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E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Prof. Mario Adam
Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
beim Heizen und Kühlen
• Solarenergie, Wärmepumpen
• Solare Kühlung, Kraft-Wärme-Kälte-
Kopplung (Sorptionstechnik)
• Heiztechnik, Energiesparendes Bauen
• Simulation Matlab/Carnot
• Arbeitseffiziente Versuchsplanung
Arbeitsgruppe (Stand 07/2012)
• 9 Wissenschaftliche Mitarbeiter
• Studentische u. Wissensch. Hilfskräfte
Projekte (in den letzten 5 Jahren)
• 6 Öffentlich geförderte Projekte
• rund 20 Industrieaufträge
• 3-jähriges BMU-Forschungsprojekt
„Solare Prozesswärme Standards“
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Industrielle Energiebedarf 2007: 678 TWh/a
21% des Wärmebedarfs unter 100 °C
Solare Prozesswärme hat hohes Potenzial!
(techn. Potential 15,6 TWh/a, ca. 35 Mio.m2)
Endenergiebedarf Deutschland 2007
Hemmnisse zur stärkeren Verbreitung (ca. 90 weltweit dokumentierte Anlagen)
• Fehlende Bekanntheit der technischen
Möglichkeiten
• Geringes Angebot an fachkundigen
Energieberatern und Anlagenplanern
• Relativ hohe System- und Planungskosten
(Quelle: Uni Kassel)
Vorteile Solarer Prozesswärme
• Garantie eines fixen solaren
Wärmepreises / Einmalige Investition,
geringe Wartungskosten
• Werbewirksames Image
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Fa. Hustert
• Galvanikunternehmen in Rahden
• Solaranlage 2010 gebaut
• Beheizung von Reinigungsbädern /
Trocknungskammern und Heizungs-
unterstützung
• 200 m2 Vakuumröhrenkollektoren
• Kollektorfeld ohne Dachfixierung
• Speicherlos
• Galvanikbäder dienen als Wärmesenke
zum Stagnationsschutz
• Aquasystem© der Fa. RitterXL Solar
• Einbindung ohne Wärmetauscher
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Fa. Edmund Merl
• Lebensmittelhersteller in Köln-Brühl
• Solaranlage 2010 gebaut
• Erwärmung von Reinigungswasser
• 568 m2 Flachkollektoren
• 30 m3 Speichervolumen (10 Speicher)
Fa. Viessmann
• Produktionshalle in Faulquemont (FR)
• Beheizung von Bädern (Entfettung, Beizen)
• 180 m2 Vakuumröhrenkollektoren
• 20 m3 Speichervolumen
• Teilfeld senkrecht montiert mit 25°
gedrehten Röhren
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Fa. Steinbach & Vollmann
• Galvanikunternehmen in Heiligenhaus
• Solaranlage 2007 gebaut
• Beheizung der Galvanikbäder, Heizungs-
und Brauchwasserunterstützung
• 400 m2 Vakuumröhrenkollektor
• 5 x 1500 l Solarspeicher
• Auf sehr hohen solaren Deckungsgrad
ausgelegt
• Optimierungspotential durch Monitoring
erkannt
• Speichereinbindung wurde umgebaut
• Von FHD entwickeltes Konzept zur
„Speichereinbindung mit dynamischen
Beladebereich“ zur schnellen Bereitstellung
hoher Prozesstemperaturen
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Stand der Technik
• Solareinspeisung über
Ventil(e)
• gesamtes Speicher-
volumen ist
eingebunden
und wird erwärmt
• Vorteile bei niedrigen
Nutztemperaturen
Dynamischer
Beladebereich
• Entnahme über einen
3-Wege-Mischer
• Kleines Speicher-
volumen ist rasch auf
Nutztemperaturniveau
• Vorteile bei der Bereit-
stellung von Pro-
zesswärme auf hohem
Temperaturniveau
Einbindung von Solarspeichern
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
FH Düsseldorf
• Solares Kühlen
• 2011 installiert
• 55 m2 Vakuumröhrenkollektoren
• Absorptionskältemaschine Yazaki 17,5 kW
• 1…3 m3 Wärmespeicher
• 0,5…1,5 m3 Kältespeicher
• Nasskühlturm 43 kW
• Fancoils in Büroräumen
• Im Winter ist Heizen möglich
• Umfangreiche Datenerfassung
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hofmühl
• Privatbrauerei in Eichstätt
• 1492 gegründet
• 80.000 hl/a Bierproduktion
• 2/3 der Produktion im Sommerhalbjahr
• 2.200 MWh/a Energieverbrauch
• Niedriger Energieverbrauch durch das
Kochverfahren „Merlin“
• 835 m2 Vakuumröhrenkollektoren (3 Felder)
• 110 m3 Speichervolumen (2x55m3)
• Bau und Monitoring der Anlage wurde im
Rahmen eines BMU-Projekts unter
Mitarbeit der TU Chemnitz realisiert.
• Ziel des Projekts war die Bereitstellung von
T > 100 °C
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hofmühl
• Verbraucher:
Waschmaschine 86 °C
Brauch-/Brauwasser 60/80 °C
Raumheizung 50°C
• Rücklaufe der Verbraucher
auf hohem Temperaturniveau
können als Vorlauf von
niedrigerem Niveau dienen
• Geschichtete Beladung der
Speicher über Motorventile
• Wasser als Wärmeträger
• Aktiver Frostschutz
1. Solarkreiszirkulation
2. Beheizung der Kollektoren
mit Speicherwärme
• Im Winter wird ein Speicher
deaktiviert
FWM
BW
Hzg
(Quelle: TU Chemnitz)
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hütt
• 1752 gegründete Privatbrauerei bei Kassel
• 70.000 hl/a Bierproduktion
• 30 % höhere Produktion im Sommer
• 1-Schichtbetrieb, 5 Tage/Woche
• 5.000 MWh/a Energieverbrauch
• 40...50 % Brauprozess
20...30 % Waschmaschine
• 155 m2 Flachkollektoren
• 10 m3 Speichervolumen
• Verbraucher:
Unterstützung der Brauwasserreserve 80°C
• Potentialstudie, Bau der Anlage und
Branchenkonzept wurde im Rahmen eines
BMU-Projekts der Uni Kassel realisiert.
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hütt
Ausgangszustand
• Zentrales Dampfnetzwerk
• Prozesswasserbedarf für
Maischen, Läutern, Reinigen
• Speicher 1: 50 m³
30 % Bereitschaftsteil > 80 °C
• Speicher 2: 50 m³
mit variabler Füllmenge,
60...80 °C
• Beladung durch Wärmerück-
gewinnung (WRG) und
Entnahme zeitlich versetzt
• WRG I: Kühlung Würze
• WRG II: Dampfkondensation
aus Kochprozess
50 m³
80-90°C
50 m³
(variabel)
60-80°C
WRG II
WRG I
Frischwasser, 10 °C
Produktions-
wasser,
60-80 °C
Dampf, 100 °C
Abwasser (Quelle: Uni Kassel)
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hütt
Vor Installation der Solaranlage
• Vorerwärmung der Würze
durch Speicher 1
• Trennung verschiedener
Temperaturniveaus (Maische
wird vom Speicher 2 bedient)
• WRG der Dampf-
kondensation bedient nur
Speicher 1
• Weitere WRG zur Vorheizung
von Frischwasser
Niedrigeres Temperatur-
niveau führt zu höherem
Potential für Solarwärme Würze, 75 °C Würze, 95 °C
Maischen,
60 °C
Frischwasser-
Vorwärmung
(Quelle: Uni Kassel)
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Brauerei Hütt
Installation der Solaranlage
• Wegen des hohem
Temperaturniveaus wurde
die Solaranlage nicht an
Speicher 2 angeschlossen
• Auf Grund des Lastprofils
konnte keine direkte
Frischwasservorwärmung
umgesetzt werden (hoher
Bedarf nachts und morgens)
Zusätzlicher Solar-
speicher war die beste
Lösung
10 m³ 150 m2
Solare
Frischwasser-
Vorwärmung
(Quelle: Uni Kassel)
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Fördersituation für solare Prozesswärme, Marktanreizprogramm (MAP)
• BAFA / Innovationsförderung
• Prozesswärmeanlagen 20 bis 1000 m2
• 50% der Nettoinvestitionskosten als
Investitionszuschuss
• Förderanforderung ab 100 m2:
Messeinrichtungen zur Erfassung des
Nutzwärmeertrags und
Fehlererkennung
• Antragstellung vor Auftragserteilung
beim BAFA
• Keine Kumulierung mit KfW-Mitteln
• KfW-Förderbank / „Erneuerbare Energien“
• Thermische Solaranlagen >40 m2
• Zinsgünstiges Darlehen mit
30% Tilgungszuschuss
• Einspeisung in Wärmenetz 40%
• Prozesswärme / Kältebereitstellung 50%
• Förderanforderung ab 100 m2: s.o.
• Antragstellung vor Auftragserteilung bei der
Hausbank, die das KfW-Darlehen
durchleitet
E2 - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
Sebastian Schramm M.Sc. 29.10.2012
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Haben Sie Fragen?
Kontaktdaten:
Sebastian Schramm
0211 4351 464
Josef-Gockeln-Str. 9, 40474 Düsseldorf