Programm EWS. Solare Regeneration von Erdwärmesondenfeldern. Arthur Huber dipl. Ing. ETH

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1 Solare Regeneration von Erdwärmesondenfeldern Programm EWS Arthur Huber dipl. Ing. ETH dipl. Masch.-Ing. ETH / SIA Mitglied SWKI / FEZ 1995 Gründung der Firma Huber Energietechnik - Geothermische Planungen - Programm EWS für Erdwärmesonden - Programm WKM für Luft Erdregister - Planungen HLK (Geothermie / MINERGIE) - Bauphysik - MSR-Planungen und Ausführung Huber Energietechnik AG Jupiterstrasse 26 CH 8032 Zürich 1

2 Speicherung von Wärme in Erdwärmesonden Inhalt Grundprinzipien der Saisonspeicherung von Wärme in Erdsonden Beispiel: Wohnüberbauung mit Erdsonden-Wärmepumpe Mögliche hydraulische Einbindung Erfassung der Sondenfelder im Programm EWS Solardächer mit unverglasten Kollektoren 2 Huber Energietechnik AG, Zürich

3 Eichhörnchenprinzip: Sommerwärme in der Erde speichern 3 Huber Energietechnik AG, Zürich

4 Bohrtiefe Programm EWS Saisonspeicherung von Wärme in Sondenfeldern Die Effizienz der Wärmespeicherung in Erdwärmesonden hängt vom Verhältnis des Speichervolumens des Sondenfeldes (Länge x Breite x Bohrtiefe) zur Oberfläche des Speichervolumens (= Verlustfläche) ab. Länge Breite Je mehr Sonden, um so besser ist das Verhältnis von Speichervolumen zu Ober-fläche (d.h. um so geringer die Verluste) Einzelsonden haben ein miserables Oberflächen-Volumen-Verhältnis und eignen sich nicht für Jahreszeitenspeicherung 4 Huber Energietechnik AG, Zürich

5 Saisonspeicherung von Wärme in Sondenfeldern Die Effizienz der Wärmespeicherung in Erdwärmesonden hängt auch von der Tempe-raturdifferenz vom Speicher zur ungestörten Erdtemperatur ab. Je kleiner die Temperaturdifferenz, um so geringer die Speicherverluste. Jahreszeitenspeicherung in kleineren Sondenfeldern (< 50 Erdsonden) ist nur bei tiefem Temperaturniveau möglich. Eine optimale Speichertemperatur liegt bei C. Damit sind hohe Arbeitszahlen für die Wärmepumpe möglich. Tieftemperaturige Speicher ermöglichen die effiziente Nutzung von Abwärme und unverglasten Sonnenkollektoren mit hohem Wirkungsgrad (geringe Kollektorkosten). Ungestörte Erdreichtemperaturen in Zürich 400 m.ü.m 600 m.ü.m (Waldeinfluss) Rohner / Bassetti [2006]: Projekt Erfolgskontrolle und Planungsinstrumente für EWS-Feld Hotel Dolder Zürich. BFE. 5 Huber Energietechnik AG, Zürich

6 Sondenregeneration bei Einzelsonden und Sondenfeldern Minimale Sondentemperatur [ C] Einfluss der Sondenregeneration (Sondenabstand 7 Meter, 200m Tiefe, 50a) Regeneration Saisonspeicherung Huber Energietechnik AG, Zürich aktive Regeneration (bezogen auf Entzug) 50% 75% 100% 125% 150% 3 x 20 Sonden 3 x10 Sonden 6 x 5 Sonden 2 x 2 Sonden 4 x 4 Sonden Einzelsonde 6 Huber Energietechnik AG, Zürich

7 Beispiel: Wohnüberbauung Im Vieri, Schwerzenbach 12 Mehrfamilienhäuser mit 188 Mietwohnungen, einer Kindertagesstätte, einem Wohn- und Pflegeheim mit 52 Zimmern und eine öffentliche Cafeteria. Quelle : Bauart Architekten und Planer AG Huber Energietechnik AG, Zürich

8 Ohne Regeneration: 85 Erdwärmesonden mit 250m - 310m Programm EWS. Architektur: Bauart Architekten und Planer AG. HLKS-Planung: RMB Engineering AG 8 Huber Energietechnik AG, Zürich

9 Regeneration mit Sondenfreecooling (Geocooling) über Fussbodenheizung: 60 Erdwärmesonden mit 245m - 260m Dank dem Geocooling können 8500m Sonden gespart werden Programm EWS. Architektur: Bauart Architekten und Planer AG. HLKS-Planung: RMB Engineering AG 9 Huber Energietechnik AG, Zürich

10 Vergleich bei 60 Sonden mit und ohne Geocooling Minimaltemperatur [ C] Programm EWS. Minimaltemperatur im Sondenrücklauf Betriebsjahre mit Sondenfreecooling ohne Sondenfreecooling 10 Huber Energietechnik AG, Zürich

11 Mit 100% solarer Regeneration: 60 Erdwärmesonden mit 200m Bei ausgeglichener Energiebilanz der Sonden verhält sich ein Sondenfeld ähnlich wie eine Einzelsonde Bei 100% aktiver Wiederaufladung der Erdwärmesonden können m Sonden gespart werden Programm EWS. Architektur: Bauart Architekten und Planer AG. HLKS-Planung: RMB Engineering AG 11 Huber Energietechnik AG, Zürich

12 Mit 150% solarer Wiederaufladung: Sondentemperaturen von C (Saisonspeicherung) Bei 150% aktiver Wiederaufladung der Erdwärmesonden können m Sonden gespart werden und es können im Winter Sondentemperaturen von 10 C 20 C realisiert werden Programm EWS. Architektur: Bauart Architekten und Planer AG. HLKS-Planung: RMB Engineering AG 12 Huber Energietechnik AG, Zürich

13 Mit 150% solarer Wiederaufladung: Sondentemperaturen von C (Saisonspeicherung) Die Aufladung des Erdsondenspeichers dauert > 10 Jahre Frostschutz in den Sonden erforderlich wegen ersten 10 Jahren Tagesspeicher für Sondenaufladung (<40 C) im 24h-Betrieb nötig Programm EWS Huber Energietechnik AG, Zürich

14 Mögliche hydraulische Solar-Einbindung 1 (vereinfacht) p Nacht- Entladung < 40 C Huber Energietechnik AG, Zürich 14 Huber Energietechnik AG, Zürich

15 Mögliche hydraulische Solar-Einbindung 1 (vereinfacht) Programm Polysun & EWS Huber Energietechnik AG, Zürich 15 Huber Energietechnik AG, Zürich

16 Mögliche hydraulische Solar-Einbindung 2 (vereinfacht) 16 Huber Energietechnik AG, Zürich

17 Grundsätze zur hydraulische Solar-Einbindung Programm EWS Merksätze: Einfachheit anstreben Unverglaste Kollektoren ermöglichen einfache Schaltungen Unverglaste Kollektoren können überdimensioniert werden Unverglaste Kollektoren können unter Aussentemperaturen abgekühlt werden In der Regel Verzicht auf Heizungsunterstützung Erdsonden vor zu hohen Temperaturen schützen (<35 C) Nachtentladung Vorboiler über Sonden vorsehen Direktnutzung Solarwärme immer in 1. Priorität Kollektorkreis und Sondenkreis hydraulisch trennen Frischwasserstationen verringern Solarertrag (hohe Rücklauftemperaturen) 17 Huber Energietechnik AG, Zürich

18 Erfassen der Sondenfelder im Programm EWS Programm EWS Die Erdsonden können im Programm EWS direkt auf dem Bildschirm auf einer Planhinterlage erfasst werden und dann optional ins Programm Polysun exportiert werden! 18 Huber Energietechnik AG, Zürich

19 Erfassen solarer Regeneration in Programm EWS Programm EWS Im Programm EWS ist der Sondenschutz mit einer maximalen Rückspeisetemperatur erfassbar 19 Huber Energietechnik AG, Zürich

20 Erfassen solarer Regeneration in Programm EWS Programm EWS Im Programm EWS ist der Sondenschutz mit einer maximalen Rückspeisetemperatur erfassbar 20 Huber Energietechnik AG, Zürich

21 Solardach mit unverglasten Sonnenkollektoren Quelle: Energie Solaire SA, Sierre 21 Huber Energietechnik AG, Zürich

22 Solardach mit unverglasten Sonnenkollektoren Quelle: Energie Solaire SA, Sierre 22 Huber Energietechnik AG, Zürich

23 Unverglaste Sonnenkollektoren ersetzen Dachhaut Quelle: Energie Solaire SA, Sierre 23 Huber Energietechnik AG, Zürich

24 Unverglastem Sonnenkollektor auf Dach und Fassade Quelle: Energie Solaire SA, Sierre 24 Huber Energietechnik AG, Zürich

25 Solarertrag unverglaster Kollektoren (Beispiel Energie Solair Solar Roof AS) Einstrahlung in die Kollektorebene Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Jahr Globalstrahlung kwh/m² Diffusstrahlung kwh/m² Kollektorertrag bei fester mittlerer Kollektortemperatur (Tm) in [kwh/m2] Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Jahr BWE Tm= 10 C kwh/m² BWE Tm= 20 C kwh/m² BWE Tm= 30 C kwh/m² BWE Tm= 40 C kwh/m² BWE Tm= 50 C kwh/m² BWE Tm= 60 C kwh/m² BWE Tm= 80 C kwh/m² BWE Tm= 100 C kwh/m² kwh/m 2 Solarertrag sind realisierbar dank tiefen Betriebstemperaturen 25 Huber Energietechnik AG, Zürich

26 Beispiel 2: Dachfläche reicht für 150% solare Rückspeisung Dachfläche: ca m2, davon nutzbar ca m2 Heizwärmebedarf: 700 MWh/a Wärmebedarf WW: 730 MWh/a Deckung WW solar: ca. 300 MWh/a (Deckung 40%) Deckung Wärmepumpe: MWh/a Entzug Erdsonden: 940 MWh/a (JAZ >= 6.0, inkl. Sondenpumpen) Solare Wärme-Einspeisung: MWh/a Solare Wärmeproduktion: 0.35 MWh/m2 * m2 = MWh/a 12 Mehrfamilienhäuser mit 188 Mietwohnungen, einer Kindertagesstätte, einem Wohn- und Pflegeheim mit 52 Zimmern und eine öffentliche Cafeteria. Quelle : Bauart Architekten und Planer AG Huber Energietechnik AG, Zürich

27 Solare Wärmespeicherung in Erdwärmesonden Saisonale Wärmespeicherung in Erdwärmesonden ist möglich bei einer minimalen Grösse des Sondenfeldes Einzelsonden sind für Wärmespeicherung ungeeignet Die optimale Speichertemperatur liegt im Bereich der natürlichen Erdreichtemperatur Um die optimale Speichertemperatur zu erreichen ist eine Aufladung des Speicher über mehrere Jahre nötig und es muss zwingend mehr Wärme eingespeichert werden, als wieder entzogen wird Saisonspeicherung in Erdwärmesonden ist heute sehr gut berechenbar (z. B. Programm EWS) Ungenutzte Dachflächen werden bald der Vergangenheit angehören 27 Huber Energietechnik AG, Zürich

28 Solare Wärmespeicherung in Erdwärmesonden Danke für Ihre Aufmerksamkeit 28 Huber Energietechnik AG, Zürich

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