hochwertige Raumlufttechnik Gebäude mit niedrigstem Energiebedarf rentable Investitionen

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1 GSWT Technologie Multifunktionale und hocheffiziente Wärme-/Kälterückgewinnungssysteme der 3. Generation Eine Technik zum Nutzen von Mensch, Gebäude und Umwelt 1

2 Überblick über die gebräuchlichsten Wärmerückgewinnungs-Systeme Indirekter Wärmeaustausch Wasser-Glycol Rohrsystem erforderlich (N) Keine Luftzusammenführung erforderlich (V) Getrennte Luftströme und damit absolute Stofftrennung (V) Volle latente Wärmenutzung (V) Kreislaufverbundsysteme Außenluft Eintritt Austritt M Austritt Eintritt Fortluft Plattenwärmetauscher Außenluft Eintritt Austritt Austritt Eintritt Fortluft Direkter Wärmeaustausch Alle Luftströme müssen an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden (N) nur geringe latente Wärmenutzung vereisungsgefahr (N) Keine multifunktionale Nutzung möglich (N) Indirekter Wärmeaustausch Speicherplatten als Wärmespeicher (N) Alle Luftströme müssen an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden (N) Keine multifunktionale Nutzung möglich (N) Feuchteübertragung möglich Hohe Umluftanteile (V/N) Eintritt Umschalt-WRG Austritt Außenluft Fortluft Austritt Eintritt Rotationswärmetauscher Eintritt V = Vorteile N = Nachteile Austritt Außenluft t + x Fortluft Austritt Eintritt Indirekter Wärmeaustausch Rotor als Wärmespeicher Feuchteübertrag möglich (V+N) Alle Luftströme müssen an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden (N) Leck - und Mitrotationsrate (N) vorhanden Keine multifunktionale (N) Nutzung möglich 2

3 Das Kreislaufverbundsystem ist das Universal-Wärmerückgewinnungssystem Zu- und Abluftanlage können unterschiedlich angeordnet sein, eine Luftzusammenführung ist nicht erforderlich Mehrere Außenluft- und Fortluftanlagen können über eine Ringleitung zusammengefasst werden die Abmessungen können nahezu frei gewählt werden, auch "Freie Aufstellung" möglich hohe Austauschgrade sind möglich, auch Luftleistungen von > m 3 /h sind realisierbar das System ist absolut keim- und schadstoffübertragungsfrei! 3

4 Anforderungen an ein Wärmerückgewinnungssystem, welches multifunktional genutzt werden soll: die Wärme-/Kälteleistung muss auf ein Fluid übertragbar sein hohe Austauschgrade hohe Redundanz und Betriebssicherheit 4

5 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Betriebssicherheit Betriebssicherheit Doppelpumpe 2x x100 % Anschluss-Schalteinheit Notbedienebene, Ersatzteillieferung Wärmetauscher doppelter Aufbau 2x x100 % oder GSWT-Technologie! 5

6 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Betriebssicherheit durchgehende Lamellen Die GSWT- Konstruktion Leistungsminderung bei Ausfall eines Wasserweges einer Wärmerückgewinnungsanlage mit m 3 /h. Kopfblech Trennflächen (PP oder Alu) Systemaustauschgrad 77%: Im Winter von -12 C und Nacherwärmung auf +22 C: Schichtabsperrung und Verschraubung vordere Rohrbögen lötbar Ausbildung von durchgehenden Strömungskanälen < 0,1 % Im Sommer von +32 C/40% und Nachkühlung auf +16 C/11g/kg: < 0,4 % 6

7 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Betriebssicherheit hohe Betriebssicherheit Die GSWT - Konstruktion jede Schicht ist wasserseitig absperrbar absperrbar jede Schicht ist luftseitig abschottbar absperrbar jede Schicht ist entleerbar abschottbar jede Schicht ist entlüftbar entleerbar entlüftbar Jede Schicht ist eine separate Funktionseinheit Beispiel: bei Ausfall einer Schicht von 50 Schichten beträgt der Leistungsabfall weniger als 1 %!! 7

8 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Betriebssicherheit Schichtabsperrung, spezielles Serienbauteil für SEW Schichttrennlage zwischen den Wärmetauscher-Modulen 8

9 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Austauschgrad Lamellen in einem Stück hohe Austauschgrade Wärmeleitlamellen in Luftrichtung durchgehend ohne innere Stoßstellen Tiefe Rohre und Lamellen bilden das Modul Höhe Länge Lamellenabstand - in Höhen von 50 bis 150 mm - in Längen von 300 bis 960 mm - in Tiefen bis mm Lamellenabstände: 2,5 mm bis 4 mm Die Gegenstrom Verschaltung Die Gegenstrom Verschaltung Luftaustritt warm Wassereintritt warm Lufteintritt kalt Wasseraustritt kalt Luft von rechts nach links Wasser von links nach rechts Gegenstromanteil ca. 99 % Austauschgrade für jedes Modul beidseitig bis 90% / 90%!!! 9

10 Anforderungen für eine multifunktionale Nutzung: Austauschgrad Beispielrechnung für Austauschgrade am Wärmetauscher Bezogen auf das Luft- / Fluidverhältnis gemäß dem sogenannten Wasserwertverhältnis (WWV) Luftaustritt t LA = 28 C Wassereintritt t WE = 30 C Schichtmodule Lufteintritt t LE = 10 C Definition des Austauschgrades / Rückwärmzahl bei WWV 1:1: t L/F t LA -t LE L = F = = bzw. t max t we -t LE (ggf. mit dem Betrag der Differenz rechnen) t we -t wa t we -t LE t WE = 30 C t LA = 28 C 18 K= 90% W Lufterwärmung 18 K= 90% t LE = 10 C 28 C 10 C 18 K L = = = 0,9 = 90 % 30 C 10 C 20 K 30 C 12 C 18 K F = = = 0,9 = 90 % 30 C 10 C 20 K 10

11 Kreislaufverbundsystem: Standardsystem 6a 5 6b GSWT-Standard-Systeme S50 S80: Erweiterung für Standard-Systeme: 1. Erhöhung der Rückwärmzahl durch längeren GSWT 2. Größerer Querschnitt für kleinere luftseitige Druckverluste 3. Siemens Simatic S7-DDC-Steuerung bei stetiger Optimierung für maximalen Wärme-/ Kälteentzug 4. Doppelpumpe innerhalb der Freien Kühlung für hohe Redundanz und Betriebssicherheit, S7 obligatorisch 5. Baugruppe Freie Kühlung mit Wärmetauscher, Pumpe und Regelventil, S7 obligatorisch 6. Ausführung der Wärmetauscherlamellen mit Pulverbeschichtung (a) zum erhöhten Korrosionsschutz oder in Kupfer (b) für bessere Luftqualität 11

12 Kreislaufverbundsystem: Rückwärmzahl 80% Abluft = 22 C t wa = Fortluft 20,5 C Zuluft = 18,6 C Fortluft = 8,4 C t we = 6,9 C t wa = 6,9 C Außenluft = 5 C Außenluft t we = 20,5 C AU = t ZU -t AU t AB -t AU FO = t AB -t FO t AB -t AU w = t we -t wa t AB -t AU Fortluft Außenluft Abluft Zuluft 12

13 Liste der multifunktionalen Nutzungen Wärme-/Kälterückgewinnung: - Nacherwärmung: 70/50 C - Niedertemperatur-Nacherwärmer: 25 C...35 C - Abwärmenutzung - Solarwärmenutzung - Brauchwasservorerwärmung (Hallenbad) - Wärmeabfuhr bei stromgeführtem BHKW - Umschaltsystem - indirekt adiabatische Verdunstungskühlung - Nachkühlung: 6/12 C...12/18 C - Freie Kühlung - Brunnenwasserkühlung - Entfeuchtungskühlung - Entfeuchtungskälterückgewinnung - Nachtkältenutzung - Mehrzonentechnik 13

14 Schema mit multifunktionalen Funktionen und den (Fluid-) Temperaturen für Sommer/Winter m 3 /h 28,6 C/13,5g/kg -2,9 C/2g/kg 20,1 C 21,3 C 17 C 26 C/11g/kg 22 C/2g/kg -7,5 C 30,3 C 92 kw 82 kw 32 C/40% r.f. 11 C 27,7 C 16 C/11g/kg -14 C/90% r.f. 22 C/1,1g/kg m 3 /h 14

15 Indirekt adiabatische Verdunstungskühlung (IAVK) 15

16 Indirekt adiabatische Verdunstungskühlung (IAVK) 16

17 Kreislaufverbundsysteme in der 3. Generation - Eine Innovation von SEW - GSWT-Systeme M65 M80: Erweiterung: Integrierte Kälteerzeugung mit integrierter Rückkühlung Wird zu der adiabatischen Kühlung noch mechanische Kälteerzeugung benötigt, kann diese direkt in das WRG-KV-System eingespeist werden. Die Abwärme der Kältemaschine wird über die ohnehin vorhandene Fortluft abgeführt. Kältezentralen entfallen ganz oder teilweise. Rückkühlwerke, Aufstellflächen und Verrohrungen entfallen ganz. Elektroleistungen werden reduziert. Der komplette Stromverbrauch für das RKW (Ventilator + Pumpe) wird eingespart. 17

18 (1) Solarwärmenutzung: Hierbei kann ein Solarkollektor, vorzugsweise Vakuumröhrentechnik, genutzt werden. Durch die hohen Austauschgrade des GSWT-Systems arbeiten die Solarkollektoren im optimalen Betriebsfeld und hohen Wirkungsgraden (2) Brunnenwasserkühlung: Durch die hohen Austauschgrade werden optimale Temperaturspreizungen für geringe Wassermengen erzielt (3) Filtervorerwärmung/Filtervereisungsschutz: Je nach regionalem Gebiet wird diese zum Trocknen des Außenluftfilters oder als Vereisungsschutz genutzt, auch geregelte Funktionen möglich 18

19 Die GSWT -Konstruktion Filtervorerwärmung als Glattrohr-Wärmetauscher in Schichttechnologie, mit Einbrennlackierung, im KVS integriert 19

20 (4) Brauchwasservorerwärmung: Insbesondere in der Übergangs- und Sommerzeit steht viel latente Wärme an der Abluft eines Hallenbades zur Verfügung, diese wird zur (Vor-) Erwärmung, beispielsweise des Beckenspeisewassers, genutzt. (5) Nachtkältenutzung: Nachts kann die Fortlufteinheit zur Kälteerzeugung genutzt werden. Die Kälte kann auch gespeichert werden (Betonkernaktivierung, Speichertank) mit/ohne zusätzlicher Nachkühlung. Dies kann die sonst vorzuhaltende Kälteleistung reduzieren. (6) Blockheizkraftwerk: BHKWs werden immer öfter auch stromgeführt betrieben oder für die so genannte Minutenreserve herangezogen. Im Sommer muss die Wärme dann abgeführt werden, diese kann bei einer multifunktionalen GSWT- Technologie mit der ohnehin vorhandenen Abluft gemischt werden. 20

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22 Wärmerückgewinnungssysteme im Vergleich Austauschgrad Übergang: ~ 80 % WRG-Leistung: NE-Leistung: KRG-Leistung: NK-Leistung: KMRK-Leistung: t ZU, Wi = 22 C t AB, Wi = 22 C 211 kw 72,3 kw + Res.* 44 kw + Res.* 137 kw 182 kw t AU, Ü = 5 C / 4 g t AB, Ü = 22 C / 4 g t ZU, So = 18 C / 10 g t AB, So = 26 C / 50 % * vorzuhaltende Leistung bei Ausfall der Rotor-WRG 22

23 Wärmerückgewinnungssysteme im Vergleich Austauschgrad Übergang: ~ 80 % WRG-Leistung (Winter): NE-Leistung: KRG-Leistung: NK-Leistung: KMRK-Leistung: 211 kw 72,3 kw 104,2 kw 86,5 kw integriert t ZU, Wi = 22 C t AB, Wi = 22 C t AU, Ü = 5 C / 4 g t AB, Ü = 22 C / 4 g t ZU, So = 18 C / 10 g t AB, So = 26 C / 50 % 23

24 Berechnung des elektrischen Aufwandes von WRG-Systemen im Vergleich, hier GSWT-System vs. Rotor WRG Gem. Schema Rotor-WRG: Wärmerückgewinnungssysteme im Vergleich Luftseitigen Druckverluste: AU-Rotor (bei m 3 /h) FO-Rotor (bei m 3 /h) Vorerwärmer (bei m 3 /h) Kühler (bei m 3 /h) Nacherwärmer (bei m 3 /h) Kanalführung (bei m 3 /h) Summe (27.500/25.000) Pel,V (bei m 3 /h) Fluidseitigen Druckverluste: Kühlerkreis, 18,7 m 3 /h, 150 kpa Kondensatorkreis, 24,9 m 3 /h, 150 kpa Pel,P 120 Pa 120 Pa 50 Pa Pa 50 Pa 50 Pa 240/320 Pa 6,5 kw 1,4 kw 1,8 kw 3,2 kw Kältemaschine, LZ = 3, P0=137 kw -> Pel, KM Rückkühlwerk, 182 kw, m 3 /h, 150 Pa Summe elektrische Anschlussleistung Rotor 45,7 kw 2,6 kw 58 kw 24

25 Wärmerückgewinnungssysteme im Vergleich Berechnung des elektrischen Aufwandes von WRG-Systemen im Vergleich, hier GSWT-System vs. Rotor WRG Gem. Schema GSWT-System: Luftseitigen Druckverluste: AU-GSWT1 AU-GSWT2 FO-GSWT FO-WBF Summe Pel,V (bei m 3 /h) Pa 55 Pa 180 Pa 35 Pa 470 Pa 5,3 kw Fluidseitigen Druckverluste: KV-System Kältemaschine Verdampfer+Kondensator Summe Pel,P (7650 kg/h) 480 kpa 150 kpa 630 kpa 2,4 kw Kältemaschine, LZ = 3,5, P0=86,5 kw -> Pel, KM Summe elektrische Anschlussleistung GSWT * im Teillast- und Regelbetrieb geringer 24,7 kw 32,4 kw 25

26 Fazit: Multifunktionale Kreislaufverbundsysteme ermöglichen die höchste Gesamt-Effizienz Die EN muss auf spezielle multifunktionale Wärmerückgewinnungssyteme weiter angepasst werden, ggf. sogar umgeschrieben werden 26