Schlüsselwörter
(Deutsch)
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TP0039;Umgebungswärme
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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WP auf Erdwärmesonden-Feld für Heizung und Kühlung eines Tagungszentrums. Oelkessel und Luft/Wasser-Wärmepumpen werden dadurch saniert.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Im Studienzentrum der Schweizerischen Nationalbank in Gerzensee wurden die reparaturanfällig gewordenen Luft- Wasserwärmepumpen mit 180 kW Leistung durch zwei Grosswärmepumpen mit je 120 kW Leistung und Erdsonden als Wärmequelle ersetzt. Die Erdsondenanlage soll im Sommer zudem noch zur Kühlung des grossen Mehrzwecksaales eingesetzt werden. Der Ölheizkessel, der die gesamte Wärmeversorgung zu 100% absichert wurde ebenfalls saniert.Da Wärmepumpenanlagen mit Erdsonden in dieser Grössenordnung selten sind, soll durch dieses Demontstrationsprojekt einer interessierten Bauherrschaft aufgezeigt werden, dass die Technologie einwandfrei funktioniert und energetisch sinnvoll ist. Weiter soll der Interessierte über die Kosten solcher Anlagen informiert werden. Diese Angaben sollen helfen, dass grosse Erdsondenanlagen vermehrt realisiert werden.Der hier vorliegende Zwischenbericht soll zeigen, dass die Ziele erreicht werden können und eine Fortsetzung der Messungen im bisherigen Umfang sinnvoll ist. Da der Messbeginn am 01.02.2002 erfolgte sind zum Zeitpunkt des Zwischenberichtes noch nicht alle erforderlichen Daten vorhanden. Daher sind gewisse Auswertungen als Abschätzungen mit einer Genauigkeit von 15% zu verstehen.Die Energieeffizienz der Anlage wird auf zwei verschiedenen Wegen nachgewiesen. Als erstes wird der Energieverbrauch der neuen Anlage anhand der Stromrechnungen und des Ölverbrauchs für den Zusatzheizkessel mit den Werten vor der Sanierung und mit dem Verbrauch einer konventionellen Ölheizung verglichen.Weiter werden spezifische Anlagekenndaten errechnet und mit Projektvorgaben oder mit Herstellerangaben überprüft.Die in Gerzensee getätigten Investitionen werden mit den notwendigen Baunebenkosten dargestellt. Zudem werden die spezifischen Anlagekosten der Erdsondenwärmepumpe in Rp./kWh errechnet. Darin sind neben den Kosten für die Energie die Kapital- sowie die Unterhalts- und Wartungskosten enthalten. Beide Werte werden auch für eine konventionelle Ölheizungsanlage errechnet.Die Energieeinsparung gegenüber der alten Luft- Wasserwärmepumpenanlage ist eindrucksvoll. Der Gesamtenergieverbrauch für Heizung, Warmwasserbereitung und für die Lüftungsanlagen konnte um 53.8% gesenkt werden. Der Ölverbrauch reduzierte sich von 34'800 ltr auf 6'600 ltr, was einer Reduktion von 81% entspricht. Trotz der grossen Substitution von Erdöl durch die Wärmepumpe konnte auch der Stromverbrauch um 8% gesenkt werden. Die spezifischen Anlagekosten der Erdsondenwärmepumpe sind mit 18.5 Rp/kWh im Vergleichzu den 9.94 Rp/kWh der konventionellen Vergleichsanlage fast doppelt so hoch. Die hohen Investitionskosten lassen sich mit der Energieeinsparung nicht wettmachen.Als erste der Anlagekenndaten wurde der COP- Wert der beiden Wärmepumpen überprüft. Bei einer mittleren Soletemperatur von 9.4_C über das Jahr und bei einer Kondensatoraustrittstemperatur von 50_C wurden für WP1 ein COP von 3.26 und für WP2 ein Wert von 3.57 ermittelt. Gemäss Herstellerangaben sollte bei B0W50 ein COP- Wert von 3.1 erreicht werden. Im grossen und ganzen wurden die Herstellerangaben erreicht. Auffallend sind die Unterschiede zwischen den beiden Wärmepumpen. Neben Messfehlern sind Fertigungstoleranzen von 3% der Kompressoren sowie unterschiedliche Kältemittelfüllungen die mögliche Ursache. Das Problem wird beim nächsten Servicegang vom Hersteller überprüft. Ein Ziel der Sanierung war, möglichst viel Öl durch umweltfreundlichere Energie zu ersetzten. Daher sollt der Anteil der Wärmepumpe an der Gesamtenergieproduktion möglichst gesteigert werden. Dieses Ziel konnte mit der Steigerung des Wärmepumpendeckungsgrades von 50.6% auf 90.6% ebenfalls erreicht werden. Ziel ist ein Deckungsgrad von 95%. Dies sollte nach der definitiven Inbetriebnahme des Leitsystems Ende Oktober 2003 und der damit verbundenen Optimierung der Regulierung möglich sein. Die Anlage funktionierte bisher weitgehend störungsfrei.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hans Vaterlaus AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kuhn,Peter
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Im Studienzentrum der Schweizerischen Nationalbank in Gerzensee wurde im Jahre 2002 die Wärmeerzeugung saniert. Acht reparaturanfällig gewordene Luft- Wasserwärmepumpen mit total 180 kW Leistung wurden durch zwei Erdsondenwärmepumpen mit einer Gesamtleistung von 240 kW ersetzt. Der Spitzenlastölheizkessel wurde ebenfalls ausgewechselt. Zudem wurde der Mehrzwecksaal im Schlossgut direkt mit dem Erdsondenfeld gekühlt. Wärmepumpen mit Erdwärmesonden in dieser Grössenordnung sind wegen den hohen Erstellungskosten selten. Dieses Demonstrationsprojekt soll einer an der Technologie interessierten Bauherrschaft über die Funktionstüchtigkeit und Energieeffizienz der Anlage sowie über die Erstellungs- und Betriebskosten Auskunft geben. Ziel des Projekts ist eine vermehrte Ausführung von grossen Wärmepumpenanlagen mit Erdwärmesonden. Im Januar 2004 wurde ein Zwischenbericht über das Projekt veröffentlicht. In diesem wurde eine Reduktion des Gesamtenergieverbrauchs um 53.8% berechnet. Der Ölverbrauch konnte sogar um 81% gesenkt werden. Der spezifische Energiepreis der Wärmepumpenanlage war jedoch mit den damals tiefen Ölpreisen mit 18.5 Rp/ kWh etwa doppelt so hoch wie der einer reinen Ölheizungsanlage. Da zum Zeitpunkt des Zwischenberichts die Messungen unvollständig waren und durch Schätzungen ergänzt wurden, müssen die Ergebnisse im Schlussbericht verifiziert werden. Die Energieeffizienz der Anlage wurde als erstes mit dem Vergleich des Endenergieverbrauchs der neuen Wärmepumpenanlage mit dem der alten Anlage und einer konventionellen Ölheizungsanlage nachgewiesen. Dazu wurden die Stromrechnungen der BKW Energie AG und der auf der Anlage gemessene Ölverbrauch benutzt. Mit dem gemessenen Nutzenergieverbrauch konnten die Jahresnutzungsgrade der Anlage bestimmt werden. Als Ergänzung zu vorstehender Überschlagsrechnung wurden die COP- Werte der beiden Wärmepumpen berechnet und mit Herstellerangaben verglichen. Zudem wurde der Anteil der Wärmepumpen an der Gesamtenergieproduktion berechnet. Die Erstellungs- und Betriebskosten der Wärmepumpenanlage werden mit denjenigen einer reinen Ölheizungsanlage verglichen. Die Endenergieeinsparung lag während der beiden Messjahre mit durchschnittlich 49% im Bereich des Zwischenberichts. Der Ölverbrauch konnte um 80% gesenkt werden während der Stromverbrauch trotz der grossen Substitution von Erdöl nur um 3% stieg. Die Wärmepumpenanlage benötigte einen Drittel der Energie einer reinen Ölheizung. Die COP- Werte bewegten sich mit 3.31 für Wärmepumpe 1 und 3.54 für Wärmepumpe 2 bei B8W50 etwa im Rahmen der Herstellerangaben von 3.1 bei B0W50. Auffallend war der hohe Stromverbrauch für Umwälzpumpen in der Heizzentrale. 24.7% der elektrischen Energie wurden für diesen Zweck benötigt. Der Deckungsgrad der beiden Wärmepumpen betrug im Schnitt 90.7%. Die im Zwischenbericht angestrebten 95% konnten nicht ganz erreicht werden. Tiefe Deckungsgrade wurden vor allem im Sommer für die Warmwasserbereitung und während Kälteperioden im Winter gemessen. Die Investitionskosten der Erdsondenwärmepumpe sind 3.35 mal so hoch wie diejenigen einer Ölheizungsanlage. Ein grosser Teil der Kosten entfällt auf die Erdsondenanlage. Beim Vergleich der spezifischen Energiepreise war der Unterschied mit 18.4 Rp/kWh für die Wärmepumpe gegenüber 14.8 Rp/kWh für die Ölheizung dank der hohen Erdölpreise weniger ausgeprägt. Die betrieblichen Erfahrungen mit der Anlage sind positiv. Störungen traten vor allem im ersten halben Jahr nach der Inbetriebnahme auf, die durch Nachregulierungen behoben werden konnten. Als Gewinn für das Studienzentrum erwies sich die Kühlung des Mehrzwecksaales. Dieser konnte für Anlässe benutzt werden, die früher wegen den zu hohen Raumtemperaturen undenkbar gewesen wären. Das Erdsondenfeld lieferte für die Kühlbatterie in der Lüftungsanlage konstante Vorlauftemperaturen um 11°C. Als problematisch erwies sich die Warmwasserladung mit der Wärmepumpe. Vor allem im Sommer mussten die ausgedehnten Fernleitungsnetze zuerst auf die erforderliche Vorlauftemperatur gebracht werden, um die Boiler in den Unterstationen laden zu können. Trotzdem die Wärmepumpen mit Vorlauftemperaturen bis 67°C arbeiteten, kam der Ölheizkessel ungewollt oft zum Einsatz. Im letzten Teil in diesem Schlussbericht wird auf die Planung von Grosswärmepumpen eingegangen. Wichtig bei der Projektierung ist eine genaue Aufnahme der örtlichen Gegebenheiten. Neben einer möglichst genauen Bestimmung des Wärmeleistungsbedarfes ist eine saubere Abklärung der elektrischen Netzsituation, des Erdsondenfeldes und der baulichen Gegebenheiten enorm wichtig. Fehler und Unterlassungen, die bei kleineren Leistungen ohne Folgen bleiben, führen bei Grosswärmepumpen mit Sicherheit zu Problemen. Das Anlagekonzept mit Berücksichtigung der Warmwasserbereitung muss seriös erarbeitet werden. Das Temperaturniveau bestehender Heizgruppen ist ebenso aufzunehmen wie die Möglichkeiten für die Warmwasserbereitung. Die Wahl des Kältemittels ist mit dem Anlagekonzept abzustimmen. Anlagen, die längere Zeit über 55°C Vorlauftemperaturen benötigen, sollten nicht mit einem Kältemittel mit einer Einsatzgrenze von 50 – 55°C betrieben werden. Erdsonden als Wärmequelle haben den Nachteil, dass die pro Jahr entziehbare Wärmemenge begrenzt ist. Läuft eine Wärmepumpe längere Zeit mit 100% Leistung und ist zudem die Sondenlänge zu knapp dimensioniert, kann das Erdreich um die Sonden gefrieren. Das führt dazu, dass die Sonden unbrauchbar werden und die Anlage stillgelegt werden muss. Erdsondenwärmepumpen dürfen daher auf keinen Fall zu knapp ausgelegt werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Vaterlaus AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kuhn,Peter
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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In the study center of the Swiss central bank at Gerzensee (Switzerland), the heat production was reorganized. The eight air-water heat pumps with total heating capacity of 180 kW were replaced by two ground-coupled heat pumps of 120 kW heating capacity each. The earth probes are additionally used for cooling directly the general- purpose hall. Heat pumps with earth probes are rare in this order of magnitude because of the high production costs. A project was established to give informations at interested owners over the energy efficiency and the producition an operating cost of the plant as well. The energy efficiency is proved by two different ways. Firstly, the energy consumption of the new heating system is evaluated on the base of the electricity bills and the oil consumtion for the auxiliary boiler and is compared with the values before the conversion and also with the energy consumption of a conventional oil heating system. Secondly, certain specifications were measured an compared with layout and manufacturers data. The energy saving improvements compared to the former air- water heat pump system are impressive. The oil consumption is reduced from 34'800 ltr/a to 6'800 ltr/a. Despite of the large substitution of oil by the heat pumps the current electricity demand rose only around 3%. 24.7% of the electricity consumtion were needed for circulations pumps. The coefficient of performance (COP) of the two heat pumps reached with 3.31 for the first and 3.54 (B8W50) for the second one the manufacturers data with 3.1 (B0W50). The costs for the Heat pump system are 3.35 times as high as those for an oil heating plant. Because of the high oil prices the specific energy price of the heat pump system with 18.4 Rp/kWh was only little higher than that for an oil heating plant with 14.8 Rp/kWh. The plant functioned troble- free apart from a few minor exceptions. As profit for the study center proved the free cooling system. The general- purpose hall could be used for causes, which would habe been inconceivable in former times because of the too high room temperatures. Heat pumps with earth probes must be planned accurately. Apart from an exact determination of the thermal output, the careful clarification of the electrical net situation and the local conditions on the probe field and the plant is important.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Vaterlaus AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kuhn,Peter
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans le centre d’étude de la Banque nationale Suisse à Gerzensee, la production de chaleur a été assaini en 2002. Huit anciennes pompes à chaleur air/eau de 180 kW puissance ont dû être remplacées par deux pompes à chaleur à sondes géothermiques verticales avec un rendement total de 240 kW. La chaudière à mazout de charge de pointe a été également remplacée. En outre, on utilise les sondes géothermiques pour refroidir le hall à usages multiples. Des pompes à chaleur à sondes géothermiques d’une telle grandeur sont rares à cause des investissements élevés. Ce projet démontre envers de maître d’ouvrage intéressés que la technologie fonctionne bien et ceci d’une manière énergétiquement raisonnable. De plus, l’intéressé doit être informé en ce qui concerne les frais d’une telle installation. Les exposés dans ce rapport doivent aider et animer à réaliser plus d’installations à sondes géothermiques de telle grandeur. En janvier 2004, un rapport intermédiaire a été publié sur le projet. Dans celui-ci, une réduction de la consommation d'énergie de 53.8% a été calculée. La consommation de mazout pouvait même être réduite de 81%. Les frais de l’énergie spécifiques de la pompe à chaleur étaient avec 18.5 centime/kWh presque le double de ceux d’une chauffage à mazout avec 9.94 centime/kWh. Ces résultats devaient être vérifiés dans le rapport final parce qu’au moment du rapport intermédiaire les mesures ont été incomplètes et complétées par des estimations. L’efficacité énergétique de la nouvelle pompe à chaleur est prouvée avec la comparaison de la consommation d'énergie avec celle de la vieille installation et d'une installation de chauffage à mazout, par reprise des notes d’électricité et du besoin de mazout pour la chaudière additif mesurée sur l’annexe. En outre, les valeurs COP des deux machines sont calculées et comparées avec les données du fabricant. De suite, la part des pompes à chaleur dans la production d'énergie totale a été déterminé. L'économie d'énergie par rapport à l’ancienne pompe à chaleur air/eau s’est trouvée pendant les deux années de mesure avec 49 % dans le secteur du rapport intermédiaire. La consommation de mazout a pu être réduit de 34'800 litres à 6'800 litres par année, ce qui correspond à une réduction de 80%. Malgré à la grande substitution de mazout, la consommation d'énergie électrique montait que de 3%. La pompe à chaleur a besoin un tiers de l'énergie d'un chauffage à mazout. Les valeurs COP se montent à 3.31 pour la première et à 3.54 pour la deuxième pompe à chaleur chez B8W50. Selon des données du fabricant, une valeur COP de 3.1 devrait être atteinte chez B0W50. La consommation d’énergie électrique pour des pompes de circulation d'eau dans la centrale de chauffage était frappante. 24.7% de l'énergie électrique étaient nécessaires pour atteindre ce but. Le degré d’efficacité des deux pompes à chaleur s'est élevé à 90.7 %. Les 95 % visés dans le rapport intermédiaire ne pouvait pas être atteint complètement. Des degrés d’efficacité profonds ont été mesurés surtout en été pour la préparation d'eau chaude et pendant des périodes d’hiver. Les investissements de la pompe à chaleur de sondes géothermiques sont 3.35 fois plus élevés que ceux d’une installation de chauffage à mazout. Une grande partie des frais revient à l'installation des sondes géothermiques. La différence des prix énergétiques spécifiques, avec 18.4 centime/kWh pour la pompe à chaleur par rapport à 14.4 centime/kWh pour le chauffage à mazout a été grâce aux prix pétroliers élevés moins empreint qu’au rapport intermédiaire. Les expériences de service avec l'installation sont positives. Des dérangements sont apparus surtout au cours des premiers six mois après le démarrage qui pouvaient être réparés par des ajustages au système de régulation. Un profit pour le centre d'étude s'est avéré le refroidissement du hall à usages multiples. Celui-ci pouvait être utilisé pour les causes qui auraient été plus tôt inconcevables à cause des températures ambiantes trop hauts. Le champ des sondes géothermiques a livré des températures aller constantes de 11° C pour la batterie frigorifique dans l'installation d'aération. Le chargement d'eau chaude avec la pompe à chaleur s'est avéré problématique. Surtout en été les conduites à distance étendus devaient être apportés d'abord sur la température aller nécessaire pour pouvoir charger les boilers dans les sous stations. Bien que les pompes à chaleur travaillent avec des températures aller à 67°C, la chaudière à mazout était involontairement souvent utilisée. Dans la dernière partie de ce rapport final la planification des pompes à chaleur grandes est évoquée. Une clarification propre des données locales, de la situation du réseau électrique, de la situation sur le champ des sondes géothermiques et des données architecturales est énormément importante. Le besoin de la puissance calorifique doit être disposé le plus précise possible. Des erreurs et des omissions qui s'en tiennent à de plus petites performances sans conséquences, conduisent pour des pompes à chaleur grandes avec sécurité à des problèmes. Le concept d'installation, la considération de la préparation d'eau chaude et le niveau de température des groupes de chauffage existants doit être élaboré sérieusement. Le choix du réfrigérant doit être assorti avec le concept d'installation. Des installations qui nécessitent plus de 55°C température aller pendant une période prolongée, ne fonctionnent pas propre avec un réfrigérant avec une frontière d'application de 50-55° C. Des sondes géothermiques comme source de chaleur ont le désavantage que la quantité de chaleur d'extraction par année est limitée. Si une pompe à chaleur court long temps avec 100% de performance et si la longueur des sondes est dimensionnée trop juste, le sol peut geler autour des sondes. Cela a pour conséquence que les sondes deviennent inutiles. L'installation doit être arrêtée. On doit calculer les pompes à chaleur de sondes géothermiques avec assez de réserve.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Vaterlaus AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kuhn,Peter
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