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Waermepumpe mit saisonalem Eisspeicher

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Durch die Langzeitspeicherung von ansonsten schwankender Umweltenergie mit Hilfe von Kristallisationswärme in einem Eisspeicher werden die Umweltangebote ausgeglichen und optimal als Energiequellen …

Durch die Langzeitspeicherung von ansonsten schwankender Umweltenergie mit Hilfe von Kristallisationswärme in einem Eisspeicher werden die Umweltangebote ausgeglichen und optimal als Energiequellen verfügbar gemacht.

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  • 1. Gas-Wärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Nachhaltiges Heizen und Kühlen mit Latentwärmespeicher Dr. Jochen Arthkamp, ASUE e.V. München, 2. Februar 2010
  • 2. Überblick •Gaswärmepumpen •Eisspeicher: Energiespeicher mit latenter Wärme •Option Bioerdgas Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 3. Funktionsweise von Wärmepumpen Elektromotor Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 4. Umweltwärme •Wärmepumpen nutzen Umweltwärme •Bei Elektrowärmepumpen muss berücksichtigt werden, dass die Antriebsenergie Strom unter Verlusten erzeugt wird. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 5. Steigerung der Energieeffizienz in Kraftwerken zur Minderung von Umwandlungsverlusten Auch in modernen Kraftwerken gehen mehr als 40 % der Energie durch Umwandlungsverluste verloren. Quelle: RWE Power Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 6. Energieflüsse in Deutschland Große Energiemengen gehen durch Umwandlungsverluste verloren. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 7. Klimatisierung: zunehmende Probleme für die Stromversorgung Netzlast Strom (Monatsmaxima) 80.000 78.000 76.000 74.000 2001 kW 72.000 2004 70.000 68.000 66.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 8. CO2-Emissionen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 9. Trinkwassererwärmung •Bei der Trinkwassererwärmung sind i.d.R. höhere Temperaturen als bei der Heizung erforderlich. •Mit steigenden Temperaturen sinkt die Effizienz von Wärmepumpen. •Nachheizen ist oft erforderlich: Dieses sollte möglichst nicht mit unter hohen Umwandlungsverlusten erzeugtem elektrischen Strom erfolgen. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 10. Funktionsweise motorischer Gaswärmepumpen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 11. Motorische Gaswärmepumpe = Wärmepumpe + BHKW + Brennwerttechnik + Primärenergieeinsatz Wärmepumpen- Einsatz des kreislauf Primärenergieträgers Erdgas Brennwerttechnik: Abkühlung der Abgase unter den Taupunkt Kraft-Wärme-Kopplung Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 12. Was sind motorische Gaswärmepumpen? • Motorische Gaswärmepumpen sind Wärmepumpen, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. • Die Geräte können heizen und kühlen und werden daher auch als „Gasklimageräte“ bezeichnet. • In Deutschland sind derzeit ca. 260 Geräte im Einsatz. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 13. Gasklimagerät/ -wärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 14. Übergabestation VRF- => Wasserkreislauf Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 15. Funktionsprinzip von Gasabsorptionswärmepumpen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 16. Gasabsorptionswärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 17. Absorptionswärmepumpe / Kältererzeugung • Absorptionswärmepumpen können direkt beheizt werden (z.B. mit Erdgasbeheizung) oder Abwärme nutzen (indirekte Beheizung). • Bei der Abwärmenutzung sollte die Wärme auf möglichst hohem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. • Es wird nur wenig elektrische Hilfsenergie benötigt. Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 18. Vorteile von Gaswärmepumpen • Einsatz von Primärenergie, • Vermeidung von Umwandlungsverlusten • Verminderte CO2-Emissionen • Einsparung von Kraftwerkskapazitäten • Einsparung von Heizenergie durch den Wärmepumpeneffekt Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 19. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 20. Wärmeübertragerelement für eine Abwasser-Wärmepumpe Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 21. Absorptionswärmepumpe zum Kühlen und Heizen Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 22. Latente Wärme – die verborgene Energie • Fühlbare Wärme • Chemisch gebundene Energie • Wärme in der Phasenum- wandlung • Flüssigkeit - Dampf • Flüssigkeit - Feststoff Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 23. Energiespeicherung im Wasser •Verdampfungsenthalpie: 2257 kJ/kg •Schmelzenthalpie: 333,4 kJ/kg •Fühlbare Wärme 4,187 kJ/(kg K) spezifische Wärmekapazität = 1 kcal/ kg °C Chemisch gebundene Energie (Heizwert): Bier: 1800 kJ/kg Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 24. Saisonale Eisspeicherung im Eis-/Schneekeller • Schneiden von Eisblöcken im Winter • Speicherung der „Kälte“- Energie bis in den Sommer Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 25. Eisspeicher “BinäreisR” Abbildungen: INTEGRAL International GmbH Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 26. Primärenergie / Eisspeicher / Geothermie: Gaswärmepumpe • 150.000 Liter Wasser mit 0°C <<TTW<<10°C • 150.000 Liter Wasser mit 0°C W 10°C • Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung • Heizbetrieb: Wärmeentzug bis zur Eisbildung • Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude • Kühlbetrieb: Wärmezufuhr aus dem Gebäude Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 27. Energieertrag bei Biomasse Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 28. Primärenergie und Regenerative: Einspeisung von Bioerdgas in bestehende Netze Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 29. www.asue.de Dr. Jochen Arthkamp www. asue.de 2010
  • 30. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Gaswärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Der SolarEis-Speicher Dipl.-Ing. [FH] Alexander v. Rohr isocal HeizKühlsysteme GmbH
  • 31. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Primärenergieeinsatz unter- schiedlicher Wärmepumpentypen Zum Beispiel: 66% ● Luft/Wasser elektrisch ● Luft/Wasser Gas-Absorption =100% = 100% 66% 100% 34% = 100% 34% 66% 66%
  • 32. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Energiebilanz einer Absorptionskältemaschine Kälte ≈ 0,7 Wärme ≈ 1,7 Input = 1
  • 33. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Simultanes Heizen und Kühlen bis -5° C bis 65° C kühlen heizen Durch zwei unabhängige, wassergeführte Wärmetauscher, kann simultan Wärme entzogen (kühlen) und auf hohem Temperaturniveau geheizt werden.
  • 34. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Simultanes Heizen und Kühlen Die GAHP-W erzeugt simultan kaltes und heisses Wasser in Prozessanwendungen / Hotels
  • 35. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Lebensmittelverarbeitung Großbäckerei simultane Nutzung von Wärme und Kälte Heizleistung: 280 kW, Kälteleistung: 140 kW
  • 36. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Luxushotel mit SolarEis-Speicher Sole/Wasser-WP und Dachabsorber Flachdach- absorber (im Bau) SolarEis-Speicher Eisbildung im Speicher ca. 30 cm Durchmesser
  • 37. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Einstufige Absorptionskältemaschine in Kombination mit einer Mikrogasturbine
  • 38. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Kompressionskältemaschine Wärmeabfuhr Kältemittel gasförmig, Druck hoch, Kältemittel Temp. hoch flüssig Verflüssiger Verdichter Antriebsleistung P Druck = elektrischer Strom, reduzier- oder Gas Ventil Verdampfer Druck niedrig Kältemittel gasförmig, Temperatur niedrig Druck niedr. Temp. niedr. Wärmezufuhr
  • 39. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Absorptionskältemaschine (vereinfacht!) Wärmeabfuhr Vereinfachte Darstellung! Kältemittel „Schnellkochtopf“ gasförmig, Druck hoch, Kältemittel Temp. hoch Durch Wärmezufuhr wird flüssig Kältemittel heiß, unter Verflüssiger Druck gebracht und in den Kältekreislauf zurückgeführt. Druck reduzier- Energiezufuhr durch Ventil Wärme jeder Art Verdampfer Druck niedrig Kältemittel gasförmig, Temperatur niedrig Druck niedr. Temp. niedr. Wärmezufuhr
  • 40. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Gaswärmepumpen mit saisonalem Eisspeicher Der SolarEis-Speicher
  • 41. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältespeicher Während die Wärmepumpe im Winter das Gebäude heizt, wird einem geschlossene Behälter Wärme entzogen und Eis gebildet.
  • 42. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärmequelle Heizen M Wärme- pumpe ● Heizen aus SES Eisspeicher
  • 43. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 SolarEis-Speicher als Wärme- und Kältequelle Heizen Kühlen M Wärme- pumpe ● Heizen aus SES Eisspeicher ● Kühlen aus SES
  • 44. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Sonne, Luft, Erde, Wasser, Eis fünf Energieformen:
  • 45. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Das Funktionsprinzip 1 SolarEis-Speicher 2 Regelung 3 SolarLuft-Kollektor 4 Wärmepumpe 5 Solar-Warmwasserspeicher
  • 46. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Wasser flüssig Wärmeabgabe = 80 Wärmeeinheiten 0° C 1 Liter Resultat Eis fest 0° C 1 Liter
  • 47. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Eis „Thermisches Abfallprodukt, ent- fest standen während der Heizperiode: 0° C ● ohne zusätzlichen Energieeinsatz ● ohne Schadstoffausstoss 1 Liter ● über Monate speicherbar
  • 48. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Latentwärmenutzung Wasser flüssig Wärmeabgabe = 80 Wärmeeinheiten 80° C 1 Liter Resultat Vergleich der Energiemenge bei der Eisbildung Wasser flüssig 0° C 1 Liter
  • 49. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vorteile Heizen: Keine Erdbohrung notwendig (Risiken/Antrag/Zeit…) Kombination aus Solar-/Luft-/Wasser-/Erdwärmepumpe Hohe Effizienz
  • 50. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vorteile Kühlen: Massive Entlastung der Stromkapazitäten Kein Schadstoffausstoß Geringste Energiekosten
  • 51. Gaswärmepumpe mit saisonalem Eisspeicher München, 02.02.2010 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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