Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit dem Energieträger Erdgas Dipl.-Ing. Cord Müller Energieversorgung Filstal GmbH &amp

1. 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

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

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

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

5. Wärmeabfuhr Q ab 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

6. 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

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

8. 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

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

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

11. 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

12. 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

13. 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

14. Umweltvorteile durch Prozessverbesserungen

15. Anwendungsbeispiele Absorber

16. „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

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

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

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

20. 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

21. Wassersystem! Quelle: Aisin, Berndt GHP - Hydraulikmodule

22. GHP im Heizbetrieb

23. GHP im Kühlbetrieb

24. 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

25. Systemvergleich: 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

26. Wirtschaftlichkeit GHP Vollkostenvergleich

27. 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

28. Wirtschaftlichkeit Absorber Entwicklungen bis Heute

29. 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

30. 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