Praxiserfahrungen in Planung und Betrieb von ...
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<strong>Praxiserfahrungen</strong> <strong>in</strong> <strong>Planung</strong> <strong>und</strong> <strong>Betrieb</strong><br />
<strong>von</strong> Wärmepumpenanlagen<br />
Prof. Dipl.-Ing. Dipl. Ing. Werner Schenk Ing.-Büro g Prof. Schenk<br />
Rosenheim<br />
Hochschule München<br />
Versorgungstechnik<br />
Werner.schenk@hm.edu @<br />
1. Niedertemperatur – Systeme im Neubau<br />
2. Hochtemperatur p -Systeme y im Sanierungsfall g<br />
3. Systeme zum Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
1
Entstehung der fossilen Energieträger<br />
Entstehungszeit der Energieträger: 350. 000.000 Jahre<br />
~50% da<strong>von</strong> wurden <strong>in</strong> 100 Jahren verbraucht<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 2<br />
Sk10
Folie 2<br />
Sk10<br />
Schenk; 05.06.2005
100<br />
PPreissteigerung i t i<br />
Ct/l bzw. b Ct/kWWh<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
48<br />
41<br />
58 60 60<br />
18 27<br />
41<br />
36 36 37<br />
100 %<br />
1998 2000 2002 2004 2006 2008<br />
500 %<br />
94<br />
200 %<br />
Verbrauch konventioneller<br />
Energien<br />
Politische<br />
Ause<strong>in</strong>andersetzungen<br />
Radioaktive<br />
Treibhauseffekt Belastung<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 3<br />
WWaldsterben ld t b
Endenergieverbrauch im Haushalt<br />
nach Anwendungsbereichen (ohne Verkehr)<br />
Warmwasser<br />
11%<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Beleuchtung<br />
1% Kochen<br />
4%<br />
Elektrogeräte<br />
7%<br />
Raumwärme<br />
77%<br />
Quelle: Arbeitsgeme<strong>in</strong>schaft Energienilanz<br />
4
Wärmepumpe: Black Box<br />
1 kWh<br />
Antriebsenergie<br />
Auch bei -20 °C wird ke<strong>in</strong><br />
Öl oder Gas benötigt<br />
Wärme- 3...6 kWh<br />
pumpe Wärme<br />
2...5 kWh<br />
regenerativ<br />
Gr<strong>und</strong>wasser<br />
Erdreich<br />
Luft
Wärmepumpe<br />
Kältekreislauf mit optimierenden Variationen<br />
Schauglas<br />
Trockner<br />
Standard<br />
.<br />
QC 35 °C 40 °C<br />
15 bar 40 °C<br />
Verflüssiger<br />
Verdichter<br />
15 bar<br />
100 °C<br />
Antriebsleistung<br />
mit Rekuperator (=Wärmetauscher)<br />
Magnetventil<br />
Entspannungsventil<br />
5 bar<br />
+ 7 C°<br />
Rekuperator<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
5 bar<br />
-1 °C<br />
Verdampfer<br />
6 °C<br />
.<br />
Q Q0 12 °C<br />
Vorteile: - Sicherheit für Verdichter<br />
- höhere Effizienz<br />
6
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Sole- <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>wasser - Wärmepumpen<br />
Quelle: Ochsner<br />
Quelle: AlphaInnotec<br />
Quelle: Weishaupt<br />
Quelle: Cofely<br />
Quelle: Waterkotte<br />
7
Quelle: AlphaInnotec<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Luft-Wärmepumpen<br />
Quelle: Stiebel<br />
Quelle: AlphaInnotec<br />
Quelle: Ochsner<br />
Quelle: Daik<strong>in</strong><br />
8
Luft-Wärmepumpen<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Quelle: Waterkotte<br />
Quelle: Stiebel<br />
9
Luft-Wärmepumpen<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
10
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage<br />
Brunnenanlage<br />
Wasserbedarf pro kWHeizleistung: ~ 0,2 m³/h<br />
Fe < 0,2 mg/l<br />
Mn < 0,1 mg/l<br />
Elektrische Leitfähigkeit < 500 µS/cm<br />
Kle<strong>in</strong>anlage bis 15 kW: Großanlage:<br />
nur im Gebiet mit e<strong>in</strong>deutig •hydrogeologisches Fachgutachten<br />
positiven Erfahrungen •Probebohrung zur Bestätigung<br />
•Wasseranalyse: - Verockerung<br />
- Korrosion<br />
•Brunnenbau<br />
B b<br />
•Pump- <strong>und</strong> Schluckversuch<br />
•luftdichte Brunnenhydraulik<br />
•wasserrechtliche Genehmigung<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Erdreichkollektor-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
1. Kompressionswärmepumpe<br />
1.3 Systemtechnik <strong>von</strong> Wärmepumpenanlagen<br />
1.3.2 Wärmequellen<br />
1.3.2.2 Erdreich-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
1. Kompressionswärmepumpe<br />
1.3 Systemtechnik <strong>von</strong> Wärmepumpenanlagen<br />
1.3.2 Wärmequellen<br />
1.3.2.2 Erdreich-Wärmepumpenanlage<br />
p p g<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Erdreichkollektor-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk<br />
Erdreichkollektor:<br />
•Flächenbedarf: 30 ...23… 13 m²/kWHeizleistung (Ent (Entzugsleistung: gsleist ng 25 ... 60 W/m²)<br />
•Verlegetiefe: m<strong>in</strong>d. 20 cm unter Frostgrenze<br />
•Erdreichkollektor darf nicht überbaut werden
Erdwärmesonden-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk<br />
99 % der Erdmasse<br />
hat e<strong>in</strong>e Temperatur<br />
über 1.000 °C
Erdwärmesonden-<br />
Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Erdwärmesonden-Wärmepumpenanlage<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk
Abwasser-Wärmepumpenanlage<br />
R<strong>in</strong>nenwärmetauscher als vorgefertigtes Kanalisationselement<br />
21<br />
Koaxial-Wärmetauscher als vorgefertigtes<br />
Kanalisationselement<br />
Wärmetauscher im Abwasserkanal<br />
R<strong>in</strong>nenwärmetauscher für Kanäle mit Kreisprofil<br />
Rohrwärmetauscher : Chromstahlrohre <strong>in</strong> Spezialmörtel
Abwasser-Wärmepumpenanlagen Wärmetauscher neben Abwasserkanal<br />
22<br />
•M<strong>in</strong>destbedarf: 150 kW<br />
Bild Rückgew<strong>in</strong>nung <strong>von</strong> Wärmeenergie aus der Kanalisation<br />
Bild Abwasserwärme zur Schlammtrocknung<br />
•zeitlich getaktete Präventivre<strong>in</strong>igung der Rohrmodule<br />
•automatischer Austrag <strong>von</strong> Sedimenten<br />
Bild Spezialwärmetauscher für belastetes Abwasser
Luft-Wärmepumpenanlage<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Innenaufstellung<br />
Außenaufstellung<br />
Splitaufstellung<br />
23
Luft-Wärmepumpenanlage<br />
Vorteile:<br />
Nachteile:<br />
+ e<strong>in</strong>fache <strong>Planung</strong><br />
- Wärmepumpe mit den<br />
+ kke<strong>in</strong>e i Genehmigung<br />
G h i hö höchsten h t Verbrauchskosten<br />
V b h k t<br />
erforderlich<br />
- ger<strong>in</strong>gste Umweltentlastung<br />
+ relativ ger<strong>in</strong>ge Investition<br />
- höchste Belastung des<br />
Kältekreislaufes � Lebensdauer<br />
Ing.-Büro Prof.Dipl-Ing. W. Schenk<br />
- Geräusche für Nachbarn <strong>und</strong><br />
sich selbst
h<br />
E<strong>in</strong>familienhaus: beheizte Fläche: 150 m²; Heizlast 7,5 kW; Warmwasser für 4 Personen<br />
Wirtschaftlichkeit<br />
<strong>Betrieb</strong>s- <strong>und</strong> Verbrauchskostenvergleich<br />
Heizenergie: 7,5 kW x 2.100 h/a =<br />
Warmwasser: 4 Pers. x 2 kWh/Pers./d x 365 d =<br />
ges ges. thermischer Energiebedarf<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Gaskessel<br />
Warmwasser für 4<br />
Ölkessel Brennwert<br />
Personen <strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Pellets-<br />
Kessel<br />
15.750 kWh/a<br />
2.920 kWh/a<br />
18 18.670 670 kWh/a<br />
Erdreich-<br />
Wärmepumpe<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Wärmepumpe Luft-WP<br />
Wartung, Kesselre<strong>in</strong>igung 150 € 130 € 250 € 50 € 50 € 50 €<br />
Tankre<strong>in</strong>igung anteilig 100 €<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer 60 € 60 € 60 €<br />
Summe 310 € 190 € 310 € 50 € 50 € 50 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Wärmeerzeugung:<br />
Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 100% 80% 4,0 5,0 3,2<br />
Strombedarf <strong>in</strong> kWh/a 4.668 3.734 5.834<br />
Strompreis (Misch~) pro kWh 0,150 € 0,150 € 0,150 €<br />
Stromkosten 700 € 560 € 875 €<br />
Bedarf <strong>in</strong> l/a, m³/a bzw. <strong>in</strong> t/a 2074 1867 5,19<br />
Preis <strong>in</strong> pro l, m³ bzw <strong>in</strong> t 0,85 € 0,55 € 245 €<br />
Brennstoffkosten pro Jahr 1.763 € 1.027 € 1.271 €<br />
Hilfsenergie:<br />
Strombedarf <strong>in</strong> kWh/a 1.000 1.000 1.300 700 700 700<br />
Strompreis pro kWh 0,20 € 0,20 € 0,20 € 0,15 € 0,15 € 0,15 €<br />
Stromkosten pro Jahr 200 € 200 € 260 € 105 € 105 € 105 €<br />
Meßpreis/Gr<strong>und</strong>preis 120 € 84 € 84 € 84 €<br />
Summe 1.963 € 1.347 € 1.531 € 889 € 749 € 1.064 €<br />
25<br />
Ges.-Summe 2.273 € 1.537 € 1.841 € 939 € 799 € 1.114 €
Wirtschaftlichkeit<br />
<strong>Betrieb</strong>s- <strong>und</strong> Verbrauchskostenvergleich<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4<br />
Personen<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
4.500 €<br />
4.000 €<br />
33.500 500 €<br />
3.000 €<br />
22.500 500 €<br />
2.000 €<br />
11.500 500 €<br />
2.273 €<br />
1.537 €<br />
1.841 €<br />
500 € 939 € 799 €<br />
1.000 €<br />
0 €<br />
1.114 1.114 €<br />
26
Wirtschaftlichkeit<br />
Heizkostenvergleich nach VDI 2067:<br />
Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizwärmebedarf: 7,5 kW x 2.100 h/a = 15.750 kWh/a<br />
E<strong>in</strong>familienhaus 150 m²<br />
Heizung <strong>und</strong> Warmwasser für 4 Personen<br />
Tr<strong>in</strong>kwasserwärmebedarf: 4 Pers. x 2 kWh/Pers./d x 365 2.920 kWh/a<br />
Ölkessel- Gasbrennwert- Pellets- Erdwärme- Erdreich- GW- WP GW- WP Luft-WP<br />
Anlage Anlage heizung sonden-WP kollektor-WP 5 m 10 m<br />
Investitionskosten:<br />
Wärmeqelle, Tank o. Gasanschluß 3.300 € 1.500 € 2.000 € 10.000 € 4.000 € 3.000 € 4.000 € 1.000 €<br />
Schornste<strong>in</strong>; Anschluß Wärmequelle 2.500 € 2.500 € 2.500 € 3.500 € 2.000 € 2.000 € 2.000 € 1.500 €<br />
Wärmeerzeuger <strong>in</strong>cl. Warmwasser 7.000 € 6.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 15.000 €<br />
Elektro<strong>in</strong>stallation 150 € 150 € 300 € 750 € 750 € 750 € 750 € 1.000 €<br />
Wärmeverteilung<br />
ohne Förderung<br />
6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 €<br />
Investitionskosten: 18.950 € 16.150 € 22.800 € 32.250 € 24.750 € 23.750 € 24.750 € 24.500 €<br />
Kapitalkosten:<br />
Annuität (20 J./Z<strong>in</strong>s 4 %) 7,3 % 1.383 € 1.179 € 1.664 € 2.354 € 1.807 € 1.734 € 1.807 € 1.789 €<br />
Instandsetzung 1 % 190 € 162 € 228 € 323 € 248 € 238 € 248 € 245 €<br />
Kapitalkosten: 1.573 € 1.340 € 1.892 € 2.677 € 2.054 € 1.971 € 2.054 € 2.034 €<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Wartung, Kessel- u. Tankre<strong>in</strong>igung 150 € 130 € 250 € 50 € 50 € 50 € 50 € 50 €<br />
Tankre<strong>in</strong>igung anteilig pro Jahr 100 €<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer 60 € 60 € 60 €<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten: 310 € 190 € 310 € 50 € 50 € 50 € 50 € 50 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Stromkosten 200 € 200 € 260 € 805 € 805 € 665 € 665 € 980 €<br />
Öl Öl, Gas, G Pellets P ll t 1763€ 1.763 € 11.027 027 € 1271€ 1.271 €<br />
Meßpreis/Gr<strong>und</strong>preis 120 € 84 € 84 € 84 € 84 € 84 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten: 1.963 € 1.347 € 1.531 € 889 € 889 € 749 € 749 € 1.064 €<br />
Jahreskosten (Summe) 3.846 € 2.877 € 3.733 € 3.616 € 2.993 € 2.770 € 2.853 € 3.148 €<br />
Annuitätsfaktor 7,30%<br />
Instandhaltungsfaktor 1,00%<br />
Stromtarif WP 0,150 €<br />
Stromtarif allgeme<strong>in</strong>er Tarif 0,200 €<br />
Heizölpreis 0,850 € /l<br />
Erdgaspreis 0,550 € /m³<br />
Pellets 245 € /t<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
27
Wirtschaftlichkeit<br />
Heizkostenvergleich nach VDI 2067:<br />
4.000 €<br />
3.500 €<br />
3.000 €<br />
2.500 €<br />
2.000 €<br />
1.500 €<br />
1.000 €<br />
500 €<br />
0 €<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Heizkosten nach VDI 2067<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4 Personen<br />
Kapitalkosten: <strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ne Kosten 28
Ct/l bzww.<br />
Ct/kWh<br />
Energiepreise<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
36 36 37<br />
48<br />
58<br />
60 60 60<br />
85<br />
Energiepreisentwicklung<br />
50<br />
69<br />
85<br />
?<br />
?<br />
7,9 8,0 8,7<br />
0<br />
11,1 11,1 11,6 11,6 11,6 13,9 13,9 15,0<br />
0<br />
0<br />
2001 2006 2011 2016 2021 2026 2031<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Ct/Liter Öl <strong>in</strong>cl. Steuer Ct/kWh Heizstrom <strong>in</strong>cl. Stromsteuer<br />
29
Ct/l bzww.<br />
Ct/kWh<br />
Energiepreise<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
36 36 37<br />
48<br />
58<br />
60 60 60<br />
85<br />
Energiepreisentwicklung<br />
50<br />
69<br />
85<br />
7,9 8,0 8,7<br />
0<br />
11,1 11,1 11,6 11,6 11,6 13,9 13,9 15,0<br />
0<br />
0<br />
2001 2006 2011 2016 2021 2026 2031<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Ct/Liter Öl <strong>in</strong>cl. Steuer Ct/kWh Heizstrom <strong>in</strong>cl. Stromsteuer<br />
29 Ct<br />
1,83 €<br />
30
Wirtschaftlichkeit<br />
mögliche künftige <strong>Betrieb</strong>s<strong>und</strong><br />
Verbrauchskosten<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4<br />
Personen<br />
Künftig mögliche Energiepreise:<br />
Öl: 11,83 83 €/l<br />
Erdgas: 1,83 €/l<br />
Pellets: 450 €/t<br />
Heizstrom: 29 Ct/kWh<br />
Strom allgeme<strong>in</strong>er Tarif: 35 Ct/kWh<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
4.500 €<br />
4.000 €<br />
33.500 500 €<br />
3.000 €<br />
2.500 €<br />
2.000 €<br />
1.500 €<br />
1.000 €<br />
500 €<br />
0 €<br />
4.456 €<br />
4.077 €<br />
3.099 €<br />
1.691 €<br />
11.420 420 €<br />
2.029 €<br />
31
Wirtschaftlichkeit<br />
mögliche künftige <strong>Betrieb</strong>s<strong>und</strong><br />
Verbrauchskosten<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4<br />
Personen<br />
Heizenergie: 7,5 kW x 2.100 h/a =<br />
Warmwasser: 4 Pers. x 2 kWh/Pers./d x 365 d =<br />
ges. thermischer Energiebedarf<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Ölkessel<br />
Gaskessel<br />
Brennwert<br />
Pellets-<br />
Kessel<br />
15.750 kWh/a<br />
2.920 kWh/a<br />
18.670 kWh/a<br />
Ed Erdreich- i h<br />
Wärmepumpe<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Wärmepumpe Luft-WP<br />
Wartung, Kesselre<strong>in</strong>igung 150 € 130 € 250 € 50 € 50 € 50 €<br />
Tankre<strong>in</strong>igung anteilig 100 €<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer 60 € 60 € 60 €<br />
Summe 310 € 190 € 310 € 50 € 50 € 50 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Künftig mögliche Energiepreise:<br />
Öl: 11,83 83 €/l<br />
Wärmeerzeugung:<br />
Erdgas: 1,83 €/l<br />
Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 100% 80% 4,0 5,0 3,2<br />
Pellets: 450 €/t<br />
Strombedarf <strong>in</strong> kWh/a 4.668 3.734 5.834<br />
Heizstrom: 29 Ct/kWh<br />
Strompreis (Misch~) pro kWh<br />
Strom allgeme<strong>in</strong>er Tarif: 35 Ct/kWh<br />
Stromkosten<br />
0,29 €<br />
1.354 €<br />
0,29 €<br />
1.083 €<br />
0,29 €<br />
1.692 €<br />
Bedarf <strong>in</strong> l/a, m³/a bzw. <strong>in</strong> t/a 2074 1867 5,19<br />
Preis <strong>in</strong> pro l, m³ bzw <strong>in</strong> t 1,83 € 1,83 € 450 €<br />
Brennstoffkosten pro Jahr 3.796 € 3.417 € 2.334 €<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Hilfsenergie:<br />
Strombedarf <strong>in</strong> kWh/a 1.000 1.000 1.300 700 700 700<br />
Strompreis pro kWh 0,35 € 0,35 € 0,35 € 0,29 € 0,29 € 0,29 €<br />
Stromkosten pro Jahr 350 € 350 € 455 € 203 € 203 € 203 €<br />
Meßpreis/Gr<strong>und</strong>preis 120 € 84 € 84 € 84 €<br />
Summe 4.146 € 3.887 € 2.789 € 1.641 € 1.370 € 1.979<br />
32<br />
€<br />
Ges.-Summe 4.456 € 4.077 € 3.099 € 1.691 € 1.420 € 2.029 €
Wirtschaftlichkeit<br />
künftiger Heizkostenvergleich nach VDI 2067:<br />
Heizkostenvergleich nach VDI 2067: Heizwärmebedarf: 7,5 kW x 2.100 h/a = 15.750 kWh/a<br />
E<strong>in</strong>familienhaus 150 m²<br />
Heizung g <strong>und</strong> Warmwasser für 4 Personen<br />
Tr<strong>in</strong>kwasserwärmebedarf: 4 Pers. x 2 kWh/Pers./d x 365 2.920 kWh/a<br />
Ölkessel- Gasbrennwert- Pellets- Erdwärme- Erdreich- GW- WP GW- WP Luft-WP<br />
Anlage Anlage heizung sonden-WP kollektor-WP 5 m 10 m<br />
Investitionskosten:<br />
Wärmeqelle, Tank o. Gasanschluß 3.300 € 1.500 € 2.000 € 10.000 € 4.000 € 3.000 € 4.000 € 1.000 €<br />
Schornste<strong>in</strong>; Anschluß Wärmequelle q 2.500 € 2.500 € 2.500 € 3.500 € 2.000 € 2.000 € 2.000 € 1.500 €<br />
Wärmeerzeuger <strong>in</strong>cl. Warmwasser 7.000 € 6.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 12.000 € 15.000 €<br />
Elektro<strong>in</strong>stallation 150 € 150 € 300 € 750 € 750 € 750 € 750 € 1.000 €<br />
Wärmeverteilung<br />
ohne Förderung<br />
6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 € 6.000 €<br />
Investitionskosten: 18.950 € 16.150 € 22.800 € 32.250 € 24.750 € 23.750 € 24.750 € 24.500 €<br />
Kapitalkosten:<br />
Annuität (20 J./Z<strong>in</strong>s 4 %) 7,3 % 1.383 € 1.179 € 1.664 € 2.354 € 1.807 € 1.734 € 1.807 € 1.789 €<br />
Instandsetzung 1 % 190 € 162 € 228 € 323 € 248 € 238 € 248 € 245 €<br />
Kapitalkosten: 1.573 € 1.340 € 1.892 € 2.677 € 2.054 € 1.971 € 2.054 € 2.034 €<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Wartung, Kessel- u. Tankre<strong>in</strong>igung 150 € 130 € 250 € 50 € 50 € 50 € 50 € 50 €<br />
Tankre<strong>in</strong>igung anteilig pro Jahr 100 €<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer 60 € 60 € 60 €<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten: 310 € 190 € 310 € 50 € 50 € 50 € 50 € 50 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Stromkosten 350 € 350 € 455 € 1.557 € 1.557 € 1.286 € 1.286 € 1.895 €<br />
Öl Öl, GGas, Pellets P ll t 3796€ 3.796 € 33.417 417 € 22.334 334 €<br />
Meßpreis/Gr<strong>und</strong>preis 120 € 84 € 84 € 84 € 84 € 84 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten: 4.146 € 3.887 € 2.789 € 1.641 € 1.641 € 1.370 € 1.370 € 1.979 €<br />
Jahreskosten (Summe) 6.029 € 5.417 € 4.991 € 4.367 € 3.745 € 3.391 € 3.474 € 4.062 €<br />
Annuitätsfaktor 730% 7,30%<br />
Instandhaltungsfaktor 1,00%<br />
Stromtarif WP 0,290 €<br />
Stromtarif allgeme<strong>in</strong>er Tarif 0,350 €<br />
Heizölpreis 1,830 € /l<br />
Erdgaspreis 1,830 € /m³<br />
Pellets 450 € /t<br />
33
Wirtschaftlichkeit<br />
künftiger Heizkostenvergleich nach VDI 2067:<br />
77.000 000 €<br />
6.000 €<br />
55.000 000 €<br />
4.000 €<br />
33.000 000 €<br />
2.000 €<br />
11.000 000 € €<br />
0 €<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
Heizkosten nach VDI 2067<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4 Personen<br />
Künftig mögliche Energiepreise:<br />
Öl: 11,83 83 €/l<br />
Erdgas: 1,83 €/l<br />
Pellets: 450 €/t<br />
Heizstrom: 29Ct/kWh<br />
Strom allgeme<strong>in</strong>er Tarif: 35 Ct/kWh<br />
Kapitalkosten: <strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ne Kosten<br />
34
Umweltverträglichkeit<br />
CO 2 -Emissionen<br />
8<br />
7<br />
6,75<br />
E<strong>in</strong>familienhaus:<br />
beheizte Fläche: 150 m²<br />
Heizlast 7,5 kW<br />
Warmwasser für 4 Personen<br />
6<br />
0,46<br />
511 5,11<br />
vgl. PKW<br />
E<strong>in</strong>sparung<br />
Verbra Verbrauch ch<br />
3 t/a<br />
6 l/100 km<br />
CO2-Emissionen 0,160 kg/km<br />
entspricht 18.750 km/a<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
6,29<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
0,46<br />
4,65<br />
1,66<br />
0,60<br />
1,09<br />
2,45<br />
2,46<br />
Strom Ro 458<br />
Pellets 42<br />
Erdgas 249<br />
Heizöl 303<br />
35
Kosten <strong>und</strong> Wirtschaftlichkeit<br />
verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten<br />
Bestand<br />
WSchV82<br />
WSchV95<br />
EnEV 2002<br />
NEH<br />
Passivhaus<br />
Grafik: Solarpraxis AG<br />
1,05 €<br />
Energiekosten des Baustandards <strong>in</strong> €/(m²a)<br />
4,90 €<br />
6,65 €<br />
8,40 €<br />
15,40 €<br />
18 18,90 90 €<br />
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20<br />
€/( €/(m²a)<br />
² )<br />
36
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Unterschleißheim Büro<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
37
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Unterschleißheim Büro<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Anlagedaten:<br />
•Beheizte Fläche: 1.265 m²<br />
•Heizlast: 60 kW<br />
•Heizleistung WP: 38 kW<br />
= 63 % !!!<br />
bzw. 52 %<br />
bei Berücksichtigung<br />
der EVU-Abschaltung<br />
Brunnenanlage:<br />
•Teufe Förder- <strong>und</strong> Schluck~: je 10 m<br />
•Leistung Förderpumpe: P P1=1 =1 kW<br />
•Gr<strong>und</strong>wassertemperatur: 10 ... 14 °C<br />
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe 38 kW<br />
38
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Büro Unterschleißheim<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Förderbrunnen<br />
Wärmepumpe<br />
38 kW<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
M<br />
3~<br />
Elektroheizung<br />
21 kW<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Schluckbrunnen<br />
RLT-<br />
Anlage<br />
60 kW<br />
FB-<br />
Heizung<br />
1265 m²<br />
39
Arbeitszzahl<br />
ß<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Büro Unterschleißheim<br />
8,00<br />
7,00<br />
6,00<br />
5,00<br />
4,00<br />
3,00<br />
2,00<br />
1,00<br />
0,00<br />
Datum<br />
591 5,91<br />
Vollbenutzungsst<strong>und</strong>en: 2.500 h/a<br />
Stromverbrauch:<br />
Verbrauchskosten:<br />
16 16.900 900 kWh/a<br />
2.350 €/a = 1,85 €/m²/a<br />
Oder 12 12.400 400 l/a Heizöl<br />
= 10.540 €/a<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
40
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Reihenhaus München<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Heizung <strong>und</strong><br />
Warmwasser<br />
Wohnfläche 160 mm²<br />
Heizlast: 7,1 kW<br />
41
Gr<strong>und</strong>wasseranlage Reihenhaus München<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Förderbrunnen Schluckbrunnen<br />
Prof. Dipl.‐Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
WP<br />
Trennwärmetauscher<br />
42
Arbeitszahhl<br />
Gr<strong>und</strong>wasseranlage Reihenhaus München<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
22.10.22008<br />
25.11.22008<br />
29.12.22008<br />
01.02.22009<br />
07.03.22009<br />
10.04.22009<br />
14.05.22009<br />
17.06.22009<br />
Stromverbrauch: 2.526 kWh/a<br />
Verbrauchskosten: 353 €/a = 2,21 €/m²/a<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
21.07.22009<br />
24.08.22009<br />
27.09.22009<br />
31.10.22009<br />
04.12.22009<br />
07.01.22010<br />
10.02.22010<br />
15.03.22010<br />
18.04.22010<br />
22.05.22010<br />
ß Heizung= 4,7<br />
ß Gesamt= 4,5<br />
ß Warmwasser= 3,5<br />
43
Erdreichkollektoranlage Landhaus Half<strong>in</strong>g<br />
Heizung <strong>und</strong> Warmwasser für 300 m² Wohnfläche mit 400 m² Erdreichkollektor
Erdkollektoranlage Landhaus Half<strong>in</strong>g<br />
Solewärmepumpe 12 kW mit Frischwassersystem
Erdkollektoranlage E<strong>in</strong>familienhaus Half<strong>in</strong>g<br />
Erdreichkollektor<br />
400 m²<br />
WP<br />
FB-Heizung<br />
290 m²<br />
12 kW<br />
KW<br />
WW<br />
Frischwasser-System
Arbeitsz A zahl<br />
Erdkollektoranlage E<strong>in</strong>familienhaus Half<strong>in</strong>g<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
45 4,8 5,1 4,9<br />
4,5 46 45 45<br />
4,8 ,<br />
4,6<br />
4,2 4,1 4,1 4,1 4,3 4,5 4,5 4,4<br />
Jul<br />
Aug<br />
Sep<br />
Okt<br />
Nov<br />
Dez<br />
Jan<br />
Feb<br />
Mrz<br />
Apr<br />
Mai<br />
Jun<br />
Vollbenutzungsst<strong>und</strong>en: 3.200 h/a<br />
Stromverbrauch: 99.800 800 kWh<br />
Verbrauchskosten: 1.136 €/a = 3,92 €/m²/a<br />
Jahres~ Ja<br />
Oder 5.300 Heizöl<br />
= 44.505 505 €
Erdreichkollektor EFH Prien<br />
Wärmepumpenanlage mit 400 m² Erdreichkollektor<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk
Erdreichkollektor EFH Prien<br />
beheizte Fläche: 370 m²<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
400 m² Erdreichkollektor
Erdreichkollektor EFH Prien<br />
Aktuelle Verbrauchskosten:<br />
11.300 300 €/ €/a = 350€/ 3,50 €/m²a ²<br />
Ölheizung: 5.400 l<br />
= 4.590 €/a<br />
Erdreichwärmepumpe 17 kW<br />
mit it Warmwasserbereitung W b it <strong>und</strong> d<br />
Pufferspeicher<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk
Erdwärmesondenanlage K<strong>in</strong>dergarten Bernau<br />
Wärmepumpenanlage mit 10 Erdwärmesonden je 31 m<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
51
Erdwärmesondenanlage K<strong>in</strong>dergarten Bernau<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Anlagedaten:<br />
•Beheizte Fläche: 420 m²<br />
•Heizlast: 19,9 kW<br />
•Heizleistung g Wärmepumpe: p p 19,6 kW<br />
•Kälteleistung: 14,6 kW<br />
Erdwärmesonden:<br />
•Anzahl EWS: 10 Stck.<br />
•Tiefe Ti f EWS: EWS 31 m<br />
•EWS-Meter: 310 m<br />
•Entzugsleistung: 48 W/m<br />
52
Erdwärmesonden-Anlage Bernau<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Wärmepumpe p p<br />
19,6 kW<br />
10 EWS a 31 m<br />
6 kW<br />
19,9 kW<br />
FB-<br />
Heizung<br />
420 m²<br />
53
Arbbeitszahll<br />
ß<br />
Erdwärmesondenanlage K<strong>in</strong>dergarten Bernau<br />
5,00<br />
4,50<br />
4,00<br />
3,50<br />
3,00<br />
2,50<br />
200 2,00<br />
1,50<br />
100 1,00<br />
0,50<br />
0,00<br />
393 3,93<br />
4,39<br />
4,13<br />
4,43<br />
4,26 4,20<br />
4,39<br />
Vollbenutzungsst<strong>und</strong>en: 1.500 h/a<br />
St Stromverbrauch: b h 77.500 500 kWh/ kWh/a<br />
Verbrauchskosten: 1.042 €/a = 2,48 €/m²/a<br />
4,89<br />
4,19<br />
4,34<br />
Okt 99 Jan 00 Jan 00 Nov 00 Feb 01 Feb 01 Mai 01 Okt 01 Jan 02 bish ß<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Oder 4.050 Heizöl<br />
= 33.825 825 €/ €/a<br />
54
2011 Wärmepumpe bei Sanierung<br />
Warum ist diese Technik wirtschaftlich <strong>in</strong>teressant geworden?<br />
1. Energiepreisentwicklung<br />
2. Höhere energetische Effizienz durch Entwicklungen <strong>in</strong> der<br />
Wärmepumpentechnik<br />
11. Kältekreislauf �� Rekuperator<br />
2. Verdichtertechnik � Optimierungen<br />
3. Hochtemperatur-Kältemittel � R134a,<br />
R 290<br />
3. Erkenntnisse bei der Wärmequellentechnik<br />
1. Gr<strong>und</strong>wasser: Grenzwerte s<strong>in</strong>d bekannt<br />
2. Fläche des Erdreichkollektors konnte durch neue Technologie<br />
reduziert werden<br />
3. Erdwärmesonde hat sich etabliert<br />
4. Wärmequellenatlas<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
55
Ctt<br />
pro kWh Wärmme<br />
Steigerung der spezifischen Wärmepreise<br />
12,0 + 230 %<br />
Niedertemperatur<br />
10,0<br />
10,0 + 100 %<br />
Hochtemperatur<br />
10,0<br />
80 8,0<br />
6,0<br />
4,0<br />
2,0<br />
0,0<br />
4,2<br />
2,7<br />
1,6<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
4,4<br />
2,9<br />
1,7<br />
56 5,6<br />
6,8<br />
3,7 3,7<br />
7,1 7,1<br />
WP mit Radiatoren t Vmax =~60°C<br />
3,9 3,9 3,9<br />
WP mit Flächenheizung t Vmax =35°C<br />
2,2 2,2 2,3 2,3 2,3<br />
5,9<br />
8,1 ,<br />
4,6 4,6<br />
2,8 2,8<br />
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011<br />
Ölkessel Nutzungsgrad =85 % WP ß = 3 WP ß = 5<br />
5,0<br />
3,0
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
57
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
58
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim<br />
300 l<br />
E<strong>in</strong>rohr-Radiatoren-Heizung<br />
190 m² m KW<br />
8,4 kW<br />
Gr<strong>und</strong>wasser- G u d asse<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
G u d asse<br />
Förderbrunnen<br />
Schluckbrunnen<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
WP<br />
WW<br />
Frischwasser-System<br />
59
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
19.09.2005<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim<br />
19.11.2005<br />
19.01.2006<br />
19.03.2006<br />
19.05.2006<br />
19.07.2006<br />
19.09.2006<br />
19.11.2006<br />
19.01.2007<br />
19.03.2007<br />
19.05.2007<br />
Arbeitszahl<br />
19.07.2007<br />
Vollbenutzungsst<strong>und</strong>en: 2.818 h/a<br />
Stromverbrauch: 6.200 kWh/a<br />
Verbrauchskosten: 862 €/a = 4,53 €/m²/a<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
19.09.2007<br />
19.11.2007<br />
19.01.2008<br />
19.03.2008<br />
19.05.2008<br />
19.07.2008<br />
19.09.2008<br />
19.11.2008<br />
19.01.2009<br />
19.03.2009<br />
19.05.2009<br />
19.07.2009<br />
19.09.2009<br />
19.11.2009<br />
19.01.2010<br />
19.03.2010<br />
durchschnittliche<br />
Arbeitszahl<br />
ß= 4,4<br />
60
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage Doppelhaushälfte Rosenheim<br />
Beiheizte Fläche: 190 m²<br />
Bj.: 1984<br />
Heizlast: 13,6 kW � 71 W/m²<br />
Vor Sanierung:<br />
GGaskessel k l 21 kW<br />
Erdgasverbrauch: 38.000 kWh = 2.660 €/a<br />
Stromverbrauch: 1.000 kWh = 188 €/a<br />
Verbrauchskosten: 2.848 €/a<br />
Primärenergieverbrauch: 44.500 kWh/a<br />
Nach Sanierung:<br />
Wärmepumpe (W10/W55) 8,4 kW kW<br />
Stromverbrauch: 6.200 kWh/a<br />
Verbrauchskosten: 862 €/a<br />
Pi Primärenergieverbrauch: ä i b h 16 16.740 740 kWh/ kWh/a<br />
61<br />
50000<br />
40000<br />
30000<br />
20000<br />
10000 10000<br />
0<br />
Primärenergievergleich<br />
44.500 kWh/a<br />
Gaskessel Wärmepumpe<br />
Erdgas Strom<br />
16.740 kWh/a<br />
Verbrauchskostenvergleich<br />
3.000 €<br />
2.000 €<br />
1.000 €<br />
0 €<br />
2.848 €/a<br />
862 €/a<br />
Gaskessel Wärmepumpe<br />
Erdgas Strom
Gr<strong>und</strong>wasser-Wärmepumpenanlage DYWIDAG<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Daten:<br />
Bj. Gebäude: 1978<br />
Bj.: WP: 2001<br />
Beheizte Fläche: 40 40.000 000 m²<br />
Heizleistung WP: 840 kW<br />
62
4 Wärmepumpenmodule mit e<strong>in</strong>er Heizleistung <strong>von</strong> 840 kW E<strong>in</strong>spar E<strong>in</strong>sparungen: ngen<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
•Verbrauchskosten: 50 %<br />
•CO 2: 70 %<br />
63
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Beispiel Wärmepumpen - Contract<strong>in</strong>g im Altbau<br />
64
Beispiel Wärmepumpen<br />
Wärmepumpen-<br />
Contract<strong>in</strong>g g im Altbau<br />
Hochschule München 65<br />
Prof. Dipl.-Ing. W.<br />
Schenk
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe Hotel Prien<br />
Abwärme<br />
10 kW<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
36kW<br />
125 kW<br />
KW<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Förderbrunnen<br />
WW<br />
Frischwasser-System<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Schluckbrunnen<br />
66
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe Hotel Prien/Chiemsee<br />
Vor Sanierung:<br />
Ölkessel (2 Stck.): 320 kW<br />
Ölverbrauch: 65.000 l/a<br />
Vorlauftemperatur e<strong>in</strong>gestellt: 70 °C<br />
Verbraucher: - Radiatorenheizung<br />
- 2 Lüftungsanlagen<br />
Probleme: Verbrauchskosten<br />
Erdtank<br />
Geräuschbelästigung der Nachbarn durch Kühlanlage<br />
Nach Sanierung:<br />
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe 1 Schraubenverdichter: 125 kW<br />
mögl. Vorlauftemperatur mit R 134a: 65 °C<br />
DDurchlauferhitzer: hl f hit 36 kW<br />
Solewärmepumpe z. Abwärmenutzung 10 kW<br />
Besonderheiten:<br />
ke<strong>in</strong> Gr<strong>und</strong>wasser auf Gr<strong>und</strong>stück<br />
benötigte Vorlauftemperatur max.: 55 °C<br />
ke<strong>in</strong> technischer Speicher<br />
WWarmwasserbereitung: b it Fi Frischwassersystem<br />
h t<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
67
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olch<strong>in</strong>g<br />
Hochschule München 68<br />
Prof. Dipl.-Ing. W.<br />
Schenk
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 69
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olch<strong>in</strong>g<br />
27-Familienhaus: Ölkessel 320 kW<br />
6-Familienhaus: Ölkessel 60 kW<br />
Probleme:<br />
1. Hohe Heizkosten<br />
ÖÖlverbrauch:<br />
37.000 l/a<br />
Stromverbrauch: 10.000 kWh/a<br />
Wartung<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer<br />
2. Veraltete Ölheizung (Abgaswerte, Ölgeruch, anstehende Kam<strong>in</strong>sanierung)<br />
3. Dr<strong>in</strong>gender Raumbedarf im Keller<br />
Nach Sanierung:<br />
1 Heizzentrale + Fernwärmeleitung<br />
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe: 100 kW<br />
Elektrische Ergänzungsheizung: 36 kW<br />
Warmwasserbereitung: zentrales Frischwassersystem<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
70
Arbeeitszahl<br />
ß<br />
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olch<strong>in</strong>g<br />
4<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
3,3<br />
3,4 3,4<br />
3,5 3,5<br />
3,4 3,4<br />
3,5<br />
3,6 3,6<br />
Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez<br />
3,5<br />
3,4<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing.<br />
W. Schenk<br />
71
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olch<strong>in</strong>g<br />
Investitionskostenvergleich:<br />
Demontage<br />
Gr<strong>und</strong>wasser<br />
Wärmepumpe<br />
10.000 €<br />
Wärmepumpe 20.000 €<br />
Demontage<br />
Heizzentrale<br />
Kam<strong>in</strong>sanierung<br />
Gasanschluß<br />
Erdarbeiten<br />
<strong>Planung</strong><br />
Summe<br />
Gaskessel<br />
10.000 €<br />
25.000 €<br />
3.000 €<br />
5.000 €<br />
33.000 000 €<br />
5.000 €<br />
51.000 €<br />
Ei E<strong>in</strong>richtungen i ht<br />
Rohrleitungen<br />
Tr<strong>in</strong>kwasser<br />
El Elektro kt<br />
Brunnen <strong>und</strong><br />
Erdarbeiten<br />
HHeizmobil i bil<br />
<strong>Planung</strong><br />
Summe<br />
17 17.500 500 €<br />
17.000 €<br />
5.500 €<br />
5500€ 5.500 €<br />
8.000 €<br />
3000€ 3.000 €<br />
15.000 €<br />
101.500 €<br />
Mehrkosten: 50.500 €<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
72
Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpen-Anlage Wohnanlage Olch<strong>in</strong>g<br />
<strong>Betrieb</strong>s <strong>Betrieb</strong>s- <strong>und</strong> Verbrauchskosten-<br />
ges. thermischer Energiebedarf 320.000 kWh/a<br />
vergleich: Ölkessel<br />
<strong>Betrieb</strong>sgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Erdreich-<br />
Wärmepumpe<br />
Wartung, Kesselre<strong>in</strong>igung 300 € 200 €<br />
Tankre<strong>in</strong>igung anteilig 200 €<br />
Kam<strong>in</strong>kehrer 100 €<br />
Summe 600 € 200 €<br />
Verbrauchsgeb<strong>und</strong>ene Kosten:<br />
Wärmeerzeugung:<br />
Jahresarbeitszahl/-Nutzungsgrad 90% 33 3,3<br />
Strombedarf <strong>in</strong> kWh/a 96.970<br />
Strompreis (Misch~) pro kWh 0,15 €<br />
Stromkosten 14.545 €<br />
Bedarf <strong>in</strong> l/a, , m³/a bzw. <strong>in</strong> t/a 35556<br />
Preis <strong>in</strong> pro l, m³ bzw <strong>in</strong> t 0,85 €<br />
Brennstoffkosten pro Jahr 30.222 €<br />
Hilfsenergie:<br />
St Strombedarf b d f <strong>in</strong> i kWh/ kWh/a 6000 6.000 66.000 000<br />
Strompreis pro kWh 0,20 € 0,15 €<br />
Stromkosten pro Jahr 1.200 € 900 €<br />
Meßpreis/Gr<strong>und</strong>preis 100 €<br />
Summe 31 422 € 15 545 €<br />
Jährliche E<strong>in</strong>sparung: 16 16.000 000 € Summe 31.422 € 15.545 €<br />
Ges.-Summe 32.022 € 15.745 €<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W.<br />
Schenk<br />
73
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
74
Hochschule München Prof. 75 Dipl.-Ing. W. Schenk
Schneefernerhaus<br />
Kompressions-Kältemasch<strong>in</strong>e R290<br />
Sole-Luftwärmetauscher:<br />
1. ÜÜberschusswärme<br />
2. Wärmeaufnahme<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
76<br />
Löschwasser-<br />
Speicher<br />
Wärmepumpe<br />
R290
Abwasser-Wärmepumpenanlage Straub<strong>in</strong>g<br />
Nahwärmenetz mit Abwasserwärmepumpe:<br />
Heizleistung:<br />
Niedertemperatur: 200 kW<br />
Hochtemperatur: 50 kW<br />
Hochschule München Prof. 77 Dipl.-Ing. W. Schenk
Abwasser-Wärmepumpenanlage Straub<strong>in</strong>g<br />
Nahwärmenetz mit Abwasserwärmepumpe:<br />
Heizleistung:<br />
Niedertemperatur: 200 kW<br />
Hochtemperatur: 50 kW<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk Hochschule München<br />
78
Kühlung<br />
Effektivtemperatur [°C]<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Trend:<br />
Großprojekte rechnen sich durch<br />
Kühlung mit “Wärmequelle“<br />
Wärmequelle<br />
Leistungsabfall des Menschen <strong>in</strong> Abhängigkeit <strong>von</strong> der<br />
operativer Temperatur /Prof. Steimle/<br />
79
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
hydraulisches Schaltbild Heizen oder Kühlen (Hochtemperatur)<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Förderbrunnen<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
AAchtung: ht Taupunktregelung<br />
T kt l<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Schluckbrunnen<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
Alternativ:<br />
•Gr<strong>und</strong>wasserbrunnen<br />
•Erdreichkollektor<br />
•Erdwärmesonde<br />
80<br />
Kühlen<br />
Heizen
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
hydraulisches Schaltbild Heizen <strong>und</strong> Kühlen (Niedertemperatur)<br />
6°C/12°C 35°C/30°C<br />
17°C/20°C<br />
Bei Gr<strong>und</strong>wasser:<br />
•Komponenten des Kaltwasserkreises<br />
gr<strong>und</strong>wasserbeständig oder<br />
•Wärmeübertrager<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Förderbrunnen<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Bei Kältebedarf<br />
6°C/12°C<br />
Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Schluckbrunnen<br />
normal<br />
M<br />
Alternativ:<br />
•Gr<strong>und</strong>wasserbrunnen<br />
Gr<strong>und</strong>wasserbrunnen<br />
•Erdreichkollektor<br />
•Erdwärmesonde<br />
M<br />
Für Überschusswärme<br />
bei Kühlung 6°C/12°C<br />
M<br />
Für direkte Kühlung<br />
mit Wärmequelle<br />
Funktion e<strong>in</strong>es<br />
Rückkühlwerkes
Erdwärmesondenanlage Kempten<br />
Wärmepumpenanlage mit 6 Erdwärmesonden a 150 m<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
82
Erdwärmesonden-Anlage Ludwigshöhe<br />
+ Fußbodenheizungg<br />
+ zusätzlicher Badheizkörper<br />
+ hygienisches Frischwassersystem<br />
+ Kühlen aller Etagen g<br />
Überall Fußbodenheizung<br />
ggf. Wandheizung<br />
Max. Vorlauftemperatur: 35 °C<br />
Temperaturspreizung: 5K<br />
Ergänzungsheizung<br />
36 kW<br />
Taupunktregelung<br />
Hydraulischer<br />
Abgleich durch<br />
•Differenzdruckregler<br />
•Vore<strong>in</strong>stellung<br />
Schwebekörperdurchfussmengen-<br />
durchfussmengen<br />
messer<br />
Luftabscheider<br />
wasserdichte<br />
Mauerdurchführung<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Schw<strong>in</strong>gungsentkopplung<br />
Q = ca. 45 kW<br />
S0/W65<br />
Schw<strong>in</strong>gungsentkopplung<br />
t<br />
Schw<strong>in</strong>gmetall-<br />
Topfelemente<br />
+ Schalldämm-<br />
Unterlage<br />
technischer<br />
Speicher<br />
500 l<br />
83<br />
Puffer<br />
hygienisches<br />
Frischwasser-<br />
System<br />
Unterputzstation<br />
2.000 l t<br />
zusätzlicher<br />
Badheizkörper
Erdwärmesondenanlage Kempten<br />
5<br />
4,5<br />
4<br />
3,5<br />
3<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
05 0,5<br />
0<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Arbeitszahl<br />
Durchschnittliche Arbeitszahl: ß = 3,9<br />
84
Dienstleistungsgebäude Memm<strong>in</strong>gen Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Gebäudedaten:<br />
temperierte Fläche: 5.000 m²<br />
Heizlast: 172 kW<br />
Kühllast: 212 kW<br />
85
Dienstleistungsgebäude Hydraulik Heizen<br />
<strong>und</strong> Kühlen<br />
SSchmutzfänger h t fä<br />
50 kW<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
Bauteiltemperierung<br />
Taupunktregelung Taupunktregelung<br />
M<br />
M<br />
Förderbrunnen im SW<br />
M<br />
Schwebekörperdurchflussmengenmesser<br />
g<br />
+ Volumenstromregler<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Kühlen<br />
70 kW<br />
Heizen<br />
Schallentkopplung<br />
flexibler Anschluss<br />
M<br />
•Heizkörper<br />
Heizkörper<br />
•Lüftungsanlage<br />
Gegen Unterdruck dichte Brunnenhydraulik<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
M<br />
Serverräume<br />
bzw. Ganzjahreskälte<br />
Schluckbrunnen im NO<br />
mit Notüberlauf<br />
86
Dienstleistungsgebäude Heizen –<br />
Anmerkung: hier Darstellung der Arbeitszahl ohne Hilfsenergie<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
20.02.20009<br />
06.03.20009<br />
23.03.20009<br />
02.04.20009<br />
15.04.20009<br />
30.04.20009<br />
14.05.20009<br />
28.05.20009<br />
12.06.20009<br />
25.06.20009<br />
09.07.20009<br />
23.07.20009<br />
06.08.20009<br />
20.08.20009<br />
03.09.20009<br />
17.09.20009<br />
01.10.20009<br />
15.10.20009<br />
12.11.20009<br />
26.11.20009<br />
10.12.20009<br />
Verbrauchskosten für Wärmepumpe: 1,1 €/m²/a<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
ß = 6,2<br />
ß = 5,5<br />
Lüftung Heizkörper<br />
Bauteiltemperierung<br />
l<br />
87
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Erdwärmesondenanlage Büro <strong>und</strong> Lager Kolbermoor<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
hydraulisches Schaltbild Heizen oder Kühlen (Hochtemperatur)<br />
Kühllast: 100 kW<br />
37 kW<br />
13 EWS 111m ... 127m<br />
37 kW<br />
RLT- RLT<br />
Anlage<br />
FB-Heizung<br />
2.100 m²<br />
93 kW
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Erdwärmesondenanlage Bürogebäude Kolbermoor<br />
Ab Arbeitszahl it hl<br />
4. Oktt<br />
00<br />
10. Oktt<br />
00<br />
16. Oktt<br />
00<br />
19. Oktt<br />
00<br />
30. Oktt<br />
00<br />
06. Novv<br />
00<br />
10. Novv<br />
00<br />
14. Novv<br />
00<br />
17. Nov N<br />
20. Nov N<br />
22. Nov N<br />
23. Nov N<br />
27. Nov N<br />
07. Dez D<br />
21. Dezz<br />
00<br />
16. Jann<br />
01<br />
23. Jann<br />
01<br />
26. Jann<br />
01<br />
1.Feb..20 001<br />
05. Febb<br />
01<br />
19. Febb<br />
01<br />
09. Mrz z 01<br />
21. Mrz z 01<br />
04. Apr<br />
23. Aprr<br />
01<br />
02.05.20001<br />
31.099.01<br />
29.10.20001<br />
12. Nov N<br />
04.12.20001<br />
13.12.20001<br />
17.12.20001<br />
20.12.20001<br />
01.01.20002<br />
07.01.20002<br />
14.01.20002<br />
14.02.20002<br />
10.04.20002<br />
19.06.20002<br />
21.09.20002<br />
05.11.20002<br />
07.01.20003<br />
15.04.20003<br />
12.09.20003<br />
06.01.20004<br />
12.03.20004<br />
04.09.20004<br />
10.02.20005<br />
20.01.20008<br />
Laufzeit WP 1: 3.600 h/a<br />
Laufzeit WP 2: 100 h/a<br />
Stromverbrauch: 38.000 kWh/a<br />
Verbrauchskosten: 5.282 €/a = 2,5 €/m²/a<br />
ddurchschnittliche h h ittli h AArbeitszahl b it hl<br />
Büro: ß= 4,4<br />
Stromverbrauch zum Kühlen:<br />
1.900 kWh/a<br />
Verbrauchskosten:<br />
264 €/a = 0,13 €/(m² x a)
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Bürogebäude Perlach<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Gebäudedaten:<br />
temperierte Fläche: 7.500 m²<br />
Heizlast: 235 kW<br />
Kühllast: 250 kW<br />
91
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
92
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Hydraulik y Bürogebäude g<br />
Bauteiltemperierungg<br />
Perlach<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
M<br />
M<br />
M<br />
M<br />
M<br />
M<br />
Kühlen<br />
M<br />
Heizen<br />
93
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Investitionskosten Perlach<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
GGaskessel k l<br />
Kaltwassersatz 250 kW<br />
Rückkühlwerk<br />
Gaskessel 250 kW: 15.000 €<br />
Anschlusskosten: 6.000 €<br />
Schornste<strong>in</strong>: 5.000 €<br />
Kühlen<br />
Heizen<br />
GGr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe d ä<br />
Wärmetauscher Kühlung<br />
Brunnenanlage: 30.000 €<br />
Wärmepumpen 235 kW: 45.000 €<br />
Verrohrung, Armaturen, usw. 25.000 €<br />
Wärmetauscher Kühlung: 10 000 €<br />
Elektro <strong>und</strong> MSR 30.000 €<br />
Kaltwassersatz 250 kW: 40 40.000 000 € Wärmetauscher Kühlung: 10.000 €<br />
Kühlturm m. Zubehör 330 kW: 20.000 €<br />
Verrohrung, Armaturen, usw. 40.000 €<br />
Elektro <strong>und</strong> MSR 30.000 €<br />
Summe Invest: 156.000 €<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
Summe Invest: 140.000 €<br />
94
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Verbrauchskostenvergleich<br />
Bürogebäude Perlach<br />
Gaspreis: 0,52 €/m³<br />
Strompreis WP: 0,14 €/kWh<br />
Strompreis allg.<br />
Gebäudedaten:<br />
0,20 €/kWh<br />
temperierte Fläche: 7.500 m²<br />
Heizlast: 235 kW<br />
Kühllast: 250 kW<br />
HHeizwärmebedarf: i ä b d f 376 376.000 000 kWh/a kWh/<br />
(bvH= 1.600 h/a)<br />
Kältebedarf: 200.000 kWh/a<br />
(bvK= 800 h/a) )<br />
( vK<br />
45.000<br />
40.000<br />
35.000<br />
30.000<br />
25.000<br />
20.000<br />
15.000<br />
10.000<br />
5.000<br />
0<br />
40.925 €/a<br />
11.060 €/a<br />
Hochschule München Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
E<strong>in</strong>sparung<br />
29.865 €/a<br />
Kälte:<br />
Wä Wärme:<br />
Wärmeerzeugung:<br />
Gaskessel Gr<strong>und</strong>wasser-<br />
Kaltwassersatz Wärmepumpe<br />
Rückkühlwerk Gr<strong>und</strong>wasser<br />
(Verteilungsverl. vernachlässigt)<br />
Gasbedarf �Nutz = 95 % 38.917 m³/a<br />
Gaskosten 20.237 €/a<br />
Wärmepumpe ßH = 5 75.200 kWh/a<br />
Stromkosten 400 €/a 10.528 €/a<br />
Leistungs-/Messpreis 4.148 €/a 84 €/a<br />
Wärme : 24.785 €/a 10.612 €/a<br />
Kälteeerzeugung:<br />
Wasser aufbereitet 5.000 €/a<br />
Kältemasch<strong>in</strong>e ßK = 4 50.000 kWh/a<br />
Kühlwasserpumpe 33.200 200 kWh/a<br />
Ventilator 2.500 kWh/a<br />
Gr<strong>und</strong>wasserpumpe 3200 kWh/a<br />
(elektr. Leistung: 4 kW)<br />
Stromkosten 11.140 €/a 448 €/a<br />
Kälte: 16.140 €/a 448 €/a<br />
GGesamtsumme: t 40 40.925 925 €/ €/a 11 11.060 060 €/ €/a<br />
95
Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
CO 2-Emissionen<br />
2<br />
Spez. CO 2 –Emissionen Erdgas: 223 g/kWh<br />
Strom Stadtwerke München 2007: 375 g/kWh<br />
CO2-Emissioonen<br />
pro Jahrr<br />
<strong>in</strong> [t/a]<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
109 t/a<br />
Rückkühlwerk<br />
73 %<br />
29 t/a<br />
Kaltwassersatz Gr<strong>und</strong>wasser<br />
Gaskessel GW-Wärmepumpe p p<br />
Kälteerzeugung<br />
Wärmeerzeugung<br />
Gaskessel GW-Wärmepumpe<br />
Kaltwassersatz Gr<strong>und</strong>wasser<br />
Rückkühlwerk<br />
Wärmeerzeugung<br />
Wärmemenge 376.000 kWh/a 376.000 kWh/a<br />
Endenergie 395 395.789 789 kWh/a 75 75.200 200 kWh/a<br />
CO2-Emissionen 88 t/a 28 t/a<br />
Kälteerzeugung<br />
Kältemenge 200.000 kWh/a 200.000 kWh/a<br />
Endenergie 55.700 kWh/a 3.200 kWh/a<br />
CO2-Emissionen 21 t/a 1 t/a<br />
vgl. PKW<br />
E<strong>in</strong>sparung 80 t/a<br />
Verbrauch 6 l/100 km<br />
CO2-Emission 0,160 kg/km<br />
entspricht 498.428 km/a<br />
oder<br />
25 Autos a 20.000 km/a
schnee- <strong>und</strong> frostfreie Freiflächen: + ohne Salz<br />
+ ohne Schneepflug<br />
+ ohne Arbeit<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 97
Geothermische Frostfreihaltung<br />
Entlüfter<br />
möglichst an<br />
höchster Stelle<br />
Schwebekörperdurch‐<br />
flussmengenmesser<br />
Belüfter bei<br />
Δh>10m<br />
M<br />
Gr<strong>und</strong>wasserschluck‐<br />
brunnen<br />
Gr<strong>und</strong>wasser‐Fließrichtung<br />
M<br />
M<br />
M<br />
Temperaturfühler <strong>in</strong><br />
• Flächenheizungen<br />
•Außenluft<br />
Alle Kreise im Vor <strong>und</strong> Rücklauf<br />
jeweils e<strong>in</strong>zeln absperrbar<br />
Systemtrennung; Grädigkeit: 1 bis max. 2 K<br />
Schmutzfänger<br />
Gr<strong>und</strong>wasserförder‐<br />
Brunnen; alternativ: Düker<br />
Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk 98
Zusammenfassung<br />
<strong>Praxiserfahrungen</strong> beim E<strong>in</strong>satz <strong>von</strong><br />
Wärmepumpenanlagen<br />
Nachteile: Vorteile:<br />
1. bereichsübergreifender<br />
<strong>Planung</strong>saufwand<br />
2. Bei Erdwärmesonde oder<br />
Erdreichkollektor höhere<br />
IInvestitionskosten titi k t<br />
Ing.-Büro Prof. Dipl.-Ing. W. Schenk<br />
1. e<strong>in</strong>fache, störungsfreie<br />
Anlagentechnik<br />
2. 50 bis 70 % Verbrauchskostenreduzierung<br />
3. 60 bis 70 %<br />
Primärenergiee<strong>in</strong>sparung<br />
4. 60 bis 70 % CO 2 – Entlastung<br />
99<br />
5. zukunftsweisendes Heiz- <strong>und</strong><br />
Kühlsystem
100
Erneuerbare Energien Wärme Gesetz (Bauantrag ab 1.1.2009)<br />
16%<br />
14%<br />
12%<br />
10%<br />
8%<br />
6%<br />
4%<br />
2%<br />
0%<br />
Anteil erneuerbarer Energien<br />
Wärmemarkt<br />
6%<br />
14%<br />
2.008 2.020<br />
11. Solarthermische Anlage<br />
2. Biomasse<br />
3. Geothermie <strong>und</strong> Umweltwärme<br />
4. Ersatzmaßnahmen<br />
Ing.‐Büro Prof. Dipl.‐Ing. W. Schenk
Erneuerbare Energien Wärme Gesetz<br />
3. Geothermie <strong>und</strong> Umweltwärme = Wärmepumpe<br />
�� m<strong>in</strong>destens 50 % Deckung<br />
� Wärme- <strong>und</strong> Stromzähler<br />
�B �Berechnung h dder AArbeitszahl b it hl mit it anerkannten k t RRegeln l dder TTechnik h ik<br />
(�VDI 4650)<br />
1. M<strong>in</strong>destarbeitszahl Luftwärmepumpe: ß = 3,5<br />
2. M<strong>in</strong>destarbeitszahl Erdreich- <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe: ß = 4<br />
Wenn Warmwasser auch mit Wärmepumpe oder mit anderer reg. Energie<br />
1. M<strong>in</strong>destarbeitszahl Luftwärmepumpe: ß = 3,3<br />
22. M<strong>in</strong>destarbeitszahl Erdreich- Erdreich <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>wasserwärmepumpe: ß = 38 3,8<br />
Ing.‐Büro Prof. Dipl.‐Ing. W. Schenk
Erneuerbare Energien Wärme Gesetz<br />
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