Vielseitig, effizient und umweltschonend: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Klimatisierung – Warum und wie? Thermodynamische und technische Grundlagen Gasklimageräte – Aufbau und Funktionsweise Technische und wirtschaftliche.
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Vielseitig, effizient und umweltschonend: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Klimatisierung – Warum und wie? Thermodynamische und technische Grundlagen Gasklimageräte – Aufbau und Funktionsweise Technische und wirtschaftliche Vorteile Einsatzgebiete – Beispiele ausgeführter Anlagen Hinweise zur Planung und Auslegung Stand 12/2003 Hinweise Dieser Vortrag basiert auf der Broschüre Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten* In dieser Broschüre werden die nachfolgend angesprochenen Themen detailliert und ausführlich beschrieben. * In diesem Vortrag und in der genannten Broschüre wird mit dem Begriff „Gasklimagerät“ eine Gruppe von Kompressionskältegeräten bezeichnet, die die Funktionen Heizen, Kühlen und Entfeuchten erfüllen und deren Kompressor mit einem Erdgas-Verbrennungsmotor angetrieben wird. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 2 Kälte- und Klimatisierungsbedarf steigt Höhere Wärmebelastungen durch • den Trend zur Glasarchitektur • verbesserten Wärmeschutz (EnEV) • innere Wärmequellen z.B. Computer und wachsende Komfortansprüche sowie der Klimawandel führen zu einem deutlich steigenden Kälte- und Klimatisierungsbedarf Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 3 Heizen und Kühlen mit einem System Heute werden Heiz- und Kühlbedarf in Gebäuden in der Regel über getrennte Anlagen gedeckt. • Das Heizen erfolgt mit einem öl- oder gasbefeuerten Wärmeerzeuger. • Die Kühlung übernimmt eine elektrisch angetriebene Anlage. Alternative: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Ein System mit Heiz- und Kühlfunktion Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 4 Heizen und Kühlen mit einem System Gasklimageräte sorgen nicht nur für Kühlung, sondern übernehmen zudem in der übrigen Zeit die Wärmeerzeugung für die Heizung Verzicht auf konventionellen, zusätzlichen Heizkessel möglich, wenn die vom Gasklimagerät bereitgestellten Heiz- und Kälteleistungen dem Bedarf des Gebäudes entsprechen, d.h. Heiz- und Kälteleistungsbedarf ähnlich hoch sind. Gasklimageräte sind beim Austausch vorhandener Kälteanlagen eine interessante Alternative. Muss nur das Außengerät ersetzt werden, lassen sich bestehende Verteilungsnetze und Übergabegeräte vielfach weiter verwenden. Durch die Kombination von Gasklimageräten mit Hydraulik-Übergabestationen können auch vorhandene Kaltwasserverteilungsnetze weiter genutzt werden. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 5 Thermodynamische Grundlage Basis für Klimatisierungssysteme ist der Kaltdampfprozess In einem geschlossenen Kreislauf nimmt ein Kältemittel beim Verdampfen auf niedrigem Druck- und Temperaturniveau Wärme aus der Umgebung auf. Der entstandene Kältemitteldampf wird in einem Verdichter unter Zufuhr von Antriebsenergie auf ein höheres Druckniveau komprimiert, wobei auch das Temperaturniveau ansteigt. Im Kondensator verflüssigt sich das Kältemittel wieder und setzt Wärme frei. Über ein Druckreduzierventil wird das flüssige Kältemittel entspannt und kühlt dabei weiter ab. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 6 Gasmotorischer Kaltdampfprozess Heizfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpe Der Verdampfer nutzt die Wärme aus der Umgebungsluft sowie Abwärme des Gasmotors zum Verdampfen des Kältemittels. Das erwärmte Kältemittel wird im Verdichter auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau gebracht. Im Kondensator wird die Wärme freigesetzt. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 7 Gasmotorischer Kaltdampfprozess Kühlfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Kälteanlage Im Verdampfer wird dem zu kühlenden Gebäude bzw. dem Wärmeträgermedium durch den Verdampfungsprozess des Kältemittels Wärme entzogen. Der Kältemitteldampf transportiert die aufgenommene Wärme zum Verdichter, bevor sie über den Kondensator an die Umwelt abgegeben wird. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 8 Multisplitsystem mit Gasklimagerät Splitsystem - Räumliche Trennung des Prozesses in durch Kältemittelleitungen verbundene Außeneinheit und Innengeräte Außeneinheit: Gasmotor, Kältemittelverdichter Verdampfer in Heizfunktion Kondensator im Kühlbetrieb Innengeräte: Kondensator (Heizfunktion) / Verdampfer (Kühlbetrieb) Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 9 Gasklimagerät im Heizbetrieb Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den InnenGeräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder ein Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 10 Gasklimagerät im Kühlbetrieb Im Kühlbetrieb wird die Fließrichtung umgedreht: Das flüssige Kältemittel wird zum Raum transportiert, verdampft in den Innengeräten, nimmt dabei Wärme aus dem Raum auf und führt sie über den Kondensator nach außen ab. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 11 Gasklimagerät mit Kältemittelkreislauf Gasmotorisch betriebene Klimageräte können in Split- bzw.Multisplitanlagen eingesetzt werden, die nach dem VRF-Prinzip (VRF = Variable Refrigerant Flow) arbeiten, d.h. in Anlagen mit veränderlichem, dem Bedarf angepassten Kältemitteldurchfluss und Direktexpansion des Kältemittels in den Innengeräten. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 12 Gasklimagerät mit Wassersystem Wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme sind in Deutschland noch stärker verbreitet als VRF-Systeme. Für diese Einsatzfälle können die Gasklimageräte zusammen mit einer Hydraulik-Übergabestation eingesetzt werden. Diese Übergabestation bildet die Schnittstelle zwischen dem Kältemittelkreislauf und dem hydraulischen Netz, mit dem die Innengeräte versorgt werden. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 13 Vorteil Gasklimagerät – Verbesserte Heizfunktion Aufgrund der Nutzung der Gasmotorabwärme im Heizbetrieb verbessert sich die Effizienz der Heizfunktion gegenüber elektrisch angetriebenen Systemen. Bei niedrigen Außentemperaturen (T < 7 °C) erfolgt ein nur geringer Leistungsabfall, daher wird eine nahezu konstant hohe Heizleistung selbst bei Außentemperaturen von minus 15 °C sichergestellt. Nach kurzer Aufheizzeit steht die volle Geräteleistung zur Verfügung. + Auch bei tiefen Außentemperaturen keine Unterbrechung des Heizbetriebes für Abtauvorgänge. Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 14 Vorteil Gasklimagerät – Umweltvorteile Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung • Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten • Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 % Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 15 Vorteil Gasklimagerät – Wirtschaftlichkeit Beispielrechnung (Vollkostenrechnung VDI 2067) Ersparnis 1.210 € pro Jahr Weitere Vorteile: • Keine zusätzliche elektr. Leistungsaufnahme bzw. keine Erhöhung des elektr. Leistungsbezuges • Geringere Energiekosten für Erdgas führen zu günstigen Betriebskosten Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 16 Gasklimageräte – Vorteile auf einen Blick Technische Vorteile • Langjährig bewährte Gerätetechnik • Hohe Zuverlässigkeit und wartungsarmer Betrieb • Flexible Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Motors • Individuelle Regelungsmöglichkeiten • Nur geringer Heizleistungsabfall bei tiefen Außentemperaturen (T < 7 °C) • Kurze Aufheizphase des Motors führt zu schneller Leistungsverfügbarkeit • Keine Unterbrechung des Heizbetriebes durch Verdampferabtauung • Zahlreiche Innengeräteoptionen für Wärme- und Kälteübertragung Wirtschaftliche Vorteile • Kostengünstige Alternative zu konventionellen Technologien • Niedrige Energiekosten • Keine Erhöhung der elektrischen Leistungsaufnahme • Verzicht auf konventionelle Heizung in vielen Fällen möglich • Lange Wartungsintervalle führen zu niedrigen Servicekosten Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 17 Gasklimageräte – Einsatzbereiche • Hotels / Restaurants • Büro- und Verwaltungsgebäude • Kundenzentren, z.B. Banken, Versicherungen,... • Klimatisierung von EDV-Räumen • Gewerbebetriebe • Ladenlokale, Supermärkte, Einkaufszentren, Kaufhäuser, Autohäuser, ... • Ausstellungs- und Veranstaltungsräume • Krankenhäuser • Heizen und Kühlen bei Produktionsprozessen Optionen für die Wärme- und Kälteübertragung • Split- bzw. Multisplitanlagen mit VRF-Systemen (Kältemittel) Innengeräte z.B.: Deckengeräte (Einbau / Unterbau), Wandgeräte, Standgeräte (sichtbar / verkleidet), Textilschlauchsysteme • Klimasysteme mit Wasser als Trägermedium Innengeräte z.B.: Fan Coils, Hydro-Deckengeräte, Kühl-Heizdecken Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 18 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten Volksbank Rhein-Ahr-Eifel e.G., Adenau Verwaltungsgebäude Energieversorgung Filstal GmbH&Co. KG Göppingen Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 19 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten Verwaltungsgebäude und Werkstatt Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH Berlin Shell-Tankstelle Rheinbach Dachaufstellung des Außengerätes Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 20 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Deckeneinbaugeräte im Kundenzentrum der Stadtwerke Neuss GmbH, Neuss Fan Coils (Wassersystem) im Verwaltungsgebäude der Firma Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH, Berlin Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 21 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Klimatisierung mit einem Textilschlauchsystem in einem Großraumbüro Wandgerät in einem Seminarraum Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 22 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Verkaufsraum eines Autohauses - Klimatisierung mit einem Textilschlauchsystem Deckenkassette in einem Bekleidungsgeschäft Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 23 Gasklimageräte – Einsatzbeispiele Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Klimatisierung eines Veranstaltungsraumes mit einem Textilschlauchsystem Deckeneinbaukassetten in einem Hotel und einem Restaurant Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 24 Gasklimageräte – Planung und Auslegung Durch Aufteilung der Kühl- bzw. Heizleistung auf mehrere Außengeräte • können Anlagen mit größeren Leistungen realisiert werden • kann eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet werden • kann eine optimale Auslastung der Geräte erreicht werden • kann die Anlage gesplittet und an verschiedenen Orten installiert werden Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 25 Gasklimageräte – Planung und Auslegung Aufstellung und Leitungslängen • Aufstellung der Außengeräte im Freien ohne Schutz möglich, da wetterfest • Leitungslänge zwischen Außengerät und entferntestem Innengerät bis zu 150 m, maximal 30 m ab dem ersten Abzweig • maximaler Höhenunterschied zwischen dem Außengerät und den Innengeräten bis zu 50 m, zwischen den Innengeräten bis zu 15 m Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 26 Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 27 Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse An eine Außeneinheit können je nach Gerätetyp und Leistung bis zu 30 Innengeräte angeschlossen werden. Anschlussleitungen Außengerät: (v.l.n.r.) Kondenswasser, Kältemittel (flüssig), Kältemittel (gasförmig), Strom und Gas Außengerät und Hydraulik-Übergabestation Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 28 Gasklimageräte – Produkte und Ansprechpartner AISIN Seiki Berndt Kältetechnik Gelsdorf Tel: 02225 / 9132-0 www.gas-thermodynamik.de Panitz Haustechnik Lieskau Tel: 0345 / 5511696 www.klima-mit-gas.de Mitsubishi Heavy Industries Stulz Klimatechnik Hamburg Tel: 040 / 5585-252 www.stulz.de Sanyo Alfred Kaut Wuppertal Tel: 0202 / 2682-0 www.kaut.de Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten 29