Energetische Betrachtung verschiedener Heutrocknungsverfahren

11.01.2016
Heutrocknung durch Belüftung
1. Trocknung durch Verdampfen des Wassers
Kaltbelüftung
Kaltbelüftung mit Lufterwärmung
2. Trocknung durch Kondensieren des Wassers
Wärmepumpen-Luftentfeuchter
Wärmepumpen-Luftentfeuchter + Zusatzheizung
Betrieb mit Kraft-Wärme-Kopplung
Energetische Betrachtung
verschiedener Heutrocknungsverfahren
3. Mischsystem aus 1. und 2. zeitlich versetzt
oder gleichzeitig angewandt
Fachgespräch für Praktiker und Berater
Hessische Staatsdomäne Frankenhausen
Freitag, 11. Dezember 2015
1
11.01.2016
Recheneinheiten
Energie
J, kJ
Leistung
kWh
1 kWh = 3600 kJ
kcal
1 kcal = 4,18 kJ
W, kW
1 kW = 1 kJ/sec
Verdampfungswärme Wasser
~ 2500 kJ/kg = 0,67 kWh/kg
Gewicht der Luft
0 m 20°C
1,20 kg/m3
600 m 40°C
1,04 kg/m3
Spezifische Wärme Wasser
4,18 kJ/kgK
Spezifische Wärme Luft
1,02 kJ/kgK
Energieträger für die Trocknung
1.
Luft (Sonne)
Kaltbelüftung mit und ohne Solardach
2.
Luft (Sonne) + Zusatzheizung Öl, Biomasse, Gas
3.
Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Reines Umluftverfahren
4.
Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Reines Umluftverfahren + Zusatzheizung
5.
Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Mischung aus 1 und 3
6.
Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Mischung aus 2 und 3
2
11.01.2016
Energiebedarf
am Beispiel 10 ha / Schnitt (2,8 t TM /ha)
35 % Heufeuchte Trocknung auf 13 % Heufeuchte
28 t Trockenmasse
15 t Wasser
11 t abzutrocknendes Wasser
Energieeinsatz Verdampfung oder Kondensation
670 kWh/t
~ 2 kJ/kg
28 t Heu Erwärmung um 20°C
=
=
7370 kWh
300 kWh
7670 kWh
Energieaufwand =
10000 kWh
Erzeugungsverluste 12 %, Wärmeverluste 10 - 20 %
Gesamtwirkungsgrad 75 %
=
~ 170 kW
Praxiswert 25 % Verfahrensverluste = Energieleistung =
~ 220 kW
Erforderliche Leistung für 60 h Trocknungszeit
3
11.01.2016
Kosten kWh Primärenergie
Sicherheit Komfort
Sonne
0
Biomasse
2 – 3 Cent / kWh
WP-Luftentfeuchter
(Strom 24 Cent)
4 - 5 Cent / kWh
Öl
(70 Cent/l)
7 Cent / kWh
Gas
6 Cent / kWh
Kosten kWh Lüfter
Elektrische Energie
Vergleich der Verfahren
24 Cent / kWh
Fremdenergie
Lüfterenergie
Investkosten
XXXXX
XX
1. Luft (Sonne)
Kaltbelüftung mit und ohne Solardach
X
XXXXX
2. Luft (Sonne) + Zusatzheizung
Öl, Biomasse, Gas
XXX
XXX
XXXXX
XXX
XXX
3. Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Reines Umluftverfahren
XXXX
XXXXX
XXX
XX
XXXX
4. Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Reines Umluftverfahren + Zusatzheizung
XXXX
XXXXX
XXXX
XX
XXXXX
5. Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Mischung aus 1 und 3
XXXX
XXXXX
XX
XXX
XXXXX
6. Elektrische Energie - WP-Luftentfeuchter
Mischung aus 2 und 3
XXXXX
XXXXX
XX
XXX
XXXXX
4
11.01.2016
Zusammenfassung
Dauer der Trocknung und Kosten
Verfahren
Heu
TM, t
H2O,
t
Temp
Ein, °C
Trocknung
g/kg Luft
Luft
kg/h
Dauer
h
Lüfter
kW
Cent /
kWh
WP
kW
1
28
11
19
1,8
44000
139
10,6
23
2
28
11
22
2,4
44000
104
10,6
23
3
28
11
25
3,2
35000
98
8,6
23
15
4
28
11
25
3,6
35000
87
8,6
23
15
5
28
11
23
3,1
44000
81
10,6
23
13
6
28
11
25
3,5
44000
71
10,6
23
13
Heizung Cent /
kW
kWh
100
50
50
Kosten /
t
Solar %
6
12,10
100
6
20,20
32
6
12,96
52
6
16,17
29
6
11,38
66
6
13,78
47
Schnitt 10ha, Box 100‐120 m2, Schütthöhe 2,5‐3m, Tagesdurchschnittstemp. 19°C,
Die Wahl des Verfahrens hängt von den
Energiekosten, Investitionskosten und von
der
individuellen Bewertung des Komforts ab.
Wenn günstige Energie aus Biogasanlagen oder eigener Biomasse
in ausreichender Menge verfügbar ist, wird Zusatzheizung im
Vordergrund stehen, mit Wärmepumpen-Luftentfeuchter als
Ergänzung und zur Endtrocknung.
50% der Zeit reine Belüftung
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11.01.2016
Limit der Trocknung mit Umgebungsluft
Die Lagerfähigkeit des Heus hängt von der Endtrocknung auf 87 % TM ab.
Diese Bedingung benötigt einen Luftzustand besser als der Luftzustand für
das Gleichgewicht (nach Segler).
Wenn die Luft mehr als 9,5 g/kg Wassergehalt hat, ist keine Trocknung auf
87% TM möglich, bei Werten knapp unter 9,5 g nur mit sehr hohen Luftmengen.
Das Problem ist nur durch Trocknung mit entfeuchteter Luft lösbar.
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11.01.2016
Energieaufwand des Radiallüfters
Die Kennfelder der Radiallüfter erlauben Betriebspunkte zwischen
55 und max. 82 % Wirkungsgrad. Entsprechend stark schwankt
auch die Leistungsaufnahme eines Lüfters.
Am Beispiel von 40.000 m3/h Luft und einem Gegendruck von
700 Pa beträgt die Leistungsaufnahme zwischen 9,6 und 12,6 kW.
Daraus ergibt sich ein Energieaufwand von 0240 – 0,315 kWh für
1000 m3/h Luft.
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11.01.2016
Leistungsziffer der Wärmepumpe
Energieaufwand des Wärmepumpen-Luftentfeuchters
Die Leistungsziffer einer Wärmepumpe wird bestimmt durch
Die Leistungsaufnahme der Kältemaschine des WärmepumpenLuftentfeuchters hat physikalische Grenzen.
Gut konstruierte Wärmepumpen-Luftentfeuchter kommen nahe an
diese Grenzen heran. Ausdruck für die Güte des Prozesses ist die
Leistungsziffer. Sie gibt an, in welchem Verhältnis die eingesetzte
elektrische Leistung zur erzielten Wärmeleistung steht und liegt
zwischen 3 und 6.
Die physikalischen Grenzen sind konstruktiv beeinflussbar.
Leistungsziffer 3 bedeutet die doppelte Leistungsaufnahme in kW
gegenüber Leistungsziffer 6 für die gleiche Wasserausscheidung.
•
Druck / Temperaturverhältnis zwischen Hoch- und Niederdruck
Je höher das Druck/Temperaturverhältnis, umso niedriger die Leistungsziffer.
•
Je geringer der Temperaturunterschied zwischen Luft und Kältemittel, umso
höher die Leistungsziffer.
Dieser kann beim Entfeuchter nur auf der Hochdruckseite verwirklicht werden,
am Kühlregister sind, um Kondensation zu erreichen, hohe Temperaturunterschiede notwendig.
•
Die Unterkühlung des Kältemittels verbessert die Leistungsziffer erheblich
und ist für eine Leistungsziffer über 5 zwingend notwendig.
•
Weitere Faktoren sind die Wahl des Kältemittels, die Qualität des
Kompressors und eine Steuerung, die den Betriebspunkt optimiert.
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11.01.2016
Kältekreislauf ohne Unterkühlung
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