Expertenforum Beton. Geothermische Simulations- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen als Planungsgrundlage. C) Untergrund: D) Behördliche Auflagen:

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1 Geothermische Simulations- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen als Planungsgrundlage Ing. Rainer Bayer ENERCRET Nägele Energietechnik, Vorarlberg Für die Dimensionierung geothermischer Systeme, welche ab einem Leistungsbereich von etwa 50 Kilowatt zu Heiz- und Kühlzwecken eingesetzt werden sollen, ist die Durchführung von Simulationsberechnungen ein absolutes Muss. Nur dadurch kann festgestellt werden, ob die gewünschte Heiz- und Kühlleistung auch nach Jahren noch zur Verfügung steht oder ob durch eine langsame, aber stetige Temperaturänderung des Untergrundes die Erdwärmenutzung schlussendlich nicht mehr den gewünschten Erfolg bringt. Geothermische Simulationsberechnungen liefern auch aussagekräftige Ergebnisse über die Temperaturverteilung im Erdreich zu jedem beliebigen Zeitpunkt, in jedem gewünschten Abstand vom Erdwärmetauscher. Damit brauchbare Simulationsergebnisse ermittelt werden können, sind folgende Angaben erforderlich: C) Untergrund: Beschaffenheit des Baugrundes ungestörte Bodentemperatur Grundwasserströmung D) Behördliche Auflagen: zulässige Erwärmung des Untergrundes Mindestabstände zu Nachbarn zulässiger Geräuschpegel E) Vorgesehenes Heiz- und/oder Kühlsystem: Energiekosten Förderungen Raumbedarf A) Erforderliche Gebäudedaten: Heizlast und jährlicher Heizenergiebedarf Kühllast und jährlicher Kühlenergiebedarf Lastprofi l des Heiz- und Kühlenergiebedarfes B) Geplante Fundierung: Pfahlfundierung: Pfahltype; Pfahllänge; Pfahldurchmesser; Lage der Pfähle Schlitzwand: Länge; Tiefe; Lage der Bodenplatte Pfahlwand: Pfahldurchmesser; Pfahltiefe Bodenplatte: Stärke; jahreszeitlicher Verlauf der angrenzenden Raumtemperatur; Dämmung 20

2 Heiz- und Kühllastverlauf laut Gebäudesimulation: Situierung der Fundierungspfähle: 21

3 Pfahltype: Rohrbelegung und Wärmeträgermedium: 22

4 Beschaffenheit des Untergrundes: Geforderte Spitzenheiz- bzw. -kühllast: Ungestörte Bodentemperatur: 23

5 Berechnete Leistungs- und Temperaturwerte im 1. Jahr: Berechnete Leistungs- und Temperaturwerte nach 6 Jahren: 24

6 Temperaturverteilung in einer Tiefe von 14 m am 1. Februar: Temperaturverteilung in einer Tiefe von 14 m am 1. August: 25

7 Temperaturverteilung in einer Tiefe von 14 m am 1. August: Temperaturverteilung am 30. August in einer Tiefe von 16 m um vier in Serie geschaltete Energiepfähle: 26

8 Wirtschaftlichkeitsanalyse St. Anna Kinderspital Energiepreise Leistungspreis für Fernwärme: /kw und Jahr Arbeitspreis für Fernwärme: /kwh durchschnittlicher Strompreis: /kwh durchschnittlicher Netzpreis Strom im Sommer: /kwh durchschnittlicher Netzpreis Strom im Winter: /kwh durchschnittlicher Leistungspreis für Strom /kw und Jahr (gilt auch für Kältemaschine): durchschnittliche Energieabgabe Strom pro kwh: /kwh durchschnittliche sonstige Steuern für Strom: /kwh durchschnittlicher Strompreis im Sommerhalbjahr: /kwh durchschnittlicher Strompreis im Winterhalbjahr: /kwh Benötigte Energie/Leistung max. Heizlast: 130 kw max. Kühllast: 160 kw abdeckbare Heizlast durch Schlitzwandnutzung: 130 kw abzudeckende Heizlast durch Fernwärme: 0 kw Vollbetriebsstunden Heizung/a: 1,500 Std. Vollbetriebsstunden Kühlung/a: 1,100 Std. erf. Heizarbeit/a: 195,000 kwh/a erf. Kühlarbeit/a: 176,000 kwh/a Wärmeentzug aus Schlitzwand lt. Simulationsberechnung: 156,000 kwh/a Arbeitszahl der Wärmepumpe inkl. Hilfsbetrieben: 4.0 Arbeitszahl der Kältemaschine inkl. Hilfsbetrieben: 3.0 Nutzenergie Heizung durch Schlitzwand: 195,000 kwh/a abzudeckende Heizenergie durch Fernwärme: 0 kwh/a Jährliche Betriebskosten bei Nutzung von Fernwärme Heizkosten pro Jahr bei Nutzung von Fernwärme: 10,335 /a Kühlkosten pro Jahr bei Nutzung einer Kältemaschine: 3,307 /a Summe der Betriebskosten bei Nutzung von Fernwärme: 13,642 /a Jährliche Betriebskosten bei Nutzung der Schlitzwand und der Fernwärme Heizkosten pro Jahr bei Nutzung der Schlitzwand und der 2,992 /a Fernwärme: Free-Cooling-Energie im Mai und Juni lt. Simulation: 72,920 kwh/a mit Kältemaschine abzudeckende Kühlarbeit/a: 103,080 kwh/a Kühlkosten pro Jahr bei Nutzung einer Kältemaschine: 1,937 /a Energiekosten pro Jahr bei Nutzung der Schlitzwand und Kältemaschine: 4,929 /a Energiekosteneinsparung bei Nutzung der Schlitzwand: 8,713 /a 27

9 Investitionskosten Anschluss an bestehendes Fernwärmenetz 5,000 Anschaffungskosten Kälteerzeugung: 160 kw x 350,-/kW 56,000 Anschaffungskosten Wärmepumpe mit 160 kw Kälteleistung 43,500 Anschaffungskosten Erdwärmetauscher 81,700 Sonstiges: 0 Max. Mehrkosten durch Erdwärmenutzung: 64,200 Förderung durch Kommunalkredit AG (bis zu 30 % der energierelevanten 30 % Mehrkosten): Förderbetrag 19,260 Max. Mehrkosten durch Schlitzwand (inkl. Förderung): 44,940 Amortisationszeit (statisch): 5.16 Jahre Entgegen dem Modus der dynamischen Amortisationszeitberechnung erfolgt die statische Amortisationszeitbetrachtung ohne Berücksichtigung von Zinskosten und Preissteigerungsraten. Da diese Faktoren starken Schwankungen unterliegen können und einen sehr großen spekulativen Spielraum bieten, ergibt eine statische Amortisationszeitberechnung, unter Berücksichtigung der derzeitigen Turbulenzen am Energiepreismarkt, höhere Amortisationszeiten als bei dynamischer Betrachtungsweise. 28