Oberflächennahe Erdwärme und Kältespeicherung. Evaluierung von realisierten geothermischen Anlagen in Bürogebäuden

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1 Innovationsforum Thermische Energiespeicherung, Freiberg, Oberflächennahe Erdwärme und Kältespeicherung Evaluierung von realisierten geothermischen Anlagen in Bürogebäuden

2 Wärme- und Kältespeicherung im Gründungsbereich energieeffizienter Bürogebäude Laufzeit Juli 24 bis Februar 21 Institut für Gebäudeund olartechnik Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Dipl.-Ing. F. Bockelmann Dipl.-Ing. H. Kipry Mühlenpfordtstr Braunschweig Germany Tel : 531 / Fax : 531 / igs@tu-bs.de

3 F&E - Ziele Evaluierung der energetischen und wirtschaftlichen Effizienz von Anlagen zur Wärme- und Kältespeicherung im Gründungsbereich von Bürogebäuden Optimierung von ystemtechnik und Betrieb der evaluierten Anlagen Planungshandbuch (Bine Informationspaket November 21) Werkzeuge zur teilautomatisierten Betriebsüberwachung (Energie-Navigator: Internet- Arbeitsplattform für Gebäudeperformance, mit RWTH Aachen) Erdwärmesonden (EW) Energiepfähle (EP) Fundament-/Bodenabsorber (BA)

4 Prinzip aisonale peicherung WP- Betrieb peicherung Freie Kühlung peicherung WP- Betrieb Temperatur des Erdreichspeichers 2 C Wärmeentzug Wärmeeintrag Wärmeentzug 5 C Winter ommer Winter Zeit

5 Basissystem aisonale peicherung Hauptkomponenten: Heizbetrieb Kühlbetrieb Betonkernaktivierung Wärmepumpe Plattenwärmetauscher Zusatzkomponenten: Raumlufttechnische Anlage Radiator bzw. Konvektor Fernwärmeübergabe Kältemaschine

6 Häufige Probleme bei der saisonalen peicherung Kombination von trägen und flinken Übergabesystemen - optimale Abstimmung der Regelstrategien Vermeidung eines uneffizienten Betriebs in den Übergangszeiten Frühling und Herbst z.b. durch Todband (weder Heizen noch Kühlen), abhängig von einer mittleren Außentemperatur Kältemaschinenbetrieb zum Ende der aison, wenn Kältepotential für freien Kühlbetrieb erschöpft Rückkühlung des Wärmeträgers auf erforderliches Temperaturniveau für freien Kühlbetrieb häufig nicht mehr möglich Anlageninbetriebnahme in der Heizperiode Wärmesenke für den freien Kühlbetrieb im ommer schaffen Grundlage für eine ausgeglichene Energiebilanz Auslegung von ystemkomponenten (Wärmetauschern, Pumpen etc.) geringe Temperaturspreizung zwischen Erdwärmespeicher und Heiz- bzw. Kühlsystem beachten

7 Energiebilanzen Erdreichwärmespeicher Energie [MWh] 4 EP_EFB 4 Temperatur [ C] Energie [MWh] 15 EP_VGH 3 Temperatur [ C] EW_GEW 3 3 EW_RIC BA_TUB Wärmeentzug Wärmeeintrag Außentemperatur Betriebsoptimierung

8 IG Gesamt - Anlageneffizienz Jahres-ystemarbeitszahl JAZ [-] Heizen und Kühlen JAZ = Energiebereitstellug elektrischer Aufwand H + K incl. UP RIC GEW EFB VGH TUB EW EW EP EP BA Projektbeginn: fast alle Anlagen JAZ < 3 primärenergetisch nicht effizient Betriebsoptimierung: seit 27 - alle ysteme effizient (JAZ > 3) > Optimierungspotential im freien Kühlbetrieb

9 geothermische Ergiebigkeit Erdwärmespeicher Entzugsarbeit kwh/(ma) Planungswerte kwh/(m²a) 2 2 Eintragsarbeit Messwerte RIC GEW EFB VGH TUB EW EW EP EP BA pezifische Jahresarbeit Ertragssteigerung durch Optimierung Entzugsarbeit: Planungswerte überwiegend erreicht Eintragsarbeit: Planungswerte aufgrund Betriebsfehler meist nicht erreicht Jahresbilanz Entzug/Eintrag häufig unausgeglichen

10 Energiekosten im Vergleich Kühlenergiekosten [ /kwh],1,9,8,7,6,5,4,3 Heizenergiekosten [ /kwh],1,9,8,7,6,5,4,3,2,2,1,1, , Heizöl leicht Erdgas Fernwärme trom KKM (JAZ 2,5) RIC GEW EFB VGH TUB [Quelle: IG und BMWi]

11 Energiekosteneinsparung 29 (absolut) Vergleich mit Fernwärme und Kälteerzeugung über Kompressionskältemaschine Energiekosten [ ] H: 81% K: 1% Konventionell (Fernwärme) Konventionell (trom) Erdwärme H: 7% K: 1% H: 17% K: 1% H: 24% K: 1% H: 1% K: % H = Anteil an Wärmebereitstellung K = Anteil an Kältebereitstellung RIC GEW EFB VGH TUB EW EW EP EP BA Energiekosten [ /kwh] trom,147 Fernwärme,1

12 CO 2 Reduktion 29 (absolut) Vergleich mit Fernwärme und Kälteerzeugung über Kompressionskältemaschine CO 2 Emission [kg/a] kgco2/a Konventionell (Fernwärme) Konventionell (trom) Erdwärme kgco2/a kgco2/a kgco2/a kgco2/a H = Anteil an Wärmebereitstellung K = Anteil an Kältebereitstellung RIC GEW EFB VGH TUB EW EW EP EP BA äquivalente CO 2 -Emissionen [g/kwh] trom 683 Fernwärme 241

13 Jahres-Primärenergieverbrauch 29 im Vergleich -Gebäude Gebäude

14 Zusammenfassung Potentiale zur Energiekosteneinsparung und CO 2 Reduzierung durch Erdwärmenutzung sind gegeben träges ystem späte Fehlererkennung, langfristige Auswirkungen Ursachen für Probleme: Planungs-, Ausführungs- aber vor allem Regelungs- / Betriebsfehler Fehlervermeidung: Konzeptionell / regelungstechnisch verbesserte Einbindung ins ystem Umfassende Abnahme und Inbetriebnahme nach Fertigstellung Messtechnische Mindestausstattung zur Betriebsüberwachung Messtechnische Begleitung / Betriebsüberwachung zur Fehlererkennung/ -behebung >> Betriebsanpassung an reale Randbedingungen Überwachung der Jahresenergieerträge (Wärmeentzug und -eintrag)

15 Innovationsforum Thermische Energiespeicherung, Freiberg, Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!