Thermische Nutzung von Gründungsbauwerken zum Heizen und Kühlen von Bürogebäuden
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- Carsten Dunkle
- vor 7 Jahren
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1 OTTI-Tagung Oberflächennahe Geothermie Freising, April 2007 Thermische Nutzung von Gründungsbauwerken zum Heizen und Kühlen von Bürogebäuden Technische Universität Braunschweig Institut für Gebäude- und olartechnik Institut für Grundbau und Bodenmechanik Dipl.-Ing. Christian asse Dipl.-Ing. Christian Kuhn Institut für Gebäudeund olartechnik Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Mühlenpfordtstr Braunschweig Germany Tel : 0531 / Fax : 0531 / igs@tu-bs.de
2 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 Anlagen Planungshandbuch und Entwicklung praxisnaher Auslegungswerkzeuge
3 Anlageneinbindung in das Gebäude Heizfall VL/RL ca. 25/23 C WP KM Kühlfall VL/RL ca. 19/21 C
4 Monitoring-Konzept Vorgehen Analyse Gesamtsysteme (Heizen/Kühlen) Analyse Einbindung des Erdwärmespeichers Betriebsanalyse und - optimierung Deckungsanteile am Heiz- und Kühlenergiebedarf
5 VW-Bibliothek, TU-Berlin Architekt L. Jeromin/A. Noebel Energiekonzept EG-Plan, tuttgart Inbetriebnahme Oktober 2004 Energiemonitoring seit Frühjahr 2005
6 Energiekonzept VW-Bibliothek Bruttogrundfläche: m²bgf Bodenabsorber: ca m² (126 Rohrschleifen, Rohrlänge gesamt m) Betonkerntemperierung: ca m² ommer Winter
7 I G WKP Energiebilanz Bodenabsorber VW-Bibliothek oll: Wärmeentzug und -eintrag je 142 MWh/a Fehlerhafte Einbindung der Wärmepumpe, Wärmeentzug zu gering Geringe Kühlleistung infolge hoher Erdreichtemperaturen MWh Austrittemp. Bodenabsorber 41 MWh Mrz 05 Apr 05 Mai 05 Jun 05 Jul 05 Aug 05 ep 05 Okt 05 Nov 05 Dez 05 Jan 06 Feb 06 Mrz 06 Apr 06 Mai 06 Jun 06 Jul 06 Aug 06 ep 06 Okt 06 Nov 06 Dez 06 Jan 07 Feb 07 Mrz 07 Wärmeeintrag [MWh] / Außentemperatur [ C] Wärmeentzug [MWh] 17 MWh 42 MWh Außentemp. 120 MWh
8 Erdreichtemperaturen Januar 05 bis April 07 VW-Bibliothek Erdreichtemperaturen deutlich über Grenzwerten von 15 C bei 1m unter Bodenplatte seit Juli 04 ca. 1,5 K Erwärmung in 9 m unter der Bodenplatte GLT Keine Kühlleistung Abschaltung BA θ -1m Temperatur [ C] Nachts Heizen Tags Kühlen mit BA 9 8 Jan 05 Feb 05 Mrz 05 Apr 05 Mai 05 Jun 05 Jul 05 Aug 05 ep 05 Okt 05 Nov 05 Dez 05 Jan 06 Feb 06 Mrz 06 Apr 06 Mai 06 Jun 06 Jul 06 Aug 06 ep 06 Okt 06 Nov 06 Dez 06 Jan 07 Feb 07 Mrz 07 Apr C Grenzwert 1 m unter Bodenplatte θ -3m θ -5m θ -7m θ -9m Monat
9 WKP ystemarbeitszahl Bodenabsorber VW Bibliothek Heizwärmebeitrag zur Raumheizung: 25,0 % 2006 Arbeitszahl Wärmepumpe: 4,6 Arbeitszahl Absorberanlage: 2,1 29 MWh 24 MWh trom Wärme 86 MWh WP 111 MWh Umwälzpumpe BA ca. 13 kw => Faktor 4 zu groß!! Hydraulik macht BA-ystem unwirtschaftlich!! Umbau an WP-Einbindung an BA => PFystem auf 4 im April 07 gesteigert!!!
10 WKP EnergieForum Berlin Architekt Altbau: Jentsch Architekten, Berlin Neubau: Bothe, Richter, Teherani, Hamburg Energiekonzept EG-Plan, tuttgart Inbetriebnahme 2003 Energiemonitoring seit Frühling 2003
11 WKP Energiekonzept EnergieForum Berlin ommer Winter 5,20 m 5,20 m 5,20 m Riegelbau 5,20 m 6,50 m 5,50 m Ausschnitt Pfahlrost Ziel: Primärenergiebedarf < 100 kwh/(m²a) IT 2005: 93 kwh/(m²a) Neubauten Magazin Heizen: stat. und dynamisch mit WRG + BKT Kühlen: BKT über freie Kühlung + Nachtlüftung Heizen: statische Heizung + Abluft-Wärmepumpe
12 Energiebilanz Energiepfahlanlage EnergieForum Berlin oll: Wärmeeinspeisung und -entzug 85 MWh/a (behördliche Auflage) Genehmigter Wärmeentzug 85 MWh/a 2005/2006 erreicht Höherer Wärmeentzug möglich Kältepotential schneller erschöpft als erwartet Wärmeeintrag Eintrittstemp. 15 Wärmemenge [MWh] MWh 31 MWh Austrittstemp. 41 MWh 64 MWh Temperatur [ C] Temperatur [ C] Wärmeentzug 191 MWh 68 MWh 85 MWh 31 MWh
13 WKP Arbeitszahl (PF) der Energiepfahlanlage EnergieForum Berlin Wärmeentzug Energiepfähle 85.6 MWh; 79% Wärmeabgabe 108,8 MWh trom Pumpe Energiepfähle 3.34 MWh; 3% trom Energiepfahl-WP 19.5 MWh; 18% trom peicherladepumpe 0.42 MWh; 0% 0,003% PFWärmepumpe 05/06: 5,6 PFEnergiepfahlanlage 05/06: 4,7 nach DIN EN V Heizwärmebeitrag EP 05/06: 11,7 % bzw. 7,4 kwh/(m²a)
14 Lessons Learnt Anlagen sind im Betrieb träge und reagieren sensibel auf Fehler diese haben langfristigen Einfluss! Maßnahmen zur Fehlervermeidung und -früherkennung Hydrogeologische Voruntersuchung orgfältige Integration des Erdwärmespeichers in das Gesamtsystem Kombination flinker und träger Heiz-/Kühlflächen schwierig Inbetriebnahme während der Heizperiode (Heiz/Kühlbetrieb) Funktionsprüfung von Anlage und Regelung zu Betriebsbeginn Monitoring zur Betriebsüberwachung / Betriebsoptimierung erforderlich chulung von FM- Personal, Betriebstechnik und GLT- Firmen
15 F & E-Bedarf Forschungs- und Entwicklungsbedarf!!! Funktionsfähige ystemvarianten Betriebsfehler Früherkennung Tools für Vorhersage des Anlagenstatus im Betrieb Weiterentwicklung von Tools für imulation und Planung Voraussetzungen für Zukunftsfähigkeit der ysteme Qualitätssicherung, höhere Wirtschaftlichkeit, einfacher Betrieb, geringer Wartungsaufwand Hohe Nutzer- und Betreiberakzeptanz
16 Aktuelle Entwicklungsarbeit Bereich imulation Gekoppelte imulation TRNY mit ANY Anlagensimulation Erdreichsimulation Datenaustausch TRNY FE-imulation chwerpunkt Analyse von Erdreichtemperaturfeldern, Grundwasser-trömungen und Einfluss auf peicherfähigkeit
17 imulation des Untergrundes mit 3D-FE-oftware (ANY) Modellierung komplexer Baugrundverhältnisse inkl. verschiedener Grundwasserstockwerke Modellierung beliebiger Erdreichwärmetauscher Interaktion von Erdreichwärmetauschern untereinander Wärmespeicherung kontra Grundwasserstrom Thermisches pitzenlastverhalten des Erdreichwärmetauschers
18 Kopplung von TRNY und ANY TRNY Anlagensimulation TIC ANY Untergrundsimulation
19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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