Energieeffizienz in der Kälteund Klimatechnik

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1 Energieeffizienz in der Kälteund Klimatechnik eine nationale Betrachtung Jörn Schwarz B F S, M ai nt al 1

2 Inhalt 1. Einleitung Energieeffizienz 2. Bedeutung der Kältetechnik 3. Energieeffizienz in der Kältetechnik 4. Energieeffizienz durch Kältetechnik 5. Zusammenfassung 2

3 3 1. Einleitung

4 Energieeffizienz Thema der Politik Energieeffizienz ist Schlüsselfrage EUROPÄISCHE KOMMISSION Brüssel, den KOM(2011) 109 endgültig Energieeffizienzplan Energieeffizienz ist zentrales Element der EU- Strategie Europa

5 Kälte und Kühlung im Energiekonzept der Bundesregierung stärkere Nutzung der erneuerbaren Energien für die Erzeugung von Wärme und Kälte Unterstützung der Markteinführung hoch effizienter Querschnittstechnologien (z.b. Kälteanlagen) im Energieeffizienzplan der EU damit Endverbraucher in der Lage sind, ihren Verbrauch mit Hilfe von Einzelmessgeräten für Strom, Gas, Wärme, Kälte und Heißwasser zu regeln. Wichtig ist, dafür zu sorgen, dass auch andere Netze wie Wärme-, Kälte- und Gasnetze intelligent werden. stärkere Nutzung der Fernkühlung kann Beitrag zur Energieeffizienz leisten. 5

6 Politik-Entwürfe unter kältetechnischen und Effizienz-Aspekten Kältetechnik von untergeordneter Bedeutung lediglich eine halbwegs konkrete Maßnahme: 'Unterstützung Markteinführung effizienter Kälteanlagen' Energieeffizienz ist zwar Schlüsselfrage, wird aber nicht definiert, dafür mit unterschiedlichen Bedeutungsumfängen verwendet 6

7 Wuppertal-Institut, 2008, World Energy Council Der Begriff Energieeffizienz einige Bedeutungsumfänge im öffentlichen Diskurs 1. Energieeffizienz in der gesamtwirtschaftlich aggregierten Perspektive der marktorientierten Ökonomie 2. Endenergieeffizienz auf der Energienachfrageseite 3. versorgungsökonomische Nutzungs- und Endenergieeffizienz 4. Energieeffizienz in der Gebäudetechnik (DIN V ) 5. Energieintensität (Primär/Endenergie ökonom. Leitgrößen) ist Kennziffer zur Messung der Energieeffizienz (WEC) 6. Energieeffizienz in der Energieumwandlung 7

8 Effizienz-Kennzahlen 8 Ohne Anspruch auf Vollständigkeit

9 9 2. Bedeutung der Kältetechnik

10 Kältetechnik Wirtschaftliche Bedeutung 1 Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein, Flyer 2006, 2 Bundesinnungsverband des Kälteanlagenbauerhandwerks 2008 Produzierende Unternehmen in Deutschland Betriebe Beschäftigte Umsatz Industriekälte > 9 Mrd. /a Gewerbliche Unternehmen Kälte/Klima-Fachbetriebe Beschäftigte Umsatz > 3 Mrd. /a 10

11 Deutsche Kältebranche, D. Steinborn, VDMA, ki 2/1998, DKV-Statusbericht Nr. 22, Energiebedarf für die technische Erzeugung von Kälte, 2002, ArGe Kälte Anzahl Kältemaschinen in Deutschland 1997 / Millionen Kältemaschinen Mehrzahl: Kleinstmaschinen in Privathaushalten 66 Mrd. kwh Elektroenergieverbrauch 14 % des Elektroendenergieverbrauchs, D 11 Mrd. kwh nicht-elektrischer Energieverbrauch Millionen Kältemaschinen Mehrzahl: Kleinstmaschinen in Privathaushalten Hauptzuwachs: PKW-Klimaanlagen (36 Mio.) Mrd. kwh Elektroendenergieverbrauch Gewerbliche Kälteanlagen Mrd. kwh Elektroendergieverbrauch (Schätzung) Mio. t CO 2 -Emission 13

12 14 Vielfalt der Kältetechnik von der Wiege bis zur Bahre

13 VDMA, Dez Kälteanlagen Klimaanlagen Schätzung der Anzahl nicht-steckerfertiger Kälte-/Klimaanlagen in Deutschland Σ ,0 % Raumklimasysteme 0,2 % Rechenzentren ,9 % RLT-Zentraleinheiten ,3 % Schaltschrankkühlung ,3 % ,8 % ,1 % ,0 % ,3 % 1,5 % 7,9 % Prozesskälte Gaststättengewerbe Milchviehbetriebe Beherbergungsgewerbe Fleischerhandwerk, einschl. Filialen Supermärkte, Zentralanlagen Rest: Lebensmitteleinzelhandel, div., Getränkemärkte, Tankstellen, Facheinzelhandel, Pachtkantinen+Caterer, Bäckereien,medizinische Kälte (inst.), Industriekälte, Nahrungsmittelindustrie, Blumenläden, Brauereien, Laboratorien, Großhandel mit Blumen/Pflanzen, Bestattungsinstitute, Großhandel Pharmazie, Apotheken, Kühlhäuser

14 Endenergieverbrauch D [TWh] Nationaler Endenergieverbrauch nach Anwendungen, BMWi : 2516 TWh 1,9 % Kälte/Klima ,8 % mech. Energie, Verkehr interpoliert 2,2 % Informationstechnik 8,6 % mechanische Energie 3,3 % Beleuchtung 21,0 % Prozesswärme ,0 % Raumwärme ,2 % Warmwasser 16 Endenergieverbrauch D nach Anwendungen Daten: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie,

15 Elektroendenergie für Kälte/Klima 1 49,1 TWh 47,4 TWh 46,6 TWh 8,9 2,2 4,3 2,2 4,6 Klima, GHD Klima, Industrie 4,9 4,5 4,9 Kälte, Industrie 5,2 2,2 9,2 9,0 Kälte, GHD 27,8 27,2 25,8 Kälte, Haushalte BMWi, 2011

16 Elektroendenergie für Kälte/Klima 2 Sonstige Industriekälte 66 TWh 4,1 6,8 69 TWh 9,8 Medizin Klima, sonstiges Klima, Industrie Klima, GHD Verteilg., Lag., Supermarkt Nahrungsmittelherstellung 5,1 3,7 3,5 6,3 10,8 1,4 5,4 8,6 17,1 6,7 8,2 TK Klima., stat. Kühlhäuser Gewerbekälte 49,1 TWh 8,9 4,9 5,2 2,2 47,4 TWh 2,2 4,3 4,5 9,2 46,6 TWh 2,2 4,6 4,9 9,0 Klima, GHD Klima, Industrie Kälte, Industrie Kälte, GHD Haushaltskälte 18,6 15,9 NK 27,8 27,2 25,8 Kälte, Haushalte 18 DKV, 2002 (1999) VDMA, (2008) BMWi, 2011

17 Fazit: Elektroendenergie für Kälte/Klima Datenerhebungen DKV, VDMA, BMWI erhebliche Gesamt- und Detailunterschiede in Ergebnissen erhebliche Unterschiede im Umfang unerklärliche Sprünge innerhalb kurzer Zeit (BMWi) 19

18 3. Potenziale Energieeffizienz in der Kältetechnik 20

19 Energieeffizienz in der Kältetechnik Beispiel für konkrete Anlage Simulationsrechnung Altanlage, Entwicklungsstand 1990er Jahre Kälteleistung Normalkühlung = 100 kw großer Kühlraum elektrische Abtauung Ein/Aus-Regelung Kältemittel R-404A Hubkolbenverdichter 21

20 Simulationsrechnung Anlagensanierung Kälteleistung 100 kw, R 404A, Hubkolbenverdichter Energieverbrauch: Verdichter Verflüssigerlüfter Verdampferlüfter el. Abtauung 100 % Standardanlage Winterregelung, Wärmeübertrager Verdampfungstemp. Verflüssigungstemp.. Heissgas-Abtauung, Drehzahlregelung Verflüssiger elektronische Expansionsventile 42 % Drehzahlregelung Verdichter 22

21 Energieeffizienz-Potenziale in der Gewerbekälte gegenüber Altanlagen größere Wärmeübertrager optimierte Verdichter (kältemittelspezifisch) elektronische Expansionsventile höhere Verdampfungstemperaturen geringere Verflüssigungstemperaturen übergeordnete, selbstlernende Regelung optimierte Dämmung (Suffizienz!) Σ Einsparung > 35 % keine andere Technik bietet so hohe Potenziale 23

22 4. Potenziale Energieeffizienz durch Kältetechnik Wärmepumpen Abwärmenutzung Speicherung therm. Energien 24

23 Energieeffizienz durch Kältetechnik 1a Vortrag Prof. Schmid Dez. 2009, BMU, Verleihung Deutscher Kältepreis Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung für Globale Umweltveränderungen Umbau der Energiesysteme Energiewelt wird elektrischer (Wind-, Solarenergie) Transformation des Wärmesektors 25

24 BWK, J. Schmid et al., Das Energie-Fachmagazin, 6/2008 Energieeffizienz durch Kältetechnik 1b Transformation des Wärmesektors Heute Morgen 26 gesamtes Einsparpotential: %

25 spez. CO -Emissionen [g/kwh ] Zukünftige CO2-Emissionen bei der Bereitstellung von Elektroenergie 2 el spezifische Emissionen von Wärmepumpen sinken spezifische Emissionen fossiler Heizsysteme bleiben konstant aber: RWE-Ankündigung vor dem Energiekonzept der BRG 2010 und Energiewende 2011!

26 Energieeffizienz durch Kältetechnik 2a Heizung von Supermärkten mittels Abwärme der Kälteanlagen Lüftung Heizenergie Elektroenergie Kälteanlage Abwärme Kälteanlage Kühlmöbel Elektroenergie Beleuchtung, Lüftung, Maschinen, etc. Lüftung 28

27 Energieeffizienz durch Kältetechnik 2b Heizung von Supermärkten mittels Abwärme der Kälteanlagen 2009: Ankündigungen von Lidl/Aldi alle neuen Supermarkt-Kälteanlagen mit Abwärmenutzung und mit natürlichen Kältemitteln (R 744, R 290) Umweltschutz-Potenziale Supermarktverbundanlagen in Deutschland Bei Umrüstung bis 2020: - 3 Mio. t CO 2 -äq pro Jahr > 3 % der nationalen Gesamt-Emissionen 29

28 Energieeffizienz durch Kältetechnik 3a Speicherung thermischer Energien aus erneuerbaren Energien Endenergieverbrauch Gebäude 277 TWh: Öl 386 TWh: Gas 64 TWh: Wärme, elektr. 150 TWh: Kälte u. Klimatisierung, elektr. Abschätzung Speicherkapazität Aber 50 % aller Gebäude 70 % aller Lasten Σ > 300 TWh Speicherkapazität hängt von Jahreszeit ab Gebäudeenergiebedarf steigt aufgrund der Speicherverluste 30

29 Zukünftige Heizung und Klimatisierung Gebäude Vorhandene Gebäudemassen und thermische Speicher können in Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung und Wärmepumpen die Wind- und Solarstromnutzung verbessern und Netzausbaukosten senken Die Weiterentwicklung der Kältetechnik spielt sowohl im Wohn- als auch im Nicht-Wohnbereich eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der Energieeffizienz In Zukunft müssen mehr Gebäude als heute gekühlt beziehungsweise klimatisiert werden Der Gebäudebestand ist für die Erreichung von Effizienzzielen von größerer Bedeutung als der Neubau 31

30 32 5. Zusammenfassung

31 Energieeffizienz in der Kälte- und Klimatechnik große Potenziale bei Sanierung von Altanlagen und Neubau weitere Potenziale durch Nutzung von Abwärme Förderprogramm des Bundesumweltministeriums Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen an gewerblichen Kälteanlagen durch Kälte- und Klimatechnik Transformation des Wärmesektors (WBGU) Heizung von Supermärkten mittels Abwärme von Kälteanlagen Speicherung thermischer Energien mittels Kältemaschinen, Klimaanlagen und Wärmepumpen 33

32 Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik Randbedingungen die Energiewelt wird immer 'elektrischer' (J. Schmid) spez. CO2-Emissionen von Elektroenergie sinken langfristig 60 % der nationalen Endenergie für Wärme und Kälte KKW-Branchen stellen Wärme/Kälte energieeffizient bereit Zukunftsaussichten der Branchen: hervorragend Zukunftsaussichten für Lehre und Forschung könnten nicht besser sein! 34

33 Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik Randbedingungen die Energiewelt wird immer 'elektrischer' (J. Schmid) spez. CO2-Emissionen von Elektroenergie sinken langfristig 60 % der nationalen Endenergie für Wärme und Kälte KKW-Branchen stellen Wärme/Kälte energieeffizient bereit Zukunftsaussichten der Branchen: hervorragend Zukunftsaussichten für Lehre und Forschung könnten nicht besser sein! 35