Intelligente Einbindung von Wärmepumpen in Nahwärmenetze. Arno Poehlmann, Mitglied des Vorstands BWP 29. Oktober 2014, Augsburg

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1 Intelligente Einbindung von Wärmepumpen in Nahwärmenetze, Mitglied des Vorstands BWP 29. Oktober 2014, Augsburg

2 Funktionsweise Wärmepumpe 2

3 Leistungszahl Wärmepumpe = Wirkungsgrad Wärmepumpe ca. 0,4 bis 0,6 z.b. 0,5 Wärmequelle: z.b. Grundwasser 283 K (10 C) Wärmesenke: z.b. Heizungsvorlauf 308 K (35 C) = 0,5 = 6,2 3

4 Leistungszahl Wärmepumpe Leistungszahl Beispiel: 90 C werden benötigt 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 9, Temperaturdifferenz Quelle-Senke 2,6 Je grösser die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke, desto kleiner ist die Leistungszahl 4

5 Jahresarbeitszahl Wärmepumpe = ä Je nach Temperaturdifferenz werden Werte zwischen 2 und 6 erreicht. Stammt der zugeführte Strom aus Erneuerbaren Energien, dann werden CO 2 - Emissionen zu 100% vermieden. In Verbindung mit Eigenstromerzeugung können Wärmepumpenheizungen erheblich CO 2 und Primärenergie einsparen. 5

6 Anforderungen an Kältemittel Hohe Verdampfungsenthalpie Hohe Wärmeleitfähigkeit Hohe kritische Temperatur Nicht giftig, brennbar oder explosiv Kein Potential zum Ozonabbau oder Treibhauseffekt Müssen den Anforderungen (Temperaturen) angepasst sein Natürliche Kältemittel: Ammoniak, Kohlendioxyd, Wasser, Propan Synthetische Kältemittel: FCKW, H-FKW 6

7 Wärmepumpen in Nahwärmenetzen helfen, die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. Die Vorlauftemperatur wird nicht dem schwächstem Glied angepasst. Wärmepumpen heizen vor Ort nach Reduzierung der Übertragungsverluste Reduzierung der Investitionskosten Reduzierung der Betriebskosten (Pumpstrom) Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäuser mittels Wärmepumpen Erhöhung der Übertragungskapazität durch Rücklaufabsenkung Auch Abwärme auf niedrigem Temperaturniveau kann genutzt werden 7

8 Beispiel: Abwärme aus Biogasanlagen im EFH-Neubaugebiet Satelliten-BHKW mittels Gasleitung möglichst nahe an Neubaugebiet rücken Wirtschaftslichkeitsbetrachtung Invest/Wärmeverluste/Betriebskosten anstellen Erhöhung der Übertragungskapazität durch Rücklaufabsenkung Auch Abwärme auf niedrigem Temperaturniveau kann mit hohem COP genutzt werden Betrieb der WP im Baugebiet mittels Contracting (eigener Strom aus BHKW) kann genutzt werden 8

9 Zielsetzung: Es bestand die Herausforderung Wärmepumpen mit entsprechender Leistung und höheren Heizwasser- Vorlauftemperaturen zu entwickeln, damit auch großvolumige Bauten mit Hochtemperatur-Wärmeverteilsystemen (Radiatoren für 65 C bis 98 C) auf erneuerbare Heiztechnik, die Umgebungswärme nutzt, umgerüstet werden können. Weiterhin soll durch die Erzeugung von Wärme bis 100 C und optional die Nutzung von Abwärme von 35 bis 55 C der Einsatz in der Prozess- und Kraftwerkstechnik möglich sein. 9

10 Entwicklung: Schraubenverdichter entwickeln, der für hohe Systemtemperaturen geeignet ist Kältemittel finden welches den höheren Temperaturen gut entspricht, unbrennbar, ungiftig und wenig Treibhauseffekt hat Erhöhte Anforderung an Systemkühlung und an die Regelung (Anlaufsteuerung, ) 10

11 Einstufige Maschinen (z.b. Ochsner) Die Wärmequelltemperaturen von 35 C bis 55 C ermöglichen die Erzeugung von 98 C hohen Vorlauftemperaturen mit hohen Leistungszahlen (COP) Einsatz von Rohrbündelwärmetauschern als Verdampfer und Kondensator Kältemittel: ÖKO 1 (HFKW) mit niedrigem GWP Leistungsbereich: 60 bis 640 kw Quelle: Ochsner 11

12 Einstufige Maschinen (z.b. Ochsner) Schaltbild 12

13 Einstufige Maschinen (z.b. Ochsner) Schaltbild C C Quelle: Ochsner 13

14 Zweistufige Maschinen (z.b. Ochsner) Wärmequelltemperaturen 10 bis 25 C Heizungs-Vorlauftemperaturen bis 98 C Einsatz eines Plattenwärmetauschers als Zwischenwärmetauscher Einsatz von Rohrbündelwärmetauschern als Verdampfer und Kondensator Kältemittel: RS134a in der ersten und ÖKO 1 (HFKW) mit niedrigem GWP in der zweiten Stufe Leistungsbereich: 190 bis 750 kw Quelle: Ochsner 14

15 Einstufige Maschinen (z.b. Ochsner) Schaltbild 15

16 Zweistufige Maschinen (z.b. Ochsner) Schaltbild kW C Kältemittel: Öko C Kältemittel: R134a Quelle: Ochsner 16

17 COP Heizung = 5 (Niedertemperatursystem) ca.40/85 C VLT COP Kühlung = COP Summarisch = 8 oder COP Heizung = 2,5 (Hochtemperatursystem) ca.10/85 C VLT COP Kühlung = COP Summarisch = 5,5 Nicht zu überbietende Energie-Effizienzen und damit CO 2 -Einsparungen Quelle: Ochsner 17

18 Einsatzbeispiele Biomasse-Heizwerk Fernwärmesystem Quelle: Ochsner 18

19 Einsatzbeispiel: Biomasse-Heizwerk» Neuanlagen» Nachrüstung Quelle: Ochsner 19

20 Einsatzbeispiel Fernwärme Reduzierung der Temperatur im Rücklauf des Fernwärmenetz Erhöhung der Übertragungskapazität Bessere Brennstoffausnutzung im Heizkraftwerk Einbindung von Abwärme z.b. aus Kühlung und Anhebung der Temperatur auf die Temperatur des Fernwärmenetz Quelle: Ochsner 20

21 Nutzung von Abwärme aus NH3-Anlagen Durch die Nutzung der kostenlosen Abwärme der Kälteanlage, wird die benötigte Wärmevernichtungsanlage entlastet (Kühlturm, Luftrückkühler, etc.) Kosteneinsparung Gleichzeitig wird praktisch kostenlos Heißwasser bis 95 C bereitet, welches meist in großen Mengen benötigt wird Energiekosteneinsparung Quelle: Ochsner 21

22 Quelle: Ochsner 22

23 Quelle: Ochsner 23

24 Beispiel Abschlussfolie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt für weitere Fragen: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V. 030 / info@waermepumpe.de