Gekoppelte Kälte- und Wärme - Huber Energietechnik AG

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Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung......................................................................................................................................................1 1.1 Motivation...................................................................................................................................................................................... 1 1.2 Gewerbekälte / Klimakälte ............................................................................................................................................................ 1 1.3 Wärmepumpe / Kältemaschine..................................................................................................................................................... 2 1.4 Erdwärmesonde............................................................................................................................................................................ 3 1.5 Kennzahlen ................................................................................................................................................................................... 4 1.5.1 Definitionen ...................................................................................................................................................................... 4 1.5.2 Getrennte Kälte- und Wärmeerzeugung (Zwei-Maschinen-Lösung)................................................................................ 5 1.5.3 Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung (Ein-Maschinen-Lösung) ............................................................................... 5 1.5.4 Systemoptimierung .......................................................................................................................................................... 6 1.6 Energetischer Systemvergleich .................................................................................................................................................... 6 2 Systemwahl ..................................................................................................................................................8 2.1 Systematik der Kälte- und Wärmeerzeugung ............................................................................................................................... 8 2.2 Einbindung der Erdwärmesonde in die Haustechnik .................................................................................................................... 9 2.2.1 Erdwärmesonde zum Kühlen ohne Wärmepumpe .......................................................................................................... 9 2.2.2 Erdwärmesonde zum Kühlen und Heizen mit Wärmepumpe .......................................................................................... 9 2.2.3 Regeneration der Erdwärmesonden .............................................................................................................................. 10 2.3 Systemauswahl........................................................................................................................................................................... 12 2.4 Planungsvorgehen...................................................................................................................................................................... 13 3 Wärme- und Kältebedarf ...........................................................................................................................15 3.1 Wärmebedarf .............................................................................................................................................................................. 15 3.1.1 Wärmeleistungsbedarf Gebäude ................................................................................................................................... 15 3.1.2 Wärmeleistungsbedarf Warmwasser ............................................................................................................................. 15 3.1.3 Gesamter Wärmeleistungsbedarf .................................................................................................................................. 15 3.2 Kältebedarf.................................................................................................................................................................................. 16 3.2.1 Kühlleistungsbedarf Gebäude........................................................................................................................................ 16 3.2.2 Kühlenergiebedarf Gebäude .......................................................................................................................................... 16 3.2.3 Kühlleistungsbedarf Gewerbekälte ................................................................................................................................ 16 3.2.4 Kühlenergiebedarf Gewerbekälte................................................................................................................................... 17 3.2.5 Gesamter Kühlleistungsbedarf....................................................................................................................................... 17 3.2.6 Wärme- und Kühlleistungsbedarf in Funktion der Aussentemperatur ........................................................................... 18 3.3 Bilanz der Erdwärmesonde......................................................................................................................................................... 19 3.3.1 Leistungsbilanz der Erdwärmesonde ............................................................................................................................. 19 3.3.2 Wärmeentzug aus der Erdwärmesonde......................................................................................................................... 19 3.3.3 Wärmeeintrag in die Erdwärmesonde............................................................................................................................ 19 3.3.4 Energiebilanz der Erdwärmesonde ................................................................................................................................ 20 4 Komponentenauslegung...........................................................................................................................22 4.1 Wärmepumpe ............................................................................................................................................................................. 22 4.2 Erdwärmesonden........................................................................................................................................................................ 23 4.2.1 Quellen- und Rücklauftemperaturen .............................................................................................................................. 23 4.2.2 Dimensionierung von Erdwärmesondenfeldern ............................................................................................................. 24 4.3 Warmwasser- und Heizungsspeicher ......................................................................................................................................... 27 4.3.1 Warmwasserspeicher..................................................................................................................................................... 28 4.3.2 Heizungsspeicher........................................................................................................................................................... 28 4.4 Wärmeübertrager........................................................................................................................................................................ 30 4.5 Umwälzpumpe ............................................................................................................................................................................ 31 5 Beispiel Autobahnraststätte Grauholz.....................................................................................................33 5.1 Anlagedaten................................................................................................................................................................................ 33 5.2 Zusammenfassung des Planungsvorgehens.............................................................................................................................. 34 6 Schlussfolgerungen...................................................................................................................................36 6.1 Kennwerte................................................................................................................................................................................... 36 6.1.1 Gesamtleistungszahl GLZ.............................................................................................................................................. 36 6.1.2 Gesamtarbeitszahl GAZ................................................................................................................................................. 36 6.2 Planungsvorgehen...................................................................................................................................................................... 36 6.2.1 Beispielanlage Grauholz ................................................................................................................................................ 36 6.2.2 Systemauslegung........................................................................................................................................................... 36 6.3 Dimensionierung ......................................................................................................................................................................... 37 6.3.1 Wärmepumpe................................................................................................................................................................. 37 6.3.2 Erdwärmesonden ........................................................................................................................................................... 37 6.3.3 Wärmespeicher .............................................................................................................................................................. 37 6.3.4 Umwälzpumpen ............................................................................................................................................................. 37 7 Symbolverzeichnis.....................................................................................................................................39 8 Literatur.......................................................................................................................................................41 9 Anhang........................................................................................................................................................42
Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden Inhaltsverzeichnis 9.1 Simulationstools.......................................................................................................................................................................... 42 9.2 Vergleich Modell – Messungen der Autobahnraststätte Grauholz.............................................................................................. 44 9.3 Warmwasserbedarf..................................................................................................................................................................... 46 9.4 Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung ............................................................................................................................ 47 9.5 Ähnlichkeitsgesetze von Erdwärmesonden ................................................................................................................................ 50 9.6 Temperatur-Sprungantworten..................................................................................................................................................... 54 9.7 Kühlleistung und Energieverbrauch von Kühl- und Tiefkühlmöbeln ........................................................................................... 55 9.8 Umwälzpumpen .......................................................................................................................................................................... 56 10 Stichwortverzeichnis .................................................................................................................................59
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