Hocheffizienz-Wärmepumpen Nutzung von Umweltwärme aus Erde und Luft. Februar 2016 Marian Vogel, Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Alle Angaben ohne Gewähr

Transkript

1 Hocheffizienz-Wärmepumpen Nutzung von Umweltwärme aus Erde und Luft Februar 2016 Marian Vogel, Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Alle Angaben ohne Gewähr 1

2 Agenda Firmenvorstellung Motivation Wärmepumpe Wärmequellen / Produktlösungen Sole/Wasser Wasser/Wasser Luft/Wasser Anwendung im Altbau Anwendung im Mehrfamilienhaus Systemhaus WATERKOTTE BasicVent / EcoVent, Zentrale Wohnraumlüftung EcoPower Station, Batteriespeicher Regelungstechnik, EasyCon Software

3 WATERKOTTE I Wegbereiter der Wärmepumpentechnologie Grundstein des Unternehmens WATERKOTTE legte der Ingenieur Klemens Oskar Waterkotte Er beheizte bereits 1970 sein eigenes Haus mit Erdwärme Eingestiegen ist er Ende der 60er Jahre in das Thema "Wärmedämmung" und vertrat seine Meinung, dass sowohl Wärmedämmung des Baus als auch Wärme dämmende Fenster eine Selbstverständlichkeit sind Er setzte es sich zum Ziel, eine Heiztechnik zu finden, die wirtschaftlich und umweltfreundlich zugleich ist Grundlage waren seine ausgeprägten theoretischen und berufliche Erfahrungen aus der Kälte-, Klimaund Verfahrenstechnik 3

4 WATERKOTTE I Wegbereiter der Wärmepumpentechnologie Erster WATERKOTTE Erdabsorber 1968 und erste selbstentwickelte WATERKOTTE Wärmepumpe

5 WATERKOTTE I High End Wärmepumpen und Referenzklassen Die WATERKOTTE GmbH ist heute ein führender Hersteller von innovativen Wärmepumpen-Systemlösungen, die auch Trinkwassererwärmung, kontrollierte Wohnraumlüftung und Batteriespeicher einschließen. Wir produzieren Wärmepumpen in den Leistungsklassen von 2 kw bis kw. Schon dieses Leistungsspektrum - auf das kaum ein zweiter Hersteller verweisen kann - zeigt, über welch fundiertes Wissen unser Unternehmen verfügt. Wir sind stolz auf die regelmäßig besten Leistungswerte, ein mehrfach prämiertes Produktdesign und die modernsten Steuerungssysteme. 5

6 Wärmepumpe I Geniale Technik Quelle: Grafik Funktionsweise Wärmepumpe, BWP 6

8 Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen Weltweiter Energieverbrauch Quelle: unbekannt 8

9 Die Reduzierung des Primärenergiebedarfs, steigert den Wert Energieausweis 9

10 Energieeinsparverordnung ENEV 2014: Kesseltausch nach 30 Jahren 30 Jahre alte Öl- und Gas-Heizkessel in Ein- und Zweifamilienhäusern müssen ausgetauscht werden Ausnahmen: Eigennutzung des Gebäudes vor dem Bereits Niedrigtemperatur- oder Brennwerttechnik im Bestand Neuerwerb des Gebäudes, nach Eintrag im Grundbuch 2 Jahre Zeit bis zur Heizungserneuerung Quelle: Vdi Nachrichten

11 Erfüllungsmöglichkeiten (EWärmeG 2015), vereinfachende Übersicht (Stand Dez 2014) 11

12 EnEV Primärenergiefaktoren, Entwicklung 2009 bis 2016 Quelle: ikz 12

13 Smart Grid Ready für ein intelligentes Lastmanagement der Wärmepumpe (Grafik Quelle BWP) 13

14 EU-Energielabel Quelle: waermepumpe.de 14

15 EnEV 2016 erhöht die Standards im Neubau 15

16 EnEV 2016 erhöht die Standards im Neubau 16

17 Fördermittel I Für erneuerbare Energiequellen 17

18 Wärmepumpe jetzt! I Fördermittel und Wirtschaftlichkeit Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) will mehr Haus- und Wohnungseigentümer motivieren, bei der Wärme auf die Kraft aus Sonne, Erdwärme und Biomasse zu setzen. Mit dem Marktanreizprogramm (MAP) fördert das BMWi den Einbau von Wärmepumpen, Solarthermieanlagen oder Biomasseheizungen für Privatpersonen, Freiberufler und Unternehmen. Zinsgünstige Darlehen und Tilgungszuschüsse bei KfW bei Effizienzhäusern Bestandsgebäude Neubau 18

19 Fördermittel für Wärmepumpen I Im Neubau 20

20 21

21 22

22 Technische Unterscheidungsmerkmale, Fachbegriffe COP = Coefficient of Performance = Kälte- bzw. Wärmeleistung / eingesetzte elektrische Leistung (Beispiele) Luft-Wasser Maschinen (A-7 / W35; COP 3,1), (A2 / W35; COP 4,2) gute Werte Sole-Wasser Maschinen (B 0 / W35; COP 5,1), sehr guter Werte JAZ = Jahresarbeitszahl Das Mittel über ein Jahr. Einsatzgrenzen Luft-Wasser Maschinen z.b. A-20/W55 (gute Maschine) A-15/W45 (Standard Maschine) Schalldruckpegel Schalldruckpegel (Außenmodul, 4m Freifeld): 34 db (A) guter Wert, 72 db (A) (hoher Wert) 23

23 Argumente für die Wärmepumpe Geringe Betriebskosten, Anwendung Niedertemperatur Geringer Platzbedarf kein Geruch keine Verbrennungsabgase, keine Abgasanlage (Schornstein) keine Zuluft notwendig (wie bei einer Verbrennungsanlage), einfacher mit einer Lüftungsanlage kombinierbar Mehr Nutzen, heizen und kühlen! Umweltwärme nutzen, Ressourcen schonen Eigene Stromquellen (z.b. Photovoltaik) nutzen Gute CO2 Bilanz und Primärenergiefaktor Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben ENEV, BAFA Fördermittel 24

25 Die Produktentscheidung I Luftwärme- oder Erdwärmepumpe Die Wärmepumpen können aus drei verschiedenen Wärmequellen gespeist werden und dienen als Komplettsystem für vielseitige Anwendungen. Luft Wasser Erdwärme WATERKOTTE Systeme sind geeignet für: Heizen Kühlen Warmwasser Lüftung 26

26 Wärmequellenanlagen Die Erdwärmesonde Heizen Entzugsleistung W/m Kühlen Wärmeeintrag W/m Sonden werden im kleinen Leistungsbereich in der Regel bis zu einer Tiefe von 100 m abgeteuft. Im Projektgeschäft werden Bohrtiefen von bis zu 130 m realisiert. Material: PE-HD-Rohre mit 180 -Sondenfuß in der Dimension 32 x 3,0 mm und 40 x 3,7 mm, ausgeführt als Einfach-U oder Doppel-U- Rohrsonden Sehr hohe Lebenserwartung (bis 100 Jahre) 27 27

27 Temperaturverlauf I Erdsonde Quelle: erdsondenoptimierung.ch 28

28 Wärmequellenanlagen Erdsondenbohrung im Sanierungsgebäude 29 29

29 Oberflächen Nahe Wärmequelle - Materialauswahl 33

30 Oberflächen Nahe Wärmequelle Verlegeplan 34

31 35

32 Kalte Nahwärmenetze I Temperatur ~ 12 C Grad Eine neue Perspektive für Hausbesitzer, Stadtwerke, Energieversorger und Kommunen. ENEV2016, neue KFW- und BAFA-Förderbedingungen für Wärmepumpen, Kühl- und Heizbedarf bei Neubauten, günstige Erschließung von umweltschonender Technologie, Nutzung von Abwärme- oder diverser Umweltquellen. Ähnlich wie bei einem Fernwärmenetz erhalten die Gebäude einen Hausanschluss bei dem Wärmeenergie geliefert wird. Im Gegensatz zur herkömmlichen Fernwärme jedoch nicht mit einer hohen, sondern mit einer niedrigen Temperatur. Der Vorteil liegt darin, dass nahezu keine "Lieferverluste" entstehen. Um das gewünschte Temperaturniveau im Hausinneren zu erreichen, kommt eine hocheffiziente Wärmepumpe zum Einsatz. Von besonderer Wichtigkeit bei diesem System ist die genaue Projektierung und Auslegung der Gesamtanlage WATERKOTTE verfügt über mehrere erfolgreiche Projekterfahrungen auf diesem Gebiet. Ein schönes Beispiel: 38

33 Sole / Wasser, Wasser / Wasser Wärmepumpe 39

34 Die Produktvorstellung I Erdwärmepumpe Basic Line Ai1 Geo Leistungsbereich von 5 13 kw perfekte Lösung für kostenbewusste Bauherren Komplettsystem für alle Heizungsfunktionen Ai1 steht für All in One 170 Liter Warmwasserspeicher (Edelstahl) Niedrige Betriebskosten durch COP-Werte bis 4,7 integrierter WATERKOTTE Wärmemengenzähler einfache Bedienbarkeit mit innovativer Steuerung, Optional Smartphone-Steuerung über BasicPro Mobile leiser Betrieb durch Silenter integrierter Elektroheizeinsatz 6 kw Optimierte Stellfläche 600 x 650 mm 40

35 Die Produktvorstellung I Erdwärmepumpe EcoTouch Ai1 Geo I Leistungsbereich von 6 18 kw Komplettsystem für alle Heizungsfunktionen Ai1 steht für All in One 204 Liter Warmwasserspeicher (Edelstahl) beste Effizienz (COP 5,1) mit sehr niedrigen Betriebskosten integrierter WATERKOTTE Wärmemengenzähler intuitiv bedienbares Touch-Display bietet größtmöglichen Komfort Sehr leiser Betrieb durch Silenter integrierter Elektroheizeinsatz 6 kw 41

36 Die Produktvorstellung I Erdwärmepumpe EcoTouch DS 5018 Ai I Leistungsbereich von 6 18 kw Alternative Variante als reines Heizgerät Ermöglicht individuelle Auslegung der Trinkwasseraufbereitung (nebenstehender Speicher) 43

37 Die Produktvorstellung I Erdwärmepumpe EcoTouch DS 5027 Ai Leistungsbereich von kw Größeres Gehäuse für optionale Ausstattung Naturkühlung Klimakühlung mit Umkehrschaltung Gerätemaße: (B/H/T) 750 x 1470 x 611 mm 44

38 Industrial Line, Wärmequelle Sole oder Wasser und alternative Quellen 45

39 Industrial Line (neues Design ab Herbst 2015, Sole/Wasser oder Wasser/Wasser) DS5240 Leistungsklassen: kw DS6500 Bauweise offen DS6500 Bauweise geschlossen 46

40 Übergeordnete Regelung, gleichzeitig heizen und kühlen 47

41 Agenda Firmenvorstellung Motivation Wärmepumpe Wärmequellen / Produktlösungen Sole/Wasser Wasser/Wasser Luft/Wasser Anwendung im Altbau Anwendung im Mehrfamilienhaus Systemhaus WATERKOTTE BasicVent / EcoVent, Zentrale Wohnraumlüftung EcoPower Station, Batteriespeicher Regelungstechnik, Software

42 Luft / Wasser Wärmepumpe 69

43 EcoTouch Ai1 Air Energiefluss Die Wärmepumpe dient der Gewinnung von Wärmeenergie zum Heizen, Kühlen und Brauchwasser erwärmen. Als Wärmequelle (WQ) wird dazu das Medium Luft genutzt

44 Die Produktvorstellung I Luftwärmepumpe Basic Line Ai1 Air Leistungsbereich von 6 12 kw Optionale Ausstattung Reglererweiterung für einen Mischerkreis Webschnittstelle NetBase BN Web Smartphone-Steuerung über BasicPro Mobile Highlights Niedrige Betriebskosten durch hohe COP-Werte Optimierte Stellfläche 600 x 650 mm Hochwertige Bedieneinheit Grafische Darstellung aller Betriebssituationen 71

45 Die Produktvorstellung I Luftwärmepumpe Basic Line Ai1 Air Leistungsbereich von 6 kw 72

46 hs hr Wärmequellenanlagen Immissionsrichtwerte gem. TA-Lärm Gebäude des Anlagebetreiber Schallschutzbedüftig im Eigeninteresse Emmissionsort gem. TA - Lärm Immissionort gem. TA - Lärm Nachbargebäude Aufenthaltsraum (Schlafzimmer) mit geöffnetem Fenster 75 75

47 Wärmequellenanlagen Immissionsrichtwerte gem. TA-Lärm Immissionsrichtwerte für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden (TA-Lärm, Kap.6.1) Tag bis Uhr L r [db(a)] Industriegebiete 70 Nacht bis Uhr L r [db(a)] Gewerbegebiete Kern,- Dorf,- Mischgebiete allg. Wohngebiete und Kleinsiedlungsgebiete reine Wohngebiete Kurgebiete, Krankenhäuser, Pflegeanstalten

48 Wärmequellenanlagen Einfluss der Schallausbreitungsrichtung Q Aussenwand Q = 2 halbkugelf. D I = +3dB Schallausbreitung Aufstellebene Aussenwand Aufstellebene Schallausbreitung Q = 4 viertelkugelf. D I = +6dB Schallausbreitung Aufstellebene Q = 8 achtelkugel f. D I = +9dB 77 77

49 EcoTouch Ai1 Air Leise wie ein Flügelschlag Minimale Geräuschentwicklung der Außeneinheit: Kompressor liegt im Innengerät das Innengerät erhielt eine angepasste, optimale Schallisolierung Das Außengerät ist mit dem modernsten EC Lüfter mit größtem Volumen bei niedriger Drehzahl ausgestattet 34 db(a)! *ermittelt nach hausinterner Waterkotte Messung in 4m Abstand im Freifeld, Schallemission 37 db(a) Außengerät ES

50 EcoTouch Ai1 Air, Prüfergebnisse HLK Stuttgart A7/W35: Bei QH= 7,7 kw COP von 4,81 A2/W35: Bei QH= 8,2 kw COP von 4,20 A-7/W35: Bei QH= 13,7 kw COP von 3,06 A-15/W35: Bei QH= 11,7 kw COP von 2,63 Einsatzgrenzen (A-20/W55, A-4/W65) 79

51 EcoTouch Ai1 Air Leistungsbereich von 6 18 kw geringe Betriebskosten durch hohe COP-Werte und Einsatzgrenzen monovalente Auslegung möglich Optionale Kühlung Hydraulische und regelungstechnische Einbindungen für die Solarthermie (Kleinanlage) optional möglich Warmwasserspeicher aus Edelstahl mit 204 l Inhalt Drehzahlgeregelter Scroll-Verdichter Farbiges 4,3 Zoll Touch-Display, integriertes WebInterface zur Fernüberwachung Aluminium Gehäuse, Außengerät witterungsbeständig und relativ leicht 93 kg ES

52 Argumente für die Split-Variante, gegenüber einer Innenaufgestellten Variante: Geringer Platzbedarf im Heiztechnikraum (Kosten umbauter m²) Höhere Effizienz, keine Wärmeverluste durch Zu- und Abluftströme zur Wärmepumpe, geringerer Stromverbrauch für den Ventilator (im Außenbereich entfällt der Druckverlust durch eine entsprechende Zu- und Abluftführung, sowie ggf. Vorrichtungen zur Schalldämpfung). Keine Luftgeräusche und Kondensat Bildung im Innenraum 81

53 Industrial Line, Wärmequelle Luft 87

54 Industrial Line ( EcoTouch Air Kaskade 4 x 14 kw = 56 kw, mit einem Innengerät) 88

55 Trinkwasserwärmepumpe EcoWell 91

56 EcoWell Trinkwasser-Wärmepumpe Entfeuchten im Umluftbetrieb Wird die Luft aus einem Hauswirtschaftsraum genutzt, so kann die Wäschetrocknung wirksam unterstützt werden. Die Entfeuchtung der Luft erhöht gleichzeitig die Effizienz der Wärmepumpe. Quelle Ursprunggrafiken mit Text: Entfeuchten, Ankühlen in Umluftbetrieb, Abwärme nutzen, HSK haustechnikonline.de, Feb

57 EcoWell Trinkwasser-Wärmepumpe Ankühlen in Umluftbetrieb Lagerräume für Vorräte können mit der Warmwasser Wärmepumpe nicht nur entfeuchtet, sondern auch gekühlt werden. Quelle Ursprunggrafiken mit Text: Entfeuchten, Ankühlen in Umluftbetrieb, Abwärme nutzen, HSK haustechnikonline.de, Feb

58 EcoWell Trinkwasser-Wärmepumpe Abwärme nutzen Abwärme, die durch eine vorhandene Heizung entsteht, kann mit Hilfe der Warmwasser- Wärmepumpe wirksam genutzt werden. Durch den optionalen Zusatzwärmetauscher kann eine vorhandener Heizkessel auch direkt zur Erwärmung des Warmwassers genutzt werden. Quelle Ursprunggrafiken mit Text: Entfeuchten, Ankühlen in Umluftbetrieb, Abwärme nutzen, HSK haustechnikonline.de, Feb

59 Trinkwasser Wärmepumpe (Wasser/Wasser) Alternatives Konzept insbesondere für Hochgeschossbauten 97

61 Schritt 1: Bestand ermitteln - Beispiel ALTBAU unsaniert 100 % = kwh ~ l Öl 99

62 Restenergie Schritt 2: Energiebedarf senken = < 50 % vom Ursprungswert Effekte entsprechender Energieeinsparungs- Potenziale sind von Gebäude zu Gebäude natürlich unterschiedlich Diese Darstellung soll lediglich als Beispiel dienen. 100

63 Schritt 3: Energieerzeugung analysieren Altkessel, haben in der Regel: Keine Leistungsanpassung (Modulierung) Ungünstiger Sommerbetrieb Veraltete Verbrennungs- und Regelungstechnik Verbrennungstechnischer Wirkungsgrad liegt bei fast 90 %, derjahresnutzungsgrad jedoch oft nur bei knapp 70 % Quelle: 101

64 Schritt 4: Wärmeverteilung analysieren ALTBAU unsaniert 25 kw thermisch max ALTBAU saniert 10 kw thermisch max 102

65 Schritt 4: Wärmeverteilung analysieren Fußboden- oder Wandheizung >> Niedrige Vorlauftemperatur, hohe Volumenströme, gute Ausgangssituation Radiatorenheizung Hydraulischer Abgleich Nutzerverhalten ändern, Heizkörperventile stärker öffnen (mehr Volumenstrom) Vorlauftemperatur muss gesenkt werden Gegebenenfalls Heizkörperoberfläche vergrößern, in beengten Räumen Konvektoren einsetzen 103

66 Schritt 5: Wahl der Wärmequelle Sole/Wasser relativ konstante Entzugsleistung möglich Sehr hohe COP / JAZ Werte Sehr geringe Betriebskosten (Strom) relativ hohe Investitionskosten Robuste Technik, Sonden extrem langlebig, hohe Lebensdauer Lüftungsanlage, Sole kann zur Versorgung eines vorgelagerter Wärmetauscher verwendet werden Luft/Wasser Hohe Leistungen bei niedrigen Außentemperaturen möglich Relativ Geringe Investitionskosten 104

68 EcoPack, Kompakt-Trinkwassererwärmer Merkmale Energiesparendes System zur Warmwasserbereitung Beispiel: 3 Liter Regel, 55 C Primär, 50 C Trinkwassertemperatur Leistungsstarker Wärmetauscher Hohe Schüttleistungen Temperatureinstellung mit Digitalanzeige Einfache Wandmontage Nach unten geführte Anschlüsse Erhältlich in 38 kw, 54 kw, 80 kw und 100 kw Schüttleistung 13,7; 19,3; 28,7; 35,8 l/min, Bei Erwärmung von 10 auf 50 C (55 C Speichertemperatur) 107

69 EcoPack, Kompakt-Trinkwassererwärmer Warme Seite unten KW Rücklauf Auftrieb Pufferspeicher WW Vorlauf 108

70 Sole/Wasser, Hydraulik 109

71 Anwendung im Mehrfamilienhaus EcoPack Dezentrale Warmwasser-Versorgung Thema 3-Liter-Regel 50 C Warmwassertemperatur 110

72 Hyg. Trinkwasseraufbereitung mit EcoPack im MFH EcoPack 111

73 Trinkwasser Wärmepumpe (Wasser/Wasser) Alternatives Konzept insbesondere für Hochgeschossbauten 112

75 WATERKOTTE Systemhaus Wärmepumpe Die Wohnraumklimatisierung Effiziente Warmwasserbereitung, Heizen und Kühlen Lüftung Die kontrollierte Wohnraumlüftung Zentrale Zu-/Ablufteinheit mit Wärmerückgewinnung Energie Die PV-Anlage mit Batteriespeicher Zentrale Energieversorgungseinheit Haussteuerung Die Hausautomation Die komfortable Steuerung Energieerzeuger und -Verbraucher 114

76 Übersicht Produktportfolio Systemanbieter WATERKOTTE Bestehender Bereich Neuer Bereich, Marktstart Q1/2015 Neuer Bereich, Marktstart Q2/2015 Neuer Bereich, Marktstart Q3/

77 Kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung 116

78 Erklärung des Kreuzgegenstrom Wärmetauscher Abluft Luftstrom, der den Raum verlässt Zuluft Luftstrom, der in den Raum eintritt oder Luft, die in die Anlage eintritt, nachdem sie behandelt wurde Überstromluft = Raumluft, die vom Raum in einen anderen Bereich strömt z.b. Flur, Diele Umluft = Abluft, die der Luftbehandlungsanlage wieder zugeführt wird und als Zuluft wiederverwendet wird. Mischluft = Luft, die zwei oder mehr Luftströme (Luftarten) enthält Außenluft Unbehandelte Luft, die von außen in die Anlage einströmt Fortluft Luftstrom, der ins Freie führt 117

79 EcoVent Komfortable Bedienung der EcoVent über das EasyCon Touch Display 122

80 EcoVent LAN 123

82 Batteriespeicher EcoPower Station Batteriespeicher flexibel bis max. 13,8 kwh Touch-Display zeigt Informationen zu Solarleistung, Batterie-Ladezustand und Stromeinspeisung bzw. -bezug Integrierter Stromerzeuger. Eigener Wechselrichter Integrierte Stromspeicherung Lithium-Ionen Speicher Modulare Erweiterbarkeit Beste Batterietechnik von Panasonic Wandhalterung oder Standfuß Flexible und bedarfsoptimale Versorgung Anschluss für Notstromsteckdose (1ph.) solar nachladbar Steuerung integriert in Waterkotte-EasyCon-Mobile 140

84 EasyCon 1.6 Design NEU 142

85 EasyCon 1.6 Design 143

86 EasyCon 1.6 Kältekreis RMH 145

87 EasyCon 1.6 Kältekreis RMH 146

88 EasyCon 1.6 Kältekreis QL K 147

89 EasyCon 1.6 Zeitschaltprogramm 148

90 EasyCon 1.6 Zeitschaltprogramm Aktiv Inakti v 149

91 EasyCon 1.6 Kennliniendarstellung 151

92 EasyCon 1.6 Heizbetrieb Einschalttemperatur für den Heizbetrieb auswählbar h Mittelwert h Mittelwert h Mittelwert 152

93 EasyCon 1.6 SG Ready Einbindung der Wärmepumpe in intelligente Stromnetze (Smart Grid) 153

94 EasyCon 1.6 SG Ready 154

95 EasyCon 1.6 Energiebilanz 162

96 WATERKOTTE Systemhaus I Zukunft unter einem Dach Wärmepumpe Wohnraumklimatisierung Lüftung Kontrollierte Wohnraumlüftung Haustechnik Hausautomation Energie PV-Anlage mit Batteriespeicher 190

97 Effizienz in ihrer schönsten Form EcoTouch - Leistungsbereich von 6 26 kw EcoTouchAi1 Geo DS 5018Ai DS 5027Ai DA 5018Ai EcoTouchAi1 Air 192

98 Weitere Fragen Besuchen Sie uns am Messestand Halle Februar 2016 Marian Vogel, Dipl.-Wirtschaftsingenieur (FH) 193