Alte und neue Wärmequellen mit Grundwasser, Erde, Luft, Eis oder Abwasser effizient heizen. Lechwerke AG Seite 1

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1 Alte und neue Wärmequellen mit Grundwasser, Erde, Luft, Eis oder Abwasser effizient heizen Lechwerke AG Seite 1

2 Wärmepumpen nutzen Energie der Sonne, gespeichert im Erdreich Erdsonde Flächenkollektor im Grundwasser in der Luft sowie aus Abwärme aus industrieller Produktion (Milchkühlung) EDV-Abwärme Kältemaschinen Abwasserkanäle und Kläranlagen Lechwerke AG Seite 2

3 Wärmepumpen zum Heizen Lechwerke AG Seite 3

4 Grundwasser-Wärmepumpe Ist Grundwasser vorhanden, eignet es sich ideal als Wärmequelle. Denn seine Temperatur bleibt während des ganzen Jahres relativ konstant. Benötigt werden lediglich zwei Brunnen: ein Förderbrunnen, der das Wasser holt, und ein Schluckbrunnen, der es zurückleitet. Vorlauftemperatur Grundwasser: 7 12 Grad C Arbeitszahl bis 4,5 Lechwerke AG Seite 4

5 Wärmepumpe Wärmequelle Grundwasser Lechwerke AG Seite 5

6 Erdreich-Wärmepumpe Erschließung der Wärmequelle durch Sonden Erdsonden werden bis zu 100 m tief in den Boden eingelassen. Die Sonden bestehen aus zwei U-förmigen Kunststoffrohren, in denen Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist, fließt. Der Durchmesser einer Erdsonde ist nicht größer als eine gängige Musik-CD. Vorlauftemperatur Erdsonde: 5 8 Grad C Arbeitszahl bis 4 Lechwerke AG Seite 6

7 Erdreich-Wärmepumpe Erschließung der Wärmequelle durch Kollektoren Erdkollektoren sind ein waagrechtes Rohrschlangensystem, das etwa 20 cm unter der Frostgrenze verlegt wird und durch das Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist, fließt. Vorlauftemperatur Erdkollektor: 2 6 Grad C Arbeitszahl bis 4 Lechwerke AG Seite 7

8 Wärmepumpe Wärmequelle Erdreich Lechwerke AG Seite 8

9 Luft-Wärmepumpe Luft gibt es als Wärmequelle überall. Ein weiterer Vorteil: Sie lässt sich ohne großen baulichen Aufwand erschließen. Ventilatoren führen die Außenluft am Verdampfer der Wärmepumpe vorbei, der ihr Wärme entzieht. Da mit fallender Außentemperatur die Leistung der Wärmepumpe nachlässt, unterstützt sie ein Elektro-Heizstab an den wenigen extrem kalten Tagen des Jahres mit durchschnittlichen Temperaturen unter - 5% Grad C. Der Heizstab übernimmt < 10% der Jahresarbeit. Arbeitszahl bis 3,3 Lechwerke AG Seite 9

10 Wärmepumpe Wärmequelle Luft Lechwerke AG Seite 10

11 Abwasser-Wärmepumpe Abwasserkanäle weisen Temperaturen von 10 bis 20 Grad Celsius auf. Deswegen eignen sich Kanäle mit einem Durchmesser ab 80cm und einer auch bei Trockenwetter stetig durchfließenden Abwassermenge hervorragend als Wärmequelle Arbeitszahl bis mehr als 5 Quelle: Minergie, Schweiz Lechwerke AG Seite 11

12 Wärmequelle Abwasser Q = m* c* T m = 15kg / c = 4,19kJ T = 3Grad Q = 188,6kW s / kg * Grad Unter Berücksichtigung eines Verschmutzungsfaktors von 0,7 und einer JAZ von 4 lassen sich damit 175 kw Heizleistung erzielen Lechwerke AG Seite 12

13 Spezielle Wärmepumpen Direktverdampfende Wärmepumpe Das umweltfreundliche Arbeitsmittel strömt ohne zusätzliche Antriebsenergie und ohne zusätzlichen Wärmetauscher durch die Erdkollektorrohre CO 2 -Erdsonde Flüssiges CO 2 sinkt in einer Erdsonde nach unten, nimmt Wärme auf, verdampft und steigt ohne Hilfsantriebe wieder nach oben Beide Maßnahmen tragen zur Effizienzsteigerung der Wärmepumpe bei. Die Arbeitszahl steigt auf Werte von deutlich über 5. Lechwerke AG Seite 13

14 Wärmequelle Eis - Latentspeicher Q c Übergang c Eis = wasser = m * = c * T 4,19 kj 333,5kJ Eis / / kg kg Grad / Wasser * * Grad Wenn man einen 5000l-Wasserspeicher von 10 Grad auf 0 Grad abkühlt, entzieht man 58 kwh Wärme. Bei der Umwandlung in Eis bleibt die Temperatur bei 0 Grad Celsius. Es können weitere 463 kwh entnommen werden. Lechwerke AG Seite 14

15 Wärmequelle Eis - Latentspeicher Quelle: isocal Bei Aussentemperaturen über 0 Grad wird der Eisspeicher mittels Solarthermie regeneriert. Wenn die Temperatur hoch genug ist, dann kann der Solarkollektor direkt zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Lechwerke AG Seite 15

16 Kühlen mit der Wärmepumpe Neue Wärmepumpen können auch kühlen Aktive Kühlung durch einen reversiblen Betrieb. Die Wärmepumpe wird zum Kühlschrank. Passive Kühlung durch einen zusätzlichen Wärmetauscher. Die niedrige Erdreichtemperatur wird über einen Wärmetauscher an die Fußbodenheizung weitergegeben. Lechwerke AG Seite 16

17 Wärmepumpen zum Heizen und zum Kühlen Lechwerke AG Seite 17

18 Wärmepumpen und passive Kühlung Lechwerke AG Seite 18

19 Großwärmepumpe Wärmequelle Flusswasser Lechwerke AG Seite 19

20 Funktion Heizkessel Lechwerke AG Seite 20

21 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad 66% Lechwerke AG Seite 21

22 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad NT- Kessel 80 % Lechwerke AG Seite 22

23 Funktion Brennwertkessel Lechwerke AG Seite 23

24 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad 93 % Lechwerke AG Seite 24

25 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad Lechwerke AG Seite 25

26 Funktion motorische Gas-Wärmepumpe Lechwerke AG Seite 26

27 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad Lechwerke AG Seite 27

28 PE-Einsatz und Jahresnutzungsgrad Lechwerke AG Seite 28

29 Ist die Wärmepumpe umweltfreundlich??? Die Wärmepumpe nutzt Sonnenenergie, aber sie benötigt Strom zum Antrieb des Verdichters Strom wird aber immer umweltfreundlicher: Neue Kraftwerke haben bessere Wirkungsgrade Immer mehr Strom stammt aus Erneuerbaren Energien Wärmepumpen benötigen nur 20 bis 40% Stromanteil die restliche Energie kommt aus der Wärmequelle Die Jahresarbeitzahl ist das Verhältnis zwischen abgegebener Wärme und aufgenommenen Strom Typische Arbeitszahlen liegen zwischen 2,8 und 5 Schon ab einer JAZ von 2,1 sind Wärmepumpen umweltfreundlicher als Heizkessel (Gutachten Prof. Wagner TUM) Lechwerke AG Seite 29

30 Raumwärme Haushalt (2009- JAZ=4) Primärenergie kwh Endenergie kwh Heizenergie kwh CO2-Emission kg/a Öl-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel El. Wärmepumpe Lechwerke AG Seite 30

31 Raumwärme Haushalt ( JAZ=2,1) Primärenergie kwh Endenergie kwh Heizenergie kwh CO2-Emission kg/a Öl-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel El. Wärmepumpe Lechwerke AG Seite 31

32 Erneuerbare Energien wachsen Anteile an der Stromerzeugung in Deutschland Quelle: BEE e.v. Lechwerke AG Seite 32

33 EE steigen bis 2020 auf 47% Quelle: BEE e.v. Lechwerke AG Seite 33

34 EE steigen bis 2020 auf 35% Lechwerke AG Seite 34

35 Der Primärenergiefaktor sinkt 3,20 3,00 2,80 2,60 2,40 Faktor (AGEB) Faktor (BEE) 2,6 2,48 2,33 2,20 2,17 2,00 1,80 1,60 Wenn der Anteil Erneuerbarer Energien bis 2020 auf 47% steigt, dann sinkt der Primärenergiefaktor Strom auf weniger als 1,67! 1,98 1,78 1, Lechwerke AG Seite 35

36 Die CO 2 -Emissionen sinken CO2 gr/kwh CO2 gr/kwh /BEE) Wenn der Anteil Erneuerbarer Energien bis 2020 auf 47% steigt, dann sinkt der CO 2 -Ausstoss Strom mix auf weniger als 360 g/kwh! Lechwerke AG Seite 36

37 Raumwärme Haushalt (2020 JAZ=4) Primärenergie kwh Endenergie kwh Heizenergie kwh CO2-Emission kg/a Öl-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel El. Wärmepumpe Lechwerke AG Seite 37

38 Ein unschlagbarer Umweltvorteil (JAZ=4) Einsparung in % gegenüber fossilen Brennstoffen Primärenergieeinsparung 56% 68% CO2-Einsparung 50% 72% Lechwerke AG Seite 38

39 Beispiele: Kino Memmingen Das Cineplex-Center in Memmingen wird mit einer Wärmepumpe geheizt und mit Grundwasser gekühlt Jährliche Ersparnis: 55% der Heizkosten 95% der Kühlkosten Lechwerke AG Seite 39

40 Beispiele: Impuls-Arena Augsburg Die Impuls-Arena wird mit zwei Grundwasser-Wärmepumpen und einen Spitzenlast-Bio-Erdgaskessel beheizt und gekühlt. Der Strom wird aus Wasserkraft erzeugt Lechwerke AG Seite 40

41 Beispiele: Impuls-Arena Augsburg Wir errichten die erste CO 2 -neutrale Fußballarena der Welt konventionelle Technik: CO 2 - Emission kg/a Geothermie + normaler Strom CO 2 - Emission kg/a Geothermie + CO 2 - frei erzeugter Strom 0 kg/a Lechwerke AG Seite 41

42 Absatzzahlen Heizungswärmepumpen Deutschland Aerothermie Geothermie Wasser/Wasser Sole/Wasser Luft/Wasser Quelle:BWP e.v. Lechwerke AG Seite 42

43 Die weitere Entwicklung der Wärmepumpe ist abhängig von der Entwicklung der Öl- und Gaspreise der Kosten für die Errichtung einer Wärmepumpenanlage Vorschriften und Auflagen der Unterstützung durch die Politik Lechwerke AG Seite 43

44 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Lechwerke AG Seite 44