Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas Dipl.-Ing. Cord Müller Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG, Göppingen Vorsitzender des ASUE-Arbeitskreises "Gaswärmepumpen und Kältetechnik" www.asue.de

Kaltdampfprozess Wärmeabfuhr Q ab Wärmezufuhr Q zu Verdichter Druck Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig Verflüssiger Verdichter Druck reduzier- Ventil Antriebsleistung P Verdampfer Kältemittel gasförmig Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmezufuhr Q zu Kaltdampfprozess

Heizfunktion = Wärmepumpe Heizung Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig Antriebsleistung P Kältemittel gasförmig Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmequellen Erde Wasser Luft Kaltdampfprozess Heizfunktion = Wärmepumpe

Kühlfunktion = Kälteanlage Wärmeabfuhr Erde Wasser Luft Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig Antriebsleistung P Kältemittel gasförmig Druck niedrig Temperatur niedrig Kühlung Kaltdampfprozess Kühlfunktion = Kälteanlage

Kaltdampfprozess Wärmeabfuhr Q ab Wärmezufuhr Q zu Verdichter Druck Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig Verflüssiger Verdichter Druck reduzier- Ventil Elektrische Energie Verluste bis zu 70 % Verdampfer Kältemittel gasförmig Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmezufuhr Q zu Kaltdampfprozess

Gasmotorischer Kaltdampfprozess Wärmeabfuhr Q ab Druck hoch Temperatur hoch Erdgas Kältemittel flüssig Verflüssiger Verdichter Druck reduzier- Ventil Verdampfer Kältemittel gasförmig Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmezufuhr Q zu Gasmotorischer Kaltdampfprozess

Gasmotorischer Kaltdampfprozess Heizfunktion = Wärmepumpe Heizung Druck hoch Temperatur hoch Erdgas Kältemittel flüssig Kältemittel gasförmig Warmwasser- bereitung Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmequellen Erde Wasser Luft Gasmotorischer Kaltdampfprozess Heizfunktion = Wärmepumpe

Gasmotorischer Kaltdampfprozess Kraft-Wärme-Kopplung & Wärmepumpe Heizung Prinzip der Wärmepumpe Druck hoch Temperatur hoch Erdgas Kältemittel flüssig Kältemittel gasförmig Warmwasser- bereitung Druck niedrig Temperatur niedrig Wärmequellen Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung Erde Wasser Luft Gasmotorischer Kaltdampfprozess Kraft-Wärme-Kopplung & Wärmepumpe

Gasmotorischer Kaltdampfprozess Kühlfunktion = Kälteanlage Wärmeabfuhr Erde Wasser Luft Druck hoch Temperatur hoch Erdgas Kältemittel flüssig Kältemittel gasförmig Warmwasser- bereitung Druck niedrig Temperatur niedrig Kühlung Gasmotorischer Kaltdampfprozess Kühlfunktion = Kälteanlage

Absorptionsprozess Wärmeabfuhr Q ab Wärmezufuhr Wärmeabfuhr Q zu Q ab Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig NH4 Austreiber Verflüssiger Druck reduzier- Ventil Druck reduzier- Ventil Pumpe Erdgas Antriebsleistung P Verdampfer Druck niedrig Temperatur niedrig Absorber Wärmezufuhr Wärmeabfuhr Q zu Q ab Absorptionsprozess

Heizfunktion = Wärmepumpe Heizung Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig NH4 Austreiber Pumpe Erdgas Antriebsleistung P Druck niedrig Temperatur niedrig Absorber Wärmequellen Erde Wasser Luft Absorptionsprozess Heizfunktion = Wärmepumpe

Kühlfunktion = Kälteanlage Wärmeabfuhr Erde Wasser Luft Druck hoch Temperatur hoch Kältemittel flüssig NH4 Austreiber Pumpe Erdgas Antriebsleistung P Druck niedrig Temperatur niedrig Absorber Kühlung Absorptionsprozess Kühlfunktion = Kälteanlage

Prozessverbesserungen 1. FAZIT: Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess sind energetische Verbesserungen des konventionellen, in der Regel strombetriebenen, Kaltdampfprozesses. Minderung Primärenergiebedarf gegenüber Kaltdampfprozess: Kaltdampfprozess (Strom) Vergleichsbasis Absorptionsprozess - 22 % Gasmotorischer Kaltdampfprozess - 29 % Auswertungen nach Herstellerangaben von: Mitsubishi Electric, York, AISIN Energetische Prozessverbesserungen

Prozessverbesserungen Umweltvorteile durch Prozessverbesserungen

Anwendungsbeispiele Absorber

Gasmotorische Kaltdampfanlagen „Panoramabad“, Freudenstadt Seit über 20 Jahren ist die Gaswärmepumpe im „Panoramabad“ in Freudenstadt bereits in Betrieb. Durch die gleichzeitige Nutzung der kalten und warmen Seite der Wärmepumpe wird entfeuchtet und geheizt. Nahwärme-Ost, Göppingen Seit 1983 wird die 30°C Abwärme aus der Produktion der Deutschen Gelatinefabrik Stoess (DGF) genutzt, um eine Schule, Schwimmbad, Verwaltungsgebäude und Mehrfamilienhäuser durch eine Gaswärmepumpe mit Wärme zu versorgen. Anwendungsbeispiele Gasmotorische Kaltdampfanlagen

Quelle: Mitsubishi, Stulz (Gasmotorische Kaltdampfanlagen) Gas Heat Pumps (GHP) (Gasmotorische Kaltdampfanlagen)

Entwicklungsgeschichte Gas Heat Pumps (GHP) Increase in electric power demand & oil crisis Diversification of energy source 1980 1985 Development April.1981 April.1984 Tokyo-Gas commissioned SANYO to produce a pilot GHP unit. SANYO participated in the government project of Gas Cooling Technology. Started joint development of GHP Released 15HP GHP April.1985 Present Three manufacturers entered into GHP market. 1987 Achieved 1 million HP　 March.1999 April.2000 Sept.2000 Released Gas Engine Chiller/Heater Released 8 kW for residential use Released W – GHP multi 2001 … ……… with major gas companies. Quelle: SANYO Entwicklungsgeschichte Gas Heat Pumps (GHP)

Electric A/C of 1 million HP cumulative 1 million HP installation Nuclear Power Plant Electric A/C of 1 million HP needs 1,000 MW electric consumption 1,000 MW SANYO GHP achieved cumulative 1 million HP installation on March 1999 Quelle: SANYO Installierte Leistungen Gas Heat Pumps (GHP)

Funktionsprinzip GHP: Räumliche Trennung des Prozesses Wärmeabfuhr Innengerät Q ab Erdgas Kältemittel flüssig Verflüssiger Verdichter Druck reduzier- Ventil Antriebsleistung P Verdampfer Kältemittel gasförmig Wärmezufuhr Außengerät Q zu Funktionsprinzip GHP: Räumliche Trennung des Prozesses

Wassersystem! Quelle: Aisin, Berndt GHP - Hydraulikmodule

GHP im Heizbetrieb

GHP im Kühlbetrieb

Anwendungsbeispiele Heizen und Kühlen 2. FAZIT: Ausgeführte Beispiele haben die Praxistauglichkeit über viele Jahre, teilweise sogar über Jahrzehnte, bestätigt. In den realisierten Anlagen wird jedoch häufig nur eine Funktion, das Heizen oder das Kühlen, genutzt. Die technische Möglichkeit, beide Funktionen zu nutzen, wurde bisher in den seltensten Fällen realisiert, da i. d. R. keine standardisierten Lösungen für die gemeinsame Nutzung angeboten wurden! Anwendungsbeispiele Heizen und Kühlen

Wirtschaftlichkeit GHP Systemvergleich mit Investition Objekt: Büro- und Verwaltungsgebäude Heizleistung 33 kW Kälteleistung 28 kW Lösung 1: GHP mit VRF-System Investition 52.000 EUR Lösung 2: Erdgaskessel und elektrisch angetriebener Kaltwassersatz Investition 70.000 EUR Lösung 3: EHP mit VRF-System Investition 79.000 EUR Wirtschaftlichkeit GHP Systemvergleich mit Investition

Wirtschaftlichkeit GHP Vollkostenvergleich

Wirtschaftlichkeit Absorber Investition und Amortisation 1. Heizen und Kühlen eines Einkaufszentrums Lösung 1: 2 Absorber, 2,2 MW Kälte und 1,87 MW Wärme, Investition 1,07 Mio EUR Betriebs-, Energie- und Wartungskosten 121.000 EUR Lösung 2: 2 Kaltwassersätze mit 2,2 MW Kälte und 1,87 MW Fernwärme Investition 0,92 Mio EUR Betriebs-, Energie- und Wartungskosten 186.000 EUR 2. Vergleich Absorber mit strombetriebenem Kaltwassersatz: Mehrinvestition bei Absorber: 150.000 EUR Einsparung Jahrskosten bei Absorber: 65.000 EUR/a 3. Wirtschaftlichkeitsberechnung (stat. Amortisation): Amortisation Mehrinvestion: 2,3 Jahre Wirtschaftlichkeit Absorber Investition und Amortisation

Wirtschaftlichkeit Absorber Entwicklungen bis Heute

Wirtschaftlichkeitsberechnungen 3. FAZIT: GHP erfordert weniger Investitionen. Einsparungen von Kapitalkosten. Gemeinsam mit Energiekosteneinsparungen sehr wirtschaftlich. Absorber erfordert mehr Investitionen. Refinanzierung über Energiekosteneinsparungen. Mit Energiekosteneinsparungen wirtschaftlicher Betrieb. Anlagenwahl langfristige Festlegung. Kurzfristige Entwicklungen sollten wirtschaftliche Entscheidungen nicht dominieren. Wirtschaftlichkeitsberechnungen

Das Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas ist realisierbar. Die Techniken sind erprobt und ausgereift. Sie haben über viele Jahre die Praxistauglichkeit bewiesen. Das Angebot an verfügbaren Geräten ist schon heute beachtlich und wird ständig größer. Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess hat den Vorteil der Einsparung an Energie. Mit Erdgas können die Emissionen an Klimagasen und Luftschadstoffen deutlich reduziert werden. Wirtschaftlich sind die gasmotorischen Anlagen und Absorber eine interessante Alternative gegenüber der herkömmlichen Technik. Zusammenfassung