Absorptionskältetechnik im Einsatz

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1 Absorptionskältetechnik im Einsatz Jürgen Disqué / Stefan Petersen Stadtwerke Karlsruhe GmbH / TUB Statusseminar Energieforschung für die Wärmewende Frankfurt, April 2016

2 Was Sie erwartet? 1. Projektvorstellung 2. Anlagen- und Systemtechnik 3. erste Projektsplitter 4. Karlsruhe GartenCarré 5. weitere Zwischenergebnisse 6. Ausblick EnEff:Stadt-Kongress

3 Warum Absorptionskälteanlagen? Absorptionskälteanlagen sind A) schwer zu verstehen B) zu groß C) zu träge D) zu teuer E) schwierig zu regeln F) ökologisch vorteilhaft und Absorptionskälteanlagen benötigen (u.a.) G) hohe Antriebstemperaturen H) Verdunstungsrückkühlwerke EnEff:Stadt-Kongress

4 FAkS Übersicht EnEff:Stadt-Kongress

5 Überblick I 13 (16) Feldtestsystemen in Betrieb 3 Antriebsarten 1 x solar, 2 x BHKW, 10 x FW* 4 Nutzungsarten 2 x Gewerbekälte, 3 x Rechenzentrenkälte, 1 x Krankenhauskälte, 6 x Klimakälte * einmal Rücklaufversorgung & einmal als Backup für die Solaranlage 2,3 MW installierte Auslegungsleistung Klimakälte* Krankenhauskälte* Labor-/ Prozesskälte* RZ-Kälte*

6 Überblick II 13 von 16 Feldtestsystemen in Betrieb 3 Antriebsarten 1 x solar, 2 x BHKW, 10 x FW* 4 Nutzungsarten 2 x Gewerbekälte, 3 x Rechenzentrenkälte, 1 x Krankenhauskälte, 6 x Klimakälte * einmal Rücklaufversorgung & einmal als Backup für die Solaranlage 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 5 Rückkühlungsarten Tischkühler 0% - 25% 25% - 75% Tischkühler mit adiabat. Vorbefeuchtung offene Verdunstungskühler geschlossene Verdunstungskühler (hybrid) Flusswasserkühlung Peaklast % - 125% 175%

7 Biene und Hummel EnEff:Stadt-Kongress

8 Feldtest Beispiel Absorptionskälteanlage vom Typ Hummel kw bei 07/12 C Kaltwasser - Grundlast u. Deckung kleinerer Lastspitzen - Fernwärmeantrieb mit ca. 85 C Erzeugte Kälte dient Klimatisierung York-AKA mit 800 kw als Back-Up (Bestand) Kompressionskälteanlage für Spitzenlast ca kw Berieseltes Rückkühlwerk mit geschlossenem Wasser-Glykol-Kreis Blickpunkt Photodesign Optimierung AKA- & Systembetrieb

9 1 Thermische Effizienz (COP) COP (Effizienz) in kw/kw BKSP AKA 1 BKSP AKA Kälteleistung in kw Thermische Effizienz COP entspricht Erwartungen aus dem Labor Bei Teil- und Kleinstlastzuständen ist ein geringerer COP unvermeidbar Mithilfe von Eingriffen in die Prozessführung können die Anlagen individuell an die Bedürfnisse des Betreibers angepasst werden (z.b. häufige Kleinlasten)

10 Feldtestanlage SYNUS in Karlsruhe Statusseminar EnEff:Wärme

11 Antriebsenergie: Fernwärme in Karlsruhe Hausübergabestationen Heizwassernetz 175 km Nahwärmenetz 6 km Anschlusswerte Heizwasser 631,2 MW Netzabgabe Heizwasser MWh/a Höchste Tagesabgabe MWh Zähler Fernwärmebeheizte Wohnungen Stand: 2014 Statusseminar EnEff:Wärme

12 Aus Abwärme wird Fernwärme Wärmeleistung rd. 90 MW CO 2 Emissionen Winter: 70 g/kwh Sommer: rd. 20 g/kwh Primärenergiefaktor aktuell Winter: f P = 0,26 Sommer: f P = 0,02 Einsparung von jährlich rund Tonnen CO 2 Im Sommer nur diese Wärme! Statusseminar EnEff:Wärme

13 SYNUS und GartenCarré Karlsruhe Kältezentrale Statusseminar EnEff:Wärme

14 SYNUS und GartenCarré Karlsruhe SYNUS: rd m² Bürofläche GartenCarré: rd m² Wohn- und Bürofläche 5 Eigentümer: AZF, Ärzte, WEG, Anwälte 66 Wohnungen, Gewerbeeinheiten und Praxen Wärme aus Fernwärme rd kw th Kälte aus Fernwärme und Strom rd kw K Anteil der Absorption 480 kw K Kompressionskältemaschine kw K Investition für die Kälteerzeugung: rd. 1,8 Mio. darin rd. 300 T F&E-Anteil Abwicklung im Kälteliefer-Contracting durch die Stadtwerke Karlsruhe Statusseminar EnEff:Wärme

15 Kälteerzeugung aus Fernwärme im SYNUS Kälteerzeugung in gemeinsamer Zentrale: 3 Absorptionskälte-Module Typ TU "Hummel" (je 160 kw K ) 1 Turbo-Schraubenverdichter York (1.100 kw K ) Rückkühlung über 6 Tischkühler (trocken) kw th 2 Schichtkältespeicher Einsatzenergie: Fernwärme (Sommer: 82 C) Auslegung 9/15 C mit Lithium/Bromid + Wasser Monitoring im Feldtest durch TU Berlin Anlage ist komplett fernüberwacht und -gesteuert gefördert durch: Statusseminar EnEff:Wärme

16 Anforderungen Platz für AKA, KKM, Kältespeicher und Peripherie nötig Antriebsenergie Fernwärme hat nur 80 C Vorlauftemperatur Einsatzmöglichkeit für Rückkühler (Dachstatik!) Kaltwasser-Vorlauftemperatur minimal 8 C Kältelieferung mit hohem Grundlastanteil ist von Vorteil dann: Sehr klimafreundliche Kälteerzeugung, Ziel: mind. 60% der Kälte wird aus Fernwärme erzeugt Vorteile für Primärenergieeinsparung (und damit EnEV) geringe Geräuschbildung, geringer Stromverbrauch wartungsarm, langlebig und zuverlässig Statusseminar EnEff:Wärme

17 Was uns motiviert hat Hocheffiziente AKA-Technologie arbeitet mit trockener Rückkühlung! Damit ist der Einsatz im urbanen Raum möglich: - keine Schwadenbildung - keine Legionellengefahr - leichter und kleiner Im Vergleich zur reinen Kompressionskälte: Primärenergieeinsparung (rd. 460 MWh/Jahr) CO2-Einsparung (rd. 115 t/jahr) aber Mehrkosten Feldtestanlage bietet Raum für Optimierung: Technisch / wirtschaftlicher Betrieb möglich? Wenn ja geht es weiter Statusseminar EnEff:Wärme

18 Läuft! Funktionsweise von 4 Kälteerzeugern und 2 Speichern wird optimiert. Ziel: mind.60% Kälte aus Fernwärme Statusseminar EnEff:Wärme

19 Lernprozess: Ein Beispiel Zusammenspiel Freie Kühlung und AKA 1-3 Optimierung der Umschaltpunkte Statusseminar EnEff:Wärme

20 Lernprozess: Ein Beispiel Ziel erreicht: Kaltwasser- Temperatur geglättet Statusseminar EnEff:Wärme

21 Perspektive Kälteerzeugung spielt zunehmend eine größere Rolle besonders bei öffentlichen und gewerblichen Gebäuden Industrieabwärme-Nutzung ist an vielen Orten möglich diese Wärme muss im Sommer "weg" Industrieabwärme in Nah- oder Fernwärme einspeisen daraus dann Kälte erzeugen Neue AKA-Technologie erlaubt Einsatz im dicht bebauten Raum Und wenn sich diese Technologie bewährt: - Primärenergieeinsparung - Klimaschutz praktisch - solide Technologie wird modern eingesetzt - passt zur EnEV Statusseminar EnEff:Wärme

22 Kälteleistung [kw] (Jahres-)Dauerlinie Erzeugung Auslegungsleistung ca kW Peak: 143 kw Mittel: 57 kw 50 Ca MWh Stunden (geordnet) [h]

23 150 (Jahres-) Dauerlinie 150 klassischer Lastgang: Peak = 2 x mittlere Leistung Kälteleistung in kw Peak: Mean: 31 kw 24 kw Kälteleistung in kw Peak: Mean: 76 kw 32 kw Stunden Stunden Kälteleistung in kw Peak: Mean: 237 kw 44 kw Kälteleistung in kw Peak: Mean: 154 kw 16 kw Stunden

24 Antriebsleistung (Wärme) Regelung Kaltwasser Austritt T t Eo V & E Kälteleistung T tkaltwasser Ei Eintritt Abwärmeleistung Welche Zielstellung? Wie? Wieso? Weshalb? Warum?

25 Antriebsleistung (Wärme) Zielstellung Nutzer 1. Bereitstellung der geforderten Kälteleistung & Q V ρ c t t Qset ( ) E E p Ei Eo E = & = & m 20 ρ c 12 C 7 C 100 kw h p = ( ) m 100 ρ c 8 C 7 C 100 kw h p = ( ) Abwärmeleistung Kaltwasser Austritt T t ~7 C Eo V & E Kälteleistung T tkaltwasser Ei Eintritt ~12 C

26 Antriebsleistung (Wärme) Zielstellung Betreiber 1. Bereitstellung Q V ρ cder geforderten t t QKälteleistung set & E ( ) Ei Eo & E & E p = = 2. Einhaltung t tset Austrittstemperatur Kaltwasser Eo Eo = 3. Einhaltung Austrittstemperatur Heißwasser t tset Abwärmeleistung Do= Do Kaltwasser Austritt T t ~7 C Eo V & E Kälteleistung T tkaltwasser Ei Eintritt ~12 C

27 Aktueller Betrieb Karlsruhe GartenCarré Leistungen [kw th ] Temperaturen [ C] Temperaturen [ C] :00 16:30 17:00 17:30 18:00 Kaltwassersollwert = 9 C Freigabe von GLT Kälteleistung AKA3 Heißwasseraustrittsgrenze = 65 C Heißwasseraustritt Anforderung/Freigabe kommt gegen 15:56 Uhr. Kaltwassereintritt Kaltwasseraustritt Antriebsleistung AKA3 Heißwassereintritt Leistung nach Startvorgang ( bis ca. 16:15 Uhr abklingend. 1/2min MW Entzug der Freigabe erfolgt um 17:50 EnEff:Stadt-Kongress :00 16:30 17:00 17:30 18:00

28 Aktueller Betrieb Karlsruhe GartenCare Leistungen [kw th ] Temperaturen [ C] Temperaturen [ C] :00 16:30 17:00 17:30 18:00 Kaltwassersollwert = 9 C Freigabe von GLT Kälteleistung AKA3 Anforderung/Freigabe kommt gegen 15:56 Uhr. Heißwasseraustrittsgrenze = 65 C Heißwasseraustritt Kaltwassereintritt Kaltwasseraustritt Antriebsleistung AKA3 Heißwassereintritt Leistung nach Startvorgang ( bis ca. 16:15 Uhr abklingend. Entzug der Freigabe erfolgt um 17:50 1/2min MW EnEff:Stadt-Kongress :00 16:30 17:00 17:30 18:00

29 Aktueller Betrieb Karlsruhe GartenCare Leistungen [kw th ] Temperaturen [ C] Temperaturen [ C] :00 16:30 17:00 17:30 18:00 Kaltwassersollwert = 9 C Freigabe von GLT Kälteleistung AKA3 Heißwasseraustrittsgrenze = 65 C Heißwasseraustritt Kaltwassereintritt Kaltwasseraustritt Antriebsleistung AKA3 Heißwassereintritt 1/2min MW EnEff:Stadt-Kongress :00 16:30 17:00 17:30 18:00

30 Ergo Absorptionskälteanlagen sind A) schwer zu verstehen B) zu groß C) zu träge D) zu teuer E) schwierig zu regeln F) ökologisch vorteilhaft und Absorptionskälteanlagen benötigen (u.a.) G) hohe Antriebstemperaturen H) Verdunstungsrückkühlwerke. muss nicht sein wollen Sie noch BackUp Folien? Betriebskosten berücksichtigen nicht für den Betreiber kann sein ab 55 C Warum? EnEff:Stadt-Kongress

31 Und jetzt warten wir auf den (nächsten) Sommer. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Jürgen Disque / Stefan Petersen Stadtwerke Karlsruhe GmbH / TUB Statusseminar Energieforschung für die Wärmewende Frankfurt, April 2016