28. Juli 2015 Autor: Rolf Grupp (Bearbeiter)

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cci Forum: See als Wärmequelle für eine Wärmepumpe

Wir haben ein Projekt mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe (Heizleistung 50 kW). Es steht ein 2.500 m³ großer See als Wärmequelle zur Verfügung. Es ist ein Zwischenkreis mit Glykol vorgesehen, sodass wir den See auch einfrieren lassen können. Wer hat Erfahrung, ob dies als Wärmequelle ausreichend ist?

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1.
Wasser/Wasser-Wärmepumpe ohne Sole-Zwischenkreis
Wenn es sich um ein stehendes Gewässer handelt und die Wärmemenge für ein Wohnhaus mit der entsprechenden Nutzung benötigt wird, funktioniert dies nicht. Wasser/Wasser-Wärmepumpen schalten bei ca. +7 °C Wassereintrittstemperatur aus Sicherheitsgründen ab.

Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Sole-Zwischenkreis
Benützt man einen Sole-Zwischenkreis in Form eines auf den Grund abgesenkten Absorbers kann die Wärmequelle durchaus ausreichend sein, weil meiner Einschätzung nach nur ca. 20 bis 30 % des gesamten Wasservolumens durch die Kristallisationswärme des Wasser gebraucht würde. Es entsteht quasi ein Eisspeicher. Genauere Zahlen sollten jedoch gerechnet werden, vor allen Dingen bezogen auf die notwendigen Regenerationszeiten und -zyklen. Außerdem sollte der Absorber gut festgebunden werden. Die Planungsabteilungen der großen Wärmepumpenanbieter verfügen mit Sicherheit über entsprechende Referenzobjekte und Erfahrungen und sind bei der Auslegung behilflich.

A. Rodecker 03.11.2011

2.
Erfahrungen mit der durchaus verlockenden Wärmequelle Seewasser habe ich nur indirekt durch Versuche, die vor einigen Jahren an der Westsächsischen Hochschule Zwickau unter Verwendung von Kapillarrohrmatten durchgeführt wurden.
Man sollte sich dabei die Tatsache vor Augen führen, dass der Wärmedurchgang und damit die Wärmeleistung vom äußeren Wärmeübergangskoeffizienten beherrscht wird. Da der maßgeblich von der Strömungsgeschwindigkeit und der Art der Anströmung abhängt, sieht es im stehenden Gewässer in der Regel ziemlich schlecht aus. Vorherrschend dürfte die freie Konvektion durch Auftrieb infolge Temperaturdifferenz sein und das führt zu sehr geringen Entzugsleistungen, die bestenfalls durch entsprechende Wärmeübertragungsflächen kompensierbar sind! Daher dürfte die Anordnung eines geeigneten Wärmeübertragers im Einlauf- oder Ablaufbereich des Gewässers eine überlegenswerte Alternative sein.

Prof. Dr.-Ing. Mario Reichel, HTW Dresden, Fakultät Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Lehrgebiet TGA, 03.11.2011


3.
Die Pumpen Strebe GmbH, Wusterhusen hat ein Projekt zu diesem Thema entwickelt. Bei dem Projekt See-Power in Berlin-Brandenburg geht es um Wärmenutzung aus einem See mit 6 m langen Koaxial-Sonden aus Edelstahl mit der archimedischen Schraube im Inneren. Erreicht wird eine Entzugsleistung von 1 kW pro Sonde bei Δt von 2 K in stehendem Wasser. Mit der Sonde werden 2 kW Entzugsleitung möglich bei entsprechend fließendem Wasser und 4 K Temperaturdifferenz.

Rüdiger Heß, Handelsvertreter CDH, Maintal, 03.11.2011


4.
q = m * x * Δt - damit ist doch alles klar, oder?
Aber was fehlt: Tiefe des Sees? Ist der See mit Grundwasser durchströmt? => Dann sollte es passen. Gibt es Auflagen der Behörden?

Stefan Obermaier, AMO Klima-Kälte-Wärme, 03.11.2011


5.
Freie Gewässer, wie Flüsse und Seen sind grundsätzlich wegen der Verschmutzung als direkte Wärmequelle ungeeignet. Aber es gibt eine Lösung die schon mit Erfolg durchgeführt wurde: Rohre aus thermoplastischem Kunststoff in einer entsprechenden Anordnung im See versenken und mit einem Wasser-Frostschutzmittel-Fluid betreiben. Wenn der Teich tief genug ist, 2 m und mehr, hat man auch, wenn er zufriert, ganz unten noch +3 °C (Anomalie des Wassers).
Eine weitere Voraussetzung ist, dass kein Bedarf besteht (wie bei Bächen und kleinen Flüssen), den Teich mal zu reinigen.

Klemens Waterkotte, Waterkotte GmbH, 03.11.2011


6.
Aus einem 2.500 m² See die Verdampferseite einer 50-kW-Wärmepumpe zu versorgen ist nach meiner Erfahrung gut möglich. Bereits zu Beginn der 80er Jahre haben wir den oberösterreichischen Wolfgangsee 'angezapft', um das Hotel Weisses Rössel bivalent mit einem Ölkessel und mehreren Wärmepumpen mit Wärme zu versorgen. Natürlich war die Größe des Sees bei diesem Projekt kein energetischer Engpaß. Eher kritisch war die Genehmigung durch die Fischereibehörde, weil es weder Literatur noch vergleichbare ausgeführte Projekte gab. Die Ansaugstelle für Seewasser wurde für die warme Jahreszeit knapp unter die Wasseroberfläche und für den Winter in 40 m Tiefe positioniert. Aufgrund von vorher nicht bekannten Strömungen im See stand in dieser Tiefe entgegen der Annahme kein Wasser mit 4 °C zur Verfügung. Um mit dem verfügbaren 2-grädigem Seewasser einen störungsfreien Betrieb zu ermöglichen, mussten die vorgeschalteten, geschraubten Plattenwärmeübertrager und die Seewasserpumpen verstärkt werden. Mit den Erfahrungen aus diesen Installationen wurde im Hotel Hochschober auf der Turracher Höhe an der Grenze zwischen den Bundesländern Kärnten und Steiermark ebenfalls eine seewassergestützte Wärmepumpe zur Beheizung eines großen Freischwimmbeckens im See geplant und installiert. Auf fast 1.800 m Seehöhe wird ganzjährig monovalent das Becken auf ca. 29 °C beheizt. Die Anlagenkonzeption ist ähnlich, also mit einem geschlossenen Glykol-Sole-Kreislauf zwischen Verdampfer und Plattenwärmeübertrager. Beide Anlagen waren immer für Besichtigungen gegen Voranmeldung zugänglich.

Otto Oberhumer, Daikin Airconditioning Central Europe, 03.11.2011

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