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Fachhochschulstudiengänge Burgenland Ges.m.b.H. Eisenstadt Pinkafeld Prof. (FH) Dipl.-Ing Dr. Michael Graf Grundlagen Wärmepumpe.

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1 Fachhochschulstudiengänge Burgenland Ges.m.b.H. Eisenstadt Pinkafeld Prof. (FH) Dipl.-Ing Dr. Michael Graf Grundlagen Wärmepumpe

2 Michael Graf Lehr- und Studienprogramm Fachhochschulstudiengänge Burgenland Bildungsgesellschaft – Eigentümer: Land Burgenland mit dem Ziel Führung von Fachhochschulstudiengängen (seit 1994) angewandte Forschung & Entwicklung zwei modern ausgestattete Fachhochschul- studienzentren in Eisenstadt und Pinkafeld Studiengänge in vier Kernkompetenzbereichen Studienprogramme bereits in die neue europäische Hochschularchitektur übergeführt (sechs 3jährige Bakkalaureats- und neun 2jährige Magisterstudiengänge bereits genehmigt) Rund Studierende Rund 100 Mitarbeiter und 300 Lektoren AbsolventInnen

3 Michael Graf Studienangebot Fachhochschulstudiengänge Burgenland Kernkompetenzbereich Energie-Umweltmanagement Bachelorstudien Masterstudien Energie- und Umweltmanagement 6 Semester wahlweise vollzeit oder berufsbegleitend 90 Anfängerstudienplätze Energie- und Umweltmanagement 4 Semester vollzeit 24 Anfängerstudienplätze Gebäudetechnik und Gebäudemanagement 4 Semester berufsbegleitend 30 Anfängerstudienplätze Nachhaltige Energiesysteme 4 Semester berufsbegleitend 20 Anfängerstudienplätze

4 Michael Graf Energie- und Umweltmanagement 0 Praxisorientiertes Studium Vollzeit/berufsbegleitend Umsetzungs- und Umformungs- technologien Wirtschaft, Recht und 2 Fremdsprachen Wahlmodule: Gebäudetechnik Prozessmanagement Projektmanagement Energie- und Umweltmanagement Berufsfelder: Planung, Bau- und Projektleitung, Betriebsing. Vertrieb, Schulung, Kunden- dienst und Verkauf Energie-, Umwelt- und Abfallbeauftragter Qualitäts-Manager (ISO 9000) Umweltmanager (ISO 14000) Baustellenkoordinator Stabstätigkeit Energie-Umwelt- management

5 Michael Graf Ziele für die nächste Stunde Allgemeines Grundlagen Kennzahlen ein wenig rechnen…. Einflüsse auf Wirkungsgrad Arten von Kennzahlen

6 Michael Graf CO 2 -Problematik, Treibhauseffekt

7 Michael Graf Treibhausgase – Anteil am Treibhauseffekt

8 Michael Graf Wärmepumpe vs. Fossile Energieträger

9 Michael Graf Umweltbelastung Heizungssysteme Quelle: FWS / WWF 2005

10 Michael Graf Wärmepumpe vs. Fossile Energieträger EFH: 8.8 kW Heizenergie

11 Michael Graf Wärmepumpe vs. Fossile Energieträger EFH: 13 kW Heizenergie, Quelle: RWE

12 Michael Graf Wärmepumpe vs. Fossile Energieträger EFH: 13 kW Heizenergie, Quelle: RWE

13 Michael Graf Globale Prognose, Quelle: Shell, Uni Kassel

14 Michael Graf Treibhausgaskonzentrationen (ppm) 1900 –2000 (Bezug 1750 ) EEA 2004

15 Michael Graf Hansen, James et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, Copyright ©2006 by the National Academy of Sciences Temperaturverlauf

16 Michael Graf Hansen, James et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, Copyright ©2006 by the National Academy of Sciences Temperaturänderung 2001/05 gegenüber 1951/80

17 Michael Graf Alpenraum ALP-IMP °C

18 Michael Graf Häufigkeit von Niederschlägen > 20 mm/d & Jahressummen in Feldkirch, Vbg., und Wien Formayer 2004 Jahressumme ~ +20% Starkniederschlag ~ +50 %

19 Michael Graf Energie –Situation in Österreich Großtankwagen mit je Liter Quelle: Fanninger G.: Der Wärmepumpenmarkt in Österreich, Klagenfurt, März 2006 Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, BMVIT

20 Michael Graf zurück zum Thema…

21 Michael Graf Wärmepumpe Luftpumpe erzeugt kein Luft

22 Michael Graf Abwärme = Kühlenergie + Antriebsenergie Antriebsenergie Kühlenergie Abwärme Wärmepumpe Was passiert bei offenem Kühlschrank ???

23 Michael Graf Thermodynamik 1. Hauptsatz - einfach Energie kann nicht vernichtet werden nur Umwandlung, Verluste (Wärme) Systemgrenzen!! Zimmer mit Kühlschrank Abwärme = Kühlenergie + Antriebsenergie Zimmer wird wärmer, nur Zufuhr von Energie.

24 Michael Graf Thermodynamik 2. Hauptsatz vereinfacht Wärme strömt nur bei Temperaturgefälle. Wärme strömt von der höheren Temperatur zur niedrigeren. (vgl. Wasser)

25 Michael Graf Bergsee Berg - hoch Wasserversorgung H 2 H 1 Effizienz einer Wärmepumpe Berghütte nieder

26 Michael Graf Funktionsprinzip Wärmepumpe 8 kW Heizung 6 kW gespeicherte Sonnenwärme Luft Wasser Erdreich 2 kW Pumpenergie der Wärmepumpe

27 Michael Graf log p, h Diagramm + Prozesse

28 Michael Graf Wärmequellen Boden

29 Michael Graf log p, h Diagramm vereinfacht

30 Michael Graf 4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten (Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren Von Umwelt aufgenommene Energie: Fläche a Antriebsenergie Kompressor: Fläche b Gesamte abgegebene Energie: Fläche a + b Wann ist b klein / a groß? Was ist ideal? Carnot Prozess

31 Michael Graf 4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten (Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren Carnot Leistungszahl ε über die Temperaturdifferenz Wärmequelle (Verdampfer) und Wärmenutzungsanlage (Kondensator) ε = T / (T - Tu) Carnot Prozess

32 Michael Graf 4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten (Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren T U = 0°C = 273,15 K T = 50°C = 323,15 K Carnot Prozess

33 Michael Graf Fazit Carnot theoretische Effizienz abhängig NUR von Temperaturhub/ Temperaturdifferenz unabhängig von absoluten Temperaturen Wahl der T-Niveaus? Arbeitmittel CW = idealer Wert praktisch nicht erreichbar Reibung, Wirkungsgrade etc.

34 Michael Graf Leistungszahl COP (Coefficient of performance) Effizienz COP = Heizleistung elektrische Leistungsaufnahme Theorie, Leistungszahl COP

35 Michael Graf Funktionsprinzip Wärmepumpe Leistungszahl ε oder COP (Momentanwert) COP = Nutzleistung / Aufwand daher COP = Heizleistung / Strom COP von 5 bedeutet: 5 – fache Heizleistung des Stromeinsatzes Beispiel: aus 1 kW Strom, 5 kW Heizleistung somit 4 kW von der Umgebungswärme

36 Michael Graf Theorie, Gütegrad CW = idealer Wert = realer Wert Abweichung realer Wärmepumpenprozesses vom Carnot-Prozess Gütegrad (Leistungszahl des realen Prozesses/Carnot-Prozess) Gütegrad: [-]

37 Michael Graf Jahresarbeitszahl Jahresarbeitszahl JAZ Ausschlaggebend für die Effizienz der Gesamtanlage JAZ = Wärmemengenzähler / Stromzähler vergleichbar Jahreswirkungsgrad einer Heizungsanlage

38 Michael Graf welche Kennzahl ist gut? theoretische: ε cw reale: ε oder COP Gütegrad η Jahresarbeitszahl Entscheidet die PS/kw Zahl eines Autos über Verbrauch? Wie wichtig sind Randbedingungen? Welchen Einfluss hat der User/Kunde?

39 Michael Graf alles klar, oder? aber jetzt…….

40 Michael Graf Vergleich von Wärmepumpen Kennzahlen ACHTUNG 2 Normen EN 255 EN Beide finden sich in aktuellen Unterlagen

41 Michael Graf Unterschiede EN 255, EN Änderung der Betriebspunkte bei Leistungsbestimmung Verringerung der Spreizung von 10 K auf 5 K Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf Effekt: geringerer COP Wieso ?????

42 Michael Graf Unterschiede EN 255, EN geringerer COP Wieso ????? COP = ? Q = m. c. Diff T halbe Differenz = doppelter Durchfluss !!! mehr Pump-/Hilfsenergie

43 Michael Graf Betriebsweise von WP

44 Michael Graf Betriebsarten WP WP für Heizung + WW

45 Michael Graf Betriebsarten WP WP für Heizung + WW Elektro-Zusatzheizung für Spitzenlast

46 Michael Graf Betriebsarten WP WP für Heizung + WW ab Bivalenzpunkt: alternative Wärmeerzeugung WP deckt ~70% des Jahres

47 Michael Graf Betriebsarten WP WP für Heizung + WW ab Bivalenzpunkt: WP + alternative Wärmeerzeugung

48 Michael Graf Theorie - Fazit Wärmepumpen kombinieren mit NT Heizsystem Grund: Thermodynamik höhere Effizienz Eventuell bivalentes System bei höheren T-Niveau

49 Michael Graf Quellen Glen Dimplex Deutschland Frimenunterlagen Fa. Danfoss/ Supper Firmenunterlagen Fa. Vaillant Firmenunterlagen Fa. Ochsner


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