Gaswärmepumpen-Gaskälteanlagen
Gaswärmepumpen
Die Gaswärmepumpe ist eine hocheffiziente Alternative zur elektrischen Wärmepumpe. Anstelle von Strom wird bei ihr Gas als Treibstoff eingesetzt, um die verfügbare Umweltwärme aus Grundwasser, Erdreich oder Luft nutzbar zu machen. Neben dem speicherbaren Primärenergieträger Erdgas kann ohne jeden technischen Umbau auch Biomethan eingesetzt und jede Gaswärmepumpe so klimaneutral betrieben werden.
Es existieren zwei technologische Grundprinzipien für Gaswärmepumpen. In Gasmotorwärmepumpen übernimmt ein Verbrennungsmotor die Verdichtung eines gasförmigen Kältemittels. In Gassorptionswärmepumpen wird zusätzlich zu einem thermischen Verdichter die in einem Kältemittel enthaltene innere Energie genutzt. Diese Energie wird bei der Anreicherung des Kältemittels in einer Flüssigkeit oder an einem Festkörper frei.
Prinzip der Wärmpumpe
Wärmepumpen machen die überall leicht verfügbare Umweltwärme für die Gebäudeheizung nutzbar, indem sie ein tiefgekühltes Kältemittel zur Erwärmung durch Luft, Wasser oder Erdreich führen. Danach wird das Kältemittel durch Verdichtung auf die im Heizungsvorlauf erforderliche Temperatur gebracht. Durch eine anschließende Entspannung kühlt sich das Kältemittel wieder unter die Umgebungstemperatur ab und kann erneut Wärme aufnehmen. Damit sind Wärmepumpen in der Lage, je nach Auslegung zu heizen und/oder zu kühlen. Sie können theoretisch Heizwassertemperaturen über 90 °C sowie Kühlstellentemperaturen bis zu -20 °C erreichen. Die meisten Anwendungen befinden sich in Gebäudeheizung, Kühl- und Klimaanlagen sowie Warmwasserbereitung.
Insgesamt sind die Qualität und die Verfügbarkeit von Umweltwärme sowie die erforderliche Temperatur-reduzierung des verdampften Kältemittels die größten Einfluss-faktoren für die Effizienz von Wärmepumpen. Hier liegen Stärken und Schwächen der elektrischen und gasgetriebenen Systeme.
Funktion Gasmotorwärmepumpe
In Gasmotorwärmepumpen (GMWP) erfolgt der Antrieb des Kompressors durch optimierte Gas-Otto-Motoren. Diese wurden in Zündsystem und Kolbengeometrie an die besonderen Eigenschaften von Gas angepasst. Die regelbaren GMWP-Antriebe
werden im Unterschied zu den im KFZ-Bereich üblichen Motoren meist in passenderen Drehzahlbereichen gefahren und sind mit wirkungsvollen Wärmeübertragern im Kühlkreislauf sowie im Abgas ausgestattet. Damit wird die Abhängigkeit von möglicherweise volatiler Umweltwärme reduziert und es können parallel funktionierende Heiz- und Kühlkreisläufe installiert werden. Die Wärmeübertrager können zudem kleiner ausgeführt werden, was Installationsfläche und Gewicht einspart.
Funktion Gassorptions-wärmepumpen
In Gassorptionswärmepumpen (GSWP) werden nach dem Verdampfen durch Umweltwärme zusätzlich physikalische Effekte beim Kondensieren und Verdampfen ausgenutzt. So wird bei der Absorption von z. B. Ammoniak in Wasser Wärme frei, die sogenannte Kondensationsenthalpie. In Adsorptionsanlagen wird die Kondensationswärme dagegen durch Anlagerung von z. B. Wasser an einen Feststoff gewonnen. Sowohl Ab- als auch Adsorptionswärmepumpen nutzen als dritte Wärmequelle einen thermischen Verdichter, der z. B. mit Gas oder der Abwärme aus KWK-Anlagen betrieben wird.
Wirtschaftlichkeit Gaswärmepumpen
Ihren optimalen Einsatzfall haben Gaswärmepumpen dort, wo ganzjährig Heiz- und Kühlanforderungen gleichzeitig bestehen. Des Weiteren können auch Standorte von auf suboptimalem Niveau vorliegender Umweltwärme profitieren. So kann beispielswiese eine erschließbare Grundwasserquelle fehlen oder deren Nutzung durch die zuständige Behörde untersagt sein.
Der laufende Betrieb verursacht durch den sparsamen Einsatz von Gas als Primärtreibstoff geringere CO2-Emissionen als der Betrieb von Elektrowärmepumpen. Dem stehen wiederum höhere Investitionen bei Gaswärmepumpen gegenüber.
Hersteller Gaswärmepumpen
Gaswärmepumpen werden wegen der relativ hohen Kosten bei der Installation derzeit hauptsächlich bei größeren Unternehmen eingesetzt. Dort werden die Anlagen von den jeweiligen Herstellern an die exakten Anforderungen der Kunden (Temperaturen in Vorläufen für Kühlung und Heizung, Volumenströme etc.) angepasst. Somit müssen die Hersteller von Gaswärmepumpen über eigenes Planungs-Knowhow verfügen, um die Anlagen auf den jeweiligen Einsatzfall optimal einzustellen.
KWKK – Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Verfahren, Technologien und Anwendungsbeispiele für hocheffiziente KWKK-Anlagen.
ASUE-Marktübersicht Gaswärmepumpen 2020
Eine Marktübersicht für Planer und Energieberater, die sich mit der Gebäudeheizung oder der Klimatisierung beschäftigen.
Für Energieberater: Bewertung für Gasmotorische Wärmepumpen der Firma YANMAR - Update 2021
Für die Berechnung von Energiebedarfswerten verweist das GEG statisch auf Berechnungsnormen mit bestimmtem Ausgabedatum. Für Nichtwohngebäude und gekühlte Wohngebäude kommt im Rahmen der Nachweisführung die DIN V 18599 zur Anwendung. Mit dieser Norm ist eine energetische Bewertung von Gasmotorwärmepumpen nicht ohne weiteres möglich. Für den energetischen Nachweis sowie auf den gleichen Bewertungsverfahren aufbauende weitere Anforderungen (zum Beispiel Förderprogramme für energieeffiziente Gebäude) muss daher eine vom Standard abweichende Nachweisführung gewählt werden.
Da für die energetische Bewertung von anlagentechnischen Komponenten weder anerkannte Regeln der Technik oder bekannt gemachte gesicherte Erfahrungswerte vorliegen, dürfen die energetischen Eigenschaften dieser Komponenten durch dynamisch-thermische Simulationsrechnungen ermittelt werden.
Der durch das ITG Dresden erstellte Praxis-Leitfaden stellt die verschiedenen technischen Aufbauvarianten von Gasmotorwärmempumpen (GMWP) dar und stellt die produktspezifischen Kennwerte (Temperaturklassen, Heizleistungen, Nennkälteleistungen, COP-Werte etc.) tabellarisch zusammen. Für drei verschiedene Berechnungsprogramme für Energieberater (Solar-Computer Version 5.17.01, IBP 18599 Version 6.1.104.597, Hottgenroth Energieberater Version 9.0.8.17) werden Berechnungsbeispiele anhand eines Musterhauses mit verschieden aufgebauten Energiekonzepten vorgestellt. Abschließend wird die Einordnung der GMWP in die Regularien des GEG dargelegt.
Die ausführlichen Berechnungen können Sie unter der hier verlinkten Seite kostenlos anfordern.
Anwendungsbeispiele für Gaswärmepumpen zur Wärme- und Kälteerzeugung
Das ASUE-Mitglied YANMAR Energy System Europe GmbH (bis zum 31.08.2019 bekannt als KKU Concept), Lieferant von Gasmotorwärmepumpen, hat uns eine sehr plastische Übersicht über die Anwendungsmöglichkeiten von Wärme- und Kälteerzeugungsanlagen gegeben.
Mit den dargestellten Referenzprojekten werden Verwaltungsgebäude, Hotels, Schulen, Fabrikationshallen und Logistikgebäude erfasst. Verkaufsflächen des Lebensmittelhandels und in Zukunft auch Wohngebäude gehören gleichermaßen zu den Anwendungsmöglichkeiten.
Anhand einer attraktiv gestalteten Animation können nicht nur technische Einzelheiten, sondern auch die wirtschaftlichen Parameter und die Einsparung gegenüber der elektrischen Anwendung erkundet werden.
Das Tool erlaubt einen exzellenten Einblick in die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten. Dabei spielt für viele Unternehmen die Vermeidung von hohen Stromspitzen eine wesentliche Rolle. Die Einbeziehung der Abwärme eines Gasmotors erlaubt ein hohes Temperaturniveau, beispielsweise zur Brauchwassererwärmung. In der idealen Anwendung können Wärme und Kälte zeitgleich genutzt werden, Beispiele hierfür sind Verkaufsflächen des Lebensmittelhandels, Rechenzentren und Freizeiteinrichtungen.
