Gekoppelte Kälte- und Wärme - Huber Energietechnik AG

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Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden 6. Schlussfolgerungen 6.3 Dimensionierung 6.3.1 Wärmepumpe • Anlagen mit Direktkühlung sind energetisch besser als Anlagen mit Kälte-Zwischenkreisläufen, benötigen aber grössere Mengen an Kältemitteln. • Gekoppelte Anlagen erreichen in der Regel höhere GAZ, selbst wenn die Leistungszahlen COP und EER tiefer sind. • Bei gekoppelten Anlagen muss die Wärmepumpe so dimensioniert werden, dass sie sowohl die Auslegungs-Kälteleistung als auch die Auslegungs-Wärmeleistung erbringen kann. Dazu werden Heizleistungsbedarf und Rückkühlleistung verglichen. 6.3.2 Erdwärmesonden • Die Erdwärmesonden sind so auszulegen, dass die Sonden-Rücklauftemperatur nie höher als die Kondensationstemperatur und nie tiefer als die Verdampfertemperatur oder die Frostgrenze des Sondenfluids liegt. • Für die Abschätzung der Sonden-Rücklauftemperatur eignet sich die in diesem Handbuch vorgestellte Handrechenmethode. Die Methode benützt die analytische Erdwärmesondengleichung, die auf der Theorie der dimensionslosen Sprungantworten von Eskilson (1987) basiert. Damit lassen sich Einzelsonden oder ganze Sondenfelder berechnen. • Für die Dimensionierung der Erdwärmesonden mit Hilfe eines PCs eignet sich das Programm EWS (Huber und Pahud, 1999b). • Vergleiche mit Messungen (cf. Bild 4.7) zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Auslegung mit der Handrechenmethode bzw. dem Programm EWS. 6.3.3 Wärmespeicher • Bei gekoppelten Anlagen lässt sich, im Gegensatz zu ungekoppelten Anlagen, mit Hilfe von Wärmespeichern Endenergie einsparen. • Der Wärmespeicher sollte derart dimensioniert werden, dass im Speicher der Anteil der Rückkühlwärme aufgenommen werden kann, der momentan nicht für Heizzwecke benötigt wird, aber innerhalb der Dimensionierungsperiode wieder zu Heizzwecken verwendet werden kann. Als Dimensionierungsperiode für Speicher wird in der Regel 1 Tag genommen. • Die Speicher sind energetisch dann optimal ausgelegt, wenn die Gesamtleistungszahl GLZ innerhalb einer Betrachtungsperiode nicht mehr über den optimalen Punkt hinaus pendelt (cf. Kap. 4.3.2). • Im optimalen Betriebspunkt wird die ganze "produzierte" Kälte und Wärme genutzt oder für eine spätere Verwendung gespeichert. • Pendelt in der Betrachtungsperiode der Betriebspunkt nicht mehr über den optimalen Punkt hinaus, so bringt eine Speichervergrösserung keine Energieeinsparung mehr, erhöht aber die Speicherverluste. 6.3.4 Umwälzpumpen • Bei den Hilfsaggregaten benötigen die Umwälzpumpen am meisten Energie. Im untersuchten Beispiel senken die Hilfsaggregate die GAZ von 2.9 auf 2.1. Der Einfluss der Umwälzpumpen auf den Strombedarf wird generell unterschätzt. • Gekoppelte Anlagen benötigen nicht mehr Hilfsenergie als ungekoppelte Anlagen. • Umwälzpumpen haben ein grosses Energiesparpotential. • Die Umwälzpumpen im Sondenkreislauf können mit Hilfe des Programms EWSDRUCK (Huber, 1999) optimiert werden. 37
Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden 6. Schlussfolgerungen Tabelle 6.1: Energetischer Systemvergleich zwischen konventioneller Anlage, ungekoppelter und gekoppelter Anlagen. Konventionelle Anlage: Ölheizung für Warmwasser und Heizung, Kältemaschine für Klimakälte und Kältemaschine für Gewerbekälte Ungekoppelte Anlage: separate Wärmepumpe für Heizen, Kältemaschine für Klimakälte und Kältemaschine für Gewerbekälte Gekoppelte Anlage: Wärmepumpe mit Erdwärmesonde für Heizen und Kühlen Kälte Klimakälte Kühlobjekte Tiefkühlobjekte Kältemaschine Kältemaschine Öl/Gaskessel Abwärme Abwärme Wärme Warmwasser Heizung Lüftung Heizenergiebedarf: 536 GJ Kühlenergiebedarf: 451 GJ Ölbedarf (18'600 Liter): 670 GJ Strombedarf Kälte: 225 GJ Strombedarf Hilfsaggregate: 95 GJ Endenergiebedarf total: ** 990 GJ EER Kälteanlage: 2.0 Wirkungsgrad Ölheizung: 80% Gesamtarbeitszahl GAZ: 1.1 (GAZ mit Hilfsaggregaten: 1.0) Kälte Klimakälte Kühlobjekte Tiefkühlobjekte Kältemaschine Kältemaschine Wärmepumpe Erdwärmesonde Abwärme Abwärme Wärme Warmwasser Heizung Lüftung Heizenergiebedarf: 536 GJ Kühlenergiebedarf: 451 GJ Strombedarf Wärme: 179 GJ Strombedarf Kälte: 225 GJ Strombedarf Hilfsaggregate: 127 GJ Endenergiebedarf total: ** 531 GJ EER Kälteanlage: 2.0 COP Wärmepumpe: 3.0 Gesamtarbeitszahl GAZ: 2.4 (GAZ mit Hilfsaggregaten: 1.85) Kälte Klimakälte Kühlobjekte Tiefkühlobjekte Kältemaschine / Wärmepumpe Erdwärmesonde Wärme Warmwasser Heizung Lüftung Heizenergiebedarf: 536 GJ Kühlenergiebedarf: 451 GJ Strombedarf Wärme + Kälte: 339 GJ Strombedarf Hilfsaggregate: 127 GJ Endenergiebedarf total: ** 466 GJ EER Wärmepumpe: 1.5 COP Wärmepumpe: 2.5 Gesamtarbeitszahl GAZ: 2.9 (GAZ mit Hilfsaggregaten: 2.1) ** inklusive Hilfsaggregate 38
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