Fachhochschulstudiengänge Burgenland Ges.m.b.H.
Eisenstadt
Pinkafeld
Prof. (FH) Dipl.-Ing Dr. Michael Graf
Grundlagen Wärmepumpe
Michael Graf
Lehr- und StudienprogrammFachhochschulstudiengänge Burgenland
Bildungsgesellschaft – Eigentümer: Land Burgenland mit dem Ziel Führung von Fachhochschulstudiengängen
(seit 1994) angewandte Forschung & Entwicklung
zwei modern ausgestattete Fachhochschul-studienzentren in Eisenstadt und Pinkafeld
Studiengänge in vier Kernkompetenzbereichen
Studienprogramme bereits in die neue europäischeHochschularchitektur übergeführt(sechs 3jährige Bakkalaureats- und neun 2jährige Magisterstudiengängebereits genehmigt)
Rund 1.400 Studierende
Rund 100 Mitarbeiter und 300 Lektoren
1.410 AbsolventInnen
Michael Graf
StudienangebotFachhochschulstudiengänge Burgenland
Kernkompetenzbereich
Energie-Umweltmanagement
Bachelorstudien
Masterstudien
Energie- undUmweltmanagement
6 Semesterwahlweise vollzeit oder berufsbegleitend90 Anfängerstudienplätze
Energie- undUmweltmanagement
4 Semestervollzeit24 Anfängerstudienplätze
Gebäudetechnik undGebäudemanagement
4 Semesterberufsbegleitend30 Anfängerstudienplätze
NachhaltigeEnergiesysteme
4 Semesterberufsbegleitend20 Anfängerstudienplätze
Michael Graf
Energie- und Umweltmanagement
0Praxisorientiertes Studium Vollzeit/berufsbegleitend
Umsetzungs- undUmformungs-technologien
Wirtschaft, Recht und 2 Fremdsprachen
Wahlmodule: Gebäudetechnik
Prozessmanagement Projektmanagement
Energie- und Umweltmanagement
Berufsfelder:
• Planung, Bau- und Projektleitung, Betriebsing.
• Vertrieb, Schulung, Kunden-dienst und Verkauf
• Energie-, Umwelt- und Abfallbeauftragter
• Qualitäts-Manager (ISO 9000)
• Umweltmanager (ISO 14000)
• Baustellenkoordinator
• Stabstätigkeit
Energie-Umwelt-management
Michael Graf
Ziele für die nächste Stunde
Allgemeines Grundlagen Kennzahlen ein wenig rechnen….
Einflüsse auf ‚Wirkungsgrad‘ Arten von Kennzahlen
Michael Graf
Hansen, James et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA
103, 14288-14293 Copyright ©2006 by the National Academy of
Sciences
Temperaturverlauf 1880-2004
1951-1980
Michael Graf
Hansen, James et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA
103, 14288-14293 Copyright ©2006 by the National Academy of
Sciences
Temperaturänderung2001/05 gegenüber 1951/80
Michael Graf
Alpenraum 1760 - 2000
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
1760
1780
1800
1820
1840
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
east (continental)
west (maritime)
south (adriatic)
high level mean
centr. Alp. lowlevel
Po plain
GLOBAL MEAN(CRU)
devi
atio
ns fr
om 2
0th
cent
.mea
n (K
)
ALP-IMP 2003
+ 2°C
Michael Graf
Starkniederschläge und Jahressummen für Wien und Feldkirch
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1948 1954 1960 1966 1972 1978 1984 1990 1996 2002
Jahr
Sta
rkn
ied
ersc
hlä
ge
> 2
0 m
m [
n/a
]
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
Nie
der
sch
lag
sjah
ress
um
me
[m
m]
Feldkirch >20
Wien >20
Feldkirch sum
Wien sum
Häufigkeit von Niederschlägen > 20 mm/d & Jahressummen in Feldkirch, Vbg., und Wien
Formayer 2004 Jahressumme ~ +20%Starkniederschlag ~ +50 %
Michael Graf
Energie –Situation in Österreich
7.915 Großtankwagen mit je 30.000 LiterQuelle: Fanninger G.: Der Wärmepumpenmarkt in Österreich, Klagenfurt, März 2006Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, BMVIT
Michael Graf
Abwärme = Kühlenergie + Antriebsenergie
Antriebsenergie
Kühlenergie
Abwärme
Wärmepumpe
Was passiert bei offenem Kühlschrank ???
Michael Graf
Thermodynamik
1. Hauptsatz - einfach
Energie kann nicht vernichtet werdennur Umwandlung, Verluste (Wärme)
Systemgrenzen!!
Zimmer mit KühlschrankAbwärme = Kühlenergie + AntriebsenergieZimmer wird wärmer, nur Zufuhr von Energie.
Michael Graf
Thermodynamik
2. Hauptsatz vereinfacht
Wärme strömt nur bei Temperaturgefälle.
Wärme strömt von der höheren Temperatur zur niedrigeren.
(vgl. Wasser)
Michael Graf
Funktionsprinzip Wärmepumpe
8 kW Heizung
6 kWgespeicherte Sonnenwärme
Luft
Wasser
Erdreich
2 kW Pumpenergie der Wärmepumpe
Michael Graf
4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten (Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren
• Von Umwelt aufgenommene Energie: Fläche a• Antriebsenergie Kompressor: Fläche b• Gesamte abgegebene Energie: Fläche a + b• Wann ist b klein / a groß? Was ist ideal?
Carnot Prozess
Michael Graf
4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten (Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren
Carnot Leistungszahl ε über die Temperaturdifferenz Wärmequelle (Verdampfer) und Wärmenutzungsanlage (Kondensator)
ε = T / (T - Tu)
Carnot Prozess
Michael Graf
4 - 1: verdampfen 1 - 2: verdichten
(Temperaturhub) 2 - 3: kondensieren 3 - 4: expandieren
TU = 0°C = 273,15 K
T = 50°C = 323,15 K
4661527315323
15323,
,,
,CW
Carnot Prozess
Michael Graf
Fazit Carnot
theoretische Effizienz abhängig NUR von Temperaturhub/
Temperaturdifferenz unabhängig von absoluten Temperaturen Wahl der T-Niveaus? Arbeitmittel
CW = idealer Wert praktisch nicht erreichbar Reibung, Wirkungsgrade etc.
Michael Graf
Leistungszahl COP (Coefficient of performance) Effizienz
COP =
Heizleistung
elektrische Leistungsaufnahme
Theorie, Leistungszahl COP
Michael Graf
Funktionsprinzip Wärmepumpe
Leistungszahl ε oder COP (Momentanwert)
COP = Nutzleistung / Aufwand daher COP = Heizleistung / Strom
COP von 5 bedeutet: 5 – fache Heizleistung des Stromeinsatzes
Beispiel: aus 1 kW Strom, 5 kW Heizleistung
somit 4 kW von der Umgebungswärme
Michael Graf
Theorie, Gütegrad
• CW = idealer Wert• = realer Wert
Abweichung realer Wärmepumpenprozesses vom Carnot-Prozess
Gütegrad (Leistungszahl des realen Prozesses/Carnot-Prozess)
Gütegrad: [ - ]
CW
Wg
Michael Graf
Jahresarbeitszahl
Jahresarbeitszahl JAZ
Ausschlaggebend für die Effizienz der Gesamtanlage
JAZ = Wärmemengenzähler / Stromzähler vergleichbar Jahreswirkungsgrad einer
Heizungsanlage
Michael Graf
welche Kennzahl ist ‚gut‘?
theoretische: ε cw reale: ε oder COP Gütegrad η Jahresarbeitszahl
Entscheidet die PS/kw Zahl eines Autos über Verbrauch?
Wie wichtig sind Randbedingungen? Welchen Einfluss hat der User/Kunde?
Michael Graf
Vergleich von Wärmepumpen
Kennzahlen
ACHTUNG 2 Normen
EN 255 EN 14511
Beide finden sich in aktuellen Unterlagen
Michael Graf
Unterschiede EN 255, EN 14511
Änderung der Betriebspunkte bei Leistungsbestimmung
Verringerung der Spreizung von 10 K auf 5 K Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf Effekt: geringerer COP Wieso ?????
Arbeits- punkt
COP bei
Ts=10K
COP bei
Ts=5K
COP
A2 / W35
3.27
3.15
-3.7%
A15 / W50
3.48
3.29
-5.5%
Michael Graf
Unterschiede EN 255, EN 14511
geringerer COP Wieso ?????
COP = ?
Q = m . c . DiffT
halbe Differenz = doppelter Durchfluss !!!
mehr Pump-/Hilfsenergie
Michael Graf
Betriebsarten WP
WP für Heizung + WWab Bivalenzpunkt:alternative Wärmeerzeugung
WP deckt ~70% des Jahres
Michael Graf
Theorie - Fazit
• Wärmepumpen kombinieren mit NT Heizsystem• Grund: Thermodynamik• höhere Effizienz• Eventuell bivalentes System bei höheren T-Niveau