Gekoppelte Kälte- und Wärme - Huber Energietechnik AG

Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden 5. Beispiel
Erstens kann die Leistung der Anlage variiert
werden. Dafür stehen insgesamt 6 Kompressoren
zur Verfügung – je zwei pro Kälteniveau.
Zweitens erfolgt die Wärmeentnahme mehrstufig.
Das höchste Druckniveau (Überhitzung) dient der
Wasserwärmung, das mittlere (Kondensation) der
Raumheizung und das tiefste (Unterkühlung) der
Abgabe der Überschusswärme.
Und drittens erfolgt die Verdampfung des Kältemittels
direkt in den Kühlobjekten.
Während die Qualität einer Wärmepumpe üblicherweise
durch das Verhältnis von Wärmenutzen
zu Elektrizitätseinsatz definiert wird (COP
bzw. EER), muss für die gekoppelte Erzeugung
von Wärme und Kälte die Summe von Wärme-
und Kältenutzen ins Verhältnis zum Stromeinsatz
gesetzt werden. Die so bestimmte Gesamtleistungszahl
(GLZ) erreicht für die vorgestellte Anlage
im Jahresmittel einen Wert von rund 3.5. Im
Vergleich zu einer konventionellen Anlage, bei der
die Wärmepumpe und die Kältemaschine getrennt
funktionieren, kann die Energieeffizienz damit
massgeblich verbessert werden.
Wenn Erdwärmesonden für Kühl- und Heizzwecke
eingesetzt werden, geschieht die Dimensionierung
der Sonden nach den Kondensator-
und Verdampfertemperaturen: Die Sole darf weder
gefrieren noch die Kondensationstemperatur
der Wärmepumpe übersteigen. Bei der Dimensionierung
der Wärmepumpe hingegen muss die
höhere der beiden Lasten berücksichtigt werden.
Im Grauholz ist dies der Kühlleistungsbedarf. Er
beträgt rund 87 kW. Massgebend für die Sondenbemessung
war aber nicht der volle Kälteleistungsbedarf,
sondern nur derjenige Anteil, der
nicht zur Wassererwärmung verwendet wird. Die
Raststätte weist einen hohen Verbrauch an
Warmwasser auf, zu dessen Bereitstellung permanent
Energie benötigt wird.
Vergleicht man nun den Wärmeeintrag ins Erdreich
im Sommer mit der Wärmeentnahme im
Winter, so ergibt sich ein Eintragsüberschuss von
144 GJ/a. Dies entspricht immerhin einer Dauerleistung
von 4.5 kW, mit der das Erdreich erwärmt
wird. Langfristig könnte dies die Kühlfunktion des
Erdreiches beeinträchtigen. Aus diesem Grund
verfügt die Anlage über ein System zur Regeneration
des Erdreichspeichers: In der Nacht wird den
Erdwärmesonden im Sommer Wärme entnommen
und mittels eines Wärmeübertragers über die
Gebäudefortluft abgeführt.
Bild 5.2 Autobahnraststätte Grauholz (Planung und Ausführung KWT, Schema mit Auslegetemperaturen,
thermostatische geregelte Expansionsventile direkt bei Kühlstellen).
5.2 Zusammenfassung des
Planungsvorgehens
Mit Hilfe von Tabelle 5.1 und dem Planungsablauf
in Bild 2.14 kann die Wärmepumpe dimensioniert
werden. Zur Berechnung des Erdwärmesondenfeldes
sind zusätzlich noch Computerprogramme
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