Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas Dipl.-Ing. Cord Müller Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG, Göppingen Vorsitzender des

Heizen, Kühlen und Klimatisierenmit dem Energieträger Erdgas

Dipl.-Ing. Cord Müller

Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG, Göppingen

Vorsitzender des ASUE-Arbeitskreises "Gaswärmepumpen und Kältetechnik"

www.asue.de

Kaltdampfprozess

Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Q ab

Q zu

Kältemittelflüssig

Kältemittelgasförmig

Druckreduzier-Ventil

Verdichter

Antriebsleistung P

Druck niedrigTemperatur niedrig

Druck hochTemperatur hoch

Verdampfer

Verflüssiger

KaltdampfprozessHeizfunktion = Wärmepumpe



Antriebsleistung P



Wärmequellen

Erde Wasser Luft

Heizung

KaltdampfprozessKühlfunktion = Kälteanlage



Antriebsleistung P



Wärmeabfuhr

Erde Wasser Luft

Kühlung

Kaltdampfprozess

Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Q ab

Q zu






Verdampfer

Verflüssiger

Elektrische EnergieVerluste bis zu 70 %

Verdichter

Gasmotorischer Kaltdampfprozess

Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Q ab

Q zu






Verdampfer

Verflüssiger

Verdichter

Erdgas

Gasmotorischer KaltdampfprozessHeizfunktion = Wärmepumpe





Wärmequellen

Erde Wasser Luft

Erdgas

Heizung

Warmwasser-

bereitung

Gasmotorischer KaltdampfprozessKraft-Wärme-Kopplung & Wärmepumpe





Wärmequellen

Erde Wasser Luft

Erdgas

Prinzip derWärmepumpe

Prinzip derKraft-Wärme-Kopplung

Heizung

Warmwasser-

bereitung

Gasmotorischer KaltdampfprozessKühlfunktion = Kälteanlage




Druck hochTemperatur hoch Erdgas

Wärmeabfuhr

Erde Wasser Luft

Kühlung

Warmwasser-

bereitung

Absorptionsprozess

Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Q ab

Q zu





Verdampfer

Verflüssiger

Pumpe

Antriebsleistung P

Absorber

Austreiber

Q abWärmeabfuhr


NH4

Erdgas

AbsorptionsprozessHeizfunktion = Wärmepumpe




Wärmequellen

Erde Wasser Luft

Pumpe

Antriebsleistung P

Absorber

AustreiberNH4

Erdgas

Heizung

AbsorptionsprozessKühlfunktion = Kälteanlage




Pumpe

Antriebsleistung P

NH4

Erdgas

Kühlung

Wärmeabfuhr

Erde Wasser Luft

Absorber

Austreiber

1. FAZIT:

Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess sind energetische Verbesserungen des konventionellen, in der Regel strombetriebenen, Kaltdampfprozesses.

Minderung Primärenergiebedarf gegenüberKaltdampfprozess:

Kaltdampfprozess (Strom) Vergleichsbasis

Absorptionsprozess - 22 %Gasmotorischer Kaltdampfprozess - 29 %

Auswertungen nach Herstellerangaben von:Mitsubishi Electric, York, AISIN

EnergetischeProzessverbesserungen

Umweltvorteile durchProzessverbesserungen

Emissionsminderungengegenüber konventionellem Strom Kaltdampfprozess

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

CO2 SO2 Nox Staub

Em

issi

onse

insp

aru

ng

in %

pro

Jah

r

Absorber gasbetriebener Kaltdampfprozess

AnwendungsbeispieleAbsorber

AnwendungsbeispieleGasmotorische Kaltdampfanlagen

„Panoramabad“, FreudenstadtSeit über 20 Jahren ist die Gaswärmepumpe im „Panoramabad“ in Freudenstadt bereits in Betrieb. Durch die gleichzeitige Nutzung der kalten und warmen Seite der Wärmepumpe wird entfeuchtet und geheizt.

Nahwärme-Ost, GöppingenSeit 1983 wird die 30°C Abwärme aus der Produktion der Deutschen Gelatinefabrik Stoess (DGF) genutzt, um eine Schule, Schwimmbad, Verwaltungsgebäude und Mehrfamilienhäuser durch eine Gaswärmepumpe mit Wärme zu versorgen.

Quelle: Mitsubishi, Stulz

Gas Heat Pumps (GHP)(Gasmotorische Kaltdampfanlagen)

EntwicklungsgeschichteGas Heat Pumps (GHP)

Increase in electric power demand & oil crisis

Diversification of energy source

1980

1985

DevelopmentApril.1981

April.1984

Tokyo-Gas commissioned SANYO to produce a pilot GHP unit.

SANYO participated in the government project of Gas Cooling Technology.

Started joint development of GHP

Released 15HP GHPApril.1985

Present

Three manufacturers entered into GHP market.1987

Achieved 1 million HP March.1999

April.2000

Sept.2000

Released Gas Engine Chiller/Heater

Released 8 kW for residential use

Released W – GHP multi 2001 …

……

…

………

…

with major gas companies.…

…

………

Quelle: SANYO

Installierte LeistungenGas Heat Pumps (GHP)

Nuclear Power PlantElectric A/C of 1 million HP

needs 1,000 MWelectric consumption

1,000 MW

Nuclear Power PlantSANYO GHP achieved

cumulative 1 million HP installation on March 1999

1,000 MW

Quelle:SANYO

Funktionsprinzip GHP:Räumliche Trennung des Prozesses

Wärmeabfuhr

Wärmezufuhr

Q ab

Q zu




Verdichter

Verdampfer

Verflüssiger

Erdgas

Antriebsleistung P

Innengerät

Außengerät

GHP - Hydraulikmodule

Wassersystem!

Quelle: Aisin, Berndt

GHP im Heizbetrieb

GHP im Kühlbetrieb

AnwendungsbeispieleHeizen und Kühlen

2. FAZIT:

Ausgeführte Beispiele haben die Praxistauglichkeitüber viele Jahre, teilweise sogar über Jahrzehnte, bestätigt.

In den realisierten Anlagen wird jedoch häufig nur eineFunktion, das Heizen oder das Kühlen, genutzt.

Die technische Möglichkeit, beide Funktionen zu nutzen,wurde bisher in den seltensten Fällen realisiert, da i. d. R. keine standardisierten Lösungen für die gemeinsame Nutzung angeboten wurden!

Wirtschaftlichkeit GHPSystemvergleich mit Investition

Systemvergleich:

Objekt: Büro- und VerwaltungsgebäudeHeizleistung 33 kWKälteleistung 28 kW

Lösung 1: GHP mit VRF-SystemInvestition 52.000 EUR

Lösung 2: Erdgaskessel und elektrisch angetriebener KaltwassersatzInvestition 70.000 EUR

Lösung 3: EHP mit VRF-SystemInvestition 79.000 EUR

Wirtschaftlichkeit GHPVollkostenvergleich

Jahreskostenvergleich Büro- und VerwaltungsgebäudeHeizleistung 33 kW und Kälteleistung 28 kW

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

GWP mit VRF-System Gaskessel+E-Kälte EWPmit VRF-System

Jah

resk

ost

en i

n E

uro

/a

Kapitalkosten Verbrauchskosten Betriebskosten Sonstige Kosten

Wirtschaftlichkeit AbsorberInvestition und Amortisation

1. Heizen und Kühlen eines Einkaufszentrums

Lösung 1: 2 Absorber, 2,2 MW Kälte und 1,87 MW Wärme,Investition 1,07 Mio EURBetriebs-, Energie- und Wartungskosten 121.000 EUR

Lösung 2: 2 Kaltwassersätze mit 2,2 MW Kälte und 1,87 MW FernwärmeInvestition 0,92 Mio EURBetriebs-, Energie- und Wartungskosten 186.000 EUR

2. Vergleich Absorber mit strombetriebenem Kaltwassersatz:

Mehrinvestition bei Absorber: 150.000 EUREinsparung Jahrskosten bei Absorber: 65.000 EUR/a

3. Wirtschaftlichkeitsberechnung (stat. Amortisation):

Amortisation Mehrinvestion: 2,3 Jahre

Wirtschaftlichkeit AbsorberEntwicklungen bis Heute

Wirtschaftlichkeit zu verschiedenen Zeitpunkten

0 EUR

10.000 EUR

20.000 EUR

30.000 EUR

40.000 EUR

50.000 EUR

60.000 EUR

70.000 EUR

vor Strommarkt-liberalisierung Hochpunkt Preisnachlässe Heutige Situation

Jäh

rlic

he

Ein

spar

un

gen

Ab

so

rber

0,0 a

5,0 a

10,0 a

15,0 a

20,0 a

25,0 a

30,0 a

Am

ort

isa

tio

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rin

vest

itio

n

Einsparung durch Absorber Amortisationdauer

Wirtschaftlichkeitsberechnungen

3. FAZIT:

GHP erfordert weniger Investitionen. Einsparungen von Kapitalkosten. Gemeinsam mit Energiekosteneinsparungen sehr wirtschaftlich.

Absorber erfordert mehr Investitionen. Refinanzierung über Energiekosteneinsparungen. Mit Energiekosteneinsparungen wirtschaftlicher Betrieb.

Anlagenwahl langfristige Festlegung. Kurzfristige Entwicklungen sollten wirtschaftliche Entscheidungen nicht dominieren.

Das Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas ist realisierbar. Die Techniken sind erprobt und ausgereift. Sie haben über viele Jahre die Praxistauglichkeit bewiesen. Das Angebot an verfügbaren Geräten ist schon heute beachtlich und wird ständig größer.

Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess hat den Vorteil der Einsparung an Energie. Mit Erdgas können die Emissionen an Klimagasen und Luftschadstoffen deutlich reduziert werden.

Wirtschaftlich sind die gasmotorischen Anlagen und Absorber eine interessante Alternative gegenüber der herkömmlichen Technik.

Zusammenfassung

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Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas Dipl.-Ing. Cord Müller Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG, Göppingen Vorsitzender des