Planung und Auslegung der geothermischen Versorgung des Neubaus FH Bielefeld

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1 Planung und Auslegung der geothermischen Versorgung des Neubaus FH Bielefeld ENERGIEFORUM WEST PHILHARMONIE ESSEN Praxisbeispiel Geothermie 26. Januar 2015 VA 7: Geothermie Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

2 Neubauprojekte Campus Bielefeld Forschungsbau Interaktive Intelligente Systeme (FBIIS) jetzt: Cognitive Interaction Technology (CITEC) Fachhochschule (FH) Bielefeld Ersatzneubau (ENUS) mit Mensa

3 Neubauprojekte Campus Bielefeld Entwickler, Planer, Bauherr und Investor: Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW (BLB) Niederlassung Bielefeld Oberflächennahe Geothermie: CDM Smith Consult GmbH Gebäudeübergreifende Planung Geothermie-Anlage mit ca. 700 kw Heiz- und Kühlleistung verschiedener Erdwärmesysteme zum Heizen und Kühlen saisonale Wärmespeicherung

4 Neubauprojekte Campus Bielefeld FH Bielefeld Nutzfläche ca m 2 Baukosten ca. 154 Millionen Euro FBIIS: Hauptnutzungsfläche ca m 2 Gesamtkosten ca. 32 Millionen Euro ENUS mit Mensa für Uni und FH Nutzfläche ENUS ca m 2 Nutzfläche Mensa ca m 2 Baukosten ca. 130 Millionen Euro

5 Neubauprojekte Campus Bielefeld Forschungsbau Interaktive Intelligente Systeme (FBIIS) jetzt: Cognitive Interaction Technology (CITEC) 24 Erdwärmesonden á 85 m Freie Heizung HL = 28 kw Freie Kühlung KL = 63 kw Fachhochschule (FH) Bielefeld 406 Energiepfähle á 8 m WP HL = 260 kw Freie Kühlung KL = 356 kw Ersatzneubau (ENUS) mit Mensa 81 Erdwärmesonden á 85 m WP HL = 390 kw Freie Kühlung KL = 300 kw

6 Geothermische Standorterkundung - EGRT

7 Geothermische Standorterkundung - EGRT

8 Geothermische Standorterkundung - EGRT λ = 2,0 bis 2,6 W/m/K Ø λ = 2,2 W/m/K

9 Dimensionierung Energiepfahlfeld Wärmeträgermedium (WTM) Wasser. ca. 800 Gründungspfähle, Ø = 1,20 m davon 406 zu Energiepfählen ausgebaut bis 8 m Tiefe die Bewehrungskörbe mit Wärmetauscherrohren belegt, 32 m PE-RC-Rohr pro Pfahl für effiziente Nutzung mit Wärmepumpe thermische Bauteilaktivierung (Betonkernaktivierung)

10 Dimensionierung Energiepfahlfeld Grundlast Heizung Grundlast Kühlung Heizleistung: 303,1 kw Kühlleistung: 319,7 kw Volumenstrom Wärmeträgermedium: l/h Volumenstrom Wärmeträgermedium: l/h Betriebsstunden: 468 h/a Betriebsstunden: 129 h/a Jährliche Heizlast: 141,779 MWh/a Jährliche Kühllast: 41,098 MWh/a Monatliches Energieprofil Heizung Monatliches Energieprofil Kühlung JAZ: 4,0 JAZ: ,0 Heizlast Gebäude Verd. L. 1 el. L. 2 Monat Kühllast Gebäude Verfl. L. 3 el. L. 4 [%] [MWh] [MWh] [MWh] [%] [MWh] [MWh] [MWh] 21,48 30, , ,6133 Januar 18,92 26, , ,7055 Februar 19,46 27, , ,8970 März April Mai 2,888 1, , ,0000 Juni 22,974 9, , ,0000 Juli 28,186 11, , ,0000 August 40,284 16, , ,0000 September 5,662 2, , ,0000 Oktober 18,72 26, , ,6358 November 21,42 30, , ,5933 Dezember 100,00 141, ,33 35,44 Summe 100,00 41,10 41,096 0,00 1 Verdampferleistung =Entzugsleistung 2 el. Leistungsaufnahme d. Wärmepumpe 1 Verflüssigerleistung =Einspeiseleistung 2 el. Leistungsaufnahme d. Kältemaschine

11 Dimensionierung Energiepfahlfeld

12 Dimensionierung Energiepfahlfeld Heizfall Kühlfall

13 Dimensionierung Energiepfahlfeld

14 Dimensionierung Energiepfahlfeld Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 10tes Betriebsjahr

15 Bauphase Energiepfahlfeld

16 Bauphase Energiepfahlfeld

17 Bauphase Energiepfahlfeld

18 Bauphase Energiepfahlfeld

19 Bauphase Energiepfahlfeld

20 Bauphase Energiepfahlfeld

21 Bauphase Energiepfahlfeld

22 Bauphase Energiepfahlfeld

23 FBIIS Forschungsbau interaktive intelligente Systeme FBIIS 24 Erdwärmesonden á 85 m Nutzfläche ca m² Nutzung Geothermie zur Vorwärmung der Zuluft im Winter und Kühlung über mit BKT ausgestattete Nutzflächen im Sommer.

24 FBIIS Geothermische Standorterkundung 100 m Pilotbohrung mit EGRT

25 FBIIS und FH Numerische Simulation der Wärmeausbreitung Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 10tes Betriebsjahr

26 FBIIS und FH Numerische Simulation der Wärmeausbreitung Numerische Simulation mit FEFLOW 10tes Betriebsjahr

27 ENUS Ersatzneubau mit Mensa ENUS 81 Erdwärmesonden á 85 m Nutzfläche ca m² Grundlastabdeckung Heizen und Kühlen der mit BKT ausgerüstete Nutzflächen über Geothermie.

28 ENUS Geothermische Standorterkundung 100 m Pilotbohrung mit EGRT

29 ENUS Planung Erdwärmesondenfeld

30 ENUS Numerische Simulation der Wärmeausbreitung Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 15tes Betriebsjahr

31 ENUS Numerische Simulation der Wärmeausbreitung Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 15tes Betriebsjahr

32 Zusammenfassung Drei unmittelbar benachbarte Neubauten mit insgesamt m 2 Nutzfläche konnten mit oberflächennaher Geothermie zum Heizen und Kühlen versorgt werden. Passend zu den Gebäude, der TGA-Planung, der Geologie und dem Platzangebot kam das hierfür optimale System zur Nutzung oberflächennaher Geotherme zum Einsatz: FH: Energiepfähle mit Wärmepumpe ENUS: Erdwärmesonden mit Wärmepumpe FBIIS: Erdwärmesonden direkte Nutzung Eine gegenseitige negative thermische Beeinflussung der Einzelanlagen und der umliegenden Wohnbebauung ist nicht zu erwarten. Die berechnete Einsparung bei den Betriebskosten im Vergleich zu konventioneller Technik liegt bei 50%. Die berechnete CO 2 -Einsparung im Vergleich zu konventioneller Technik liegt bei 60%. Dies entspricht 235 Tonnen CO 2 pro Jahr.