Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Einkaufszentrum Surseepark werden 2019/2020 zwei von insgesamt drei Gebäuden umgebaut. Die bestehende Öl-Heizung und Klimatisierung wird durch eine reversible Luft/Wasser Wärmepumpe ersetzt. Die Heizungs- und Klimanetze in den Gebäuden werden grösstenteils beibehalten. Im Heizbetrieb ist eine
Vorlauftemperatur von +50°C gefordert, weshalb CO2 als Kältemittel geeignet ist. Im Kühlbetrieb werden die Nachteile von CO2 mittels Ejektoren kompensiert. In einer objektspezifischen Studie weist CO2 als Kältemittel 6% weniger Energieverbrauch aus. Im Rahmen eines Demonstrationsprojektes wird eine reversible Luft/Wasser CO2-Wärmepumpe entwickelt, im Einkaufszentrum Surseepark I und II implementiert und dessen Energieeffizienz ausgewertet. Das Demonstrationsprojekt und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden geteilt und massgeblich dazu beitragen, nachhaltige Technologie rasch an den
Markt zu bringen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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In the shopping mall Surseepark, two of three buildings will be modernized in 2019/2020.The existing oil heating and air conditioning is replaced by a reversible heat pump. The heating and air conditioning circuits in the buildings are mainly retained. In heating mode, a forward flow temperature of +50°C
is required, which is why CO2 is suitable as a refrigerant. In cooling mode, the disadvantages of CO2 are compensated by the implementation of ejectors. In a job site specific study, CO2 as a refrigerant shows 6% less energy consumption. As part of a demonstration project, a reversible CO2 heat pump is developed, implemented in the shopping mall Surseepark I and II and its energy efficiency is evaluated. The demonstration project and thereby gained experience will be shared, which pushes sustainable technology on market.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Wärmepumpen sind heute die Standardlösung für eine energieeffiziente Wärmeproduktion in Wohngebäuden. In grösserer Ausführung werden sie zunehmend auch im Industrie- und Dienstleistungssektor eingesetzt. Wie eine erfolgreiche Umsetzung gelingt, zeigt ein BFE-Demonstrationsprojekt beim Einkaufszentrum Surseepark im Kanton Luzern. Die Anlage nutzt für die Produktion von Wärme und Klimakälte das natürliche Kältemittel Kohlendioxid (CO2). Dieses ist im Betrieb sicher und effizient, bei der Umweltbelastung schneidet es deutlich besser ab als gängige Alternativen.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Les pompes à chaleur sont aujourd’hui la solution standard pour une production de chaleur efficace sur le plan énergétique dans les bâtiments d’habitation. Dans des formats plus grands, elles sont également de plus en plus utilisées dans les secteurs de l’industrie et des services. Le centre commercial Surseepark dans le canton de Lucerne a été mis en oeuvre comme projet de démonstration réussi de l’OFEN. L’installation utilise le dioxyde de carbone (CO2), un réfrigérant naturel, pour la production de chaleur et de froid. Il est sûr, efficace et son impact sur l’environnement est nettement meilleur que celui des alternatives courantes.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Basierend auf einer fundierten Konzeptevaluation wird im Sommer 2018 der Konzeptentscheid gefällt, die bestehende Öl-Heizung und Klimatisierung vom Einkaufszentrum Surseepark durch zwei reversible Luft/Wasser CO2-Wärmepumpen mit einer Nenn-Heizleistung von insgesamt 1‘100 kW und einer Klimaleistung von 1‘260 kW zu ersetzen. Das von der Bauherrschaft gewählte Konzept, die reversible Luft/Wasser CO2-Wärmepumpe, ist das nachhaltigste aller verglichenen Konzepte. Die Bauherrschaft nimmt höhere Investitions- und Lebenszykluskosten in Kauf, um nachhaltige und zukunftsweisende Technologien zu fördern und leistet einen relevanten Beitrag zur Energiestrategie 2050. Darüber hinaus beweist die Bauherrschaft Mut, auf Technologien zu setzen, welche keine Langzeiterfahrung vorzuweisen haben. In der Zwischenzeit wurden die reversiblen CO2-Wärmepumpen entwickelt, gefertigt, vor Ort installiert und im Herbst 2019 in Betrieb genommen. Fortan wurde der Betrieb während rund zwei Jahren begleitet und Betriebsoptimierungen und regelungstechnische Anpassungen durchgeführt. Basierend auf den Messdaten von Herbst 2020 bis Herbst 2021 erfolgte eine detaillierte Auswertung vom Betrieb, mit besonderem Fokus auf die Energieeffizienz. Im untersuchten Zeitraum konnte eine Jahresarbeitszahl im Heizbetrieb für das Heizungs-Temperatur-Regime +30°C/+50°C von 3.33 nachgewiesen werden. Im Klimabetrieb liegt die Jahresarbeitszahl bei 5.32 für das Kaltwasser-Temperatur-Regime von +12°C/+7°C. Nebst den energetischen Aspekten konnte im Rahmen dieses Pilot- und Demonstrationsprojektes aufgezeigt werden, dass es möglich ist, den Surseepark mit der geforderten Wärme und Kälte mittels reversiblen Luft/Wasser CO2-Wärmepumpen zu versorgen. Nebst den Basisanforderungen, dem Sicherstellen des Wärme- und Kältebedarfs, konnten wertvolle Erfahrungen in Punkto Steuerung und Regelstrategie, Teillastverhalten der Wärmepumpen sowie dem Zusammenspiel von Ejektoren und Drosselventil gesammelt werden. Diese Erfahrungen flossen bereits in einem Folgeprojekt ein. Erste Auswertungen deuten darauf hin, dass Anpassungen in der Systemauslegung und im Betrieb eine Steigerung vom COP gegenüber den Wärmepumpen von Surseepark im Heizbetrieb von rund +8 % bewirken. Eine direkte Gegenüberstellung der COP im Klima-Betrieb macht aufgrund höheren Kaltwasser-Temperaturen im Folgeprojekt keinen Sinn. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die eingeflossenen Erkenntnisse in derselben Grössenordnung zu einem höheren COP beitragen wie im Heizbetrieb.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Based on a well-founded concept evaluation, the concept decision was made in summer 2018 to replace the existing oil-fired heating and air-conditioning system of the Surseepark shopping centre with two reversible air/water CO2 heat pumps with a total nominal heating capacity of 1,100 kW and an air-conditioning capacity of 1,260 kW. The concept chosen by the end user, the reversible air/water CO2 heat pump, is the most sustainable of all the concepts compared. The end user accepts higher investment and life cycle costs in order to promote sustainable and forward-looking technologies and makes a relevant contribution to the Energy Strategy 2050. Furthermore, the end user demonstrates courage to rely on technologies that have no long-term experience. In the meantime, the reversible CO2 heat pumps were developed, manufactured, installed on site, and commissioned in autumn 2019. From then on, the operation was monitored for around two years and operational optimisations and adjustments to the controls were carried out. Based on the measurement data from autumn 2020 to autumn 2021, a detailed evaluation of the operation was carried out, with a particular focus on energy efficiency. In the mentioned period, an annual performance factor of 3.33 was measured during heating mode. The heating temperature regime is +30°C/+50°C. During air-conditioning mode, the annual performance factor of 5.32 was measured for cold water with a temperature regime of +12°C/+7°C. In addition to the energy aspects, this pilot and demonstration project showed that it is possible to supply the Surseepark with the required heat and cooling energy by two reversible air-to-water CO2 heat pumps. In addition to the basic requirements, i.e. ensuring the heating and cooling demand, valuable experience was gained in terms of control and regulation strategy, partial load behaviour of the heat pumps as well as the interaction of ejectors and throttle valves. This experience has already been taken into account into a follow-up project. First evaluations indicate that light adjustments in the system design and in the controls result in an increase of the COP compared to the heat pumps of Surseepark in heating operation of about +8 %. A direct comparison of the COP in air-conditioning operation does not make sense due to higher cold-water temperatures in the follow-up project. However, it can be assumed that the knowledge gained contributes to higher COP-values in the same order of magnitude as in heating mode.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Suite à une évaluation de concept approfondie, une décision a été prise à l’été 2018 quant au choix du concept qui consiste à remplacer le chauffage au mazout et la climatisation existants du centre commercial Surseepark par deux pompes à chaleur réversibles air / eau au CO2 d’une puissance de chauffage nominale totale de 1'100 kW et d’une puissance de climatisation de 1'260 kW. Le concept de pompe à chaleur réversible air / eau au CO2 retenu par le maître d’ouvrage correspond au concept le plus durable parmi les concepts comparés. Le maître d’ouvrage accepte des coûts d’investissement et de cycle de vie plus élevés pour promouvoir des technologies de pointe et durables. Ainsi, il contribue de façon considérable à la stratégie énergétique 2050. De plus, le maître d’ouvrage fait preuve de courage en introduisant des technologies qui ne bénéficient pas d’une longue expérience. Dans l’intervalle, les pompes à chaleur réversibles au CO2 ont été développées, fabriquées, installées sur site et mises en service à l’automne 2019. Pendant deux ans, le fonctionnement a été suivi et des optimisations et adaptations ont été effectuées en termes de technique de régulation. Une évaluation détaillée du fonctionnement a été réalisée à partir des données de mesure de l’automne 2020 à l’automne 2021. Un accent particulier a été mis sur l’efficience énergétique. Dans la période étudiée, un coefficient de performance annuel de 3.33 a pu être démontré en mode chauffage pour le régime de température de chauffage +30°C/+50°C. En mode climatisation, le coefficient de performance annuel est de 5.32 pour le régime de température d’eau froide +12°C /+7°C. Dans le cadre de ce projet pilote et de démonstration, au-delà des aspects énergétiques, il a pu être démontré qu’il est possible d’approvisionner le Surseepark en chauffage et en froid à l’aide de pompes à chaleur réversibles air/eau au CO2. En plus des exigences de base sur la garantie des besoins en chauffage et en froid, de précieuses expériences ont pu être accumulées en termes de pilotage et de stratégie de régulation, de comportement en charge partielle des pompes à chaleur et d’interactions entre éjecteurs et vanne d’étranglement. Ces expériences sont déjà intégrées à un projet de suivi. Les premières évaluations indiquent que les adaptations dans la conception et le fonctionnement du système entrainent, en mode chauffage, une hausse du COP de 8% comparé aux pompes à chaleur du Surseepark. Une confrontation directe du COP en mode climatisation n’a pas de sens en raison des températures d’eau froide élevées dans le cadre du projet de suivi. On peut cependant supposer que les constats réalisés contribuent à un COP plus élevé dans le même ordre de grandeur qu’en mode chauffage.
Zugehörige Dokumente
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