Hafner-Muschler Kälte- und Klimatechnik GmbH & Co. KG
Mühlsteigstraße 6, 72336 Balingen
Tel.: +49 7433 9692 0 E-Mail: [email protected]
www.hafner-muschler.de
Dekarbonisierung der Wärmeversorgung mit
Hochtemperaturwärmepumpen und Geothermie
Marten Tews
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Hafner-Muschler 2017
• HM erstellt maßgeschneiderte Kälte- und Wärmesysteme
• HM setzt auf Effizienz und Nachhaltigkeit
• HM projektiert wo möglich mit natürlichen Kältemitteln
• HM begleitet Sie von der Idee bis zur Ausführung
• HM plant ganzheitlich einschließlich MSR-Technologie
• HM ist Spezialist in Energie- und Eisspeichersystemen
• HM macht 24/7- Service und sorgt für Betriebssicherheit
Unser Portfolio
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Hafner-Muschler 2017
Unser Service für Sie
• Wartung und Instandhaltung
• Dichtheitsprüfung
• Störungsmanagement und Reparaturen
• Anlagenüberwachung und Datenfernübertragung
• Servicestützpunkte in Filderstadt, Dresden und im Allgäu
• Servicepartner in ganz Deutschland
• 24/7 Service-Hotline 07433 9692 888
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Hafner-Muschler 2017
Technikcontainer
Technikcontainer
Die Lösung
Containersysteme, mobile Kühl- und Wärmepumpenanlagen
Die Fakten
• Flexible Abmessungen
• Zusammenbau mehrerer Container zu einer gemeinsamen
Technikzentrale möglich
• Kunde bekommt Anlage „schlüsselfertig“ übergeben
Vorteile
• schnelle Montage auf der Baustelle, Plug & Play-Technik
• Kein Platzbedarf im Gebäude, verfügbares Containerdach
• Werksgeprüft vor Auslieferung
• Optimale Verschiffung der Container weltweit
• Alles aus einer Hand: Beratung, Planung, 3D-Konstruktion
• Regenerative Energiequellen, Wärmerückgewinnung
• Umweltfreundliche Kältemittel
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Hafner-Muschler 2017
Eisspeicher – Kompakt-Eisspeicher
Kompakt-Eisspeicher
Die Lösung
Für kurzzeitig hohen Kühlleistungsbedarf und Phasen mit geringer
Kühllast.
Die Fakten
• Alle Geräte werden werksseitig vollständig gefertigt.
• verfügbare Varianten „Split“ und „Wassergekühlt“
• Platzsparend, langlebig und robust
Die Vorteile
• hohe Entladeleistung mit konstanter Kaltwassertemperatur
• Auch als Glykol-Eisspeicher erhältlich (Soletemperatur bis zu -3 °C
möglich)
• Kälteerzeugung mit niedrigen elektrischen Anschlusswerten
• keine wiederkehrende Dichtigkeitsprüfung erforderlich
• Kältebevorratung in Niedertarifzeiten möglich
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Eisspeicher – HM-Smart-ICE
HM-Smart-ICE
Die Lösung
Umweltfreundlicher Kälteträger in Form eines Zwei-
Phasen-Gemisches. Gemisch aus Wasser und einem
Zusatzstoff, z. B. Ethanol oder Glykol, der den
Gefrierpunkt senkt und damit ein pumpfähiges
Gemisch aus Flüssigkeit und feinen Eispartikeln
entstehen lässt
Die Vorteile
• Das HM-Prinzip zielt auf die Kälteerzeugung in den
Nachtstunden – mit günstigeren Bedingungen bei
Stromkosten und effizienterem Betrieb aufgrund
niedrigerer Außentemperaturen.
• Nachtbetrieb = Ladezeit
• Tagbetrieb = Entladezeit
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Wärmepumpen – CO2-Hochtemperaturwärmepumpe
CO2-Hochtemperaturwärmepumpe
Die Lösung
Die HM-Großwärmepumpen arbeiten ausschließlich mit dem zukunftssicheren,
anwender- und umweltfreundlichen Kältemittel CO2 (R744)
Die Fakten
• Warmwassertemperaturen bis 110 °C unter Nutzung verschiedenster Wärmequellen
von -10 bis 40 °C, z. B. Außenluft, Prozessabwärme, Geothermie
• Heizleistungen von 130 kW bis 1,5 MW
• robustes Industriedesign - Made-in-Germany
Die Vorteile
• Niedrige Betriebskosten (Wartung, Betriebsmedien, Energieverbrauch)
• Investitionssicherheit
• Green Footprint
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Hafner-Muschler 2017
Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung des Wärmesektors
Exkurs Wärmepumpe
• Einsparungen von fossilen Brennstoffen
• Wärmerückgewinnung, Nutzung vorhandener Potentiale
• Gleichzeitige Kältenutzung möglich
• Reduktion von CO2-Emissionen
• Keine Abgas- und Feinstaubemissionen
• Effiziente Nutzung erneuerbarer Erlektrizität, Sektorkoppelung, Lastmanagement
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Warum natürliche Kältemittel?
CO2 als natürliches Kältemittel - Klimapolitik und Alternative Kältemittel
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Umwelteinfluss von Kältemitteln
• Ozone-Depletion-Potential (ODP) Global-Warming-Potential (GWP)
• R744 : 0 R744: 1
• R134a: 0 R134a: 1340
• R410a: 0 R410a: 1725
• Zusätzliche Verfallsprodukte: z.B. R134a bildet Trifluoressigsäure (persistent)
•„Die Summe der Umweltverschmutzung blieb ungefähr konstant“
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Kohlendioxid als Kältemittel
Historische Entwicklung
ab 1834 Kälteanlagen mit Ether, SO2, NH3, CO2,
1930 FCKW
1972 Ozonzerstörendes Potential erkannt (ODP)
1991 FCKW-Halon-Verbots-Verordnung (ODP)
2006 F-Gase-Verordnung (Treibhausgas-Potential - GWP)
2014 F-Gase – Verordnung reduziert die Verfügbarkeit von F-Gasen bis 2030 um 79 %! (GWP)
Trend zu klimafreundlichen Kältemitteln
Die Alternativen:
Natürliche Kältemittel: CO2, NH3, KW, H2O
Synthetische Low - GWP - Kältemittel: HFO`s
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Vorteile des natürlichen Kältemittels R744 (CO2)
Kohlendioxid als Kältemittel
Mehr Wirtschaftlichkeit
• keine gesetzlichen
Einschränkungen = Planungs-
und Investitionssicherheit
• keine wiederkehrenden
Dichtheitstest benötigt
• keine Abfall- und
Wiederverwertungsauflagen
• keine Verfügbarkeits-
einschränkungen
• keine Steuern = nachhaltig
kostenneutral
• geringer Wartungsaufwand
Mehr Sicherheit
• CO2 ist sehr sicher im Vergleich
zu anderen Kältemitteln
• geringe
Sicherheitsanforderungen –
Sicherheitsgruppe A1 (DIN EN
378)
• ungiftig, nicht brennbar, nicht
explosibel, nicht ätzend,
antioxidativ, werkstoffverträglich
• robuste einstufige Maschinen
Mehr Klimaschutz
• Hocheffizient auch unter
extremen Einsatzbedingungen
• Das Kältemittel trägt nicht zur
Klimaerwärmung und
Ozonzerstörung bei
• Ideale Alternative zu den
klimaschädlichen synthetischen
Kältemitteln
Stichwort:
F-Gase-Verordnung 2015
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Kohlendioxid als Kältemittel
Thermodynamical aspects
- kritischer Punkt bei 31,1 ˚C und 73,8 bar
- Ab 304,1 K (31,1 ˚C) überkritisch
- Transkritischer Kreisprozess bei Wärmepumpen
- Überwiegend subkritischer Kreisprozess bei
Kältemaschinen Überkritisches
Gas
Subkritisches
Gas
Flüssigkeit
Trockeneis
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thermeco2 - Hochtemperaturwärmepumpen und Kältemaschinen im T,s - Diagramm
Einsatzmöglichkeiten
Kälteerzeugung 12/6 °C
Wärmeerzeugung 30/90 °C
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thermeco2 - Hochtemperaturwärmepumpen und Kältemaschinen im T,s - Diagramm
Einsatzmöglichkeiten
Kälteerzeugung 12/6 °C
Wärmeerzeugung 30/90 °C
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thermeco2 - Hochtemperaturwärmepumpen und Kältemaschinen im T,s - Diagramm
Einsatzmöglichkeiten
Kälteerzeugung 12/6 °C
Wärmeerzeugung 30/90 °C
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thermeco2 - Hochtemperaturwärmepumpen und Kältemaschinen im T,s - Diagramm
Einsatzmöglichkeiten
Kälteerzeugung 12/6 °C
Wärmeerzeugung 30/90 °C
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Hochtemperatur-Wärmepumpen
Die Lösung
• Großwärmepumpen mit dem zukunftssicheren,
umweltfreundlichen Kältemittel CO2 (R744)
Vorteile
• Wassertemperaturen bis 110 °C
• Wärmequelle Außenluft, Prozessabwärme
• Wärme-Kälte-Kopplung mit hoher Energieeffizienz
• Heizleistungen von 130 kW bis 1,5 MW
• solide Bauweise, hochwertige Komponenten
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Standard-Wärmepumpe thermeco2 130
Die Lösung
• Standard Wärmepumpe für hohe Vorlauftemperaturen
• Prozess- /Heizwärmeversorgung
• Kombination Kühlen – Heizen
• für Industrieanwendungen und Altbausanierungen
Vorteile
• Vorlauftemperaturen (60 °C bis 90 °C)
• geringer Wartungsaufwand
• reduzierte Betreiberpflichten mit natürlichem
Kältemittel CO2
• Kaskaden von bis zu 6 Maschinen möglich
• kurze Lieferzeit durch hohen Standardisierungsgrad
• Heizen ohne Abgase, ohne Treibhausgas-Emissionen
• gleichzeitig kostenfrei kühlen
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Anwendungsbeispiel: Sümpfungswassernutzung
Bergheim
Neue geothermische Wärmequellen für Wärmepumpen
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
Referenzprojekt
Status Quo
Ungenutzte Sümpfungswasser und bestehendes
Nähwärmenetz (Gaskessel)
Das Ziel
• Senkung der CO2 – Emissionen
• Reduzierung der Betriebskosten
• Energieeffiziente nachhaltige Lösung
Das Vorgehen
Einsatz einer CO2 – Wärmepumpe als Kernstück
der Anlage und Wärmeerzeuger für Grund- und
Mittellast in Verbindung mit einem
Blockheizkraftwerk.
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Allgemeine Beschreibung:
• Bauherr: Stadtwerke Bergheim GmbH
• Fachplaner: GESA mbH - Ingenieurgesellschaft für Technische Gesamtplanung, Köln
• Ausgangslage: Ökologische Sanierung des Nahwärmenetzes mit RWE Power AG
Inbetriebnahme:
• Dezember 2014
Projektaufgabe und Projektziele:
• nutzen des thermischen Potentials von Tagebaugrundwasser für das kommunale Nahwärmenetz
• neuartige Kombination aus Blockheizkraftwerk(BHKW) und Großwärmepumpe (HHR)
• technische Herausforderung des Umgangs mit Sümpfungswasser meistern
• Reduzierung der CO2 – Emissionen
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Hafner-Muschler 2017
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
Sümpfungswasser-wärmetauscher
Wärmepumpe, BHKW und Kessel
Verbraucher
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Jahresdauerlinie der Heizlades Nahwärmenetzes und Heizleistung der Erzeuger
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Vereinfachtes Anlagenschema
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Vorteile dieses Anlagenkonzeptes:
• Lange Laufzeit für die effizienten Erzeuger Wärmepumpe und BHKW
• Verringerung des fossilen Brennstoffbedarfs um 26 %
• Sichere Wärmeerzeugung mit zwei unterschiedlichenEndenergieträgern (Strom und Gas)
• Geringe Stromeinspeisemenge durch Eigenverbrauch
• Verringerung der CO2-Emissionen um 32 %
• niedrigere Wärmepreise durch Versorgung der Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Strom
• Natürliches, zukunftssicheres und betreiberfreundlichesKältemittel Kohlendioxid
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Technikraum mit Wärmepumpe
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Hafner-Muschler 2017
Kommunale Nutzung von Wärme aus Tagebauwasser (Sümpfungswasser)
Technische Daten der Wärmepumpenanlage:
• Maschinentyp: 1 x thermeco2 HHR 1000
• Gaskühlerheizleistung: 865 kW
• Wärmeträgermedium: Wasser
• Volumenstrom: 18,6 m³/h
• Eintrittstemperatur: 45°C
• Austrittstemperatur: 85°C
• Kälteleistung Verdampfer: 583 kW (Entzugsleistung aus Sümpfungswasser)
• Wärmeträgermedium: Wasser
• Eintrittstemperatur: 27°C
• Austrittstemperatur: 21°C
• COPWP: 3,04
• Brennstoffnutzungsgrad: 167%
Nahwärmenetz Kreisstadt Bergheim
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Referenzen in Deutschland und der Schweiz
Nr. Projekt kW Anwendung
1 FH Soest 45Mensa
(Warmwasser, Heizung)
2Schlachtbetrieb in
Zurich800 Meat (process heat)
3 e-shelter in Zurich 430 Data center (refrigeration/local heating)
4 SWR Baden-Baden311
390Radio (combined heating and cooling)
5 VW Wolfsburg 330 6 compressed air refrigeration driers
6 VW Wolfsburg 200Office building DGNB certified
(heating/cooling)
7 Fachhochschule Hamm 170Technical college (combined heating
and cooling)
8 Rodenkirchen 145Secondary school (ground water heat
pump + CHP)
9 Pirmasens 60 Biogas (dehumidification)
10 Dollnstein 400Local heat network (ground water heat
pump + CHP)
11 VW in Hanover 330 4 compressed air refrigeration driers
12 Stabilo in Heroldsberg 197Operational data center (combined
heating and cooling)
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Referenzen in Deutschland und der Schweiz
Nr. Projekt kW Anwendung
13 Bergheim 947Local heat network (mine water heat
pump + CHP)
14 VW Osnabrück 150 Cooling (for welding machine)
15 Padeon Basel 122Sports facility (heat recovery - water
heating)
16 Großröhrsdorf 162Film/foil manufacturer (machine cooling
- heating)
17 VW Chemnitz 330 2 compressed air refrigeration driers
18 Hospital in Stendal 629Building services (combined
cooling/heating)
19Hospital, Frankfurt/Main
Höchst49
Building services (combined
cooling/heating)
20 Riegelein Nuremberg 167Chocolate production (combined
cooling/heating)
21 Spectros Ettingen 100Optical systems (combined
cooling/heating)
22 Hans Grohe Schiltach 180Sanitary fittings (combined
cooling/heating)
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Referenzen in Deutschland und der Schweiz
Nr. Projekt kW Anwendung
23 HEWI Spaichingen 500Standard components (combined
cooling/heating)
24 Kellenberger Zurich 300Mechanical engineering (heat recovery
- heating)
25 Grosspeter Tower Basel 140Building services (air conditioning -
water heating)
26Schaeffler Clausthal-
Zellerfeld95
Building services (heat recovery -
heating)
27 … .. …
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Hafner-Muschler 2017
Referenzen Weltweit
Projekt kW Anwendung
Tatranska Bialka 1675 Hotel swimming pool (geothermal)
Hotel complex 344Building services (air conditioning - water
heating)
Coca-Cola HBC 436Beverage bottling (combined
cooling/heating)
Audi - Mexico 254Painting booth (process air
dehumidification)
AIRBUS St. Nazaire 800 Air treatment for paint shop
EKOSEP 346 Drier for sewage sludge
Hafner-Muschler Kälte- und Klimatechnik GmbH & Co. KG
Mühlsteigstraße 6, 72336 Balingen
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Marten Tews
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