Innovative Kälte- und Wärmebereitstellung I

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Allgemeiner Kontext und Zielsetzung

In Japan werden aufgrund hoher Strompreise viele Klimaanlagen mit Erdgas betrieben. Diese „Gas driven heat pumps“ (GDH) bieten vor allem die Möglichkeit, neben Kälte bei Bedarf auch Wärme bereitzustellen. Ein weiterer Vorteil resultiert aus einer Vergleichmäßigung der saisonalen Nachfrage, da das Gasnetz gerade in den Sommermonaten nur wenig ausgelastet ist.

In dieser Arbeit wurden unterschiedliche, innovative Konzepte der Heizungswärme-, Klimakälte- und Warmwasserbereitstellung aufgezeigt und sowohl ökologisch als auch ökonomisch bewertet. Es wurde ein Tool auf Excel-Basis erstellt, das auch dem interessierten Laien einen Überblick über die Eigenschaften und Kosten der Systeme gibt. Diese soll auch auf der Internetseite der ASUE veröffentlicht werden.

Deshalb wurde eine besondere Aufmerksamkeit auf die einfache Bedienbarkeit und Verständlichkeit sowohl der Dokumentation, als auch des Tools gelegt.

Vorgehensweise

Im Rahmen dieses Projekts wurden folgende Varianten zur Erzeugung von Heizwärme, Warmwasser und Klimakälte in Bürogebäuden untersucht:

Variante Warmwasser Heizen Kühlen Energieträger
KONVENTIONELL Gaskessel Gaskessel Kompressionskälte­maschine Erdgas / Strom
STROM-WP Durchlauferhitzer elektrisch betriebene Wärmepumpe Strom
GASMOTOR-WP gasmotorisch betriebene Wärmepumpe Erdgas
ABSORPTIONS-WP gasdirektbefeuerte Absorptionswärmepumpe Erdgas

 

Basis für die Simulationsrechnung bildet das Modell eines typischen Bürogebäudes. In einem ersten Schritt wurden die einzelnen Anlagen analysiert und Modelle zur Beschreibung der Anlagen gebildet. In einem zweiten Schritt wurde das Verhalten der Gesamtsysteme simuliert und das Simulationstool auf eine einfache Anwendbarkeit hin optimiert. In einem dritten Schritt wurde eine Dokumentation erstellt, die eine ausführliche Technikbeschreibung der verwendeten Systeme und eine kurze Analyse dreier Beispiele enthält.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Simulation werden sowohl tabellarisch, als auch graphisch für den Primärenergieaufwand, die CO2-Emissionen und die jährlichen Kosten dargestellt. Sie können als Richtwerte, aber nicht als Ersatz für eine genaue Planung und Auslegung der Systeme durch ein Ingenieurbüro oder einen Fachplaner dienen.

Es kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der betrachteten Geräte bei einem typischen Verhältnis von Wärme- zu Kältebedarf relativ nahe beisammen liegen.

In Abbildung 1 sind die CO2-Emissionen für den voreingestellten Standardfall und in Abbildung 2 die jährlichen Kosten des Standardfalls dargestellt.

Abbildung 1: CO2-Emissionen im Beispiel „Standardgebäude“

Abbildung 2: Anlagenkosten im Beispiel „Standardgebäude“

Die Wirtschaftlichkeit der betrachteten Anlagen hängt sehr stark vom Verhältnis des Wärmebedarfs zum Kühlbedarf ab. Das liegt vor allem daran, dass bei den Multisplitgeräten die Heizleistung an die Kühlleistung gekoppelt ist. Dadurch kann es sein, dass in ungünstigen Fällen die Geräte für den Heiz- oder Kühlfall überdimensioniert und die konventionellen Techniken wirtschaftlicher sind.

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