Modulares Gaswärmepumpensystem zur simultanen - LTT
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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 Mhu 5 90 90 30 30 6 Gas 7 Wärmepumpe 8 9 10 Kälte-Wärme Kopplung (GWP) Q Kond QMotor Mhu Q Kond QMotor Q Verd Mhu - 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
