ENERGIE APÉRO LUZERN 21. Jan Absorptionsmaschinen für Wärmeerzeugung mit hoher Effizienz, praktische Erfahrungen, Einsatzgrenzen

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1 ENERGIE APÉRO LUZERN 21. Jan Absorptionsmaschinen für Wärmeerzeugung mit hoher Effizienz, praktische Erfahrungen, Einsatzgrenzen Referat von: Stephan Koch, Walter Meier (Klima Schweiz) AG Referent: Martin Wettstein, dipl.ing.htl/hlk 1

2 Kälteproduktion mit Absorptions-Kältemaschine Einsatz als Wärmepumpe 2

3 Begriff der Absorption Allgemeinen das Aufsaugen, das In-sich-Aufnehmen von etwas. Chemische Absorption beschreibt den Prozess der Aufnahme oder des Lösens eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase. Hierbei handelt es sich nicht um eine Anlagerung an der Oberfläche (Adsorption), sondern um eine Aufnahme in das freie Volumen der absorbierenden Phase. 3

4 Prinzip der Absorption P- P+ P+ P- Durch Absorption und Desorption wird das Druckgefälle im Kältemittelkreislauf erzeugt. Kältemittel verdampft unter Entzug von Wärme (Kühlung) 4

5 Kältemittel und Lösungsmittel Im Anlagenbau kommen 2 Stoffpaare zur Anwendung: Nur Grossmaschinen Lithium Bromid Absorption Verdampfung > 0 C Ammoniak Wasser Absorption Verdampfung bis -60 C Kältemittel Wasser Ammoniak Lösungsmit tel Lithium Bromid Wasser Die Stoffpaare fallen in die Kategorie der natürlichen Kältemittel und sind somit gemäss Stoffverordnung nicht bewilligungspflichtig! Normalfall 5

6 Kältemittel bis 2009 (2014) 6

7 Vor- und Nachteile von Absorptionsmaschinen Vorteile lange Lebensdauer wenig Wartung und Unterhalt grosse Leistungen konstruierbar leiser Betrieb, keine Vibrationen minimale Stromversorgung notwendig Hervorragend geeignet für Notkühlsysteme Nachteile Abmessungen / Platzbedarf Regulierbarkeit (Bandlast von Vorteil) Grosse Rückkühlflächen Wärmeversorgung erforderlich Investitionskosten wie wird die Anlage-Konzeption beeinflusst? wie verhält es sich mit der Energiebilanz? 7

8 Temperaturen 100% 65% 150 C 100 C 1. Tiefere Heiztemperatur (z.b. Solarwärme) erfordert grössere Kältemaschine 2. Tiefe Verdampfungstemperaturen müssen mit hohen Heiztemperaturen "erkauft" werden 8

9 Leistungsverhältnis COP 100 % 78 % COP besser bei: Verdampfungstemperatur hoch Heizungstemperatur tief Rückkühltemperatur tief COP = Kälteleistung Q0 / Heizleistung Qh 9

10 COP - Vergleich COPstrom COPwärme 0,

11 Energieeffizienz Klima Tiefkühlung Im Vergleich zu Kompressions-Kältemaschinen benötigen Absorptions-Kältemaschinen den 4 bis 8 fachen Energieinput. Wo finden wir hochwertige und günstige (Ab)wärme? 11

12 Rückkühlleistung Heizung Kondensator Kaltwasser Absorber Qv + Qh = Rückkühlleistung Im Vergleich zu Kompressions-Kältemaschinen benötigen Absorptions-Kältemaschinen die ca. 2-3 fache Rückkühlleistung 12

13 Wirtschaftliche Überlegungen Der wirtschaftliche Einsatz zur Kälteproduktion ist selten gegeben. hohe Investitionen hoher Energie-Einsatz Amortisation hauptsächlich von Wärmepreis abhängig! Anwendung prüfenswert bei: Wärmepreis = < 1/5 vom Strompreis Ökologischer Nutzen? Solare Wärmeerzeugung? (Für die Erzeugung von Kühlenergie) Abwärme aus BHKW- Anlagen? Abwärme aus Kehrichtverbrennung? Nutzung als Wärmepumpe? 13

14 Erdgas- oder Propangas- Absorptionsmaschinen für Wärmeerzeugung Erfahrungen, Einsatzgrenzen 14

15 Warum Gasabsorptionswärmepumpen? 25 % weniger CO 2 Ausstoss als Heizölkessel Geringer Platzbedarf Kein backup Brenner (Betrieb bis -20 C) Kühlen und Heizen (gleichzeitig) Geringer Elektrischer Leistungsanschluss (Spitzenstrom brechen) 15

16 Ökologische Vorteile 25% weniger CO 2 Kältemittel Ammoniak> keine Ozon-Schädigung kleine NOx Werte keine Feinstaubpartikel 16

17 Geringer Leistungsabfall bis -20 C 17

18 VORTEILE DER ABSORPTIONSTECHNIK Sehr hohe Effizienz / Wirkungsgrad gegenüber Heizkessel 18

19 EFFIZIENZ DES PRIMÄRENERGIETRÄGERS 19

20 VORTEILE DER ABSORPTIONSTECHNIK Sehr hohe Effizienz / Wirkungsgrad Kälte und Wärme gleichzeitig nutzbar (237%) 20

21 KÄLTE UND WÄRME SIMULTAN NUTZBAR VERDAMPFERKREIS KONDENSATORKREIS NUTZKÄLTE 70 % GAS INPUT 100% NUTZWÄRME 160 % Gesamteffizienz bei Nutzung von Kälte und Wärme = 230 % 21

22 VORTEILE DER ABSORPTIONSTECHNIK Sehr hohe Effizienz / Wirkungsgrad Kälte und Wärme gleichzeitig nutzbar (237%) Kältekreis mit NH3 / H2O (technisch/ökologisch) großer Einsatzbereich von -12 C bis 65 C (85 C) Nutzung regenerativer Energien 22

23 KOSTEN / INVESTITION CHF für 39 kw Heiz- / und 18 kw Kälteleistung nur ca. 50% der Kosten für Erdsonde, Brunnen 23

24 SONDENGRÖSSE - ENTZUGSLEISTUNG 24

25 INVESTITIONSKOSTEN IM VERGLEICH Gaswärmepumpe Sole/Wasser 38 kw Elektrowärmepumpe Sole/Wasser 38 kw ~ CHF CHF CHF CHF Gesamtinvestition: ~ CHF Gesamtinvestition: ~ CHF 25

26 KOSTEN / INVESTITION CHF für 40 kw Heiz- / und 18 kw Kälteleistung nur ca. 50% der Kosten für Erdsonde, Brunnen drastisch reduzierte elektrische Anlage / Fixkosten keine Investition für Puffer / Zusatzkessel kaum bewegliche Teile langlebig / wartungsarm niedrige Betriebs- / und Instandhaltungskosten 26

27 HYDRAULISCHER ANSCHLUSS Speicher wenn möglich oder bivalenter Betrieb 27

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