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