Wärmepumpen Technologie, Entwicklungen, Bewertung

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1 Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Wärmepumpen Technologie, Entwicklungen, Bewertung Dipl.-Ing. Philipp Langner

2 Institut für Luft- und Kältetechnik ggmbh ILK Dresden: unabhängiges Institut gemeinnützig: im Auftrag der öffentlichen Hand und der Industrie Forschung & Entwicklung Dienstleistungen (Studien, Beratung, Prüfung und Analyse) Prototypen, Prüfstände RLT-Planung Technologietransfer

3 Institut für Luft- und Kältetechnik ggmbh HB1 HB2 HB3 HB4 HB5 Kryotechnik & Kälte- & Wärme- Luft- und Angewandte Angewandte Tieftemperatur- pumpentechnik Klimatechnik Werkstoff- Energietechnik physik Kühlschränke Klimatechnik technik KWS mit Wasser Cryocooler Wärmepumpen Akustik KM/Öl/Werkstoff Vakuumeis Kryostaten Verdichter Fluid-Dynamik Analytik Entsalzung Wasserstoff Wärmetauscher Luftreinhaltung Lecksuche Absorption He-II Prüfstände Photovoltaik KWK-Kopplung Biologie Stoffdaten Wärmespeicher

4 WÄRMEPUMPEN TECHNOLOGIE

5 Wärmepumpen: Technologie Wärmepumpen- Prozesse mechanisch angetrieben thermisch angetrieben elektrisch angetrieben Kompressions-WP Vuilleumier-WP Sorptions-WP Peltier-WP Elektro-WP Gasmotor-WP Absorptions-WP Adsorptions-WP

6 Wärmepumpen: Technologie Q H P el Q 0 Quelle: de.wikipedia.org/wiki/wärmepumpe Quelle:

7 Wärmepumpen: Technologie

8 Wärmepumpen: Technologie Optimierung des Wärmepumpen-Kreislaufs innerer Economizer mit zweistufige Verdichtung Kaskade: Wärmeübertrager Zwischeneinspritzung mit Mitteldruckflasche 2 Kreisläufe

9 Wärmepumpen: Technologie Optimierung des Wärmepumpen-Kreislaufs Frequenzumformer für Drehzahlregelung des Verdichters optimierte Wärmeübertrager elektronische Expansionsventile Vereisung des Verdampfers: Heißgasabtauung, Kreislaufumkehr, Abtauen mit warmer Sole, verkürzte Abtauzyklen EC-Ventilatoren Wärmepumpenanlage drehzahlgeregelte Pumpen Einbindung in Gebäudeautomation

10 Wärmepumpen: Technologie Kühlen mit Wärmepumpen passive Kühlung Wärmeübertragung von innen nach außen ohne Betrieb des Verdichters aktive Kühlung (reversible Wärmepumpe) Umschaltung des Kreislaufs: Kondensator wird zum Verdampfer und umgekehrt

11 WÄRMEPUMPEN ENTWICKLUNGEN

12 Wärmepumpen: Entwicklungen Zahlen 2016 in Deutschland installiert: Heizungs-Wärmepumpen Anteil an allen Wärmeerzeugern 9,6 % Anteil Neubau 31,8 %; Anteil Bestandsgebäude < 5 % Quelle:

13 Wärmepumpen: Entwicklungen Technologische Entwicklung Wärmepumpensysteme Hybrid-Wärmepumpen: Kombination mit weiterem Wärmeerzeuger Luft/Luft-Wärmepumpen bei hoher Luftdichtheit der Gebäudehülle Wärmepumpe und Photovoltaik Lastmanagement, Smart Grid-Schnittstelle kalte Nahwärmenetze und dezentrale Wärmepumpen Hochtemperaturwärmepumpen Großwärmepumpen im MW-Bereich

14 Wärmepumpen: Entwicklungen F-Gas-Verordnung Verordnung (EU) Nr. 517/2014 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. April 2014 über fluorierte Treibhausgase, gültig ab 1. Januar 2015 gestufte Reduktion der verfügbaren HFKW auf 21 % bis 2030 ( Phase-Down ) Quotensystem für Hersteller von Kältemitteln Verwendungsbeschränkung: Grenzwerte GWP ab 2020 Dichtheitskontrolle, Kennzeichnung, Berichterstattung Inverkehrbringen von Systemen Betreiberpflichten: zertifiziertes Personal Quelle:

15 natürliche Kältemittel HFKW Wärmepumpen: Entwicklungen Kältemittel in Wärmepumpen Kältemittel GWP Sicherheitsgruppe R134a 1430 A1 R404A 3922 A1 R407C 1774 A1 R410A 2088 A1 R744 (Kohlendioxid) 1 A1 R290 (Propan) 3 A3 R1270 (Propen) 3 A3 R717 (Ammoniak) 0 B2 R718 (Wasser) 0 A

16 Wärmepumpen: Entwicklungen Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln Bauart Anzahl Hersteller/ Marken Anzahl Geräte Leistung Luft-Wasser 83 > 800 2,8 bis 50 kw davon mit natürlichem Kältemittel 4 8 5,2 bis 8,1 kw Sole-Wasser 71 > 650 4,1 bis 93 kw davon mit natürlichem Kältemittel 1 7 5,7 bis 14,3 kw Wasser-Wasser 63 > 550 4,3 bis 95 kw davon mit natürlichem Kältemittel 1 7 8,2 bis 18,6 kw Quelle: ILK Dresden, Zahlen nach BAFA-Liste

17 WÄRMEPUMPEN BEWERTUNG

18 Wärmepumpen: Bewertung Bilanzgrenzen Wärmequellenanlage Wärmepumpe Wärmenutzungsanlage Wärmepumpenanlage Wärmepumpen-Heizungsanlage

19 Wärmepumpen: Bewertung

20 Wärmepumpen: Bewertung Prüflabor Wärmepumpen am ILK Dresden Ermittlung der Heiz- und Kühlleistung und akustische Untersuchungen an Fluid- Energiemaschinen und kältetechnischen Bauteilen Prüfnormen DIN EN 14511: Kompressions-Wärmepumpen DIN EN 14825: Prüfung bei Teillast DIN EN 16147: Brauchwasser-Wärmepumpen Quelle: DIN EN 13771: Kältemittel-Verdichter, Verflüssigungssätzen DIN EN 327/328: Wärmeübertrager DIN EN ISO 374: akustische Messungen im Hallraum DIN EN ISO 9614: Schallintensität Quelle:

21 Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN Einstellen von Ein-/Austrittstemperatur bzw. Volumenstrom an Verdampfer und Kondensator Energiebilanz am Kondensator ergibt Heizleistung Messung elektrische Leistung Luft-Wärmepumpen: Abtauprozess führt zu komplexer Prüfung Quelle: DIN EN :

22 Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN Einstellen der Temperaturen am Verdampfer und Kondensator je nach Teillastverhältnis Quelle: EN 14825:

23 Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN Aufheizperiode Bereitschaftsperiode Erwärmung von Brauchwasser in Entnahmezyklen Bestimmung einer Bezugs- Warmwassertemperatur und der maximalen nutzbaren Warmwassermenge Prüfung des Temperatur-Einsatzbereichs Sicherheitsprüfungen Quelle: DIN EN 16147:

24 Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbh Bertolt-Brecht-Allee 20, Dresden Dipl.-Ing. Philipp Langner Tel.:

25 ANHANG

26 Wärmepumpen: Entwicklungen F-Gas-Verordnung Verwendung von (H)FKW-Kältemittel in Deutschland Menge [t] CO2-Äquivalente [1000 t] Quelle: Statistisches Bundesamt, Wiesbaden

27 Natürliche Kältemittel R744: Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) hohe Betriebsdrücke kritische Temperatur: 31 C bei 74 bar hohe volumetrische Leistung zusätzliches Wissen für Planung, Konstruktion und Service Kohlenwasserstoffe R290 (Propan), R1270 (Propen) ähnliche Leistungen und Betriebsdrücke wie R404A Komponenten von HFKW-Kältemitteln nutzbar hoch brennbar besondere Aufstellbedingungen, Explosionsschutz

28 Natürliche Kältemittel R717: Ammoniak (NH 3 ) geringer Massestrom erforderlich Korrosion mit Kupfer, nicht mischbar mit Mineralöl hoch giftig, gering brennbar besondere Aufstellbedingungen R718: Wasser (H 2 O) geringer Dampfdruck geringe volumetrische Kälteleistung große Volumenströme große Druckverhältnisse Turboverdichter mit großen Durchmessern Kältemittel und Kälteträger keine Wärmeübertrager

29 Wärmepumpen: Bewertung Prüflabor Wärmepumpen am ILK Dresden