ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/501010
Projekttitel
Potentialevaluation der Kombination Solarthermie und Wärmepumpe und Betriebsoptimierung mittels Monitoring einer Grossanlage solar regenerierter Erdsondenfelder

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
Anzeigen
-
-
-
Schlussbericht
Anzeigen
Anzeigen
-
Anzeigen

Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Ein Heizungssystem (Wärmepumpe, Erdsondenfeld und PV/T-Niedertemperatursolaranlage) wird mit einem Mess- und Monitoringsystem ausgestattet und ausgemessen. Im Projekt werden die Daten ausgewertet, die Systemintegration der PV/T-Anlage in der Gebäudetechnik optimiert, Langzeiterfahrungen zur solarthermischen Regeneration von Erdsondenfeldern gesammelt und die bestehende Gesamtanlage regelungstechnisch optimal abgestimmt.
Schlussbericht
(Deutsch)

Die Überbauung Oberfeld der Wohnbaugenossenschaft Oberfeld ist eine nachhaltige und autofreie Siedlung in Ostermundigen Bern. Die Überbauung besteht aus den drei Gebäuden A, B, und C. Jedes der drei Gebäude besitzt sein separates Heizungssystem bestehend aus Wärmepumpen, Erdwärmesondenfeld (EWS) und grossflächiger PVT-Solaranlage. Das energetische Gesamtkonzept verbindet die solare Gewinnung von Wärme und Strom mit der saisonalen Speicherung von Wärme in Erdwärmesondenfeldern. Damit kann eine Absenkung der Sondentemperaturen im Verlauf der Jahre verhindert werden, und die hohen Jahresarbeitszahlen des Systems können über dessen gesamte Lebensdauer gewährleistet werden. Das Energieversorgungsunternehmen Energie Wasser Bern (EWB) hat die Anlage als Contractor installieren lassen und ist für den Betrieb zuständig. Die PVT-Solaranlagen wurden von der Firma Meyer Burger1 umgesetzt. Die gesamte PVT-Anlage ist auf die verschiedenen Dächer der drei Gebäude verteilt. Sie besteht aus insgesamt 799 PVT-Kollektoren (auch Hybridkollektoren genannt) und hat eine Gesamtfläche von über 1300 m². Der Betrieb der Wärmeerzeugungsanlage von Haus B, welches repräsentativ für alle Häuser ausgewählt wurde, wird mittels einer Messinstallation des Instituts SPF überwacht. Meyer Burger hat die Entwicklung und Produktion von Hybridkollektoren per 1.Juni 2018 an die Firma 3S Solar Plus AG übertragen (www.3s-solarplus.ch) Die Auswertung des ersten Betriebsjahres zeigt, dass die Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander ein besonderes Augenmerk verlangt. Speziell bei höheren Austrittstemperaturen aus dem Erdsondenfeld bedarf es angepasster Regelungen auf Seiten der Warmwasserwärmepumpen, da diese grundsätzlich nicht für diese höheren Verdampfereintrittstemperaturen konfiguriert sind. So musste nach dem ersten Betriebsjahr die maximale Eintrittstemperatur in das Sondenfeld von 25°C auf nur 21°C heruntergesetzt werden, um Störungen der Wärmepumpe zu vermeiden. Dank Verbesserungen bei der Regelung konnte die maximale Eintrittstemperatur in den folgenden Jahren dann schrittweise auf 30° C angehoben werden.2 Zur Beurteilung der Gesamteffizienz der Anlage konnten die Arbeitszahlen der beiden Wärmepumpen (Heizung und Warmwasser) mit Wärmemengenzählerdaten des EWB näherungsweise ermittelt werden. Diese halten sich auf einem konstant hohen Niveau. Die Heizungs-WP erreicht eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von etwa 5, die Warmwasser-WP eine JAZ von etwa 3.6. Bei diesem System nicht umgesetzt, jedoch für ähnliche Anlagen denkbar und umzusetzen wäre eine Einbindung der PVT Kollektoranlage in den Primärkreis der Wärmepumpen. Die PVT-Anlage könnte damit auch als direkte Wärmequelle der Wärmepumpen genutzt werden, und es könnten so auch solare Wärmeerträge in den kälteren, solarstrahlungsschwächeren Monaten November bis Februar geerntet werden. Dies würde den Wärmeentzug aus dem Erdreich in dieser Zeit reduzieren und dadurch eine kleinere Dimensionierung des Erdsondenfeldes ermöglichen. Die Überbauung Oberfeld der Wohnbaugenossenschaft Oberfeld ist eine nachhaltige und autofreie Siedlung in Ostermundigen Bern. Die Überbauung besteht aus den drei Gebäuden A, B, und C. Jedes der drei Gebäude besitzt sein separates Heizungssystem bestehend aus Wärmepumpen, Erdwärmesondenfeld (EWS) und grossflächiger PVT-Solaranlage. Das energetische Gesamtkonzept verbindet die solare Gewinnung von Wärme und Strom mit der saisonalen Speicherung von Wärme in Erdwärmesondenfeldern. Damit kann eine Absenkung der Sondentemperaturen im Verlauf der Jahre verhindert werden, und die hohen Jahresarbeitszahlen des Systems können über dessen gesamte Lebensdauer gewährleistet werden. Das Energieversorgungsunternehmen Energie Wasser Bern (EWB) hat die Anlage als Contractor installieren lassen und ist für den Betrieb zuständig. Die PVT-Solaranlagen wurden von der Firma Meyer Burger1 umgesetzt. Die gesamte PVT-Anlage ist auf die verschiedenen Dächer der drei Gebäude verteilt. Sie besteht aus insgesamt 799 PVT-Kollektoren (auch Hybridkollektoren genannt) und hat eine Gesamtfläche von über 1300 m². Der Betrieb der Wärmeerzeugungsanlage von Haus B, welches repräsentativ für alle Häuser ausgewählt wurde, wird mittels einer Messinstallation des Instituts SPF überwacht. Meyer Burger hat die Entwicklung und Produktion von Hybridkollektoren per 1.Juni 2018 an die Firma 3S Solar Plus AG übertragen (www.3s-solarplus.ch) Die Auswertung des ersten Betriebsjahres zeigt, dass die Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander ein besonderes Augenmerk verlangt. Speziell bei höheren Austrittstemperaturen aus dem Erdsondenfeld bedarf es angepasster Regelungen auf Seiten der Warmwasserwärmepumpen, da diese grundsätzlich nicht für diese höheren Verdampfereintrittstemperaturen konfiguriert sind. So musste nach dem ersten Betriebsjahr die maximale Eintrittstemperatur in das Sondenfeld von 25°C auf nur 21°C heruntergesetzt werden, um Störungen der Wärmepumpe zu vermeiden. Dank Verbesserungen bei der Regelung konnte die maximale Eintrittstemperatur in den folgenden Jahren dann schrittweise auf 30° C angehoben werden.2 Zur Beurteilung der Gesamteffizienz der Anlage konnten die Arbeitszahlen der beiden Wärmepumpen (Heizung und Warmwasser) mit Wärmemengenzählerdaten des EWB näherungsweise ermittelt werden. Diese halten sich auf einem konstant hohen Niveau. Die Heizungs-WP erreicht eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von etwa 5, die Warmwasser-WP eine JAZ von etwa 3.6. Bei diesem System nicht umgesetzt, jedoch für ähnliche Anlagen denkbar und umzusetzen wäre eine Einbindung der PVT Kollektoranlage in den Primärkreis der Wärmepumpen. Die PVT-Anlage könnte damit auch als direkte Wärmequelle der Wärmepumpen genutzt werden, und es könnten so auch solare Wärmeerträge in den kälteren, solarstrahlungsschwächeren Monaten November bis Februar geerntet werden. Dies würde den Wärmeentzug aus dem Erdreich in dieser Zeit reduzieren und dadurch eine kleinere Dimensionierung des Erdsondenfeldes ermöglichen.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)

The Oberfeld building complex of the housing cooperative Oberfeld is a sustainable and car-free settlement in Ostermundigen Bern. It consists of the three buildings A, B and C. Each of the three buildings has its own separate heating system, consisting of heat pumps, a geothermal borehole field and a large-scale photovoltaic thermal (PVT) solar plant. The overall energy concept combines the generation of solar heat and electricity with the seasonal storage of heat in the borehole fields. This allows the borehole temperatures to be kept at a constant level throughout the years, thus ensuring the high annual performance figures of the system over its entire service life. The energy supply company Energie Wasser Bern (EWB) has had the system installed as a contractor and is responsible for its operation. The PVT systems were implemented by the company Meyer Burger.4 The entire PVT system is distributed over the roofs of the three buildings. It consists of a total of 799 PVT collectors and has a total collector area of over 1300 m². The heat generation system of building B, which was selected as representative for all buildings, is monitored by the institute SPF, using the specially installed measurement infrastructure. The evaluation of the data of the five years of operation from July 2014 to August 2019 shows that a complete regeneration of the geothermal source was achieved. The temperature of the water-filled borehole heat exchangers drops to about 7 - 8 °C in the winter months during heating operation. In summer, the natural temperature level of about 15 °C is easily reached again thanks to the regeneration. In periods of intense and frequent regeneration the temperatures are even above the natural level. Flow temperatures of the borehole field of over 24 °C (hourly average) are possible. The balance of the heat quantities taken from the ground and returned is even positive (see Abb. 1). This means that the ground source is regenerated to more than 100%. In addition to their thermal yields, there are the electrical yields of the PVT collectors. The evaluation of the first year of operation shows that special attention must be paid to the coordination of the individual components. Especially with higher outlet temperatures from the borehole field, adapted controls are needed for the heat pumps, as those are generally not by default configured for such high evaporator inlet temperatures. In fact, after the first year of operation, the maximum inlet temperature setting for the borehole field had to be reduced from 25 °C to only 21 °C, in order to avoid malfunctioning of the heat pumps. Thanks to optimisation of the heat pump controls in the following years, this setting could be gradually increased to 30 °C. In order to assess the overall efficiency of the system, the performance figures of both heat pumps (heating and hot water) could be approximated using heat meter data of EWB. The figures remain at a constantly high level. The heat pump for space heating achieves a seasonal performance factor of about 5, the hot water heat pump a value of about 3.6. Not implemented in this system, but conceivable for similar systems, is the integration of the PVT collector system into the primary circuit of the heat pumps. In such a configuration, the PVT system could serve as a direct heat source for the heat pumps and solar heat yields could also be harvested in the cold months between November and February with low solar irradiation. This would reduce the amount of heat extracted from the ground source during this period and hence allow to build systems with smaller-sized borehole fields. Meyer Burger has transferred the development and production of hybrid (PVT) collectors to 3S Solar Plus AG as of 1 June 2018 (www.3s-solarplus.ch).

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)

L’ensemble immobilier Oberfeld de la coopérative de construction d’habitats Oberfeld est un lotissement durable et sans voitures à Ostermundigen Bern. Le lotissement se compose des trois bâtiments A, B et C, dont chacun dispose de son propre système de chauffage, composé de pompes à chaleur, d'un champ de sondes géothermiques et d'une installation solaire photovoltaïque-thermique (PVT). Le concept énergétique combine la production solaire de chaleur et d'électricité avec le stockage saisonnier de la chaleur dans des champs de sondes géothermiques. Cela permet d’éviter un abaissement des températures des sondes au cours des années, assurant ainsi les performances annuelles élevées du système pendant toute sa période de fonctionnement. La société d'approvisionnement en énergie Energie Wasser Bern (EWB) a fait installer le système en tant qu'entrepreneur (« contractor ») et est responsable de son fonctionnement. Les systèmes solaires PVT ont été mis en place par l’entreprise Meyer Burger.3 L'ensemble du système PVT est réparti sur les toits des trois bâtiments. Il comprend un total de 799 capteurs PVT et a une surface totale de plus de 1300 m². Le système de production de chaleur du bâtiment B, qui a été choisie comme représentatif de l’ensemble des bâtiments, a été surveillé par l’institut SPF à l'aide d'une installation de mesure. Meyer Burger a transféré le développement et la production de capteurs hybrides (PVT) à 3S Solar Plus SA à partir du 1er juin 2018 (www.3s-solarplus.ch). L'évaluation des données des cinq années de fonctionnement, de juillet 2014 à août 2019, montre qu'une régénération complète du champ de sondes géothermiques a eu lieu. La température des sondes remplies d'eau descend à environ 7 - 8 °C pendant les mois d'hiver, pendant le fonctionnement du chauffage. En été, le niveau naturel de température d'environ 15 °C est facilement atteint à nouveau, grâce à la régénération. Dans les phases de régénération forte et fréquente il se situe même au-dessus de la plage naturelle. Des températures de sortie du champ de sondes supérieures à 24 °C (moyenne horaire) sont possibles. Le bilan des quantités de chaleur prélevées du sol ou restituées est même positif Le sol est régénéré à plus de 100%. Au rendement thermique des capteurs PVT s’ajoute leur rendement électrique. L'évaluation de la première année de fonctionnement montre qu'il faut accorder une attention particulière à la coordination des différents composants. Surtout lorsque les températures de sortie du champ de sondes sont élevées, des commandes adaptées sont nécessaires du côté de la pompe à chaleur, car celles-ci n’est en principe pas configurée pour de telles températures d'entrée à l’évaporateur. En fait, après la première année de fonctionnement, la température d'entrée dans les sondes avait dû été réduite de 25 °C à seulement 21 °C pour éviter le dysfonctionnement des pompes à chaleur. Seulement dans les années suivantes il est devenu possible de progressivement augmenter la température maximale d’entrée au champ de sondes à 30 °C, grâce à des optimisations au niveau des réglages de la pompe à chaleur. Afin d'évaluer l'efficacité globale du système, les chiffres de performance des deux pompes à chaleur (chauffage et eau chaude) ont été approximés en utilisant les données du compteur de chaleur de EWB. Celles-ci restent à un niveau constamment élevé. La pompe à chaleur pour le chauffage atteint un coefficient de performance d’environ 5, celle pour l’eau chaude une valeur d’environ 3.6. Pas mis en oeuvre dans ce système, mais concevable pour des systèmes similaires, serait l’intégration des capteurs PVT dans le circuit primaire des pompes à chaleur. Le système PVT pourrait ainsi également servir de source directe de chaleur pour les pompes à chaleur. Cela permettrait des rendements plus élevés du PVT pendant les mois d’hiver et de réduire l’extraction de chaleur du champ de sondes pendant cette période, et par conséquent des dimensionnements plus modestes du champ de sondes.

Zugehörige Dokumente