Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen

1. Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen Von Thomas Marks & Michael Heicks

2. Gliederung • Einführung • Komponenten • Eisspeicher • Wärmepumpe • Solar Luft-Absorber • Heizung / Warmwasserspeicher • Physikalisches Prinzip • Latente Wärme • Schmelzenergie • Molekulare Struktur • Energieerhaltungssatz • Zusammenfassung • Quellen Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

3. Einführung • Erzeugen von Wärme mittels Wärmepumpe • Wasser dient als Energiespeicher • Nachhaltiges System, durch die Nutzung von Umgebungsluft , Sonnenenergie und Erdwärme • Kühlung in der „heizfreien Periode“ • Netzunabhängige und somit dezentrale Energieversorgung Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

4. Komponenten Solar-Luftabsorber Heizung und/oder Warmwasser-speicher Wärmepumpe Eisspeicher Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

5. Eisspeicher • Stahlbewehrter Betonbehälter • Wasser als Wärmespeichermedium • Zwei spiralförmig angeordnete Wärmetauscher • Entzugswärmetauscher • Regenerationswärmetauscher Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

6. Eisspeicher • Die Temperaturspanne im Eisspeicher reicht von etwa - 7 bis + 25 °C • Ein Solar-Eis-Speicher von ca. 12 m³ und 5 Solar-Luftabsorbern entspricht: • etwa einer maximalen Heizlast von 7,5 kW und etwa 1800 Volllaststunden im Jahr • oder 120l Heizöl Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

7. Wärmepumpe • Funktionsprinzip wie bei einem Kühlschrank • Kältemittel mit einem niedrigem Siedepunkt • Eisspeicher als Wärmequelle Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

8. Solar Luft-Absorber • Offener Solar-Luftabsorber • Nimmt Wärme der Sonne & Umgebungsluft auf • Auch bei Bewölkung oder diffuser Strahlung • Montage zweier Module übereinander ist möglich • Absorbierte Energie wird über den Regenerationswärmetauscher in den Eis-Speicher übertragen Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

9. Heizung / Warmwasserspeicher • Heizung • Flächenheizung • Heizungsrohre werden mäander oder spiralförmig verlegt • Kleine Vorlauftemperaturen • Radiatorheizungen • Hohe Vorlauftemperaturen notwendig •  eher ungeeignet für Wärmepumpensysteme • Warmwasserspeicher • Bereitstellung des Trinkwassers Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

10. Physikalisches Prinzip • Eis • Große Anziehungskraft der Moleküle untereinander • Moleküle bilden ein Kristallgitter • Molekulare Struktur • Schmelzen • Wärmeenergie wird zugeführt • Lage und Anordnung der Moleküle ändert sich • Wasser • geringere Anziehungskraft der Moleküle untereinander • Moleküle können sich frei bewegen Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

11. Physikalisches Prinzip • Eisspeicher nutzt Prinzip der latenten Wärme • Latente Wärme • Verborgene Wärme (lat. latere – verborgen sein) • Bezeichnet die bei einem Phasenübergang aufgenommene/abgegebene Wärmeenergie • Temperatur ändert sich nicht • Beispiel: „Eiswürfel schmelzen“ • Wärmeenergie führt zum Schmelzen des Eiswürfels • Temperatur des geschmolzenen Wassers ändert sich nicht • Sobald Eiswürfel komplett geschmolzen ist erhöht sich die Temperatur Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

12. Physikalisches Prinzip Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

13. Physikalisches Prinzip • Wie lässt sich die Wärmeenergie durch den Schmelzvorgang bewerten? • Thermische Energie: • Q = Wärmemenge [kJ] • m = Masse [kg] • c = spez. Wärmekapazität [kJ / (kg*K)] • ΔT = Temperaturänderung [K] • Mit der Schmelzwärme von 335 kJ lässt sich 1 kg Wasser von 0°C auf 80°C erhitzen. Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

14. Physikalisches Prinzip Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

15. Physikalisches Prinzip • Bisher nur Betrachtung der Schmelzenergie • Nun Bezug auf die Kristallisationsenergie • Energieerhaltungssatz • In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien konstant • Gesamtenergie bleibt erhalten Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

16. Physikalisches Prinzip Wärmeenergie Q Schmelzvorgang E1 = Ei + Q Ei Wärmeenergie Q Kristallisations-vorgang E2 = Ei - Q Ei Nach dem Energieerhaltungssatz gilt: ∑E = E1 + E2 = 0  E1 = - E2 |Schmelzenergie| = - |Kristallisationsenergie| Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

17. Zusammenfassung • Sehr innovatives System zur nachhaltigen Energiegewinnung • Nutzung von 3 regenerativen Energiequellen zur Speisung des Systems • Sonne • Luft • Erde • Schnelle Amortisierung der Anlage • Umweltschonende Heizung und Kühlung des Gebäudes • Durch Nutzung der Latentwärme mehr Energie auf gleichem Volumen • Weniger Wärmeverluste durch geringes Temperaturniveau • Regeneration schon bei geringen Temperaturen Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

18. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013

19. Quellen • Effizientberaten: http://effizientberaten.de/anlagentechnik/warme-aus-dem-eis-eisspeicher-und-warmepumpe-zur-beheizung-von-gebauden-1000.html, abgerufen August 2013 • IKZ: http://www.ikz.de/heizung/liste.html?tx_ttnews[swords]=Fl%C3%A4chenheizsystech, abgerufen August 2013 • Isocal: http://www.isocal.de/solareis/solareis-konzept.html, abgerufen Juli 2013 • Koch,M.:Skript Ingenieurhydrologie I. Universität Kassel, 2013 • Simplyscience: http://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/wie-kann-man-mit-kalter-luft-heizen-.html, abgerufen Juli 2013 • Viessmann: http://www.viessmann.de/de/ein-_zweifamilienhaus/produkte/Waermepumpen/Eisspeicher.html, abgerufen Juli 2013 • Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpenheizung, abgerufen Juli 2013 Eisspeicher-System als Energiequelle für Wärmepumpen „Ingenieurhydrologie I“ - 2013