Eisspeicher in der Kühlperiode

Transkript

1 Eisspeicher in der Kühlperiode Flexibilisierung der Kälteerzeugung durch die Nutzung saisonaler Eisspeicher als Tages-/Wochen-Kältespeicher Yannick Friess 1 caldoa Energiespeicher 2.0

2 Eisspeicher ices Drehscheibe für Energie klassischer Betrieb eines saisonalen Eisspeichers in der Heizperiode Wohnbau Nichtwohnbau Industrie Solarthermie PV-T Klima-Kälte WRG Abwärme Prozesskühlung WRG- und Kälteanwendungen Solare Regeneration Aktive Regeneration über Außenluft Wärmequelle-Energie + Antriebsenergie caldoa iceh- Wärmepumpe Nutzwärme ices 2 caldoa Energiespeicher 2.0

3 Jahresverlauf der Vereisung im Speicher Regenerationsquelle liefert die fehlende Quellenkapazität Theoretisch benötigte Vereisung: ~250 % Daher werden Eisspeichersysteme ergänzt durch Regenerationsquellen wie: Luft Abwärme jedweder Art Solarthermische Energie Geothermie etc. Außerdem notwendig: intelligente Regelungsstrategie mit dem Ziel eines möglichst maximalen Vereisungsgrades bis zum Ende der Heizperiode (!) 3 caldoa Energiespeicher 2.0

4 Doppelnutzung des Eisspeichers Das in der Heizperiode aufgebaute Eis kann zur Gebäudekühlung genutzt werden Heizperiode: Heizen über Eis-Aufbau Ziel: max. Vereisung am Ende der Heizperiode (ca %) Kühlperiode: Naturalkühlung über Eis-Abbau (Regeneration des Speichers) ca. 34 % des gesamten Kältebedarfs Kühlperiode: Aktivkühlung über Wärmepumpe ca. 66 % des Kältebedarfs müssen über die WP generiert werden 4 caldoa Energiespeicher 2.0

5 Aktivkühlung über die Wärmepumpe Hohe Gebäudestandards: Die Kühllast ist oftmals höher als die Heizlast! Kühlung ohne Kältespeicher: Wärmepumpe (Aktivkühlung) muss auf die maximale Kühllast (+ ca. 10 %) ausgelegt werden Verhältnis zur Heizleistung?!: Die Heizleistung der Wärmepumpe ist um ca. 30 % höher als die Kälteleistung Überdimensionierung der WP!: Bei abweichendem Verhältnis Heizleistung/Kühlleistung = 1,3/1 muss die WP auf die größere Leistung ausgelegt werden Kühllast Kühlleistung der WP 5 caldoa Energiespeicher 2.0

6 Eisspeicher als Kältespeicher Betriebsstrategien Nutzung des Eisspeichers als Kältespeicher birgt großes wirtschaftliches Potenzial Kühllast Kühlleistung der WP WP liefert Kälte direkt für Gebäude WP belädt den Eisspeicher Eisspeicher liefert Kälte für Gebäude Kühlung mit Kältespeicher: Leistung der Wärmepumpe richtet sich nach der Heizleistung der Wärmepumpe Erzeugung der Kälteenergie im Nachtbetrieb der WP: günstiger Strom; tiefe Außentemperaturen effizient! kleinere WP ausreichend für Kältebereitstellung! 6 caldoa Energiespeicher 2.0

7 Eisspeicher als Kältespeicher EcoCool Betrieb Nutzung der niedrigen Umgebungstemperaturen bei Nacht Aktivkühlbetrieb am Tag (hohe Wärmesenken- Temperatur) 2. Aktivkühlbetrieb am Abend/bei Nacht (niedrige Wärmesenken-Temperatur Naturalkühlbetrieb bei Tag z. B. von 10:00 bis 20:00 Aktivkühlbetrieb am Abend/bei Nacht z. B. von 20:00 bis 10:00 7 caldoa Energiespeicher 2.0

8 Eisspeicher als Kältespeicher EcoCool Betrieb Nutzung der hohen thermischen Kapazität des Eisspeichers idealisierter Tages-Kühlbedarf auf Basis der Kühllast im Auslegungsfall Tages-Kühlbedarf muss auf dem vom Kühlsystem geforderten Temperaturniveau im Eisspeicher vorgehalten werden entspricht aufgrund der großen Kapazität des Speichers i. d. R. einer sensiblen Temperatursenkung um max. ~5 K abhängig der Betriebsstrategie des EcoCool Betriebs ergibt sich eine verringerte Kälteleistung der WP Vorhaltung der Kälteenergie im Eisspeicher Verzicht auf Kältepufferspeicher im Gebäude 8 caldoa Energiespeicher 2.0

9 Aktivkühlbetrieb vs. EcoCool Betrieb Reduktion der Wärmepumpen-Kälteleistung um ca. 24 % Heizlast: 190 kw Kühllast: 210 kw Vorlauf Heizen: 35 C Vorlauf Kühlen: 16 C Tages-Kühlbedarf: ~ 2200 kwh Speicher-Temp.: < 14 C EcoCool Betrieb: 14 h Kälteleistung WP: 160 kw Heizbetrieb Naturalkühlung EcoCool Betrieb 9 caldoa Energiespeicher 2.0

10 Aktivkühlbetrieb vs. EcoCool Betrieb Verbesserung der Kälteleistungszahl (EER) um ca. 17 % Ø EER: 4,96 Ø Wärmesenken-Temperatur: 25 C Betriebskosten WP (H+K) : ~ ,00 /a Ø EER: 5,80 Ø Wärmesenken-Temperatur: 19 C Betriebskosten WP (H+K) : ~ ,00 /a 10 caldoa Energiespeicher 2.0

11 Fazit: Eisspeicher ices Nutzung als Kältespeicher kostengünstige und energieeffizente Möglichkeit der Energiespeicherung Regenerationsquelle zur Reduktion der Speichergröße Speicherkapazität alleine nicht ausreichend, um den Heizwärmebedarf (und den Kühlbedarf) abzudecken Doppelnutzung des Eisspeichers Heizen & anfangs kostenlose Kühlung: Quellenenergie in Form von Eis gespeichert; Naturalkühlung mit EER >90 (!) möglich aktive Nutzung des Eisspeichers als Kältespeicher: hohe Speicherkapazität ermöglicht die Vorhaltung des Tageskühlbedarfs in Form sensibler Kälte -Speicherung effizienter EcoCool Betrieb anstatt Aktiv-Kühlbetrieb: Reduktion der benötigten WP-Kälteleistung; Erhöhung der Kälteleistungszahl durch Nachtbetrieb; Nutzung Nachtstrom Vereinfachung der Anlagenhydraulik: Verzicht auf Kältepufferspeicher im Technikraum; Eisspeicher = Kältepufferspeicher 11 caldoa Energiespeicher 2.0

12 Vielen Dank für Ihr Interesse 12 caldoa Energiespeicher 2.0