Stand 12/2003 Vielseitig, effizient und umweltschonend: Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten Klimatisierung – Warum und wie? Thermodynamische und technische

Stand 12/2003

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

2 Heizen und Kühlen mit Gasklimageräten

Hinweise

Dieser Vortrag basiert auf der Broschüre

Heizen und Kühlenmit

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.

http://www.asue.de/veroff/g_w_pump/image/endfassung_november%202003.pdf


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 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 einem System

Gasklimageräte sorgen nicht nur für Kühlung, sondern übernehmen

zudem in der übrigen Zeit die Wärmeerzeugung für die Heizung

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.

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.


Thermodynamische Grundlage

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.

Basis für Klimatisierungssysteme ist der Kaltdampfprozess


Gasmotorischer Kaltdampfprozess

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.

Heizfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpe


Gasmotorischer Kaltdampfprozess

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.

Kühlfunktion - System arbeitet nach dem Prinzip der Kälteanlage


Multisplitsystem mit Gasklimagerät

Außeneinheit: Gasmotor, Kältemittelverdichter

Verdampfer in Heizfunktion

Kondensator im Kühlbetrieb

Innengeräte: Kondensator (Heizfunktion) / Verdampfer (Kühlbetrieb)

Splitsystem - Räumliche Trennung des Prozesses in durch

Kältemittelleitungen verbundene Außeneinheit und Innengeräte


Gasklimagerät im Heizbetrieb

Im Heizbetrieb fördert der Verdichter das gasförmige Kältemittel zu den Innen-

Geräten, wo es kondensiert und dabei Wärme an den Raum oder ein

Heizmedium (Wasser) in einem Wärmeübertrager abgibt.


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.


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.


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 Über-

gabestation bildet die Schnittstelle zwischen dem Kältemittelkreislauf und dem

hydraulischen Netz, mit dem die Innengeräte versorgt werden.


Vorteil Gasklimagerät – Verbesserte Heizfunktion

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.

Aufgrund der Nutzung der Gasmotorabwärme im Heizbetrieb verbessert sich die Effizienz der Heizfunktion gegenüber elektrisch angetriebenen Systemen.

Nach kurzer Aufheizzeit steht die volle Geräteleistung zur Verfügung.

Auch bei tiefen Außentemperaturen keine Unterbrechung des

Heizbetriebes für Abtauvorgänge.

+


Vorteil Gasklimagerät – Umweltvorteile

Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung

• Senkung des Primärenergieeinsatzes, da keine Umwandlungsverluste auftreten

• Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um 29 %


Vorteil Gasklimagerät – Wirtschaftlichkeit

Weitere Vorteile:

• Keine zusätzliche elektr.

Leistungsaufnahme bzw.

keine Erhöhung des elektr.

Leistungsbezuges

• Geringere Energiekosten für

Erdgas führen zu günstigen

Betriebskosten

Beispielrechnung

(Vollkostenrechnung VDI 2067)

Ersparnis

1.210 € pro Jahr


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


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


Gasklimageräte – Einsatzbeispiele

Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten

Verwaltungsgebäude

Energieversorgung Filstal GmbH&Co. KG

Göppingen

Volksbank

Rhein-Ahr-Eifel e.G.,

Adenau



Beispiele für die Aufstellung von Außengeräten

Verwaltungsgebäude und Werkstatt

Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH

Berlin

Shell-Tankstelle

Rheinbach

Dachaufstellung des Außengerätes



Beispiele für die Einbausituation von Innengeräten

Fan Coils (Wassersystem) im

Verwaltungsgebäude der Firma

Kleinschmidt Gewerbekühlung GmbH,

Berlin

Deckeneinbaugeräte im

Kundenzentrum der

Stadtwerke Neuss GmbH,

Neuss




Wandgerät in einem

Seminarraum

Klimatisierung mit einem

Textilschlauchsystem in

einem Großraumbüro




Deckenkassette in

einem Bekleidungsgeschäft

Verkaufsraum eines Autohauses -

Klimatisierung mit einem

Textilschlauchsystem



Deckeneinbaukassetten in einem

Hotel und einem Restaurant

Klimatisierung eines

Veranstaltungsraumes mit einem

Textilschlauchsystem



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


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


Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse


Gasklimageräte – Installation und Anschlüsse

Anschlussleitungen Außengerät:(v.l.n.r.) Kondenswasser, Kältemittel (flüssig), Kältemittel (gasförmig), Strom und Gas

Außengerät und Hydraulik-Übergabestation

An eine Außeneinheit können je nach Gerätetyp und Leistung bis zu 30

Innengeräte angeschlossen werden.


Gasklimageräte – Produkte und AnsprechpartnerAISIN Seiki

Berndt KältetechnikGelsdorfTel: 02225 / 9132-0www.gas-thermodynamik.de

Panitz HaustechnikLieskauTel: 0345 / 5511696www.klima-mit-gas.de

Mitsubishi Heavy Industries

Stulz KlimatechnikHamburgTel: 040 / 5585-252www.stulz.de

Sanyo

Alfred KautWuppertalTel: 0202 / 2682-0www.kaut.de

http://www.gas-thermodynamik.de/

http://www.klima-mit-gas.de/

http://www.stulz.de/

http://www.kaut.de/

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