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Heizen und Kühlen mit Erdgas
ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V., Kaiserslautern, www.asue.de
2 2004
Inhalt des Vortrags
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
Technik Marktpotential Primärenergiebedarf senken - Umwelt entlasten Vorteile Geräteangebot Geeignete Einsatzfälle Wirtschaftlichkeit
Hürden 3. Gasklimageräte auch für Querverbundunternehmen sinnvoll4. Markterschließung – Unterstützung durch EVUs notwendig!5. Umgesetzte Projekte in Deutschland
3 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Der Klimatisierungsbedarf steigt:
Höhere Wärmebelastungen durch
- den Trend zur Glasarchitektur
- verbesserten Wärmeschutz (EnEV)
- innere Wärmequellen (z.B. Computer)
- wachsende Komfortansprüche (vgl. Auto)
Aktuelle Rechtsprechung (Arbeitsstättenverordnung)
4 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Forderungen des Bauherrn
1. Ganzjährig angenehmes Raumklima
2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik
5 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Konventionell:
Heizkessel und
el. Raumklimageräte
1. Ganzjährig angenehmes Raumklima
2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik
Forderungen des Bauherrn
6 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Heizen und Kühlen mit
Stromwärmepumpe
(Multi-Splitsystem)
Q.
QLuft
1. Ganzjährig angenehmes Raumklima
2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik
Forderungen des Bauherrn
7 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Heizen und Kühlen mit
Gaswärmepumpe
(Multi-Splitsystem)
QLuft
.+QMotor
. 1. Ganzjährig angenehmes Raumklima
2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik
Forderungen des Bauherrn
8 2004
1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen
Heizen und Kühlen
mit Gasabsorptions-
wärmepumpe
QWasser/Boden
.
1. Ganzjährig angenehmes Raumklima
2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik
Forderungen des Bauherrn
9 2004
2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
„Gasklimageräte“ (= Gasmotorwärmepumpen)
Sehr hoher Nutzungsgrad (Leistungszahl ca. 1,4) im Heizfall.
Technisch ausgereifte Geräte sind verfügbar.
Monovalentes Heizen und Kühlen von Gebäuden mit Heizleistungen
von 18 bis 67 kW möglich (Kühlleistungen 14 bis 56 kW).
10 2004
2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
Ventilator
Wärmeübertrager
Sammler
Luft
Kraftstoff(z.B. Erdgas)
Ölfilter
Gasmotor
Verdichter
zu den Inneneinheiten
Platten-Wäremübertrager
Quelle: Kaut/Sanyo
11 2004
2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
Shell-Tankstelle
Rheinbach
Dachaufstellung des Außengerätes
Beispiele für die Aufstellung der Außengeräte
Verwaltungsgebäude
Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG
Göppingen
12 2004
2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
Deckeneinbaukassetten in einem
Hotel und einem Restaurant
Klimatisierung eines
Veranstaltungsraumes mit einem
Textilschlauchsystem
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
13 2004
2. Heizen + Kühlen mit Erdgas
Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten
Wandgerät in einem
Seminarraum
Klimatisierung mit einem
Textilschlauchsystem in
einem Großraumbüro
14 2004
Gesamtleistung : 4.250 kW Außeneinheiten : 89
2. Gasklimageräte: Beispiel aus Japan
Quelle: Kaut/Sanyo
15 2004
2. Heizbetrieb
Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den Innen-Geräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder an ein Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt.
16 2004
2. Kühlbetrieb
Im Kühlbetrieb wird die Fließrichtung verändert: Das flüssige Kältemittel wird zum Raum transportiert, verdampft in den Innengeräten, nimmt dabei Wärme aus dem Raum auf und führt sie über den Kondensator nach außen ab.
17 2004
2. Gasklimageräte: 2 Systeme
VRF-Prinzip (VRF = Variable Refrigerant Flow) in Anlagen mit veränderlichem, dem Bedarf angepassten Kältemitteldurchfluss und Direktexpansion des Kältemittels in den Innengeräten
Wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme sind in Deutschland stärker verbreitet als VRF-Systeme. Für diese Einsatzfälle können die Gasklimageräte zusammen mit einer Hydraulik-Übergabestation eingesetzt werden.
18 2004
2. Gasklimageräte: Wassersystem
Quelle: Kaut/Sanyo
Individueller Anlagenbau
Thermisch aktive Raum Heiz- bzw. Kühlflächen
Zu- bzw. Abfuhr thermischer Lasten in der Verfahrenstechnik
Einsatz bei RLT- Anlagen
WasserleitungenKältemittelleitungen
120 Meter
Wärmeübertrager mit Pufferspeicher
19 2004
Vergleich strombetriebene Multisplitgeräte – Gasklimageräte:
Bei niedrigen Außentemperaturen (T < 7 °C) erfolgt bei Gasklimageräten ein nur geringer Leistungsabfall, daher wird eine nahezu konstant hohe Heizleistung selbst bei Außentemperaturen von minus 15 °C sichergestellt.
2. Volle Heizleistung auch bei niedrigen Außentemperaturen
20 2004
2. Kontinuierlicher Heizbetrieb
Keine zusätzliche Energie für den Abtauvorgang notwendig.
Kontinuierlicher Heizbetrieb ohne Unterbrechungen durch Abtauzyklen.
Quelle: MHI/Stulz
21 2004
30% Antrieb des Verdichter
Motorwärmeabgabe an das Kühlwasser
65%
5%
Strahlungsverluste
Wärmeaustauschzum Kältemittel
Gas100%
Effiziente Nutzung des Brennstoffs und der Wärmeabgabe Wärmeabgabe
des Gasmotors
2. Sehr hohe Effizienz
Quelle: Kaut/Sanyo
22 2004
Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung
Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten
und die Außenluft sowie die Motorabwärme genutzt wird.
Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 %
2. Umweltschonende Technik
23 2004
2. Die technischen Vorteile
Langjährig bewährte Gerätetechnik (400.000 Geräte im Einsatz) Hohe Zuverlässigkeit und wartungsarmer Betrieb Flexible Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Motors Individuelle Regelungsmöglichkeiten in den Innenräumen Nur geringer Heizleistungsabfall bei tiefen Außentemperaturen (T < 7 °C) Keine Unterbrechung des Heizbetriebes durch Verdampferabtauung Zahlreiche Innengeräteoptionen für Wärme- und Kälteübertragung
24 2004
2. Die wirtschaftlichen Vorteile
Kostengünstige Alternative zu konventionellen Technologien Niedrige Energiekosten Keine Erhöhung der elektrischen Leistungsaufnahme Verzicht auf konventionelle Heizung in vielen Fällen möglich Lange Wartungsintervalle führen zu niedrigen Servicekosten
25 2004
Gesamtenergiebedarf:
Gebäudeklimatisierung (ca.11 Mrd. kWh/a),
davon < 1 % Wohnbereich
Bedarf an Klimatisierung von Gebäuden:
- Kühlung: ca. 35 Tage/Jahr
- Entfeuchtung: ca. 100 Tage/Jahr
2. Marktpotential
26 2004
2. Marktpotential für Gasklimageräte im Wettbewerb zu…
Mobile Raumklimageräte ca. 80.000-140.000 Stück/a (stark schwankend)
Elektrisch betriebene Multisplitgeräte ca. 3.300 Stück/a (hohe Zuwachsraten)
Konventionelle Systeme:
Heizkessel ca. 700.000 Stück/a (meist für Wohnungen)
Elektrische Raumklimageräte ? (150.000 Inneneinheiten/a)
27 2004
2. Primärenergiebedarf senken – Umwelt entlasten
Beispiel: Boutique, Verkaufsfläche 800 m2
Kühlen:
Kühllast: 40 W/m2
Vollbenutzungsstunden: 1.000 hSpez. Kältebedarf 40 kWh/m2aKältebedarf gesamt 32.000 kWh/a
Heizen:
Heizlast: 25 W/m2
Vollbenutzungsstunden: 800 hSpez. Heizwärmebedarf 20 kWh/m2aHeizwärmebedarf gesamt 16.000 kWh/a
19.600
kWh/a
Heizkessel
und elektrische
Raumklimageräte
13.500
kWh/a
„Gasklima-
gerät“
37.000
kWh/a
40.000
kWh/a
Energiebedarf bezogen auf
Primärenergie
ca. 60.000 kWh/a
ca. 50.000 kWh/a
28 2004
2. Hohe Leistungszahlen
1,218
0,996
1,400
0,951
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
Heizbetrieb Kühlbetrieb
Co
effic
ien
t Of P
erfo
rman
ce (C
OP
) Herstellerangaben
Monitoringdaten
Untersuchung der Hochschule für Technik,Wirtschaft und Kultur Leipzig und MITGAS: Energetische Kennwerte: Ermittelte COP-Werte
29 2004
2. Installation
ErdgasleitungAußengerät
Super Link Busleitung (geschirmt)
Spannungsversorgung Außengerät230 od. 400V / 3Ph / 50Hz, N, PE
Spannungsversorgung Innengeräte230V / 1Ph / 50Hz, N, PE
Kältemittel -verteiler
Kondensat -leitung
Busleitung Fernbedienung (geschirmt)
Kältemittel -leitung
Abgas-System Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz
30 2004
2. Planungshinweise
20
4040
Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz
31 2004
Die Perfektionierung der Gas-VRF- Technik zeigt sich auch in der Verlängerung der Wartungsintervalle
H SerieJ Serie
0 2000 4000 6000 8000 10,000
G Serie
F Serie
E Serie
D Serie
C Serie
B Serie
A Serie
Wartungsintervall [Betriebsstunden]
Im Vergleich zu einem PKW, sind 10.000 Betriebsstunden äquivalent zu einer Laufleistung von ca. 500.000 Kilometer!
2. Wartung
Quelle: Kaut/Sanyo
32 2004
Wie lange fährt Ihr PKW ohne Wartung ?
Öl
Zünd-kerze
n
LuftfilterKühlwasser
Motor-Kompression
*Ø Geschwindigkeit =50km/h
Der Wartungsintervall der GHP beträgt 10.000 Std. oder 4 Jahre.
GHP=500.000km *
Zahn-riemen
Quelle: Kaut/Sanyo
2. Wartung
33 2004
Öl tank
Luftfilter und Kühlwasser
Ölfilter
Trokensumpf Ölwanne
Zündkerzen
Antriebs-riemen
Neutralisierungs- Einheit
Luftfilter
Vorn Hinten
2. Wartung
Quelle: Kaut/Sanyo
34 2004
60
61
63 63
64
59
60
61 61
62
57
58
59 59
60
56 5657 57
58
50.0
55.0
60.0
65.0
22.4kW 28.0kW 35.5kW 45.0kW 56.0kWNennkälteleistung der Außeneinheit
Sc
ha
lld
ruc
kp
eg
el
dB
(A)
F2
G2
H1
J1(45) (45)
(46) (46)
(47)
(Schalldruckpegel in 5 m Entfernung ) Quelle: Kaut/Sanyo
2. Niedriger Schalldruckpegel der Außeneinheiten
35 2004
2. Geräteangebot
„Gasklimageräte“ (= Gasmotorwärmepumpen)
Vertrieb
VertriebVertrieb
Vertrieb
36 2004
2. Geräteangebot
Heizleistung [kW]
Kühlleistung [kW] 14,0 56,0
Nennleistung
18,0 67,0
Quelle: Fa. Berndt, Gelsdorf
28,0
33,5
Kühlleistung [kW] 22,4 56,0
Nennleistung
Quelle: Fa. Kaut, Wuppertal
45,028,0 35,5
45,0
53,0
22,4
26,5
18,0
23,6
35,5
42,5
Mit Warmwasserbereitung
AISIN
Sanyo
26,5 67,053,033,5 42,5Heizleistung [kW]
37 2004
2. Geräteangebot
Mitsubshi Heavy Ind.
Heizleistung
Kühlleistung 45,0 kW 56,0 kW
Nennleistung
53,0 kW 67,0 kW
Modell
GHCP 450 HMT GHCP 560 HMT
Quelle: Stulz
38 2004
2. Geräteangebot
Kühlleistung [kW] 17,5 - 70
Heizleistung [kW] 32,5 - 130
Gasabsorptionsklimaanlagen
Gasverbrauch [m3/h] 2,51 - 10,04
Gasverbrauch [m3/h] 3,68 - 14,72
39 2004
2. Geeignete Einsatzfälle
Hotels / Restaurants Büro- und Verwaltungsgebäude Kundenzentren, z.B. Banken, Versicherungen,... Klimatisierung von EDV-Räumen Gewerbebetriebe Ladenlokale, Supermärkte, Einkaufszentren, Kaufhäuser, Autohäuser, ... Ausstellungs- und Veranstaltungsräume Krankenhäuser Heizen und Kühlen bei Produktionsprozessen
Derzeit: keine geeigneten Geräte für den Einfamilienhausbereich verfügbar
40 2004
2. Gasklimageräte sind prädestiniert, wenn…... mit einem System geheizt und gekühlt werden soll.
…der Leistungsbedarf eines Gebäudes mit den Leistungsdaten der Gasklimageräte übereintrifft ( monovalenter Betrieb möglich)
…der Kühl- und Heizbedarf eines Gebäudeteils (z.B. EDV-Räume) lange Laufzeiten des Gasklimagerätes ermöglicht
…in vorhandenen raumlufttechnischen Anlagen die Kälte-/Wärmeerzeuger saniert werden sollen
…in bestehenden Gebäuden die Klimatisierung ausgebaut werden soll und eine elektrische Variante höhere Stromanschlussleistungen benötigt bzw. eine neue Trafostation erfordert
41 2004
2. Wirtschaftlichkeit
Weitere Vorteile:
• Keine zusätzliche elektr.
Leistungsaufnahme bzw.
keine Erhöhung des elektr.
Leistungsbezuges
• Geringere Energiekosten für
Erdgas führen zu günstigen
Betriebskosten
42 2004
2. Herausforderung: Akzeptanz Kunden und Marktpartner
Luftheizung
Heizen und Kühlen mit einem System
Akzeptanz bei den Marktpartnern (2 Gewerke notwendig)
Geräuschentwicklung
43 2004
Hersteller
GVU
Kunde
Japan
Verkauf, Installation
Hersteller
Deutschland
GVU SHKKälte-
HandwerkPlaner
Kunde
Vertriebs-
partner
des
Herstellers
2. Herausforderung: Vertriebswege
44 2004
2. Noch zu klären: Steuerliche Einstufung (Herbst 2004)
Steuerliche Einstufung:
Für Erdgas, das in Gasabsorptionsklimaanlagen eingesetzt wird, ist
zweifelsfrei der „normale“ Steuersatz für Erdgas zum Verheizen anzuwenden.
Bei Gasklimageräten – mit Gasmotor – besteht noch ein Regelungsbedarf.Diese Geräte fallen unter das Mineralölsteuergesetz, das keine
Regelung für Wärmepumpen bisher vorsieht.
Inzwischen liegt ein Gutachten einer anerkannten Wirtschaftsprüfungs-gesellschaft vor, demnach Gasklimageräte wie KWK-Anlagen einen Antrag
auf Rückerstattung der Mineralölsteuer stellen können.
45 2004
3. Gasklimageräte auch für Querverbundunternehmen sinnvoll
Stadtnetzabgabe Frankfurt 2003
0
100
200
300
400
500
600
700
800
01.01.03 22.01.03 12.02.03 05.03.03 27.03.03 17.04.03 08.05.03 30.05.03 20.06.03 11.07.03 01.08.03 23.08.03 13.09.03 04.10.03 26.10.03 16.11.03 07.12.03 29.12.03
Winter Sommer
Stadtnetzabgabe Strom: Mainova, Frankfurt a. M., 2003
2003
Stad
tnet
zabg
abe
46 2004
4. Markterschließung – Unterstützung durch EVUs notwendig!
Schulung der Energieberater
SHK:
Installateur-
schulungen
Vorstellung
der Geräte
Infomaterial: ASUE
2. Schritt
3. Schritt Kälteanlagen-
bauer
Veranstaltungen
Planer
pot. Kunden
1. Schritt Installation einer Demoanlage im praktischen Einsatzfall
4. Schritt Recherche geeigneter Objekte
5. Schritt Marketing-Mix
47 2004
5. Umgesetzte Projekte in Deutschland
Polen
TschechischeRepublik
ÖsterreichSchweiz
Belgien
Niederlande
Dänemark
Frankreich
Lux.
Stand: April 2004
EssenGWI
HamburgStulz
StaßfurthErdgas Mittelsachsen
SchönebeckErdgas MittelsachsenHohenweidenMITGASNeuss
StadtwerkeMeckenheimTankstelleGelsdorfFa. BerndtSinzigMoscheeBad Neuernahr-AhrweilerKreissparkasseAdenauVolksbankKaiserslauternGasanstalt
OffenbachRestaurant
BerlinGASAG
WeilerswistEuskirchen
GöppingenEVF
WuppertalFa. Kaut
FrankfurtBüroräume
HürthGVG Freital
Stadtwerke
48 2004
• Installiertes Außengerät:
• Installierte Innengeräte:
• Installierte Leistung:
1x GHC 560 HMT von
Mitsubishi Heavy Ind. - 9x FDTJ 45 HKX- 2x FDTSJ 28 HKX- 1x FDTSJ 71 HKX- 1x FDRJ 45 HKX
64,4 kW Heizleistung
57,7 kW Kühlleistung
Stadtwerke Neuss
Kundenzentrum Meererhof
• Gebäude:
Altbau (70iger Jahre), mit Flachdach, schlecht wärmeisoliert
5. Ausgeführte Anlagen: Bsp. Stadtwerke Neuss
Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz
49 2004
----------- Inbetriebnahme Mitte 1999 ----------
Gasverbrauch
m³ pro Jahr
14400 m³/a
10100 m³/a
2001
2002
12600 m³/a2000
1999
204 kWh/m²a
143 kWh/m²a
179 kWh/m²a
6,54 €/m²a
4,59 €/m²a
5,72 €/m²a0,032 €/kWh
0,032 €/kWh
0,032 €/kWh
Gasverbrauch
pro m² und Jahr
Gaskosten
pro kWh
Gaskosten
pro m² und Jahr
Jahr
Gasverbrauch:
148176 kWh/a
103929 kWh/a
129654 kWh/a 4149 €/a
4742 €/a
3326 €/a
Gaskosten
pro Jahr
(Hu = 10,29 kWh)
• Klimatisierte Nutzfläche: 725 m² Kundenzentrum und Büroräume
• Nutzung: ganzjährig, zum monovalenten Heizen und Kühlen
Gasverbrauch
kWh pro Jahr
5. Ausgeführte Anlagen: Bsp. Stadtwerke Neuss
Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz
Stadtwerke Neuss
Kundenzentrum Meererhof
50 2004
Weiterführende Informationen: www.asue.de
ASUE: Tel. 0631 360 90 70