energieeffizienter Anlagen mit Wärmepumpen Konzeptionierung Einen Schritt voraus. Frigopol Infotage Dr.

Transkript

1 Konzeptionierung energieeffizienter Anlagen mit Wärmepumpen Frigopol Infotage Dr. Klaus Ramming Einen Schritt voraus.

2 Gliederung Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Konzeptionierung industrieller Wärmepumpenanlagen Zusammenfassung 2

3 3 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen

4 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Energie ist nicht gleich Energie Strom lässt sich in alle möglichen Energieformen umwandeln Wärme lässt sich nicht in alle möglichen Energieformen umwandeln Wärme lässt sich aber in Kraftwerken in Strom umwandeln Es gibt Energie mit unterschiedlicher Qualität (hochwertig und minderwertig) Hochwertige Energie heißt Exergie Minderwertige Energie heißt Anergie (Wärme bei Umgebungstemperatur) Energie = Exergie + Anergie 4

5 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Bewertung der Energiequalität mit Hilfe des Exergieanteils Anergie Exergie Exergieantei in % Temperatur in C 5

6 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Heizwärmeversorgung: Ziel: Zimmertemperatur 22 C 100% -Ich muss heizen, weil Energie über die Wände an die Umwelt verloren geht -Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 92 % Anergie 100 % Anergie Verloren gegangene Exergie wurde in Anergie umgewandelt Bei jeder Energieumwandlung wird ein Teil Exergie in Anergie umgewandelt 20% 10% 0% 8 % Exergie Verlust von 8 % Exergie Hauswärme Umwelt Wir haben kein Energieproblem, sondern ein Exergieproblem 6

7 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Heizwärmeversorgung: Konventionelle Lösung 100% 90% 80% 21 % Anergie 70% 60% 50% 40% 30% 92 % Anergie Vergeutung von 71 % Exergie 79 % Exergie 20% 10% 0% 8 % Exergie Hauswärme (Nutzen) Öl- Gasheizung (Einsatz) 1000 C Flammentemperatur 7

8 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Heizwärmeversorgung: Wärmepumpenlösung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 92 % Anergie 92 % Umweltwärme 75 % Umweltwärme 40% 30% 20% 10% 0% 8% Exergie 8 % Strom 25 % Strom Hauswärme 22 C Wärmepumpe theoretisch Wärmepumpe real 8

9 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Industriebeispiel: Kunde mit gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf 100% 90% 80% 70% z. B. aus -Kältemaschinenabwärme -Prozesskühlung -Klimakühlung 60% 50% 89 % Anergie 78 % Anergie 40% 30% 20% 10% 0% 9 11 % Exergie Abwärme 35 C z. B. für -Warmwassererzeugung -Prozesswärme -Heizung 22 % Exergie Nutzwärme 75 C

10 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Konventionelle Lösung bei gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf 10

11 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Alternative Lösung bei gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf 140% 120% 100% 80% 60% 40% 89 % Anergie 100 % Abwärme 125 % Nutzwärme 78 % Anergie 20% 0% 11 % Exergie Abwärme 35 C 25 % Strom 22 % Exergie Wärmepumpe Nutzwärme 75 C 11

12 Effiziente Wärmeversorgung mit Wärmepumpen Einfluss der Verdampfer- und Verflüssigungstemperatur auf den Stromverbrauch 12

13 13 Konzeptionierung industrieller Wärmepumpenanlagen

14 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Konventionelle Lösung 14

15 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wärmepumpenlösung -Heizen mit Wärmepumpe -Kälteverbraucher als Wärmequelle -Erdwärmesonden als Wärmequelle -Erdwärmesonden als Wärmesenke 15

16 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wärmepumpenlösung Einbindung der Pufferspeicher in Reihe im Vorlauf 16

17 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wärmepumpenlösung Einbindung des Spitzenlastkessels in Reihe in den Pufferspeicher 17

18 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wärmepumpenlösung Reihenschaltung von WP 18

19 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wärmepumpenlösung Erdwärmesondenfeld als saisonaler Kältespeicher 19

20 Konzeptionierung energieeffizienter Wärmepumpenanlagen Wirtschaftlichkeitsbewertung Art konventionell Wärmepumpe + Geothermie Heizen mit Gas Kühlen aus Zentrale Heizen mit WP direkte Kühlung Heizen mit WP Kühlen aus Zentrale kwh/a Investitionen Nur Wärmepumpe zusätzliche Investition für Wärmepumpenanlage WP-Anlage WP-Anlage Betonkerntemperierung Betonkerntemperierung Erdwärmesonden Summe Summe Heizkessel Heizkessel stat. Heizfläche stat. Heizfläche Summe Summe Gaspreis (kwh) 0,048 Kältepreis 6/12 C (kwh) 0,100 0,100 Kältepreis 17/23 C (kwh) 0,050 Strompreis (kwh) 0,115 0,115 0,115 0,115 Wirkungsgrad/JAZ 90% 4,70 20,00 5,00 Bedarf (kwh/a) Einsparung 17/23 C (kwh) Energiekosten ges. Energiekosten jährliche Kosteneinsparung bezüglich dem konventionellen Konzept Konzeptvergleich Konzeptvergleich Einsparungen Wirksame zusätzliche Investition Betrieb Amortisation bezüglich dem konventionellen Konzept (in Jahren) 5,5 3,

21 21 Zusammenfassung

22 Zusammenfassung -Energie = Exergie + Anergie -Eine Wärmepumpe führt idealer Weise lediglich die fehlende Exergie zu -Wärmepumpen eignen sich ideal zur Wärmerückgewinnung -Pufferspeicher in Reihe mit Rückschlagklappen sind energieeffizienter als parallel geschaltete Pufferspeicher und Schichtenspeicher -Spitzenlastkessel können im Pufferspeicher eingebunden werden -Reihenschaltung von Wärmepumpen sind bei größerer Spreizung einer Parallelschaltung vorzuziehen -Mit Geothermienutzung steht ein großer Kältespeicher zur saisonalen Wärmespeicherung zur Verfügung 22

23 23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit