Niedertemperatur Eisspeicher-Heizung mit thermischer Enteisung

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501368

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die EWJR AG wird ein Wohn- und Geschäftshaus mit 2'050 m² Energiebezugsfläche in Rapperswil-Jona erstellen und möchte das Gebäude zur Demonstration einer energieeffizienten Solarthermie-Eisspeicher-Heizung nutzen, welche zur Marktreife gebracht werden soll. Die 50kW-Wärmepumpe nutzt als einzige Wärmequelle ein 120 m² grosses Kollektorfeld, dessen Erträge direkt oder im Eisspeicher genutzt werden. Das Solar-Eis-System wird hoch effizient bezüglich dem Elektrizitätseinsatz sein. Der Eisspeicher hat ein Volumen von 210 m³ und ist mit Wärmetauschern ausgestattet, welche nur am Speicherboden installiert werden statt im gesamten Speicher. Dadurch ergeben sich Vorteile bezüglich Material-, Installationsaufwand und Kosten. In das Projekt fliessen Erkenntnisse aus einer Forschungsanlage ein. Darauf aufbauend wird das System vereinfacht und die Steuerung bezüglich Betriebssicherheit verbessert.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Solar-Eis-Heizungen erobern die Schweiz" [PDF] 4'389 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Zugehörige Dokumente

• Article "Un système de chauffage conquiert la Suisse" [PDF] 4'293 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Eine Solar-Eis-Heizung wurde im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojekts erstellt und versorgt seit zwei Jahren ein Wohn- und Gewerbegebäude mit 2050 m2 Energiebezugsfläche mit Raumwärme und Warmwasser. Die Hauptkomponenten der Heizung sind 120 m2 unverglaste, spektral selektive Solarwärmekollektoren, ein Eisspeicher mit 210 m3 Volumen, und eine zweistufige Sole-Wasser-Wärmepumpe mit 45 kW thermischer Leistung (B0/W35). Die Wärmetauscher im Eisspeicher werden im Winter periodisch enteist und konnten deswegen mit geringer Übertragungsfläche ausgelegt werden.

Die mit dem Monitoring ermittelte Jahresarbeitszahl der Heizung (JAZ+, inkl. Stromverbrauch der Heizkreispumpe) liegt mit 3.5 unter dem gemäss Auslegung erwarteten Wert von 4.3. Die Simulationen zeigen, dass wichtige Ursachen für die geringe JAZ+ zum einen die Anhebung der Heizkurve infolge Probleme bei der Heizverteilung und zum anderen eine im Vergleich zu den Herstellerangaben zu geringe Effizienz der Wärmepumpe sind. Es werden Massnahmen für eine Anhebung der JAZ+ auf 4.0 besprochen.

Die Untersuchungen mit angepassten Kollektoren, welche einen stärkeren Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft haben, zeigen Optimierungspotenziale für Material- und Kosteneinsparungen auf. Das Konzept der Solar-Eis-Heizung mit enteisbaren Wärmetauschern im Eisspeicher wird inzwischen auf dem Schweizer Markt angeboten, wofür eine Kooperation mit einem Systemanbieter eingegangen wurde.

Zugehörige Dokumente

• Niedertemperatur Eisspeicher-Heizung mit thermischer Enteisung - Schlussbericht [PDF] 3'902 kB

Schlussbericht (Englisch)

The solar-ice heating system was installed as part of a pilot and demonstration project and has been supplying a residential and commercial building of 2050 m2 heated floor area with space heating and domestic hot water for two years. The main components of the system are 120 m2 unglazed spectrallyselective solar collectors, an ice storage of 210 m3 volume and a two-stage brine-water heat pump with 45 kW thermal output (B0/W35). The heat exchangers in the ice storage are periodically de-iced in winter and could therefore be designed with a small total heat transfer surface.

The measured seasonal performance factor of the heating system (JAZ+, incl. electricity consumption of the pump of the heating loop) is 3.5, which is below the value 4.3 expected according to the design. The simulations show that important causes for the low JAZ+ are an increase in the heating curve due to problems with the heating distribution and an insufficient efficiency of the heat pump compared to its technical specifications. Possible measures for increasing the JAZ+ to 4.0 are discussed.

The investigations with adapted collectors that have an increased heat exchange with the ambient air show optimisation potential for material and cost savings. The presented concept for a solar-ice heating system with heat exchangers in the ice storage that can be de-iced is now being offered on the Swiss market. A related cooperation has been started with a Swiss system provider.

Schlussbericht (Französisch)

Dans le cadre d'un projet pilote de démonstration, un système de chauffage solaire/glace a été construit et approvisionne depuis deux ans en chauffage et en eau chaude un bâtiment mixte industriel et d'habitation ayant une surface de référence énergétique de 2050 m2. 120 m2 de capteurs sélectifs non vitrés, un stockage de glace de 210 m3 de volume ainsi qu'une pompe à chaleur à eau glycolée bi-étagée de 45 kW de puissance thermique (B0/W35) constituent les composants principaux du chauffage. En hiver, les échangeurs du stockage de glace sont régulièrement dégivrés et ont pu de ce fait être dimensionnés avec une surface d'échange réduite.

Le coefficient de performance annuel (incluant la consommation électrique du circulateur du circuit de chauffage) mesuré est de 3.5, en-dessous de la valeur de 4.3 attendue. D'après les simulations, les causes principales à l'origine de ce faible coefficient de performance sont l'augmentation de la courbe de chauffe en raison de problèmes au niveau de la distribution de chaleur ainsi qu'une efficacité trop faible de la pompe à chaleur. Des mesures permettant d'augmenter le coefficient de performance annuel à une valeur de 4.0 ont été discutées.

Des études complémentaires sur des capteurs adaptés offrant de meilleurs coefficients d'échanges avec l'environnement montrent un potentiel d'optimisation tant du point de vue matériel que des coûts. Entre temps, une coopération avec un fournisseur de systèmes a débuté et le concept de système de chauffage solaire/glace avec des échangeurs dégivrables pour le stockage de glace a été lancé sur le marché suisse.