Heizen und Kühlen mit Erdgas

1. Heizen und Kühlen mit Erdgas ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V., Kaiserslautern, www.asue.de

2. Inhalt des Vortrags 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas  Technik  Marktpotential  Primärenergiebedarf senken - Umwelt entlasten  Vorteile  Geräteangebot  Geeignete Einsatzfälle  Wirtschaftlichkeit  Hürden 3. Gasklimageräte auch für Querverbundunternehmen sinnvoll 4. Markterschließung – Unterstützung durch EVUs notwendig! 5. Umgesetzte Projekte in Deutschland

3. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen Der Klimatisierungsbedarf steigt: • Höhere Wärmebelastungen durch - den Trend zur Glasarchitektur - verbesserten Wärmeschutz (EnEV) - innere Wärmequellen (z.B. Computer) - wachsende Komfortansprüche (vgl. Auto) • Aktuelle Rechtsprechung (Arbeitsstättenverordnung)

4. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen 1. Ganzjährigangenehmes Raumklima 2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik Forderungen des Bauherrn

5. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen 1. Ganzjährigangenehmes Raumklima 2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik Forderungen des Bauherrn Konventionell: Heizkessel und el. Raumklimageräte

6. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen . Q QLuft 1. Ganzjährigangenehmes Raumklima 2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik Forderungen des Bauherrn Heizen und Kühlen mit Stromwärmepumpe (Multi-Splitsystem)

7. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen . QLuft . +QMotor 1. Ganzjährigangenehmes Raumklima 2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik Forderungen des Bauherrn Heizen und Kühlen mit Gaswärmepumpe (Multi-Splitsystem)

8. 1. Klimatisierungsbedarf und prinzipielle Systemlösungen 1. Ganzjährigangenehmes Raumklima 2. Wirtschaftliche Heiz- und Kühltechnik Forderungen des Bauherrn Heizen und Kühlen mit Gasabsorptions- wärmepumpe . QWasser/Boden

9. 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas „Gasklimageräte“ (= Gasmotorwärmepumpen) • Sehr hoher Nutzungsgrad (Leistungszahl ca. 1,4) im Heizfall. • Technisch ausgereifte Geräte sind verfügbar. • Monovalentes Heizen und Kühlen von Gebäuden mit Heizleistungen von 18 bis 67 kW möglich (Kühlleistungen 14 bis 56 kW).

10. 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas Ventilator Wärmeübertrager Luft Kraftstoff(z.B. Erdgas) Gasmotor Sammler Ölfilter zu den Inneneinheiten Platten-Wäremübertrager Quelle: Kaut/Sanyo Verdichter

11. 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas Beispiele für die Aufstellung der Außengeräte Shell-Tankstelle Rheinbach Dachaufstellung des Außengerätes Verwaltungsgebäude Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG Göppingen

12. 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Klimatisierung eines Veranstaltungsraumes mit einem Textilschlauchsystem Deckeneinbaukassetten in einem Hotel und einem Restaurant

13. 2. Heizen + Kühlen mit Erdgas Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten Klimatisierung mit einem Textilschlauchsystem in einem Großraumbüro Wandgerät in einem Seminarraum

14. 2. Gasklimageräte: Beispiel aus Japan Gesamtleistung : 4.250 kW Außeneinheiten : 89 Quelle: Kaut/Sanyo

15. 2. Heizbetrieb • Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den Innen- Geräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder an ein Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt.

16. 2. Kühlbetrieb • Im Kühlbetrieb wird die Fließrichtung verändert: 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.

17. 2. Gasklimageräte: 2 Systeme • VRF-Prinzip (VRF = Variable Refrigerant Flow) in Anlagen mit veränderlichem, dem Bedarf angepassten Kältemitteldurchfluss und Direktexpansion des Kältemittels in den Innengeräten • Wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme sind in Deutschland stärker verbreitet als VRF-Systeme. Für diese Einsatzfälle können die Gasklimageräte zusammen mit einer Hydraulik-Übergabestation eingesetzt werden.

18. 2. Gasklimageräte: Wassersystem 120 Meter Thermisch aktive Raum Heiz- bzw. Kühlflächen Einsatz bei RLT- Anlagen Individueller Anlagenbau Kältemittelleitungen Wasserleitungen Zu- bzw. Abfuhr thermischer Lasten in der Verfahrenstechnik Wärmeübertrager mit Pufferspeicher Quelle: Kaut/Sanyo

19. 2. Volle Heizleistung auch bei niedrigen Außentemperaturen • Vergleich strombetriebene Multisplitgeräte – Gasklimageräte: Bei niedrigen Außentemperaturen (T < 7 °C) erfolgt bei Gasklimageräten ein nur geringer Leistungsabfall, daher wird eine nahezu konstant hoheHeizleistung selbst bei Außentemperaturen von minus 15 °C sichergestellt.

20. 2. Kontinuierlicher Heizbetrieb Keine zusätzliche Energie für den Abtauvorgang notwendig. Kontinuierlicher Heizbetrieb ohne Unterbrechungen durch Abtauzyklen. Quelle: MHI/Stulz

21. 30% Antrieb des Verdichter 65% Motorwärmeabgabe an das Kühlwasser 5% Strahlungsverluste 2. Sehr hohe Effizienz Effiziente Nutzung des Brennstoffs und der Wärmeabgabe des Gasmotors Gas 100% Wärmeaustausch zum Kältemittel Quelle: Kaut/Sanyo

22. 2. Umweltschonende Technik • Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten und die Außenluft sowie die Motorabwärme genutzt wird. Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 %

23. 2. Die technischen Vorteile • Langjährig bewährte Gerätetechnik (400.000 Geräte im Einsatz) • Hohe Zuverlässigkeit und wartungsarmer Betrieb • Flexible Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Motors • Individuelle Regelungsmöglichkeiten in den Innenräumen • Nur geringer Heizleistungsabfall bei tiefen Außentemperaturen (T < 7 °C) • Keine Unterbrechung des Heizbetriebes durch Verdampferabtauung • Zahlreiche Innengeräteoptionen für Wärme- und Kälteübertragung

24. 2. Die wirtschaftlichen 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

25. 2. Marktpotential • Gesamtenergiebedarf: Gebäudeklimatisierung (ca.11 Mrd. kWh/a), davon < 1 % Wohnbereich • Bedarf an Klimatisierung von Gebäuden: - Kühlung: ca. 35 Tage/Jahr - Entfeuchtung: ca. 100 Tage/Jahr

26. 2. Marktpotential für Gasklimageräte im Wettbewerb zu… Mobile Raumklimageräte ca. 80.000-140.000 Stück/a (stark schwankend) Elektrisch betriebene Multisplitgeräte ca. 3.300 Stück/a (hohe Zuwachsraten) Konventionelle Systeme: Heizkessel ca. 700.000 Stück/a (meist für Wohnungen) Elektrische Raumklimageräte ? (150.000 Inneneinheiten/a)

27. 2. Primärenergiebedarf senken – Umwelt entlasten Beispiel: Boutique, Verkaufsfläche 800 m2 Kühlen: Kühllast: 40 W/m2 Vollbenutzungsstunden: 1.000 h Spez. Kältebedarf 40 kWh/m2a Kältebedarf gesamt 32.000 kWh/a Heizen: Heizlast: 25 W/m2 Vollbenutzungsstunden: 800 h Spez. Heizwärmebedarf 20 kWh/m2a Heizwärmebedarf gesamt 16.000 kWh/a Energiebedarf bezogen auf Primärenergie ca. 60.000 kWh/a 40.000 kWh/a ca. 50.000 kWh/a 37.000 kWh/a 19.600 kWh/a 13.500 kWh/a Heizkessel und elektrische Raumklimageräte „Gasklima- gerät“

28. 2. Hohe Leistungszahlen • Untersuchung der Hochschule für Technik,Wirtschaft und Kultur Leipzig und MITGAS: Energetische Kennwerte: Ermittelte COP-Werte

29. Abgas-System Spannungsversorgung Außengerät 230 od. 400V / 3Ph / 50Hz, N, PE Spannungsversorgung Innengeräte 230V / 1Ph / 50Hz, N, PE Erdgasleitung Außengerät Kältemittel -verteiler Kältemittel -leitung Kondensat -leitung Super Link Busleitung (geschirmt) Busleitung Fernbedienung (geschirmt) 2. Installation Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz

30. 20 40 2. Planungshinweise Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz

31. 2. Wartung Die Perfektionierung der Gas-VRF- Technik zeigt sich auch in der Verlängerung der Wartungsintervalle A Serie B Serie C Serie D Serie E Serie F Serie G Serie H Serie J Serie 0 2000 4000 6000 8000 10,000 Wartungsintervall [Betriebsstunden] Im Vergleich zu einem PKW, sind 10.000 Betriebsstunden äquivalent zu einer Laufleistung von ca. 500.000 Kilometer! Quelle: Kaut/Sanyo

32. 2. Wartung Wie lange fährt Ihr PKW ohne Wartung ? Der Wartungsintervall der GHP beträgt 10.000 Std. oder 4 Jahre. GHP=500.000km * Motor-Kompression Öl Zünd-kerzen Luftfilter *Ø Geschwindigkeit =50km/h Zahn-riemen Kühlwasser Quelle: Kaut/Sanyo

33. 2. Wartung Öl tank Luftfilter Luftfilter und Kühlwasser Neutralisierungs- Einheit Vorn Hinten Ölfilter Antriebs-riemen Trokensumpf Ölwanne Zündkerzen Quelle: Kaut/Sanyo

34. 58 57 57 56 56 2. Niedriger Schalldruckpegel der Außeneinheiten 65.0 64 63 63 62 61 61 61 F2 60 60 60 60.0 59 59 59 G2 58 (47) H1 Schalldruckpegel dB(A) 57 (46) (46) J1 (45) (45) 55.0 50.0 22.4kW 28.0kW 35.5kW 45.0kW 56.0kW Nennkälteleistung der Außeneinheit Quelle: Kaut/Sanyo (Schalldruckpegel in 5 m Entfernung )

35. 2. Geräteangebot • „Gasklimageräte“ (= Gasmotorwärmepumpen) Vertrieb Vertrieb Vertrieb Vertrieb

36. 2. Geräteangebot • AISIN • Sanyo Quelle: Fa. Berndt, Gelsdorf Nennleistung 14,0 18,0 22,4 28,0 35,5 45,0 56,0 Kühlleistung [kW] 18,0 23,6 26,5 33,5 42,5 53,0 67,0 Heizleistung [kW] Mit Warmwasserbereitung Quelle: Fa. Kaut, Wuppertal Nennleistung Kühlleistung [kW] 22,4 28,0 35,5 45,0 56,0 26,5 33,5 42,5 53,0 67,0 Heizleistung [kW]

37. GHCP 450 HMT GHCP 560 HMT 2. Geräteangebot • Mitsubshi Heavy Ind. Modell Nennleistung Kühlleistung 45,0 kW 56,0 kW Heizleistung 53,0 kW 67,0 kW Quelle: Stulz

38. 2. Geräteangebot Gasabsorptionsklimaanlagen Kühlleistung [kW] 17,5 - 70 Gasverbrauch [m3/h] 2,51 - 10,04 Heizleistung [kW] 32,5 - 130 Gasverbrauch [m3/h] 3,68 - 14,72

39. 2. Geeignete Einsatzfälle • 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 • Derzeit: keine geeigneten Geräte für den Einfamilienhausbereich verfügbar

40. 2. Gasklimageräte sind prädestiniert, wenn… ... mit einem System geheizt und gekühlt werden soll. …der Leistungsbedarf eines Gebäudes mit den Leistungsdaten der Gasklimageräte übereintrifft ( monovalenter Betrieb möglich) …der Kühl- und Heizbedarf eines Gebäudeteils (z.B. EDV-Räume) lange Laufzeiten des Gasklimagerätes ermöglicht …in vorhandenen raumlufttechnischen Anlagen die Kälte-/Wärmeerzeuger saniert werden sollen …in bestehenden Gebäuden die Klimatisierung ausgebaut werden soll und eine elektrische Variante höhere Stromanschlussleistungen benötigt bzw. eine neue Trafostation erfordert

41. 2. Wirtschaftlichkeit Weitere Vorteile: • Keine zusätzliche elektr. Leistungsaufnahme bzw. keine Erhöhung des elektr. Leistungsbezuges • Geringere Energiekosten für Erdgas führen zu günstigen Betriebskosten

42. 2. Herausforderung: Akzeptanz Kunden und Marktpartner • Luftheizung • Heizen und Kühlen mit einem System • Akzeptanz bei den Marktpartnern (2 Gewerke notwendig) • Geräuschentwicklung

43. 2. Herausforderung: Vertriebswege Deutschland Japan Hersteller Hersteller Planer Vertriebs- partner des Herstellers GVU Kälte- Handwerk SHK GVU Verkauf, Installation Kunde Kunde

44. 2. Noch zu klären: Steuerliche Einstufung (Herbst 2004) • Steuerliche Einstufung: Für Erdgas, das in Gasabsorptionsklimaanlagen eingesetzt wird, ist zweifelsfrei der „normale“ Steuersatz für Erdgas zum Verheizen anzuwenden. Bei Gasklimageräten – mit Gasmotor – besteht noch ein Regelungsbedarf. Diese Geräte fallen unter das Mineralölsteuergesetz, das keine Regelung für Wärmepumpen bisher vorsieht. Inzwischen liegt ein Gutachten einer anerkannten Wirtschaftsprüfungs- gesellschaft vor, demnach Gasklimageräte wie KWK-Anlagen einen Antrag auf Rückerstattung der Mineralölsteuer stellen können.

45. 3. Gasklimageräte auch für Querverbundunternehmen sinnvoll Stadtnetzabgabe Strom: Mainova, Frankfurt a. M., 2003 Winter Sommer Stadtnetzabgabe 2003

46. 4. Markterschließung – Unterstützung durch EVUs notwendig! Installation einer Demoanlage im praktischen Einsatzfall 1. Schritt Schulung der Energieberater 2. Schritt SHK: Installateur- schulungen Veranstaltungen Planer pot. Kunden Kälteanlagen- bauer Vorstellung der Geräte Infomaterial: ASUE 3. Schritt Recherche geeigneter Objekte 4. Schritt Marketing-Mix 5. Schritt

47. Dänemark Stand: April 2004 Hamburg Stulz Polen Berlin GASAG Staßfurth Erdgas Mittelsachsen Niederlande Essen GWI Schönebeck Erdgas Mittelsachsen Wuppertal Fa. Kaut Hohenweiden MITGAS Hürth GVG Neuss Stadtwerke Freital Stadtwerke Meckenheim Tankstelle Belgien Gelsdorf Fa. Berndt Sinzig Moschee Bad Neuernahr -Ahrweiler Kreissparkasse Tschechische Republik Adenau Volksbank Weilerswist Euskirchen Lux. Kaiserslautern Gasanstalt Frankfurt Büroräume Offenbach Restaurant Göppingen EVF Frankreich Österreich Schweiz 5. Umgesetzte Projekte in Deutschland

48. 5. Ausgeführte Anlagen: Bsp. Stadtwerke Neuss Stadtwerke Neuss Kundenzentrum Meererhof Altbau (70iger Jahre), mit Flachdach, schlecht wärmeisoliert • Gebäude: • Installierte Leistung: 64,4 kW Heizleistung 57,7 kW Kühlleistung • Installiertes Außengerät: 1x GHC 560 HMT von Mitsubishi Heavy Ind. • Installierte Innengeräte: • 9x FDTJ 45 HKX • 2x FDTSJ 28 HKX • 1x FDTSJ 71 HKX • 1x FDRJ 45 HKX Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz

49. 5. Ausgeführte Anlagen: Bsp. Stadtwerke Neuss • Klimatisierte Nutzfläche: 725 m² Kundenzentrum und Büroräume Stadtwerke Neuss Kundenzentrum Meererhof • Nutzung: ganzjährig, zum monovalenten Heizen und Kühlen Gasverbrauch: Jahr Gasverbrauch m³ pro Jahr Gasverbrauch kWh pro Jahr Gasverbrauch pro m² und Jahr Gaskosten pro kWh Gaskosten pro Jahr Gaskosten pro m² und Jahr 1999 ----------- Inbetriebnahme Mitte 1999 ---------- 2000 12600 m³/a 129654 kWh/a 179 kWh/m²a 0,032 €/kWh 4149 €/a 5,72 €/m²a 2001 14400 m³/a 148176 kWh/a 204 kWh/m²a 0,032 €/kWh 4742 €/a 6,54 €/m²a 2002 10100 m³/a 103929 kWh/a 143 kWh/m²a 0,032 €/kWh 3326 €/a 4,59 €/m²a (Hu = 10,29 kWh) Quelle: Mitsubishi Heavy Ind. / Stulz

50. Weiterführende Informationen: www.asue.de ASUE: Tel. 0631 360 90 70