HeaMo – Gleichzeitig Heizen und Kühlen
Energie sinnvoll umverteilen für gleichzeitige Versorgung mit Wärme und Kälte
Energieeffizienz ist in aller Munde und wird nicht nur von den Gesetzgebern, sondern auch von den anspruchsvollen Kunden verlangt. Gerade in der Gebäudetechnik ist Nachhaltigkeit in Bezug auf einen energiereduzierten Betrieb existenziell. Deshalb fordern Investoren, Planer und Architekten ein ressourcenschonendes Energiemanagement für die Gebäudetechnik.
Gebäude, egal welcher Art, benötigen 40 % des gesamten Weltenergieverbrauches und sind zu 21 % an der weltweiten Treibhausgasemission beteiligt. Hier gibt es sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht ein erhebliches Maß an Energieeinsparpotenzial. Gleichzeitiges Kühlen und Heizen in der modernen Gebäudetechnik sind heutzutage keine Seltenheit mehr. Einige Gründe hierfür sind in der Verringerung der Transmissionswärmeverluste, dem hohen Anteil der inneren Kühllasten, aber auch in dem stetig wachsenden Anteil an Glasfassaden in der modernen Architektur zu suchen. Besonders Gebäude mit Nord- und Südorientierung sowie Gebäude mit dem Bedarf zur ganzjährigen Kühlung von elektronischen Schalt- und Kommunikationszentralen – oder auch Anwendungen mit einem hohen Bedarf an Warmwasser für sanitäre Anlagen – erfordern stets über lange Zeiträume die gleichzeitige Bereitstellung von Wärme und Kälte. Gleiches gilt insbesondere während der Übergangszeiten für Hotels:
Bedingt durch das individuelle Temperaturempfinden der Gäste ist ein gleichzeitiges Heizen und Kühlen in einzelnen Räumen oft unumgänglich.
Bis in die heutige Zeit ist es keine Seltenheit, dass Systeme zur Bereitstellung von Kaltwasser für den Kühlbedarf und Systeme für die Warmwassererzeugung parallel nebeneinander betrieben wurden. Energieoptimierungspotenziale bleiben so aber ungenutzt.
Das HeaMo-Gerät (HeaMo steht für Heat in Motion – Wärme in Bewegung) nutzt die bei der Kälteerzeugung anfallende Wärme, um den Warmwasserbedarf des Gebäudes zu bedienen. In Abhängigkeit der Kühl- und Heizlast im Gebäude lassen sich die Leistung und die Temperaturen des Kalt- und Warmwassersystems individuell regeln. Die größtmögliche Effektivität wird erzielt, wenn gleichzeitig Kälte- und Wärmeenergie in einem ausgeglichenen Maß bereitgestellt werden muss. So ist garantiert, dass keine Kälte- oder Wärmeenergie ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird. Aber auch der reine Kalt- oder Warmwasserbetrieb ist mit HeaMo problemlos möglich.
Hierzu wurden bislang Kaltwasser für den Kühlbedarf und Systeme für die Warmwassererzeugung parallel nebeneinander betrieben. So blieben Energieoptimierungspotenziale ungenutzt.
Das HeaMo-Gerät hingegen nutzt die bei der Kälteerzeugung anfallende Wärme, um den Warmwasserbedarf des Gebäudes zu bedienen. Die größtmögliche Effektivität wird erzielt, wenn gleichzeitig Kälte- und Wärmeenergie in einem ausgeglichenen Maß bereitgestellt werden muss.
Betriebsweisen
Eine Applikation - verschiedene Betriebsarten
Kühlbedarf 100 % – Heizbedarf 100 %
Das HeaMo-Gerät arbeitet energetisch am Optimum. So wird die Energie, welche dem Kaltwasser entzogen wird, dem Warmwasser zugeführt. Dem
Gebäude kann so – ohne Energieverschwendung – Kaltwasser zur Kühlung
und Warmwasser zu verschiedenen Heizzwecken zur Verfügung gestellt
werden. Energie wird sinnvoll im Gebäude umverteilt, wo diese gerade
benötigt wird. Die Arbeitsweise eines Gerätes entspricht dem eines
wassergekühlten Kaltwassererzeugers, wobei jedoch nicht nur die Kalt-,
sondern auch die Warmwasserseite leistungsmäßig individuell geregelt
werden kann. Der luftgekühlte dritte Wärmetauscher ist nicht in Betrieb.
Kühlbedarf 100 % – Heizbedarf 50 %
Alle Verdichter sind in Betrieb, um den Kühlbedarf sicherzustellen.
Beide Kältemittelkreisläufe entziehen dem Kaltwasserwärmetauscher Energie und kühlen so das Kaltwasser ab. Da jedoch nur 50 % der Heizleistung benötigt
werden, arbeitet nur ein Kältemittelkreislauf auf dem Warmwasserwärmetauscher. Der zweite Kältemittelkreislauf nutzt zur Abgabe der überschüssigen Wärme an die Außenluft den luftgekühlten Cu-/Al-Wärmetauscher als Verflüssiger.
Kühlbedarf 100 % – Heizbedarf 0 %
Das Gerät arbeitet wie ein Kaltwassererzeuger. Dem Kaltwasserwärmetauscher wird Energie entzogen und über den luftgekühlten Cu-/Al-Wärmetauscher an die Außenluft abgegeben. Je nach Kühlbedarf schalten die Verdichter zu oder ab, um so konstante Kaltwassertemperaturen zu gewährleisten. Steigt während dieser Betriebsart der Warmwasserbedarf wieder an, schaltet ein Kältemittelkreislauf vom luftgekühlten Wärmetauscher auf den Warmwasserwärmetauscher um.
Kühlbedarf 0 % – Heizbedarf 100 %
Das HeaMo-Gerät nutzt die Außenluft als kostenlose Energiequelle, um die
dort entzogene Energie dem Gebäude in Form von Warmwasser wieder zur Verfügung zu stellen. Der Kaltwasserwärmetauscher wird während dieser Betriebsart nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Ändert sich der Heizbedarf, schalten Verdichter ab bzw. zu. Steigt die Nachfrage nach Kaltwasser an, wechselt ein Kältemittelkreislauf vom luftgekühlten Wärmetauscher, der in diesem Fall als Verdampfer genutzt wird, zum Kaltwasserwärmetauscher um.
1 Kältekreislauf 1 mit Kompressor 1 + 2
2 Kältekreislauf 2 mit Kompressor 3 + 4
3 Verflüssiger
4 Zusätzlicher Luftwärmetauscher
5 Verdampfer
Die hier dargestellte Betriebsweise des HeaMo AIR ist analog zu der Arbeitsweise des HeaMo GEO zu sehen. Jedoch nutzt das HeaMo GEO-Gerät für den reinen Kalt- oder Warmwasserbetrieb (bzw. bei asymmetrischer
Lastverteilung) Geothermie als Energiequelle.