FachverbandGebäude-Klima e. V.

Energieeffizienz der Kälteerzeugung in GebäudenKälteerzeugung in GebäudenUwe Franzke, Andreas Hantsch, R M iRonny Mai

ILK Dresden

Berlin, 14./15. April 2016

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 1

Gliederung

Einleitung Thermodynamik Berechnungsmodell Konzeption und Ergebnisse Zusammenfassung

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 2

Kompressionskältemaschine

10

789

10

4567

CO

P

45 K

35 K

Tem

pera

tur °

C

1234 4T

01

20 25 30 35 40 45Temperaturdifferenz in K

Standardauslegung: 6/12 °C

Ab Wi i k i h Üb l ä d W ?

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 3

Aber: Wie wirken sich Überlagerungen von geänderten Wassertemperaturen aus?

EPBD

Die vom Europäischen Rat herausgegebene Gebäuderichtlinie (EPBD) fordert eine gesteigerte Energieeffizienz von Gebäuden in Europa Abgesehen von der Reduktion der benötigten HeizenergieEuropa. Abgesehen von der Reduktion der benötigten Heizenergie, zielt diese Richtlinie auch auf Lüftung und Kühlung ab

In der FprEN 16798-13 („Kälteerzeugung“) ist eine Methode beschrieben mit welcher energetische Jahressimulationen zurbeschrieben, mit welcher energetische Jahressimulationen zur Berechnung der Energieeffizienz unter Verwendung von Einzelenergien (elektrische Energie für einen Kompressor, Heizenergie für Desorption, Hilfsenergie für Wärmeabfuhr und g p , gSensoren&Aktoren,…) durchgeführt werden können

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 4

Zusammenhang der NormenFprEN 16798‐9 

„CoolingGeneral“

FprEN 16798‐13 Cooling

FprEN 16798‐15 Cooling„Cooling

Generation“„CoolingStorage“

Methode A: messwertbasiert nach EN 14825

Kaltwasser‐speicher

Methode B: k tb i t PCM‐Speicherkennwertbasiert p

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 5

Methode B

1. Thermodynamischer Kreisprozess2. Luftgekühlter Kondensatorg3. Wassergekühlter Kondensator mit

1. trockener,2. feuchter,3. hybrider Rückkühlung

4. Kompressor5. Absorptionskreis6. Direktverdampfer7. Indirekter Verdampfer

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 6

Quelle: FprEN 16798‐13:2016

Grundgleichungen

Kühlenergie (Nutzen)

Wichtungs‐faktoren(Default: 1)( )

Heizenergie für DesorberElektroenergie für Kompressor

Hilfsenergie

Teillastwert

Kältemaschine Rückkühlung freie Kühlung Mehrerzeuger

tabellierte bzw. berechneteTeillastfaktoren für:

g

berechnete Hilfsenergien für:

Ventilator Pumpe Sensoren &

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 7

Ventilator Rückkühler

PumpeKühlwasser

Sensoren & Aktoren

Kühllastverlauf

00 2000 4000 6000 8000

Laufende Stunde des Jahres

-100

0

-300

-200

n W

-500

-400

Küh

llast

in

-600

500K

-800

-700

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 8

Annahmen für EER100

EERntrocken trocken feucht/hybrid feucht/hybrid6 °C 13 °C 6 °C 13 °C

Kolben 4 4 4 4Turbo 5.2 5.2 5.2 5.2

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 9

Teillastfaktoren

1.50.25

1.20.2

orufig

keit

0.6

0.9

0.1

0.15

eilla

stfa

kto

isie

rte

Häu

0.30.05

Te

Nor

mal

i

000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Teillaststufe

Häufigkeit Kolben, Heißgas-Bypass

Kolben, mehrstufig Turbo, Inverter

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 10

Jährliche Energieeffizienz

8

er

7

8

er

5

6

7

eeffi

zien

z de

ugun

g

5

6

7

eeffi

zien

z de

ugun

g

2

3

4

liche

Ene

rgi

Käl

teer

ze

2

3

4

liche

Ene

rgi

Käl

teer

ze

0

1

trocken hybrid feucht

Jähr

0

1

trocken hybrid feucht

Jähr

6/12 °C 3/ 8 °Cb

Kolben, Heißgas-Bypass Kolben, mehrstufigTurbo, Inverter

Kolben, Heißgas-Bypass Kolben, mehrstufigTurbo, Inverter

6/12 °C 13/18 °Cca. 18 % Verbesserung

Turboverdichter

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 11

Beispielhaftes Strangschema

Macht es energetisch Sinn?

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 12

Macht es energetisch Sinn?

VDI 4710 Potsdam

250133

6019

40,5

250

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 13

Energiebedarf unter Berücksichtigung der EntfeuchtungEntfeuchtung

Temperatur °C 6/12 13/18 Einsparung

Jahresenergieeffizienz 6.35 7.54

Elektrischer Energiebedarf kWh 132.0 110.0 22.0

ca. 16 % Einsparpotenzial

Elektrischer Energiebedarf kWh 132.0 110.0 22.0

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 14

Zusammenfassung

Das neue europäische Berechnungsverfahren ermöglicht die stündliche Berechnung der Jahresenergieeffizienz der KälteerzeugungKälteerzeugung

Kühlung und Entfeuchtung sollten getrennt voneinander behandelt werden

Kalt- und Kühlwassertemperaturen haben erheblichen Einfluss auf die energetische Effizienz

Ganzjährige Erhöhung der Kaltwassertemperaturen und temporäre j g g p pEntfeuchtung mit separater Kälte ermöglicht Energieeinsparung von ca. 16 %

FranzkeEnergieeffizienz der Kälteerzeugung in Gebäuden, 15