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Jul 29, 2023

Kommerzielle HVAC-Nachrüstungen können das Endergebnis elektrisieren

Die Elektrifizierung von Gewerbegebäuden ist ein wichtiger Umwelttrend

Die Elektrifizierung von Gewerbegebäuden war in den letzten Jahren ein wichtiger Umwelttrend, aber es ist zu erwarten, dass dies in den kommenden Jahren zu einem noch größeren Problem wird. Denn die Gesetzgebung sowohl auf Landes- als auch auf Bundesebene bietet eine Reihe finanzieller Anreize, die Gebäudeeigentümer und -betreiber dazu ermutigen sollen, ihre gasbefeuerten Raumheizgeräte durch elektrische Alternativen wie Wärmepumpen zu ersetzen.

Wenn Endverbraucher von diesen finanziellen Anreizen profitieren möchten, werden sie sich an HVAC-Auftragnehmer wenden, die ihnen bei der Entscheidung helfen, welche elektrischen Geräte für ihre Anlage am sinnvollsten sind. Dies stellt eine hervorragende Gelegenheit für Auftragnehmer dar, ihr Geschäft zu erweitern und ihre Beziehungen zu Kunden zu vertiefen, die darauf zählen, dass sie sie auf einem erfolgreichen Weg zur Elektrifizierung begleiten.

Gebäudeeigentümer, die ihre gasbefeuerten Heizgeräte ersetzen möchten, können aus einer breiten Palette elektrischer HVAC-Geräte wählen. Bestimmte Faktoren wie der geografische Standort, die Gebäudegröße und die vorhandene Ausrüstung bestimmen jedoch, welche Art von neuem System die Anforderungen eines Gebäudes am besten erfüllt, sagte Rob Landes, Produktmanager bei Daikin Applied.

„Der geografische Standort bestimmt, aus welchem ​​Medium die Wärme gewonnen werden soll“, sagte er. „In einem kalten Klima ist es zum Beispiel schwieriger, Wärme direkt aus der Außenluft zu gewinnen, daher könnte ein teilweiser oder vollständiger Wasserkreislauf, der Erdwärme oder rückgewonnene Prozesswärme nutzt, am besten funktionieren. Allerdings gibt es in der Industrie eine Bewegung, um bessere Lösungen zu schaffen.“ Wir werden Luftwärmepumpen für kalte Klimazonen einsetzen, daher wird es in diesem Bereich viele Fortschritte geben.“

Zur Größe des Gebäudes sagte Landes, dass dies insbesondere bei größeren Gebäuden wie großen Krankenhäusern oder Campusgeländen eine Rolle spiele. Für Schulen sei die Ausstattung auf dem Dach möglicherweise am sinnvollsten, sagte er, wohingegen bei Bürogebäuden und Gastronomieflächen Wasserwärmepumpen-Terminals möglicherweise die bessere Option seien.

Auch die vorhandene Ausrüstung spiele eine Rolle, sagte er.

SCHÄDLICHE EMISSIONEN: Die Dachgeräte von York's Choice können anstelle der Gasverbrennung elektrische Wärme nutzen, was zur Reduzierung schädlicher CO2-Gasemissionen beitragen kann. (Mit freundlicher Genehmigung von York)

„Wenn Sie beispielsweise ein gasbeheiztes Dachgerät durch eine vollelektrische Wärmepumpe ersetzen, kann dies aufgrund der zunehmenden elektrischen Eigenschaften eine Herausforderung darstellen. Die erforderlichen Kabel und Leistungsschalter könnten größer sein, was Sie bei der Überlegung berücksichtigen müssen die Infrastruktur für den Ersatz.“

Eine weitere Überlegung bei vorhandener Ausrüstung besteht darin, dass ältere Gebäude mit kesselbasierten Warmwasserheizsystemen für höhere Warmwassertemperaturen ausgelegt sind, normalerweise etwa 180 °F. Zwar gibt es Wärmepumpen, die höhere Wassertemperaturen liefern können, sie sind jedoch im Allgemeinen dafür ausgelegt, Wasser mit einer Temperatur von 120 bis 140 °F zu liefern, sagte Brian Dail, Segmentmarketingmanager für Klimaanlagen bei Danfoss. Dies kann die Dimensionierung bestehender Rohrleitungen und Wärmetauscher zu einer Herausforderung machen, die neue Heizkörper/Gebläsekonvektoren oder zumindest eine Änderung der Wasserdurchflusspumpe und -ausbalancierung erfordern könnte, sagte er.

„Darüber hinaus erfordern Umluftwärmepumpen im Allgemeinen mehr Heizleistung als Kühlleistung, insbesondere in nördlichen Klimazonen, wo die Heizlasten in den meisten Anwendungen wesentlich größer sind als die Kühllasten“, sagte er. „Die vorhandenen Rohrleitungen sollten in der Regel für die Dampfkompressionsheizung im Vergleich zu einem gasbefeuerten Ofen ausreichen, aber Gebäude müssen möglicherweise ihre Stromversorgung für die Elektrifizierung der Heizung aufrüsten. Das liegt daran, dass der Strombedarf eines Gebäudes im Vergleich zu fossilen Brennstoffen erheblich ansteigen wird.“ Brennstoffbasierte Heizsysteme werden auf Elektro umgestellt.

Mark Lessans, Senior Director für Nachhaltigkeit und Regulierungsangelegenheiten bei Johnson Controls, stimmt zu, dass der Ersatz herkömmlicher gasbetriebener Heizkessel und wassergekühlter Kältemaschinen durch Hydronik-Wärmepumpen eine erhebliche Chance zur Dekarbonisierung darstellt, jedoch zusätzliche Design- und Konstruktionsarbeiten erfordern kann, da die Systeme dies tun komplexer.

„Gewerbliche Wärmepumpen sind aufgrund ihrer Fähigkeit, heißes und kaltes Wasser bereitzustellen, das für die dekarbonisierte Raumklimatisierung geeignet ist, wirklich bemerkenswerte Maschinen“, sagte er. „Bei der Dimensionierung einer Hydronik-Wärmepumpe ist es wichtig zu verstehen, wie Sie Ihren Kühlkörper und Ihre Wärmequelle ausbalancieren, um zu vermeiden, dass das Wasser entweder zu heiß oder zu kalt für das System ist, und so die betrieblichen Einsparungen zu maximieren und den Verbrauch zu begrenzen Backup-Ausrüstung. [Wie oben erwähnt] benötigen Gebäude mit älteren Dampf- oder Warmwassersystemen häufig Wasser im Temperaturbereich von 180 °F, um den Heizbedarf der Bewohner zu decken. Einige Wärmepumpen können Warmwassertemperaturen nahe diesem Bereich liefern, was zu einem Temperaturabfall führen kann langer Weg bis zum Austausch des Kessels.

Der Austausch fossil befeuerter Heizgeräte durch elektrische Alternativen ist nicht so einfach wie beispielsweise der Austausch eines Gaskessels durch einen elektrischen Widerstandskessel. Wie Lessans feststellte, kann diese Art der gleichwertigen Nachrüstung zu höheren Betriebskosten und höheren Emissionsquellen führen und eine enorme Belastung für das Stromnetz darstellen – manchmal auch als „ineffiziente“ Elektrifizierung bezeichnet. Stattdessen sollten Wärmepumpen in Betracht gezogen werden, da diese mehr als dreimal effizienter sein können als Elektrokessel und den Kunden somit mehr Vorteile aus der Elektrifizierung bringen, sagte er.

AUSRÜSTUNGSAUSWAHL: Die Wahl der Ausrüstung bei Nachrüstungsanwendungen richtet sich nach den zuvor installierten Geräten, sodass weiterhin Kanalsysteme oder Wasserverteilungen verwendet werden können. (Mit freundlicher Genehmigung von All Temp Heating & Cooling LLC)

„Eine vollständige Elektrifizierung der Raumheizung in bestehenden Gebäuden erfordert im Allgemeinen zumindest einen gewissen Einsatz von elektrischem Widerstand zur zusätzlichen Heizung bei Spitzenheizbedingungen“, sagte Lessans. „Hier müssen wir wirklich vorsichtig sein, denn eine weitgehende Abhängigkeit von elektrischen Widerständen in Spitzenheizzeiten birgt das Risiko einer ineffizienten Elektrifizierung. Die Deckung des zusätzlichen Heizbedarfs einer Wärmepumpe mit Gas anstelle von elektrischem Widerstand führt häufig zu geringeren Betriebskosten und geringeren Emissionsquellen. Die Ergebnisse variieren jedoch je nach Gebäude.

Landes wies darauf hin, dass Gebäudeeigentümer in Europa auf der Kaltwasserseite häufig Wärmepumpen mit Heizkesseln kombinieren. Der Kühler produziert fast ständig heißes Wasser, aber an den kältesten Tagen, wenn der Kühler nicht mithalten kann, schaltet sich der gasbetriebene Boiler ein.

„Der Gebäudeeigentümer profitiert von einer erheblichen Reduzierung seines CO2-Fußabdrucks, hat aber auch einen Workaround für die Achillesferse der Wärmepumpe bei kaltem Wetter“, sagte er. „Da die Gesetzgebung in den USA eher ein Verbot von Erdgasanschlüssen vorsieht, sind Hybridsysteme hier möglicherweise nicht so weit verbreitet, zumindest nicht mit Gaskesseln. Elektrokessel wären immer noch möglich, wenn auch teurer.“

Dail stimmt zu, dass Heizgeräte, die auf fossilen Brennstoffen basieren, in vielen Fällen durch elektrisch betriebene Wärmepumpen, entweder Wasser- oder Umluftwärmepumpen, ersetzt werden. Er wies darauf hin, dass Warmwasserheizung typischerweise in großen Gebäuden eingesetzt wird, in denen eine zentrale Heiz- und Kühlanlage wirtschaftlich ist, und dass sie auch in nördlicheren Klimazonen und bei älteren Gebäudekonstruktionen üblich ist.

„Umluft-Wärmepumpensysteme sorgen im Sommer für Klimatisierung und im Winter für Heizung“, sagte er. „Sie können überall eingesetzt werden, aber die Effizienz ist in milderen Klimazonen am größten, wo Wärmepumpen leicht einen COP von 3 überschreiten können, während selbst der effizienteste Gasofen nur einen Wirkungsgrad von etwa 98 % hat. Das ist ein enormer Effizienzgewinn.“ . Wenn die Temperaturen jedoch unter den Gefrierpunkt fallen, müssen Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmepumpen ihre Außenregister abtauen. Bei kälteren Temperaturen sinkt auch die Fähigkeit der Wärmepumpen, ihre Kapazität aufrechtzuerhalten, und es kann zu zusätzlichen Wärmeverlusten kommen um sicherzustellen, dass es keine Komforteinbußen gibt. In kälteren Klimazonen könnte die Einführung eines Gas-/Elektro-Hybridsystems eine erhebliche Reduzierung der Emissionen ermöglichen, ohne größere Änderungen an der elektrischen Infrastruktur und die damit verbundenen Kosten mit sich zu bringen.“

In Bezug auf die Kosten stellte Landes fest, dass es wahrscheinlich nicht möglich sein wird, ein Wärmepumpensystem für weniger als den Preis eines Gaskessels zu kaufen; Allerdings bietet die Wärmepumpe Vorteile hinsichtlich der Effizienz und der Reduzierung der Klimaauswirkungen.

„Die Kosten hängen von regionalen Faktoren ab und davon, wie viel Wärme Sie mit der Wärmepumpe beziehen können“, sagte er.

Die gute Nachricht bei der Elektrifizierung ist, dass sie den Bauunternehmern viele Möglichkeiten bietet. Beispielsweise könnten in Staaten mit kaltem Wetter und in Städten, die sich in Richtung Elektrifizierung bewegen, Hybridsysteme definitiv beliebter werden, insbesondere als erster Schritt, sagte Landes.

„Die Installation von Hybridsystemen ist eine Arbeit, die von Auftragnehmern erledigt werden muss, daher wird die Elektrifizierung insgesamt wahrscheinlich mehr Arbeit für die Auftragnehmer mit sich bringen“, sagte er.

Auftragnehmer können ihren gewerblichen Kunden helfen, sich auf diesen Übergang vorzubereiten, indem sie sie im Voraus auf die mit der Elektrifizierung verbundenen Umbaukosten aufmerksam machen (z. B. Modernisierung der Schalttafel, Austausch von Hydronik-Raumwärmetauschern und Kosten für neue Wärmepumpenausrüstung), sagte Dail.

„Dieselben Auftragnehmer sollten dann die Effizienzgewinne und Anreize (sowohl auf Bundes- als auch auf lokaler Ebene) für die Elektrifizierung verstehen, die möglicherweise viele dieser Kosten für ihre Kunden ausgleichen können“, sagte er. „Es wird mehr Arbeit geben, als nur gleichwertige Teile zu ersetzen, und die Elektrifizierung hat das Potenzial, mehr Arbeit für die Auftragnehmer mit sich zu bringen, die in der Lage sind, das Gesamtbild mit ihren Kunden zu teilen.“

Viele Kunden seien bestrebt, ihre Raumheizung zu elektrifizieren, insbesondere wenn sie sich zur Dekarbonisierung ihres Betriebs verpflichtet haben, sagte Lessans. Die Reduzierung der Kraftstoffverbrennung vor Ort ist oft ein zentraler Bestandteil dieser Strategie.

„Tatsächlich gaben 35 % der im Rahmen der jüngsten Johnson Controls Energy Efficiency Indicator Survey befragten Facility Manager an, dass sie planen, in den nächsten 12 Monaten Wärmepumpentechnologie zu installieren, was einer Steigerung von 7 % gegenüber denjenigen entspricht, die angaben, dies bereits in den letzten 12 Monaten getan zu haben ," er sagte.

Unter dem Strich stellen Elektrifizierung und Dekarbonisierung eine Chance für Auftragnehmer dar, das Wertversprechen zu steigern, das sie ihren Kunden machen können, sagte Lessans. Um sich auf diese Gelegenheit vorzubereiten, sei es für Auftragnehmer wichtig, die lokalen Richtlinien und/oder Dekarbonisierungsziele zu verstehen, was die Kunden dazu veranlasse, dem Kraftstoffverbrauch vor Ort mehr Aufmerksamkeit zu schenken. Darüber hinaus müssen sie in der Lage sein, die praktischen Anwendungen von Wärmepumpen für ihren Gebäudetyp und die langfristigen Vorteile, die sie bieten können, verständlich zu erklären.

„Die Innovation in der Wärmepumpentechnologie schreitet rasant voran und Wärmepumpen sind in der Lage, einen zunehmenden Anteil der Heizlasten zu bewältigen“, sagte Lessans. „Während wir den Aufbau eines intelligenten, CO2-freien Stromsystems und einer Building-to-Grid-Infrastruktur vorantreiben, kann ich mir eine Zukunft vorstellen, in der eine vollständige Elektrifizierung für alle Gebäude sinnvoll ist.“

Und das ist eine enorme Chance für HVAC-Auftragnehmer.

Joanna Turpin ist leitende Redakteurin. Sie kann unter 248-786-1707 oder [email protected] kontaktiert werden. Joanna ist seit 1991 bei BNP Media und leitete zunächst die technische Buchabteilung des Unternehmens. Sie erwarb ihren Bachelor-Abschluss in Englisch an der University of Washington und arbeitete an ihrem Master-Abschluss in technischer Kommunikation an der Eastern Michigan University.