GZ Bachwiesen, ZH. EWS-Feld mit Regeneration durch Solarkollektoren. E. Rohner Geowatt AG. 13. Oktober 2015

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1 GZ Bachwiesen, ZH EWS-Feld mit Regeneration durch Solarkollektoren E. Rohner Geowatt AG 13. Oktober

2 GZ Bachwiesen, ZH Erneuerung der Heizung Erneuerung der Dachhaut Simulation Monitoring der Anlage Vergleich der Simulation mit den Messungen 2

3 Ausgangslage und Ziele Der zunehmende Einsatz oberflächennaher Geothermieanlagen führt in urbanen Gebieten heute schon zu einer Erschöpfung der natürlichen Ressource Wärme im Boden. Durch Wiedereintrag von Wärme in den Boden (Regeneration des Erdsondenfeldes) kann diesem Trend Einhalt geboten werden. Die Erfahrung mit regenerierenden Anlagen ist jedoch noch sehr beschränkt. Mit dem Pilotprojekt GZ Bachwiesen sollen (i) die Machbarkeit und den Nutzen von regenerierenden Anlagen an einem konkreten Fall untersucht werden, und (ii) messtechnische Grundlagen im Hinblick auf mögliche zukünftige Regelungen in der Stadt Zürich erarbeitet werden 3 GZ BachwiesenResultateMonitoring

4 Leistungsbedarf Stündlicher Leistungsbedarf für 1 Jahr Jahres-Bedarfswerte Heizen (HL) nach lokaler Aussentemperatur auf Stundenwerte verteilt

5 Grundlagen Simulation Erstellen des Modell-Moduls EWS-Feld für die EWSPlaner Software 1. Messen des vertikalen Temperaturprofils: kabelloses Temperaturmessgerät NIMO-T Mittlere Temperatur = C 2. Messen der Wärmeleitfähigkeit des Bodens: TRT-Messgerät Mittlere Wärmeleitfähigkeit = 2.58 W/m/K Modell-Modul EWS Feld 6 x 150 m 3. Eingabe der Sondengeometrie: EWS-Layout GZ BachwiesenResultateMonitoring

6 Simulation Annahme solare Leistung Modul Eingangsdaten Annahme Wärmebedarf 1. Auslegung der Anlage Soletemperatur einer bestimmten Auslegung Modul Gebäudetechnik 2. Überprüfung des Modells mit Messdaten Sonnenkollektor WP Heizlast Modul EWS Feld 6 x 150 m Mit der EWSPlanerSoftware wird ein gekoppeltes Simulationsmodel für die Gebäudetechnik und das EWS-Feld erstellt. Das Modell wird mit Annahmen oder Messdaten für die solare Leistung und den Wärmebedarf angetrieben. Es werden 3 verschiedene Arten von Simulationen durchgeführt: Auslegung der Anlage, Modell-Überprüfung, und Variantenanalyse 3. Simulation von Anlagevarianten GZ BachwiesenResultateMonitoring

7 Simulationsschema und Varianten (1) offen, wenn (1) < 35 C Variante 1: EWS-Feld 6 x 200 m mit reinem Wärmeentzug durch WP Variante 2: EWS-Feld 6 x 200 m mit Wärmeentzug durch WP und Regeneration durch Sonnenkollektor EWS Feld 6 x 200 m (Var 1 und 2) 8 x 150 m (Var 3 und 4) WP HL 46 C Sonnenkollektor Dachneigung: 15 Ausrichtung: südlich SW Variante 3: EWS-Feld 8 x 150 m mit reinem Wärmeentzug durch WP Variante 4: EWS-Feld 8 x 150 m mit Wärmeentzug durch WP und Regeneration durch Sonnenkollektor Wasser-Ethylenglykolgemisch 7

8 Feldgeometrie/Geologie Feldgeometrie: Variante 1 und 2: 6 x 200m Variante 3: 8 x 150 m Sondenabstand: 7.0m Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes: 2.0 W/(mK) (geschätzt aus geol. Profil in der Nähe) Mittlere Bohrlochtemperatur über 200m: 12.8 C über 150 m: 12.0 C (geschätzt aus Standortdaten und Temperaturgradient von 0.03 C/m) 8

9 9 Anlage

10 Resultate Variante 1: Fluidtemperaturen im Sondenfeld 1. Variante: Feld 6 x 200 m, reiner Wärmeentzug durch WP Mittlere Sondenfluidtemperatur über 50 Jahre Die untere Begrenzung für die mittlere Soletemperatur liegt bei -1.5 C nach SIA 384/6, die hier mit -2 C unterschritten wird

11 11 Anlage, Sonnenkollektoren Energie Solaire

12 Resultate Variante 2: Fluidtemperaturen im Sondenfeld 2. Variante: Feld 6 x 200 m, Wärmeentzug durch WP mit Regeneration durch Sonnenkollektor Mittlere Sondenfluidtemperatur über 50 Jahre Die untere Begrenzung für die mittlere Soletemperatur liegt bei -1.5 C nach SIA 384/6 und wird nicht unterschritten. Die obere Begrenzung liegt nach AWEL Zürich bei 40 C und wird infolge einer Begrenzung des Wärmeeintrags im Simulationsmodell ebenfalls nicht überschritten

13 Resultate Variante 3: Fluidtemperaturen im Sondenfeld 3. Variante: Feld 8 x 150 m, reiner Wärmeentzug durch WP Mittlere Sondenfluidtemperatur über 50 Jahre Die untere Begrenzung für die mittlere Soletemperatur liegt bei -1.5 C nach SIA 384/6, die hier mit -3.5 C stark unterschritten wird

14 Monitoring Für die Anlage GZ Bachwiesen liegen seit November 2013 zuverlässige Messungen der Erdreichtemperaturen, der Energieflüsse in und aus dem Boden, und einer Reihe weiterer relevanter Grössen vor GZ BachwiesenResultateMonitoring

15 Monatssummen

16 Stundenwerte

17 Erdreichtemperaturen Gemittelte Tageswerte

18 Erdreichtemperaturen Stundenwerte

19 Heizung

20 Effizienz der Anlage

21 Effizienz der Anlage Initiale Einstellung: Optimierung der Kondensator-Austrittstemperatur Verbesserung: Einschalthäufigkeit wird mitberücksichtigt GZ BachwiesenResultateMonitoring

22 Vergleich der Simulation mit der Messung

23 Vergleich der Simulation mit der Messung

24 Szenarien

25 Szenarien (50 Jahre) Prognose Bohrlochtemperatur: Simulationsmodell mit und ohne Regeneration, basierend auf dem gemessenen Wärmeeintrag/-austrag des ersten Betriebsjahres, rezykliertüber 50 Jahre

26 Schlussbemerkung Das vorliegende Monitoring-und Simulationssystem funktioniert gut und scheint dazu geeignet, Trends in den Erdtemperaturen über mehrere Jahre zu verfolgen und zu erklären. Nutzungsänderungen oder Ausbauten können früh genug analysiert werden und eventuelle Ergänzungen der Anlage rechtzeitig beauftragt werden. Durch das Monitoring und die parallel dazu gemacht Simulation können Anlagen optimiert werden. Kältespeicher Anergienetze Grenztemperaturen Klimaänderungen, wie auch nachbarliche Beeinflussungen können miteinbezogen werden Zudem erlaubt das implementierte System alterungsbedingte Veränderungen in der Performance von Anlagekomponenten präzise zu erfassen.

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