Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Wärmepumpen Technologie, Entwicklungen, Bewertung Dipl.-Ing. Philipp Langner
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 17.10.2017 2
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 17.10.2017 3
WÄRMEPUMPEN TECHNOLOGIE 14.04.2016 4
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 17.10.2017 5
Wärmepumpen: Technologie Q H P el 2016 1968 Q 0 Quelle: de.wikipedia.org/wiki/wärmepumpe Quelle: www.weishaupt.de 17.10.2017 6
Wärmepumpen: Technologie 17.10.2017 7
Wärmepumpen: Technologie Optimierung des Wärmepumpen-Kreislaufs innerer Economizer mit zweistufige Verdichtung Kaskade: Wärmeübertrager Zwischeneinspritzung mit Mitteldruckflasche 2 Kreisläufe 17.10.2017 8
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 17.10.2017 9
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 17.10.2017 10
WÄRMEPUMPEN ENTWICKLUNGEN 14.04.2016 11
Wärmepumpen: Entwicklungen Zahlen 2016 in Deutschland installiert: 750.000 Heizungs-Wärmepumpen Anteil an allen Wärmeerzeugern 9,6 % Anteil Neubau 31,8 %; Anteil Bestandsgebäude < 5 % Quelle: www.waermepumpe.de 17.10.2017 12
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 17.10.2017 13
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: www.umweltbundesamt.de 14.04.2016 14
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 A1 14.04.2016 15
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 2013 14.04.2016 16
WÄRMEPUMPEN BEWERTUNG 14.04.2016 18
Wärmepumpen: Bewertung Bilanzgrenzen Wärmequellenanlage Wärmepumpe Wärmenutzungsanlage Wärmepumpenanlage Wärmepumpen-Heizungsanlage 17.10.2017 19
Wärmepumpen: Bewertung 17.10.2017 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: www.ehpa.org/ehpa-quality-label/ 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: www.heatpumpkeymark.com/ 17.10.2017 21
Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN 14511 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 14511-2:2013-12 17.10.2017 22
Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN 14825 Einstellen der Temperaturen am Verdampfer und Kondensator je nach Teillastverhältnis Quelle: EN 14825:2016 17.10.2017 23
Wärmepumpen: Bewertung Beispiel: DIN EN 16147 Aufheizperiode Bereitschaftsperiode Erwärmung von Brauchwasser in Entnahmezyklen Bestimmung einer Bezugs- Warmwassertemperatur und der maximalen nutzbaren Warmwassermenge Prüfung des Temperatur-Einsatzbereichs Sicherheitsprüfungen Quelle: DIN EN 16147:2011-04 17.10.2017 24
Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbh Bertolt-Brecht-Allee 20, 01309 Dresden Dipl.-Ing. Philipp Langner Tel.: 0351 4081-640 E-Mail: philipp.langner@ilkdresden.de
ANHANG
Wärmepumpen: Entwicklungen F-Gas-Verordnung 7.000 Verwendung von (H)FKW-Kältemittel in Deutschland 2014 6.000 5.000 Menge [t] CO2-Äquivalente [1000 t] 4.000 3.000 2.000 1.000 0 Quelle: Statistisches Bundesamt, Wiesbaden 2015 14.04.2016 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 14.04.2016 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 14.04.2016 29
Wärmepumpen: Bewertung Prüflabor Wärmepumpen am ILK Dresden 17.10.2017 30