Sanftes Heizen und Kühlen - - Huber Energietechnik AG

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Sanftes Heizen und Kühlen - - Huber Energietechnik AG

Sanftes Heizen und Kühlen -Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenArthur Huberdipl. Ing. ETH1. 8. 1963dipl. Masch.-Ing. ETH / SIAMitglied SWKI / FEZ1995 Gründung der FirmaHuber Energietechnik- Geothermische Planungen- MINERGIE – Planungen HLK- Programm EWS für Erdwärmesonden- Programm WKM für Luft - ErdregisterHuber Energietechnik AGJupiterstrasse 26CH – 8032 ZürichTel.: +41 44 227 79 78Fax: +41 44 227 79 79E-Mail: mail@hetag.chWeb: http://www.hetag.ch


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenEinzelsonden und Sondenfelder zum Heizen und KühlenInhalt• Neue Tendenzen bei den Erdwärmesonden• Beispiel: Heizen und Kühlen Einfamilienhaus• Beispiel: Heizen und Kühlen bei MFH und Bürobauten• Optimieren von Sondenfeldern• Langfristverhalten von Erdsonden


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenNeue Tendenzen bei den ErdwärmesondenErdwärmesonden werden immer häufiger• im Altbau• in den Städten• bei Sanierungen• bei Grossprojekteneingesetzt.-> Platz für Bohrungen ist knapp / schlecht zugänglich-> Es wird immer tiefer gebohrt und Sondenfelder erstellt


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBohrtechnik: Problem Zugänglichkeit der BohrstelleProblem:Zugänglichkeit inder StadtBeispiel: 2 x 300m40mm DuplexsondeBild:Heim Bohrtechnik AG


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBohrtechnik: Problem Zugänglichkeit der BohrstelleProblem:ZugänglichkeitBeispiel:RaupenbohrerBilder:Frutiger AG


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenProblem Altbau / Stadt: Grosse Leistung / wenig PlatzBeispiel:Heizleistungsbedarf: 85 kWBohrung 420mBohrung 420mLösung: 3 x 420m BohrungErdsonden 50mm duplexTiefgarageBohrung 420mRampenheizungTelefon / StromzuleitungBild: Bohrunternehmer (Hr. Heim) und Bohrfachmann (Hr. Rohner) diskutieren Bohrung 3 x 420mPlanung: Huber Energietechnik AG, Zürich-> Tendenz zu immertieferen Bohrungenneu: 50mm duplex-Sonden


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenTendenz: Bivalente Anlagen bei GrossprojektenProblem:Platzbedarf für BohrungBivalenzpunkt: bestimmt durchPlatzbedarf BohrungBeispiel: 28 x 280mmax. Leistungsbedarf [kW]800.0700.0600.0500.0SummenhäufigkeitFroheim, Heizleistung 240 kW400.0300.0200.0100.00.0Jahresstunden0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Lastkurve ohne freie Wärme Lastkurve mit freier Wärme mit Wärmepumpe gedeckt


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenTendenz: MINERGIE führt zu Heiz- und KühlbedarfProblem:Heiz- und KühlbedarfAnforderung: MINERGIE-> „Geocooling“ notwendigBeispiel: Zentrum Huob34 Sonden x 200mPlanung HLK:Waldhauser Haustechnik AGAuslegung Sonden:Huber Energietechnik AGBauherr: Swiss Re


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 1: EinzelsondeBeispiel 1:Sondenfreecooling und Verzicht auf Frostschutz


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 1: MINERGIE-P - DEFH Haufland, Maur (ZH)chitektur: Fild+Partner GmbHF. Fild, dipl. Architekt FH8127 Forchnung HLK: Huber Energietechnik AGsführung HLK: Kalorbau AG, Brüttisellenhrung: Heim Bohrtechnik AGAu (SG)Architektur & Foto: Main GmbH, Frank Fild, dipl. Arch. FH


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenMINERGIE-P - DEFH Haufland: Haustechnik - KonzeptHeizung: Erdsonden – WärmepumpenCTA Optiheat 3s / 5s600 Liter Wassererwärmermit 4m2, innenliegendemWärmetauscher2 x 2.5 m2 SonnenkollektorenKühlung:Sonden – Direktkühlung(„Sondenfreecooling“)über Sonden-WärmetauscherFussbodenheizungs-KühlungVerteilung: Fussbodenheizungselbstregulierend( < 30°C Vorlauftemperatur)ohne ThermostatventileErdsonde: 125m & 170m Duplexsonde 40mmreine Wasserfüllung( ohne Frostschutz ! )Sondenbohrung: Heim Bohrtechnik AG, AuPlanung / Foto: Huber Energietechnik AG


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenMINERGIE-P - DEFH Haufland: Haustechnik - KonzeptMehraufwand:• Wärmetauscher Sonden – Heizung• Regelventil vor Wärmetauscher• Umstellbare, elektrische Raumthermostaten(wenn keine selbstregulierendeFussbodenheizung geplant)


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenWirkungsgradverbesserung dank Sonden - Direktkühlung-> Direktkühlung mit Sondenkann energetisch neutral realisiert werden-> geeignet für MINERGIE und MINERGIE-P


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 1: Sonde ohne Frostschutz und Freecooling• BerechnungminimalerSondenrücklauftemperaturvon +2°C


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 1: Sonde ohne Frostschutz und Freecooling• BerechnungDeckungsgradKühlbedarf mitSondenfreecoolingDeckungsgradDeckung(grün)Bedarf(violette)


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 2: Sondenfelder und SystemauslegungBeispiel 2:Wohnungsbau mit Geocooling (=Sondenfreecooling)


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 2: Mehrfamilienhaus, Grundprinzip55°C52°C+


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 2: Mehrfamilienhaus, zentrale Umstellung Heizen - KühlenBild: EV H/K 230von Eberle


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 2: Mehrfamilienhaus, realisierte AnlagenTQ4STASTA54 °CSprührohrP(Soldedruckwächter)Füllung mit reinem Wasser,ohne FrostschutzzusatzStrömungswächterTT5.5 °C35 °C28 °CT56 °C+51 °CSTAT48 °CT1000 LiterHeizverteilerFussbodenheizungmit Thermostatventilen2 °CTY12OptionFreecoolingTT-P40mm-Duplex-Sonden50 kPaOption Freecooling280 m280 m


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 3: Verwaltung mit Heizen und KühlenBeispiel 3:Verwaltung mit Heizen und Kühlen


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 3: Verwaltung mit Heizen / Kühlen21 °C∆pKühlkreise19 °C17 °C∆pKühlkreise∆T = 3K∆p∆pHeizkreise∆pHeizkreise19 °C~Heizen / Kühlen


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 3: Verwaltung mit Heizen / Kühlen• Möglichst einfache, hydraulisch klare Schaltungen wählen• Regeltechnik ersetzt hydraulisch klare Schaltungen nicht• Freecooling-Kreise nicht über Speicher nehmen• möglichst wenig Speicher einbinden• Temperaturniveau entscheidet über Anteil Geo-Cooling• Ohne Geo-Cooling weniger Sonden-Regeneration• Sondenbilanz möglichst ausgleichen• Entfeuchtung von Geo-Cooling – Kreisen trennen


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenOptimierung von SondenfeldernBehinderung der Regeneration von aussendurch Nachbarsonden !


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 3: Feld mit 50 Sonden: Anordnung AProgramm EWS: www.hetag.ch


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenBeispiel 3: Feld mit 50 Sonden: Anordnung BProgramm EWS: www.hetag.ch


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispielEin Beispiel aus der Praxis


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenVariante 1: 20 Sonden x 170m Bohrtiefe = 3‘400 Bohrmeter


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenVariante 2: 12 Sonden x 220m Bohrtiefe = 2‘640 Bohrmeter


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenVariante 3: 20 Sonden x 165m Bohrtiefe = 3‘300 BohrmeterMit passiver Sondenkühlung:


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenVariante 4: 12 Sonden x 210m Bohrtiefe = 2‘520 BohrmeterMit passiver Sondenkühlung:


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenraxisbeispielJe weiter die Sonden auseinander gezogenwerden können, um so kleiner ist der Einflussder Regeneration der Sonden durch passiveKühlung.


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispielEin weiteres Beispiel aus der Praxis


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: Genossenschaftssiedlung Zürich Nord


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: Bivalenter Betrieb -> hohe Betriebsstundenmax. Leistungsbedarf [kW]800.0700.0600.0500.0SummenhäufigkeitFroheim, Heizleistung 240 kW400.0300.0200.0100.00.0Jahresstunden0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Lastkurve ohne freie Wärme Lastkurve mit freier Wärme mit Wärmepumpe gedeckt


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: EnergiebilanzkWh300'000BG Frohheim, Zürich Affoltern: Heiz- und Kühlenergiebedarf, WP 240 kW250'000200'000150'000100'00050'0000-50'000100'000Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezWärmepumpe Zusatzheizung Direktkühlung Sonden


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: Energiebilanz SondenkWh150'000BG Frohheim, Zürich Affoltern: Energiebilanz Erdsonden bei WP 240 kW100'00050'0000-50'000Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez-100'000Verdampfer WärmepumpeDirektkühlung Sonden


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: Sondenanordnung – 28 Sonden x 280mHeizleistung WP:COP Auslegung:spez. Sondenbelastung:Wärmeentzug:Freecooling:Planung HLK:240 kW4.0 / 3 (WW23 W/m700 MWh/a311 MWh/aHPS AGKüsnacht ZGrafische Sondenanordnunim Programm EWSwww.hetag.ch


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenPraxisbeispiel: Einfluss der aktiven SondenregenerationMinimaltemperatur [°C]6420-2-4-6-8-10-12Minimaltemperatur im Sondenrücklauf0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Betriebsjahremit Sondenfreecoolingohne Sondenfreecooling


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer Energiequellenraxisbeispiel: zu beachten- mögliche Kühlleistung steigt jedes Jahr- Kühlpotential wird bald grösser als Bedarf- Kühlleistung muss beschränkt werden (Kühlkurve, umstellbareRaumthermostaten in jedem Raum)- Keine Heizkreise ohne Ventilantrieb (auch bei mehreren Heizkreisen imRaum, Bad, WC etc.)


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenraxisbeispielEnge Sondenanordnung, grosse Felder und hoheJahresentzugsstunden machen Sondenregeneration(Sondenfreecooling oder Rückkühlung ausKälteanlagen) notwendig-> Der Übergang zur energetischen Saisonspeicherungist fliessend !


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenErreichbare Kühlleistung über Fussbodenheizunghttp://www.hetag.ch/downloadhttp://www.fhnw.ch


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenErreichbare Kühlleistung über FussbodenheizungKühlleistung [W/m2]0-5-10-15-20Kühlleistung und Oberflächentemperaturen mit Fertigparkett, Verlegeabstand 25 cm2625242322Oberflächentemperatur [°C]-2521-3020-3519Huber Energietechnik AG, Zürich-40Vorlauftemperatur [°C]1816 18 20 22 24 26Kühlleistung, Traum=22°CKühlleistung, Traum=30°COberflächentemperatur, Traum=26°CKühlleistung, Traum=26°COberflächentemperatur, Traum=22°COberflächentemperatur, Traum=30°C


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenKühlung mit Fussbodeheizung: Kühlleistung und Kondensatrisikosebeispiel:rlauftemperatur= 21°Cumtemperatur = 26°C Kühlleistung15 W/m2Oberflächentemperatur23.8°CKühlleistung [W/m2]0-5-10-15-20-25-30-35Kühlleistung und Oberflächentemperaturen mit Fertigparkett, Verlegeabstand 20 cmBehaglichkeitsgrenzegeringe Taupunktunterschreitungnur in sehr warmen Perioden


Realistische LastprofileSanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenWoher kommen die Daten?


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenRealistische Lastprofile: Woher kommen die Daten?Für eine Erdsondenberechnung werden die folgenden Angaben benötigt:• Verdampfer- und Kondensatorleistung der Wärmepumpe (Voll- und Teillast)• monatlicher Heizwärmebedarf• monatlicher Kühlbedarf• Geologie (Wärmeleitfähigkeit, ab wann kommt der Fels)• Temperatur des Bodens im unbeeinflussten Fall


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenRealistische Lastprofile: Woher kommen die Daten?Grundlagendaten: z. B. aus Berechnung Heizwärmebedarf SIA 380/1nach SIA 380/1:Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezTransmissionswärmeverlu [MJ/m 2 a] 38.4 31.5 29.9 20.3 14.1 6.7 3.9 5.9 9.9 18.6 27.9 37.5Lüftungswärmeverlust [MJ/m 2 a] 11.8 9.6 9.1 6.2 4.3 2 1.2 1.8 3 5.7 8.5 11.5Gesamtwärmeverlust [MJ/m 2 a] 50.2 41.1 39 26.5 18.4 8.7 5.1 7.7 12.9 24.3 36.4 49Solarer Wärmegewinn tot [MJ/m 2 a] -8.2 -11.8 -17.5 -22.2 -24.6 -25.8 -27 -24.1 -20.9 -15.6 -8.9 -7.5Interne Wärmegewinne [MJ/m 2 a] -8.3 -7.5 -8.3 -8 -8.3 -8 -8.3 -8.3 -8 -8.3 -8 -8.3Wärmegewinne total [MJ/m 2 a] -16.5 -19.3 -25.8 -30.2 -32.9 -33.8 -35.3 -32.4 -28.9 -23.9 -16.9 -15.8Ausnutzungsgrad f. Gewinne 1 1 0.99 0.84 0.56 0.26 0.14 0.24 0.45 0.92 1 1nicht genutzte Gewinne [MJ/m 2 a] 0 0 0 -5 -14 -25 -30 -25 -16 -2 0 0Heizwärmebedarf [MJ/m 2 a] 33.7 21.8 13.5 1.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.3 19.5 33.2


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenRealistische Lastprofile: Woher kommen die Daten?Beispiel Energiebilanz (Heizenergiebedarf / Kühlenergiebedarf) für Gebäude mit 15 Sonden:Heiz- und Kühlenergiebedarf35'00025'00015'000[kWh]5'000-5'000Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez-15'000-25'000-35'000HeizenergiebedarfKühlenergiebedarf


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenRealistische Lastprofile: Woher kommen die Daten?Beispiel Sondenbilanz Entzug / Einspeisung (Sonden-Freecooling):Energieentzug und Energieeintrag in die Sonden35'00025'00015'000[kWh]5'000-5'000Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez-15'000-25'000-35'000Entzug ErdreichEintrag Sondenfreecooling


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenRealistische Lastprofile: Woher kommen die Daten?Beispiel Sondenbilanz Entzug / Einspeisung (Sonden-Freecooling):Heiz- und KühlenergiebedarfEnergieentzug und Energieeintrag in die Sonden35'00035'00025'00025'00015'00015'0005'0005'000-5'000Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez[kWh]-5'000Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov De15'000-15'00025'000-25'00035'000-35'000HeizenergiebedarfKühlenergiebedarfEntzug ErdreichEintrag Sondenfreecooling


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenUngestörte Temperatur im Erdreich


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenMittlere Oberflächentemperatur T mo :Einfluss der Bodenerwärmung, 2 Messungen in Zürich∆T Grad= 0.031 K/m400 m.ü.M600 m.ü.MT mo = 10.7°C∆T Grad= 0.031 K/mT mo = 8.8°CRohner / Bassetti [2006]: Projekt Erfolgskontrolle und Planungsinstrumente für EWS-Feld Hotel Dolder Zürich. BFE, Bern.


Sanftes Heizen und Kühlen - Sinnvolle Nutzung erneuerbarer EnergiequellenEinzelsonden und Sondenfelder zum Heizen und KühlenZusammenfassung• Tendenz zu tieferen Sonden und zum Geocooling• Neue Norm SIA 384/6 verpflichtet Planer zur Sondenauslegung auf 50Jahre. Bei > 4 Sonden ist Sondensimulation erforderlich.• Heizen und Kühlen im Einfamilienhaus: Geocooling überFussbodenheizung kann energieneutral gemacht werden. Geocoolingermöglicht keine Sondenverkürzung.• Sondenfelder benötigen aktiven Regeneration durch Geocooling oderRückkühlung von Kälteanlagen über Sonden. Weniger Sonden dankKühlung oder Rückkühlung über Sonden.

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