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Stand 12/2003 Vielseitig, effizient und umweltschonend: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Klimatisierung – Warum und wie? Thermodynamische und technische.

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1 Stand 12/2003 Vielseitig, effizient und umweltschonend: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Klimatisierung – Warum und wie? Thermodynamische und technische Grundlagen Gasklimageräte – Aufbau und Funktionsweise Technische und wirtschaftliche Vorteile Einsatzgebiete – Beispiele ausgeführter Anlagen Hinweise zur Planung und Auslegung

2 2 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Hinweise Dieser Vortrag basiert auf der Broschüre Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten* In dieser Broschüre werden die nachfolgend angesprochenen Themen detailliert und ausführlich beschrieben. * In diesem Vortrag und in der genannten Broschüre wird mit dem Begriff Gasklimagerät eine Gruppe von Kompressionskältegeräten bezeichnet, die die Funktionen Heizen, Kühlen und Entfeuchten erfüllen und deren Kompressor mit einem Erdgas-Verbrennungsmotor angetrieben wird.

3 3 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Kälte- und Klimatisierungsbedarf steigt Höhere Wärmebelastungen durch den Trend zur Glasarchitektur verbesserten Wärmeschutz (EnEV) innere Wärmequellen z.B. Computer und wachsende Komfortansprüche sowie der Klimawandel führen zu einem deutlich steigenden Kälte- und Klimatisierungsbedarf

4 4 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Heizen und Kühlen mit einem System Heute werden Heiz- und Kühlbedarf in Gebäuden in der Regel über getrennte Anlagen gedeckt. Das Heizen erfolgt mit einem öl- oder gasbefeuerten Wärmeerzeuger. Die Kühlung übernimmt eine elektrisch angetriebene Anlage. Alternative: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten - Ein System mit Heiz- und Kühlfunktion

5 5 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Heizen und Kühlen mit einem System Gasklimageräte sorgen nicht nur für Kühlung, sondern übernehmen zudem in der übrigen Zeit die Wärmeerzeugung für die Heizung Gasklimageräte sind beim Austausch vorhandener Kälteanlagen eine interessante Alternative. Muss nur das Außengerät ersetzt werden, lassen sich bestehende Verteilungsnetze und Übergabegeräte vielfach weiter verwenden. Durch die Kombination von Gasklimageräten mit Hydraulik-Übergabestationen können auch vorhandene Kaltwasserverteilungsnetze weiter genutzt werden. Verzicht auf konventionellen, zusätzlichen Heizkessel möglich, wenn die vom Gasklimagerät bereitgestellten Heiz- und Kälteleistungen dem Bedarf des Gebäudes entsprechen, d.h. Heiz- und Kälteleistungsbedarf ähnlich hoch sind.

6 6 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Thermodynamische Grundlage In einem geschlossenen Kreislauf nimmt ein Kältemittel beim Verdampfen auf niedrigem Druck- und Temperaturniveau Wärme aus der Umgebung auf. Der entstandene Kältemitteldampf wird in einem Verdichter unter Zufuhr von Antriebsenergie auf ein höheres Druckniveau komprimiert, wobei auch das Temperaturniveau ansteigt. Im Kondensator verflüssigt sich das Kältemittel wieder und setzt Wärme frei. Über ein Druckreduzierventil wird das flüssige Kältemittel entspannt und kühlt dabei weiter ab. Basis für Klimatisierungssysteme ist der Kaltdampfprozess

7 7 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasmotorischer Kaltdampfprozess Der Verdampfer nutzt die Wärme aus der Umgebungsluft sowie Abwärme des Gasmotors zum Verdampfen des Kältemittels. Das erwärmte Kältemittel wird im Verdichter auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau gebracht. Im Kondensator wird die Wärme freigesetzt. Heizfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpe

8 8 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasmotorischer Kaltdampfprozess Im Verdampfer wird dem zu kühlenden Gebäude bzw. dem Wärmeträgermedium durch den Verdampfungsprozess des Kältemittels Wärme entzogen. Der Kältemitteldampf transportiert die aufgenommene Wärme zum Verdichter, bevor sie über den Kondensator an die Umwelt abgegeben wird. Kühlfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Kälteanlage

9 9 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Multisplitsystem mit Gasklimagerät Außeneinheit:Gasmotor, Kältemittelverdichter Verdampfer in Heizfunktion Kondensator im Kühlbetrieb Innengeräte:Kondensator (Heizfunktion) / Verdampfer (Kühlbetrieb) Splitsystem - Räumliche Trennung des Prozesses in durch Kältemittelleitungen verbundene Außeneinheit und Innengeräte

10 10 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimagerät im Heizbetrieb Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den Innen- Geräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder ein Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt.

11 11 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimagerät im Kühlbetrieb Im Kühlbetrieb wird die Fließrichtung umgedreht: 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.

12 12 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimagerät mit Kältemittelkreislauf Gasmotorisch betriebene Klimageräte können in Split- bzw.Multisplitanlagen eingesetzt werden, die nach dem VRF-Prinzip (VRF = Variable Refrigerant Flow) arbeiten, d.h. in Anlagen mit veränderlichem, dem Bedarf angepassten Kältemitteldurchfluss und Direktexpansion des Kältemittels in den Innengeräten.

13 13 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimagerät mit Wassersystem Wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme sind in Deutschland noch stärker verbreitet als VRF-Systeme. Für diese Einsatzfälle können die Gasklimageräte zusammen mit einer Hydraulik-Übergabestation eingesetzt werden. Diese Über- gabestation bildet die Schnittstelle zwischen dem Kältemittelkreislauf und dem hydraulischen Netz, mit dem die Innengeräte versorgt werden.

14 14 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Vorteil Gasklimagerät – Verbesserte Heizfunktion Bei niedrigen Außentemperaturen (T < 7 °C) erfolgt ein nur geringer Leistungsabfall, daher wird eine nahezu konstant hohe Heizleistung selbst bei Außentemperaturen von minus 15 °C sichergestellt. Aufgrund der Nutzung der Gasmotorabwärme im Heizbetrieb verbessert sich die Effizienz der Heizfunktion gegenüber elektrisch angetriebenen Systemen. Nach kurzer Aufheizzeit steht die volle Geräteleistung zur Verfügung. Auch bei tiefen Außentemperaturen keine Unterbrechung des Heizbetriebes für Abtauvorgänge. +

15 15 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Vorteil Gasklimagerät – Umweltvorteile Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 %

16 16 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Vorteil Gasklimagerät – Wirtschaftlichkeit Weitere Vorteile: Keine zusätzliche elektr. Leistungsaufnahme bzw. keine Erhöhung des elektr. Leistungsbezuges Geringere Energiekosten für Erdgas führen zu günstigen Betriebskosten Beispielrechnung (Vollkostenrechnung VDI 2067) Ersparnis pro Jahr

17 17 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Vorteile auf einen Blick Technische Vorteile Langjährig bewährte Gerätetechnik Hohe Zuverlässigkeit und wartungsarmer Betrieb Flexible Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Motors Individuelle Regelungsmöglichkeiten Nur geringer Heizleistungsabfall bei tiefen Außentemperaturen (T < 7 °C) Kurze Aufheizphase des Motors führt zu schneller Leistungsverfügbarkeit Keine Unterbrechung des Heizbetriebes durch Verdampferabtauung Zahlreiche Innengeräteoptionen für Wärme- und Kälteübertragung Wirtschaftliche 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

18 18 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbereiche 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 Optionen für die Wärme- und Kälteübertragung Split- bzw. Multisplitanlagen mit VRF-Systemen (Kältemittel) Innengeräte z.B.: Deckengeräte (Einbau / Unterbau), Wandgeräte, Standgeräte (sichtbar / verkleidet), Textilschlauchsysteme Klimasysteme mit Wasser als Trägermedium Innengeräte z.B.: Fan Coils, Hydro-Deckengeräte, Kühl-Heizdecken

19 19 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten Verwaltungsgebäude Energieversorgung Filstal GmbH&Co. KG Göppingen Volksbank Rhein-Ahr-Eifel e.G., Adenau

20 20 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten Verwaltungsgebäude und Werkstatt Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH Berlin Shell-Tankstelle Rheinbach Dachaufstellung des Außengerätes

21 21 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Fan Coils (Wassersystem) im Verwaltungsgebäude der Firma Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH, Berlin Deckeneinbaugeräte im Kundenzentrum der Stadtwerke Neuss GmbH, Neuss

22 22 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Wandgerät in einem Seminarraum Klimatisierung mit einem Textilschlauchsystem in einem Großraumbüro

23 23 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Deckenkassette in einem Bekleidungsgeschäft Verkaufsraum eines Autohauses - Klimatisierung mit einem Textilschlauchsystem

24 24 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Deckeneinbaukassetten in einem Hotel und einem Restaurant Klimatisierung eines Veranstaltungsraumes mit einem Textilschlauchsystem Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten

25 25 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Planung und Auslegung Durch Aufteilung der Kühl- bzw. Heizleistung auf mehrere Außengeräte können Anlagen mit größeren Leistungen realisiert werden kann eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet werden kann eine optimale Auslastung der Geräte erreicht werden kann die Anlage gesplittet und an verschiedenen Orten installiert werden

26 26 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Planung und Auslegung Aufstellung und Leitungslängen Aufstellung der Außengeräte im Freien ohne Schutz möglich, da wetterfest Leitungslänge zwischen Außengerät und entferntestem Innengerät bis zu 150 m, maximal 30 m ab dem ersten Abzweig maximaler Höhenunterschied zwischen dem Außengerät und den Innengeräten bis zu 50 m, zwischen den Innengeräten bis zu 15 m

27 27 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse

28 28 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse Anschlussleitungen Außengerät: (v.l.n.r.) Kondenswasser, Kältemittel (flüssig), Kältemittel (gasförmig), Strom und Gas Außengerät und Hydraulik-Übergabestation An eine Außeneinheit können je nach Gerätetyp und Leistung bis zu 30 Innengeräte angeschlossen werden.

29 29 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Gasklimageräte – Produkte und Ansprechpartner AISIN Seiki Berndt Kältetechnik Gelsdorf Tel: / Panitz Haustechnik Lieskau Tel: 0345 / Mitsubishi Heavy Industries Stulz Klimatechnik Hamburg Tel: 040 / Sanyo Alfred Kaut Wuppertal Tel: 0202 /


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