Modulares Gaswärmepumpensystem zur simultanen - LTT

Lehrstuhl Technische
Thermodynamik
Am Schmöckeberg 1, 06484 Quedlinburg, Tel.: 03946/902600
Modulares Gaswärmepumpensystem zur simultanen Bereitstellung
von Kälte und Wärme
Anwendungsfall (kältegeführt)
Ziel
- Kälte: Laborkühlwassernetz (14/18 °C), Laser, Hallenluft
- Wärme: Brauchwarmwasser, Heizung der Versuchshalle
Modulare Anlagenentwicklung
mit höchster Energieeffizienz
300
Vorteil der Kälte-Wärme-Kopplung
THeiz
TUmg
QHeiz
Umg.
Qab
KM
WP
Qzu
Umg.
QHeiz
WP
+
KM
TK
s
Nutzwärme / Primärenergie [%]
T
282
Systemvergleich
250
100
50
QK
36
1
Primärenergie
*
Nutz

Merkmale der Anlage
186
186
126
126
151
150
0
QK
  4,2
200
2
36
3
Elektro4
Wärmepumpe

Q
Heiz

Mhu
5
90
90
30
30
6
Gas 7
Wärmepumpe
8
9
10
Kälte-Wärme
Kopplung (GWP)


Q
Kond  QMotor

Mhu



Q
Kond  QMotor  Q Verd

Mhu
- Gaswärmepumpe (GWP)
AISIN AXGP 224 D1, QK = 22 kW,
- Wärmeübertragermodule für Verdampfung,
Kondensation und Motorwärmenutzung
- separater Hochdruckenthitzer für das Kältemittel
- temperaturgestufte Zweispeicherlösung für
Brauchwarmwasser und Heizung
- drehzahlger. Pumpen mit geringem Verbrauch Wel
- Steuerung und Regelung auf Basis von PRIVA
Anlagen- und Messstellenschema
Wärmenutzung
Gasmotorwärmepumpe
Förderung des Projektes: BMWI
Kontakt:
Messwerterfassung
Kältenutzung
- Field-Point-System (National Instruments)
- 56 Messkanäle
- Messwerterfassung: Diadem
- AISIN-Kontrollprogramm
Projektträger: EuroNorm GmbH, Berlin
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt ([email protected])
Dipl.-Ing. Gunar Boye ([email protected])
Lehrstuhl Technische
Thermodynamik
Am Schmöckeberg 1, 06484 Quedlinburg, Tel.:
03946/902600
Zielstellung: Sparsamer Verbrauch von PRIMÄRENERGIE durch EFFIZIENZ energieanwendender Prozesse.
Wie steht es exemplarisch bei wärme- und kältebereitstellenden Prozessen um diese EFFIZIENZ, die durch das Verhältnis von Nutzen (Heizwärme /
Kälte) und Aufwand (PRIMÄRENERGIE) beschrieben sei?
Elektroheizung
Heizkessel
Aufwand
Aufwand
100%
100%
Energieverlust
an die Umgebung
Dünnbettheizmatte
Nutzen
Nutzen
PRIMÄRENERGIE
PRIMÄRENERGIE
40%
Energie
Wirkungsgr ad des Kraftwerke s =
Elektrische Leistung
elektrische Leistung
= 0,4
Pr imärenergie
100%
Wirkungsgr ad des Kessels =
Heizleistung
≤1
Pr imärenergie
Energie
Die PRIMÄRENERGIE kann im (praktisch nicht erreichbaren) Grenzfall
als Nutzwärme bereitgestellt werden!
Ein Beispiel für relativ kleine ENERGIEEFFIZIENZ!
Wärmepumpe, elektrisch angetrieben
Weil Energie der Umgebung in den Prozess
eingespeist
wird,
kann
mehr
Nutzwärme
bereitgestellt
werden
als
PRIMÄRENERGIE
aufgewendet wird. Das Verhältnis dieser beiden
Energien ist abhängig von den erreichten
ENERGIEEFFIZIENZEN in der Wärmepumpe und im
Kraftwerk.
Aufwand
Heizung / Warmwasser
100%
Luft
Wasser Erdreich
Expansion
Nutzen
160%
Kompression
Verdampfung
Kondensation
Energie
Umgebungsenergie
Heizenergie
Elektrische Leistung
Energieverlust
an die Umgebung
Nutzungsgrad der Wärmepumpe =
Wirkungsgr ad des Kraftwerke s =
PRIMÄRENERGIE
Heizleistung
=4
Antriebsleistung
elektrische Leistung
= 0,4
Pr imärenergi e
Ein weiterer Vorteil:
Die Wärmepumpe kann auch eine kältetechnische
Aufgabenstellung
(Kühlung/
Klimatisierung)
erfüllen, wenn sie zwischen der Temperatur T0
des Kühlraums und der Temperatur TU der
Umgebung arbeitet.
Gasmotorwärmepumpe (GWP)
Heizung / Warmwasser
Aufwand
100%
Luft
Wasser Erdreich
Expansion
Nutzen
190%
Verdampfung
Kompression
Kondensation
Umgebungsenergie
Energie
Heizenergie
Nutzungsgrad der Wärmepumpe =
Mechanische Leistung
Heizleistung
=4
Antriebsleistung
Kraft-Wärme-Kopplung
Wirkungsgr ad des Verbrennun gsmotors =
PRIMÄRENERGIE
mechanisch e Leistung
= 0,3
Pr imärenergi e
Da die Gasmotorwärmepumpe direkt vom
Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann
neben der Nutzung der Energie der Umgebung
auch die Motorabwärme im Sinne der KraftWärme-Kopplung für die Bereitstellung der
Heizwärme eingesetzt werden. Dies führt zur
wärmetechnischen
Überlegenheit
der
Gasmotorwärmepumpe bezüglich der elektrisch
angetriebenen Wärmepumpe, weil die Abwärme
im Kraftwerk an die Umgebung verloren geht.
Natürlich kann auch die GWP bivalent im Heizund Kühlmodus betrieben werden.
Gasmotorwärmepumpe zur simultanen Nutzung von Wärme und Kälte
Kühlung / Klimatisierung
Heizung / Warmwasser
Aufwand
100%
Expansion
Nutzen
280%
Verdampfung
Kompression
Kondensation
Kühlenergie
Energie
Heizenergie
Nutzungsgrad der Wärmepumpe =
Mechanische Leistung
Heizleistung
=4
Antriebsleistung
Kraft-Wärme-Kopplung
PRIMÄRENERGIE
Wirkungsgr ad des Verbrennungsmotors =
mechanisch e Leistung
= 0,3
Pr imärenergie
Ein Beitrag zur Ausschöpfung des energetischen
Potentials der Gasmotorwärmepumpe soll mit der
hier aufgebauten GWP-Anlage erbracht werden.
Nebenstehend befindet sich das Außengerät mit
dem vom Verbrennungsmotor angetriebenen
Verdichter. Im Versuchsfeld, in der Halle 15.2,
finden
die
Warmwassersowie
die
Kaltwasserbereitung
(Laserkühlung
und
Kaltwassernetz) statt.
Eine solche wärmetechnische Nutzung der Anlage
führt zu einer weiteren Steigerung der
energetischen EFFIZIENZ.
Das heißt, werden Wärme und Kälte simultan
benötigt, dann sind mit der GWP z.B. mit 1 kWh
aufgewendeter PRIMÄRENERGIE rund 3 kWh
Nutzwärme und- kälte bereitstellbar.
Schlussfolgerung: Diese ENERGIEEFFIZIENZ ist gegenwärtig unübertroffen, und es gilt, das Potential der GWP stabil auszunutzen, um einen Beitrag
zur Einsparung von PRIMÄRENERGIE zu erbringen.
Wollen Sie sich näher informieren und interessieren Sie sich für diesen modernen Aspekt der Energieökonomie?
Dann kontaktieren Sie uns:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmitd: [email protected]; Tel. 0391/67-18575, G10-135, Dipl.-Ing. Gunar Boye: [email protected]; Tel.: 0391/67-12558, G10-121
Förderung des Projektes: BMWI
Projektträger: EuroNorm GmbH, Berlin