Effizienz, Suffizienz und Konsistenz in der Kälte- und Klimatechnik

Transkript

1 Effizienz, Suffizienz und Konsistenz in der Kälte- und Klimatechnik Prof. Dr.-Ing. Ullrich Hesse - DKV Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein - Vorsitzender Fachtagung Klimaschutz: Kälte- und Klimatechnik in der Energiewende, Berlin,

2 BMUB-Pressemitteilung zum Klimaschutz Zitat aus BMUB-Pressemitteilung vom : UBA-Emissionsdaten für 2015 zeigen Notwendigkeit für konsequente Umsetzung des Aktionsprogramms Klimaschutz 2020 Bundesumweltministerin Barbara Hendricks: Alle Sektoren müssen im Klimaschutz liefern 2

3 Was kann die Kälte- und Klimatechnik kurz- und langfristig zum Klimaschutz beitragen? Effizienz, Suffizienz und Konsistenz in der Kälte- und Klimatechnik 3

4 Emissionen durch die Kälte- und Klimatechnik 4

5 Direkte Emissionen Kältemittel CO 2 -äquivalente Emissionen bewertet nach dem Global Warming Potential GWP der einzelnen Kältemittel 5

6 Kältemittel und Treibhauspotenzial (GWP) HFKW 6

7 Indirekte Emissionen CO 2 -Emissionen ca. 0,55 kg CO 2 / kwh el. Abgas, CO 2 K Kälteleistung Antriebsleistung Kraftwerk (Elekt. Leistung) Wärmeleistung 7

8 Klimaschutz 8

9 Klimaschutz Ressourcen besser nutzen - Effizienz - Einsparen von Energie - Suffizienz - Nutzen Erneuerbarer Energien Umweltfreundliche Arbeitsstoffe - Konsistenz - 9

10 Drei Säulen der Nachhaltigkeit Effizienz Konsistenz Suffizienz Anmerkung: Die Reihenfolge der hier gezeigten Säulen (von links nach rechts) entspricht nicht unbedingt der Priorität bei der Umsetzung. Aus ökologischer Sicht gibt es gute Gründe eine andere Reihenfolge zu bevorzugen, z. B. Konsistenz, Suffizienz, Effizienz. 10

11 Effizienz: Ressourcen besser nutzen Kontinuierliches Monitoring zur Effizienzkontrolle Adaptive Regelung zur Effizienzsteigerung Nutzen von Abwärme 11

12 Konsistenz: Nutzen Erneuerbarer Energien Sonne, Wind, Wasser Thermische Energiespeicher Umweltfreundliche Arbeitsstoffe 12

13 Suffizienz: Einsparen von Energie: Kühl-, Heizlast reduzieren Reduzieren äußerer Lasten Dämmen, Abschatten Reduzieren innerer Lasten Verzicht auf maschinelle Kälte- und Wärmezeugung 13

14 Energieeinsatz und Emissionen in der Kältetechnik 14

15 Nationale CO 2 -Emissionen /Quelle A / 15

16 Nationaler Elektroenergieverbrauch /Quelle A / 16

17 Nationaler Elektroenergieverbrauch in den Sektoren der Kälte- und Klimatechnik /Quelle A / 17

18 Nationaler Elektroenergieverbrauch in den Hauptsektoren der Kälte- und Klimatechnik Nahrungsmittel Klimaanlagen und Wärmepumpen Industrie und Sonstige 16% 25% 59% 27% Haushaltskälte 18

19 Beispiel Haushaltskälte 19

20 Beispiel Haushaltskälte Verbrauch elektrischer Energie und Emissionen: ca. 74 Mio. Geräte in den Haushalten Lebensdauer Jahre ( Altgeräte im Keller ) ca. 35 W Durchschnittsverbrauch 22,7 TWh/a elektrisch 12,5 Mt CO₂-äquivalent/a /Quelle: BSH/ 20

21 Beispiel Haushaltskälte 12,5 Mt CO₂ Emissionen aus Elektroenergieverbrauch 0,08 Mt CO₂ äq Kältemittelemissionen ( 6 ) Energie ist der Ansatzpunkt 21

22 Nationale Treibhausgase-Emissionen Mt CO₂ äq 0,33 % Kältemittel, stationär 5,49 % Elektroenergie, stat. Kälte, Klima, Wärmepumpenanlagen CO₂ N₂O 0,89 % sonstige F Gase (SF₆, PFKW, HFKW) CH₄ /Quelle A / 22

23 23

24 Beispiel Haushaltskälte Effizienz: ca. 65 % Verbesserung in 15 Jahren ( ) Stetige Verbesserung, aber keine signifikanten Effizienzsprünge /Quelle B/ Keine kurzfristige Lösung 24

25 Beispiel Haushaltskälte Suffizienz: Nahrungsmittelkühlung ist ein Grundbedürfnis Isolierung verbessern Global: Schätzungen ca. 30 % der Lebensmittel verderben aufgrund fehlender Kühlung, in Heißländern ca. 50 %, in Indien bis zu 60 % /ICEC 2016/ Signifikante Zunahme der Haushaltskälte zu erwarten Keine kurzfristige Lösung 25

26 Beispiel Haushaltskälte Konsistenz Bisher elektrische Antriebsenergie und CO 2 -Emissionen entsprechend Strommix zz. ca. 0,55 kg CO₂/kWh el Vermeidung von fossil erzeugtem Strom: Lokal: direkter Antrieb aus PV Intelligente Vernetzung / Smart Grid zur Nutzung EE Energiespeicher => Potenziale? 26

27 HFKW-Emissionen der stationären Kältetechnik 27

28 HFKW-Emissionen der stationären Kältetechnik nach Anwendung /Quelle A / 28

29 HFKW-Emissionen der stationären Kältetechnik nach Kältemittel R 404A /Quelle A / 29

30 HFKW-Emissionen der stationären Kältetechnik insgesamt: rd. 3 Mt CO 2 -äq. rd. 2 Mt CO 2 -äq.: Gewerbekälte inkl. Supermarktkälte R-404A mit GWP /3 der Treibhausbelastung: ein Kältemittel ein Segment 30

31 Szenarien zum Ersatz R-404A 31

32 Szenarien zum Ersatz R-404A Anlagen-Lebensdauer: ca. 15 Jahre Ersatzbedarf: ca. 7 %/a entsprechend rd. 0,14 Mt CO 2 -äq. / a entsprechend rd. 0,5 Mt CO 2 -äq. bis 2020 Optionen? 32

33 Szenarien zum Ersatz R-404A Neuanlagen mit natürlichem Kältemittel: R-744 (CO₂) transkritischer Prozess effizienzsteigernden Maßnahmen erforderlich, Mehrkosten, Service/Schulung notwendig R-717 (Ammoniak) und R-290, R-1270 (Propan, Propen) Sicherheitstechnik, Indirekte Systeme, Mehrverbrauch, bedingte Akzeptanz von GWP ca auf GWP 0 bis 3 33

34 Szenarien zum Ersatz R-404A - Planung neuer Projekte R-290 (Propan) Kompakt-Chiller Füllmengen: 0,5 2,5 kg Spez. Wärmeübertrager Quelle: SECON GmbH 34

35 Szenarien zum Ersatz R-404A Neuanlagen R-134a/R-744 kaskadiert: bestehende Technologie äquivalente Sicherheitsanforderungen u. Kosten Von GWP ca auf GWP ca bis 150 (je nach Anlagenkonzept) 35

36 Szenarien zum Ersatz R-404A Bestehende Anlagen: Austausch des Kältemittels Gemische als denkbarer Ersatz für R-404A: R-407A, R-407F, R-452A,.. (GWP jeweils ca. 2000) Zu beachten: Siedelage, Temperaturgleit, Verdichtungsendtemperatur, Ölverhalten, Freigaben insbesondere durch Verdichterhersteller, Leistung, Effizienz,.. Von GWP ca auf GWP ca

37 Szenarien zum Ersatz R-404A Ersatzoption für bestehende Anlagen durch Austausch des Kältemittels: Es fehlen: Klare Kriterien zum Einsatz bzw. Nicht-Einsatz Hinreichende Erfahrungen Demonstrationsanlagen Richtlinien und Handlungsanweisungen Validierung und Freigabe der Komponenten Training und Schulungen Anreize 37

38 Gesamtpotenzial R-404A-Ersatz bis 2020 Neuanlagen im Ersatzbedarf: bis zu 0,5 Mt CO 2 -äq. Umrüstung bestehender Anlagen auf Ersatzkältemittel mit Halbierung GWP: zusätzlich bis zu 0,7 Mt CO 2 -äq. Gesamtpotenzial: Reduzierung um ca. 1 Mt CO 2 -äq. Anreize? Klärung offener Fragen? Organisation? 38

39 Energie-Speicherpotenziale in der Kälteund Klimatechnik zur Nutzung von erneuerbaren Energien - Konsistenz - 39

40 Energiespeicher Kältetechnik / Wärmepumpe Kälte, WP Anlage Motivation/Chancen: Einfacher Energiespeicher Bekannte Technologien Dezentralisierung möglich umweltfreundlich Verbraucher Verbraucher 40

41 Energiespeicher Kältetechnik / Wärmepumpe Speicher Kälte, WP Anlage Motivation/Chancen: Einfacher Energiespeicher Bekannte Technologien Dezentralisierung möglich umweltfreundlich Verbraucher Verbraucher Speicher 2 Potenziale für thermische Energiespeicher 41

42 Potenzial Haushaltskälte Kühlgerät mit Speicher Dezentrales Speichern zur Netzentlastung in Form thermischer Energie (Kälte) 42

43 Netzausgleichspotenzial Haushaltskühlgeräte: ca. 74 Mio. im Bestand ca. 3 Mio./a Ersatzbedarf ca. 35 W el. (alt).. 20 W el. (neu) Durchschnittsverbrauch Speicher Kältemittel Ansatz: 5 h Speicherkapazität entsprechend 100 Wh el. pro Gerät 3 Mio. Geräte /a über 10 Jahre entsprechend 3000 MWh Entsprechend 3 durchschnittlichen Pumpspeicherkraftwerken à 1000 MWh 43

44 Energiespeicherung Fakultät Maschinenwesen Institut für Energietechnik, Bitzer-Stiftungsprofessur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik [Quelle: 44

45 Klimatechnik 45

46 Klimatechnik Herausforderungen: Glasfassaden Wärmedichte Gebäude Suffizienz: Abschattung Architektur Reduzieren innerer Lasten (Licht: LED, IT) /Joergens.mi,CC-BY-SA-3.0/ 46

47 Klimatechnik Konsistenz: Natürliche Kältemittel Kühlung aus Abwärme Verdunstungskühlung Biowall Rechenzentrum Maschinenraum (Belüftung reicht) /Quelle C/ Effizienz: Stetige Verbesserung (Grenzen) /Quelle D/ 47

48 Zusammenfassung und Ausblick 48

49 Potenziale der Kälte- und Klimatechnik Die Kälte- und Klimatechnik kann kurz- und langfristig zum Klimaschutz beitragen! Kältemittel mit niedriger Treibhausbelastung Neuanlagen mit natürlichen Kältemitteln Ersatz der Hoch-GWP-Kältemittel in bestehenden Anlagen Nutzung EE Energiespeicher (Wärme- und Kältespeicher) Kälte aus Abwärme Heizenergie aus Abwärmenutzung und Wärmepumpen 49

50 Potenziale der Kälte- und Klimatechnik Stetige Effizienzsteigerung Haushaltskälte nur ein Beispiel Verzicht auf maschinelle Kälteerzeugung Architektur Rechenzentren 50

51 Kurzfristig: Herausragender Ansatzpunkt Systematischer Austausch des treibhauswirksamsten Kältemittels R-404A in Bestandskälteanlagen gegen solche mit geringer oder keiner Treibhauswirksamkeit Abschätzung des DKV: Reduzierung um ca. 1 Mt CO 2 -äquivalent bis

52 Vielen Dank Prof. Dr. Ing. Ullrich Hesse Technische Universität Dresden Institut für Energietechnik Bitzer Stiftungsprofessur für Kälte, Kryound Kompressorentechnik D Dresden Tel.: +49 (0) e mail: ullrich.hesse@tu dresden.de Deutscher Kälte und Klimatechnischer Verein e.v. (DKV) Postfach 0420 D Hannover T. +49 (0) e mail: info@dkv.org 52

53 Quellen Quelle A: Quelle B: Quelle C: Quelle D: Kältetechnologien in Deutschland, Energetische, ökologische Analysen und Potenziale der Entwicklung, Hochschule Karlsruhe, 2015 Mrzyglod M., Holzer H.: Aspects of household cooling technology, DOI: / Marco Schmidt: Energieeffiziente Gebäudekühlung, Paradigmenwechsel durch innovative Wasserkonzepte, UBA-Tagung Nachhaltige Kälteversorgung in Deutschland, 2013, Dresden Mietusch R.: Diplomarbeit Design and Installation of a Biowall Test Bench, TU-Dresden und Purdue University,