Emissionen: System 1 5`000`000 CO: Betrieb CO: Start/Stopp Brennerstarts 500 4`000` CO [mg] 3`000`000 2`000`000 1`000` Brennerstarts [-] 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 Robert Haberl, SPF Research 16

17 CO Emissionen: System 2 5`000`000 CO: Betrieb CO: Start/Stopp Brennerstarts 500 4`000` CO [mg] 3`000`000 2`000`000 1`0000` Brennerstarts [-] 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 Robert Haberl, SPF Research 17

18 Zusammenfassung Beide Anlagen erfüllen die Anforderungen von Raumheizung und Warmwasserbereitung sicher und unterbruchfrei. Die Möglichkeit zur Leistungsregelung konnte nicht ausgenutzt werden. Dadurch resultiert eine taktende Betriebsweise des Kessels. Hohe Emissionen an Kohlenmonoxid und gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Die Verluste der Anlagen sind hoch. Insbesondere Speicherverluste und Verluste durch nicht isolierte Rohrleitungen müssen reduziert werden. Robert Haberl, SPF Research 18

19 Schlussfolgerungen und Ausblick Die Leistungsregelung des Pelletkessel muss auf Systemebene erfolgen. Bei einer direkten Einbindung des Kessels (Beladung des Speichers) muss die Leistung aufgrund de Speichertemperatur geregelt werden, anstatt der Regelung nach der Vorlauftemperatur. Simulationsstudien zeigen, dass dadurch eine deutliche Reduktion der Startzyklen erreicht werden kann. Umsetzung der Regelung in P&D! Robert Haberl, SPF Research 19

20 Poster: Kombination von Wärmepumpen mit solarthermischen Kollektoren Robert Haberl, SPF Research 20

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