Verdoppelung der Jahresarbeitszahl für Wärmepumpen und Kältemaschinen mit kleinem Temperaturhub

• Research unit: SFOE
• Project number: 100771

Key words (German)

TP0074;F-Wärmepumpen und Kälte

Short description (German)

Standard-Wärmepumpen und Kältemaschinen sind für Temperaturhub von 30 bis 60°C ausgelegt und optimiert. Für die Gebäudeheizung und -kühlung über grossflächige Verteilsysteme bzw. Umluftgeräte genügen in vielen Fällen ein Temperaturhub von 10 bis 20°C.

Final report (German)

Die Bedeutung der Kühlung von Büro- und Verwaltungsgebäuden wird in Zukunft zunehmen. Kühlener-giebedarfe deutlich über 50 kWh/m2 a sind heute keine Seltenheit mehr. Da für die Gebäudekühlung grosse Mengen hochwertige elektrische Energie (Exergie) benötigt werden, ist die Entwicklung von effizienten Systemen von grossem Interesse. Effizienzsteigerungen dürfen jedoch keine Verschlechterung der Behaglichkeit zur Folge haben. Es ist eine ganzheitlich optimale Lösung bestehend aus Architektur, Bauphysik und Gebäudetechnik anzustreben. Die Leistungszahl (Coefficient of System Performance, COSP) bzw. Jahresarbeitszahl (JAZ) von Klimakälte-anlagen ist stark abhängig vom Temperaturhub. In vielen Anwendungen in der Gebäudekühlung genügt ein Hub von 10–20 K. Das Potenzial für hocheffiziente Systeme wird jedoch nur ungenügend genutzt, da Standard-Anlagen für Temperaturhübe von 30–60 K gebaut sind. Die vorliegende Studie richtet sich in erster Linie an die Planer, welche mit dem Konzept der Kälteerzeugung, Energieverteilung und Raumkühlung den entscheidenden Einfluss auf den benötigten Hub haben. Das Ziel des Projektes ist die Beschreibung des Zusammenwirkens der Komponenten im Gesamtsystem und das Bereitstellen von Planungsrichtlinien.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ernst Basler + Partner AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Meier,Martin
Kegel,Beat
Wellig,Beat
Wellig,Beat

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• Verdoppelung der Jahresarbeitszahl von Klimakälteanlagen durch Ausnützung eines kleinen Temperaturhubes - Schlussbericht [PDF] 869 kB

Final report (English)

The seasonal performance factor (SPF) of chilled water systems (CWS) is closely related to the temperature lift, i.e. the difference between the temperature of the heat source and the heat sink. In many applications in building services engineering, a temperature lift of 10–20 K is in principle sufficient. However, the poten-tial for highly efficient refrigerating systems is not fully exploited as standard chillers are designed for lifts of 30–60 K. The exergy analysis of typical CWS shows that the external exergy losses are greater than the exergy losses of the chiller. The second-law (or exergetic) efficiency is usually far below 10%. It is therefore important to avoid unnecessarily high temperature lifts. Measurements on refrigeration systems in two office buildings have shown that even in state-of-the-art CWS considerable energy savings (up to 50%) can be achieved by persistent use of small temperature lifts. However, SPF-values around 5–6 can hardly be exceeded in systems with electric driven chillers. SPFs higher than 10 or even above 20 can only be reached with optimized free cooling processes. Basic decisions, which ultimately lead to CWS with unnecessarily high temperature lifts, are taken in the early project stages. Therefore, this study presents guidelines for the design and operation of CWS with small temperature lifts. The implementation of these simple measures will lead to a considerable reduction of energy consumption and operating costs.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ernst Basler + Partner AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Meier,Martin
Kegel,Beat
Wellig,Beat
Wellig,Beat