Hochtemperatur Wärmepumpen. praktische Beispiele und Anwendungsfälle für Nah- und Fernwärme

Transkript

1 Hochtemperatur Wärmepumpen praktische Beispiele und Anwendungsfälle für Nah- und Fernwärme

2 Vortragender: Herr Norbert Stocker Funktion: Vertriebsleiter der Frigopol Kälteanlagen GmbH

3 Anlagen- und Projektbeispiele Ökonomisch und ökologisch optimierte Anlagen sind eine große Herausforderung für Betreiber von Nahwärme- und Fernwärmekraftwerken. Die steigenden Energiepreise erfordern innovative und effiziente Lösungen, um wirtschaftliche Erfolge und umwelttechnische Verbesserungen zu erzielen. Frigopol hat dazu einen optimalen Lösungsansatz entwickelt, der Biomasseheizanlagen mit Hochtemperatur- Wärmepumpen kombiniert. Frigopol baut individuell für jede Anlagengrößenordnung, um bestmögliche Energieeffizienz zu erzielen. Seite 3

4 Beispiel_1: 1.150kW Um die Menge des kondensierten Wassers konstant auf einem hohen Niveau zu halten, wird in diesem Projektbeispiel eine Wärmepumpe zum Transfer der Wärme aus dem Niedertemperaturrücklauf in den Hochtemperaturrücklauf eingesetzt. Seite 4

5 3D - Vorplanung Heizleistung: 1.150kW Kältemittel: R-236fa Kondensator Eintritt / Austritt: +53 C / +60 C Verdampfer Eintritt / Austritt: +45 C / +40 C Seite 5

6 COP bei Auslegung (Quelle 40 C) 1MW Heizleistung Kältemittel R-236fa 4 Kältekreise 8 Kompressoren Halbherm. Kolbenverdichter Seite 6

7 COP bei Auslegung (Quelle 40 C) Seite 7

8 Bericht zur Wärmepumpe von bis Brennstoffeinsparung seit November bis Mai Wärmepumpe ca SRM. Durchschnittlich um 46 KW/SRM mehr Ausbeute. Bei einem Verbrauch von ca SRM sind das ca KW/h. Seite 8

9 Hochtemperatur Wärmepumpen Beispiel_2: 1.199kW Verbesserung der Energieeffizienz und des Wirkungsgrades der Anlagen, durch den Einbau einer Rauchgaskondensationsanlage zusätzliche Leistungssteigerung der Gesamtanlage. Heizleistung: 1.199kW Kältemittel R-134a Kondensatoreintritt: +60 C Kondensatoraustritt: +69 C Verdampfereintritt: +30 C Verdampferaustritt: +26 C Projektpartner Maschinentechnische Planung: Ansprechpartner BIOS: Hr. DI Erwin Reisenhofer Seite 9

10 Aufstellung vor Ort Einbindung Wärmepumpe Kondensation Aufzeichnung Energie WP Strom WP Gesamt COP 3,86 3,87 3,93 3,87 Seite 10

11 Beispiel_3: 4.200kW Einspeisung Fernwärmenetz Eine Wärmepumpenanlage dient zur Anhebung des Temperaturniveaus des aus dem Rauchgaskondensator austretenden Warmwasserstroms für die Einspeisung in das Fernwärmenetz (Wärmepumpenanlage RGK). Die zweite + dritte Wärmepumpenanlage wurde installiert, um die Kondensationswärme aus den bestehenden Eiswasser- Kälteanlagen einer Molkerei für die Fernwärmeeinspeisung nutzbar zu machen (Wärmepumpenanlage EWK). Seite 11

12 Verdichter Stufe 1: Kälteleistung: 603kW Heizleistung: 791kW Kältemittel: R-134a Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Schema Anlage EWK Plattenwärmetauscher Kondensator Stufe 1: Leistung: 800kW Kondensationstemp.: +71 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 740kW Kondensationstemp.: +81 C Medium Seite 1: R-134a Medium Seite 2: Wasser Wassertemperatur Eintritt: +58 C Wassertemperatur Austritt: +78 C Verdichter Stufe 2: Kälteleistung: 517kW Heizleistung: 740kW Kältemittel: R-134a Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Plattenwärmetauscher Verdampfer Stufe 1: Leistung: 310kW Verdampfungstemp.: +20 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 260kW Verdampfungstemp.: +20 C Medium Seite 1: R-134a Medium Seite 2: Wasser Wassertemperatur Eintritt: +27 C Wassertemperatur Austritt: +22 C Kältemittel R-134a: GWP (Global Warming Potential): 1430 Seite 12

13 3D Vorplanung - RGK Kondensator Austritt Kondensator Eintritt Verdampfer Eintritt Verdampfer Austritt Seite 13

14 Verdichter Stufe 1: Kälteleistung: 410kW Heizleistung: 543kW Kältemittel: R-245fa Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Verdichter Stufe 2: Kälteleistung: 468kW Heizleistung: 614kW Kältemittel: R-245fa Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Schema Anlage 3 RGK Sauggaswärmetauscher Stufe 1: Leistung: 58kW Stufe 2: Leistung: 72kW Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: R-245fa Plattenwärmetauscher Kondensator Stufe 1: Leistung: 560kW Kondensationstemp.: +84 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 650kW Kondensationstemp.: +88 C Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: Wasser Wassertemperatur Eintritt: +78 C Wassertemperatur Austritt: +85 C Plattenwärmetauscher Verdampfer Stufe 1: Leistung: 215kW Verdampfungstemp.: +32 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 250kW Verdampfungstemp.: +37 C Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: Wasser Wassertemperatur Eintritt: +45 C Wassertemperatur Austritt: +35 C Kältemittel R-245fa: GWP (Global Warming Potential): 1030 Seite 14

15 fertig zur Auslieferung Rauchgaskondensationsanlage Heizleistung: 1210 kw Kälteleistung: 930 kw Kältemittel: R-245fa Wärmeträger Eintritt / Austritt: +78 C / +85 C Kälteträger Eintritt / Austritt: +45 C / +35 C Seite 15

16 bereit für den Leistungstest im Haus 2 x Eiswasserkälteanlage: Heizleistung: je 1540 kw Kälteleistung: je 1140 kw Kältemittel: R-134a Wärmeträger Eintritt / Austritt: +58 C / +78 C Kälteträger Eintritt / Austritt: +27 C / +22 C Seite 16

17 Aufstellung Maschinenraum Hydraulische Verschaltung und Einbindung bauseits Seite 17

18 COP aktuell Verlauf COP SPS Werte Qc [kw] m [kg/s] m [kg/h] Tein Taus ΔT [K] Cp [kj/(kg Wasser Pel [kw] COP , ,1 75,3 22,2 4,19 391,0 3, , ,8 74,9 22,1 4,19 387,0 3, , ,0 78,0 20,0 4,19 428,0 3, , ,2 82,6 7,4 4, ,0 4, , ,0 85,0 7,0 4, ,0 3,97 Seite 18

19 Übergeordnetes GLT - System Seite 19

20 Hoch- und Niedertemperaturwärmepumpe Beispiel_4: 1.220kW Wärmepumpen für 800 Wohneinheiten Lieferung, Montage und Inbetriebnahme einer Wärmepumpenanlage(n) und Zubehör für Wärmeerzeugung Heizungs- und Warmwasserversorgung in Turn Key Ausführung (dies bedeutet inkl. Bautätigkeiten, Anlieferung, Montage, Verrohrung, Isolierung, Regelung, Verkabelung, Systemeinbindung Bestand, Leistungsfahrt, Abnahmen und Betriebsprüfung, etc.) Seite 20

21 Hoch- und Niedertemperaturwärmepumpe Technische Daten Technische Daten HT-Wärmepumpe 2-kreisige Wärmepumpe mit Hubkolben Heizleistung: 420kW Kältemittel: R-134a Wärmeträger Eintritt / Austritt: +40 C / +75 C Kälteträger Eintritt / Austritt: +23 C / +17 C Seite 21

22 Hoch- und Niedertemperaturwärmepumpe Technische Daten Technische Daten NT-Wärmepumpe 2-kreisige Wärmepumpe mit Schraubenverdichter Heizleistung: 800kW Kältemittel: R-134a Wärmeträger Eintritt / Austritt: +30 C / +50 C Kälteträger Eintritt / Austritt: +23 C / +17 C Seite 22

23 Hoch- und Niedertemperaturwärmepumpe Aufstellung Maschinenraum Seite 23

24 Beispiel_5: 206,2kW mit HFO Kältemittel Nutzung der Abwärme einer bestehenden Kältemaschine in einer Lebensmittel Fabrik. Anhebung Wasser auf 80 C bzw. 85 zur Nutzung für Garprozesse Die Wärmepumpe besteht aus einem Schrauben Verdichter. Dieser wird mit einem Frequenzumformer zur Leistungsregulierung ausgerüstet und wird zwischen 30Hz und 60Hz stufenlos geregelt. Seite 24

25 Beispiel: 206,2kW Heizleistung: 206,2kW Kältemittel: R-1234ze Kondensatoreintritt: +75 C Kondensatoraustritt: +80 C Verdampfereintritt: +42 C Verdampferaustritt: +36 C COP: 3,46 Seite 25

26 Beispiel_6: 206 kw Kaltwassersatz Vorgabe: Kaltwassersatz 12 /8 mit Kondensation in das örtliche Fernwärme-Netz bei 90 Vorlauf. Keine luftgekühlten Verflüssiger erlaubt! - Kaskade R-1234ze/R-245fa - Kälteleistung Verdampfer: 206 kw - Wärmeleistung: 345 kw Seite 26

27 - geteilte Anlieferung (Kellerraum) - Aufbau und Montage vor Ort Inbetriebnahme Unterstützung durch das Serviceteam von Frigopol - Kälteträger: +14 / +8 C - Wärmeträger: +80 / +90 C - COP: 2,34 Seite 27

28 Butan als Kältemittel für Wärmepumpen Beispiel_7: in industriellen Prozessen Hochtemperaturwärmepumpe Prozess-Abwärme C nutzen heben auf C Mögliche Anwendungen: Dampferzeugung für Trocknungsprozesse Nahrungsmittelsterilisation Kunststoffverarbeitung Seite 28

29 Wärmepumpe mit Butan als Forschungsprojekt Standard Wärmepumpenschaltung COP = 2,6 + 15,4 % Standard-WP vs. Ejektor-WP Standard Ejektorschaltung Standard Ejector set-up COP = 3,0 Auslegungsdaten Heizleistung 50 kw Wärmequellenanlage (WQA) Eintrittstemperatur 60 C Massenstrom 9000 kg/h Wärmenutzungsanlage (WNA) Austrittstemperatur 130 C Massenstrom 1422 kg/h Seite 29

30 Vielen Dank für Ihr Interesse!