Erreichbare Energieeinsparung durch Sonnenenergie?
bis zu 60%
-> vollstöndige Versorgung mit solarer Energie ist hierzulande nur mit einem saisonalen Wärmespeicher möglich -> hoher, unwirtschaftlicher Aufwand (besonders bei kleinen Gebäuden)
Grober Anhaltspunkt für die Dimensionierung
Heizunterstützung durch solare Lufterwärmung in Luftkollektoren: Vorteil und Nachteil
Vorteil: Nutzbarkeit auch niedrigerer Temperaturen
Nachteil: kein vollwärtiges Heizsystem, nur als Zusatzheizung einsetzbar
Ausführungsvrianten von Luftkollektoren
Wintergarten als Solarkollektor bzw. Pufferzone
Bei Sonne auch in der kalten Jahreszeit angenehme Temperaturen erreichbar
unbeheizter (!) Wintergarten dient als Pufferzone
Energieeinsparung je nach Konstruktion bis zu ca. 30%
ein beheizter Wintergarten führt jedoch zu deutlich erhöhten Wärmeverlusten
Überhitzung (!!) im Sommer vermeiden durch Verschattung und ausreichend Lüftungsmöglichkeiten
Zusätzlich erhöhter Wohnkomfort
Wozu dient ein Hypotauscher-System im Wintergarten?
zur Vermeidung von Überhitzung und Zugluftproblemen
Was bewirkt ein Hypotauscher-System im Wintergarten?
Luftbefeuchtung im warmen Wintergarten über Pflanzen oder Springbrunnen
Absaugung warmer, feuchter Luft an der höchsten Stelle und Transport zum Boden
Kondensation der Feuchtigkeit in Hypokausten-Rohren im kalten Boden setzt dort Kondensationswärme frei.
Die getrocknete Luft wird dem Wintergarten wieder zugeführt.
Was bewirkt ein Erdwärmetauscher zur Luftversorgung?
Ausnutzung der Erdwärme im Winter zur Vorerwärmung der Zuluft
Ausnutzung der Kühle des Erdbodens im Sommer zur Temperierung der Zuluft
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) - Besonderheiten
Gleichzeitige Gewinnung und Nutzung von
mechanischer Energie (meist Strom, in der Industrie auch Rotationsenergie)
Wärme (Heiz- oder Prozesswärme)
innerhalb einer Anlage.
übliche Ausbeute: 1/3 Strom, 2/3 Wärme
Definition (gemäß DIN EN 18599 – Teil 9): Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Erzeugung thermischer Energie und elektrischer und/oder elektrochemischer und/oder mechanischer Energie in einem thermodynamischen oder elektrochemischen Prozess.
Worin liegt der Vorteil von KWK?
geringer Wirkungsgrad der Stromerzeugung
aber: Abwärme kann zum Heizen genutzt werden!!
Unterschied Dampfturbine und Gasturbine
Dampfturbine: ca. 500-600 Grad max.
Gasturbine: über 1000 Grad Verbrennungstemp. möglich
hohe Abgaswäme bei Gas -> damit kann nochmal ein Dampfkraftwerk betrieben werden, welches dahinter geschlaten wird -> höherer Wirkungsgrad beim Gesamtsystem (50-60%)
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) - Vorteile
Nutzung von Abwärme → damit höherer Gesamtwirkungsgrad (bis 90 %)
in Konsequenz geringerer Ressourcenverbrauch und CO2 -Emissionen
ideal bei zusammenpassendem Strom- und Wärmebedarf
KWK - Betriebsweise
wärmegeführt (mit Stromabgabe ins öffentliche Netz)
BHKW läuft dann, wenn ich Wärme benötige, überflüssiger Strom wird dann ins Netzwerk eingespeist
stromgeführt (selten, vorwiegend bei Produktionsbetrieben)
BHKW läuft, wenn ich Strom benötige
Nachteil: es wird ggf. viel überflüssige Wärme erzeugt wenn ich viel Strom benötige; Wärme kann ich nicht abgeben
KWK - Ausführungsformen
Blockheizkraftwerk (BHKW): 1 kW bis einige 10 MW
kleinere Anlagen (Einkaufszentrum, größere Gebäudeeinheiten,…)
Heizkraftwerk: einige 100 MW
Industriekraftwerk: Dimensionierung nach Bedarf
KWK - Sinnvolle Einsatzbereiche
Schwimmbäder
Krankenhäuser, Altersheime, Hotels
Industrie- und Gewerbebetriebe, Büro-, Kaufhäuser
Fern- und Nahwärmenetze
Landwirtschaft, Gartenbau
Wohnsiedlungen und –häuser
öffentliche Gebäude
KWK - Was ist beid er Auslegung zu berücksichtigen?
Thermische Jahresdauerlinie
Tagesganglinie von Strom- und Wärmebedarf
jährl. Betriebsstundenanzahl
Sinnvoller Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung:
Nahe Abnehmer von Wärme entsprechender Temperatur (und evtl. Strom)
zusammenpassender Strom- und Wärmebedarf
Technologie einer Alternativlösung veraltet / mit geringem Wirkungsgrad, Einsparung im Vergleich zu GuD-Kraftwerk + Brennwertkessel: nur 15 – 20 %
„Verschaltung“ der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
Kombination von:
BHKW
zur Strom- und Wärmeerzeugung in der Grundlast
Speicher
zum Ausgleich von Schwankungen im Wärmebedarf
Spitzenkessel
zur Abdeckung von Spitzen im Wärmebedarfsleistung
BHKW ins Heizungssystem ohne Spitzen-Kessel - Verschaltung
Reihenschaltung
Einbindung eines BHKW ins Heizungssystem mit Brennwert-Kessel - Verschaltung
Parllelschaltung
Fern- und Nahwärme
Nahwärme gibt es prinzipiell nicht
Grundgedanke bei der Nurtzung von Fern- und Nahwärme
Reduzierung der Brandgefahr in Städten
Reduzierung der Verschmutzung mit Kohle und Asche
Erhöhung des Wirkungsgrades thermischer Kraftwerke mit KWK
Welche Komponensten gibt es beim System mit Fern- und Nahwärme?
Detailaufbau Fern. bzw. Nahwärme mit Übergabestation
man benötigt keinen Heizkessel, keine Lagerung, keinen Schornstein,…
platzsparend, man hat nur ein “kleines Kästchen”
Fern- und Nahwärme - Anschaffungskosten, etc.
Anschaffungskosten sind im vergelich zu anderweitigen Heizanlagen günstig
Zukunftssicherheit: zukünftig werden Gebäude durch Sanierungen etc. einen geringeren Wärmebedarf haben, fraglich, wie sinnvoll dann noch Nahwärmenetze sind
Möglichkeiten und technische Ausführung von Wärmespeicher
Mögliche Lösung für das Probelm der Zukonftsfähigkeit der Nahwärme…
KWK - Welche verschiedenen Konzepte gibt es?
Wann hat eine Wärmepunpe einen besonders hohen Wirkungsgrad?
Wenn der Temperaturhub möglichst gering ist
Wann lohnen sich BHKWs?
größere Wohneinheiten
kleine Siedlungen
Bürogebäude im Gewerbegebiet
—> überall da, wo gleichbleibender (hoher) Wärmebedarf da ist
Funktionsweise Sterling-Motor bei BHKWs
2 Kolben: Verdränger- und Arbeitskolben
Besonderheit:
man braucht keinen Brennstoff, nur Wärme
Aufbau einer Brennstoffzelle
Brennstoffzellen - Typen
es gibt verschiedene Ausführungen
unterschiedliche Brenngase werden verwendet
Wesentlicher Unetrschied: Betriebstemperatur
Einsparungspotential durch KWK
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