Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Eine Sanierung eines Mehrfamilienhauses (27 Wohnungen) in Bern soll die Optimierung des Warmwassernetzes in Verbindung mit gesteigertem Eigenverbrauch einer PV Anlage demonstrieren. Die vorgefertigte Badezimmervorwand-Einheit der Swissframe AG, welche die Verrohrung für das ganze Badezimmer und ein Komfortlüftungsgerät für die gesamte Wohneinheit beinhaltet, wurde um eine Kleinleistungswärmepumpe und einem dezentralen Warmwasserspeicher ergänzt. Mittels dezentraler Bereitstellung werden die in herkömmlichen, zentralen Warmwassersystemen verwendeten Zirkulationsleitungen und deren Energieverluste von über 50% eliminiert. Die neue Badezimmervorwand soll im Rahmen dieses Projekts bei einer Gebäudesanierung in Bern installiert, umfassend auf ihre energetischen und wirtschaftlichen Eigenschaften getestet sowie mit konventionellen Systemen verglichen werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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A renovation of an apartment building (27 apartments) in Bern is intended to demonstrate the optimization of the hot water network in conjunction with increased self-consumption of a PV system. The prefabricated bathroom pre-wall unit from Swissframe AG, which includes the piping for the entire bathroom and a comfort ventilation unit for the entire residential unit, was supplemented with a low-power heat pump and a decentralized hot water storage tank. Decentralized provision eliminates the circulation pipes used in conventional, central hot water systems and their energy losses of over 50%. As part of this project, the new bathroom pre-wall is to be installed in a building renovation in Bern, comprehensively tested for its energy and economic properties and compared with conventional systems.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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La rénovation d'un immeuble d'habitation (27 appartements) à Berne doit démontrer l'optimisation du réseau d'eau chaude en combinaison avec l'augmentation de la consommation propre d'une installation PV. L'unité préfabriquée de salle de bains en applique de Swissframe AG, qui comprend la tuyauterie pour toute la salle de bains et un appareil de ventilation de confort pour l'ensemble de l'unité d'habitation, a été complétée par une pompe à chaleur à faible puissance et un réservoir d'eau chaude décentralisé. L'approvisionnement décentralisé permet d'éliminer les conduites de circulation utilisées dans les systèmes d'eau chaude centraux traditionnels et leurs pertes d'énergie de plus de 50%. Dans le cadre de ce projet, le nouveau mur de salle de bains doit être installé lors de la rénovation d'un bâtiment à Berne, ses propriétés énergétiques et économiques doivent être testées en détail et comparées à celles des systèmes conventionnels.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Das vorliegende Projekt wurde in Zusammenarbeit zwischen den Fachhochschulen BFH-TI (PV-Lab, I3S) und OST (IES, SPF) sowie den Industriepartnern Swissframe und smart-me durchgeführt. Das Hauptziel dieses Projektes war es, das im KTI-Projekt Nr. 17357.1 PFEN-IW entwickelte THERMOS-System zur dezentralen Warmwasserbereitung in einer Gebäudesanierung in Bern zu installieren und umfassend auf seine energetischen und wirtschaftlichen Eigenschaften zu testen. Die Motivation für dieses Projekt lag in der Notwendigkeit, umweltfreundliche und effiziente Lösungen für die Warmwassererzeugung in städtischen Mehrfamilienhäusern zu finden. Derzeit werden noch häufig dezentrale Warmwassersysteme mit Gas- oder Elektroboiler eingesetzt. Ihr Ersatz durch erneuerbare Energiequellen ist schwierig und erfordert im Allgemeinen zentrale Warmwassersysteme mit einem Zirkulationssystem, das Komfort und Hygiene auf Kosten erhöhter Wärmeverluste gewährleistet.
Das dezentrale THERMOS-System ermöglicht eine effiziente Warmwasserversorgung durch die Kombination einer Kleinleistungswärmepumpe und einem Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung. Die Besonderheit des Systems liegt in der Warmwasserproduktion direkt im Badezimmer, wobei die Fortluft des Lüftungsgeräts durch eine integrierte Wärmepumpe genutzt wird. Die Integration aller notwendigen Sanitärkomponenten in einer patentierten Vorwandeinheit ermöglicht eine platzsparende Installation.
Ein wesentliches Ziel des Projekts war die detaillierte messtechnische Überprüfung von fünf THERMOS-Systemen über einen Zeitraum von einem Jahr. Hierfür wurden zusätzliche Sensoren integriert und ein Fernzugriff zur Datenüberwachung eingerichtet. Der Fokus der Analyse lag auf der Effizienzermittlung, dem Vergleich mit herkömmlichen Systemen und der Bestimmung von Speicherverlusten.
Die Ergebnisse zeigen, dass das THERMOS-System einen Systemnutzungsgrad (SNG2) von bis zu 1.6 aufweist. Typische Werte für den SNG bei herkömmlichen Wärmepumpen-Warmwasser Erzeugungssystemen betragen gemäss Wärmepumpenfeldmessung 0.25-2.4 (1). Keine Anlage der Feldmesskampagne mit Zirkulation erreicht einen SNG von > 1.6. Die gemessenen Speicherverluste betragen durchschnittlich 0.8 kWh/d und liegen somit deutlich unter den Vorgaben der SIA 385/1. Der Feldtest bestätigte die Effizienz und Zuverlässigkeit des THERMOS-Systems in der Praxis.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Projekt wichtige Erkenntnisse zum Betrieb der THERMOS-Einheiten in einem realen Umfeld geliefert hat. Es hat gezeigt, dass das THERMOS-System eine effiziente und nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Warmwasserbereitungssystemen darstellt. Besonders hervorzuheben ist die Eignung des Systems für Strangsanierungen oder Strangbauten in Mehrfamilienhäusern. Die gewonnenen Erkenntnisse trugen massgeblich zur Verbesserung von Herstellungs- und Testverfahren bei und sind von grosser Bedeutung für die Weiterentwicklung und Optimierung des Systems in zukünftigen Projekten.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The present project was conducted in collaboration between the Universities of Applied Sciences BFH-TI (PV-Lab, I3S) and OST (IES, SPF) and the industrial partners Swissframe and smart-me. The main objective of this project was to install and comprehensively test the THERMOS system developed in CTI project no. 17357.1 PFEN-IW for decentralized hot water production in a building renovation project in Bern, focusing on its energy and economic properties. The motivation for this project stemmed from the necessity to find environmentally friendly and efficient solutions for hot water generation in urban multi-family buildings. Currently, decentralized hot water systems using gas or electric boilers are still widely used. Their replacement with renewable energy sources is challenging and generally requires central hot water systems with a circulation system, ensuring comfort and hygiene at the expense of increased heat losses.
The decentralized THERMOS system enables efficient hot water supply by combining a low-capacity heat pump with a ventilation unit with heat recovery. The system's uniqueness lies in the direct production of hot water in the bathroom, utilizing the exhaust air from the ventilation unit through an integrated heat pump. The integration of all necessary sanitary components in a patented pre-wall installation unit allows for space-saving installation.
A key objective of the project was the detailed measurement-based assessment of five THERMOS systems over the course of one year. Additional sensors were integrated, and remote access for data monitoring was established. The focus of the analysis was on efficiency determination, comparison with conventional systems, and determination of storage losses.
The results demonstrate that the THERMOS system achieves an efficiency with a system utilization factor (SNG2) of up to 1.6. Typical values for SNG in conventional heat pump hot water generation systems range from 0.25 to 2.4, according to heat pump field measurements (1). None of the systems in the field measurement campaign with circulation achieved an SNG of > 1.6. The measured storage losses average around 0.8 kWh/day, significantly below the requirements of SIA 385/1. The field test confirmed the efficiency and reliability of the THERMOS system in practice.
In summary, the project provided valuable insights into the operation of THERMOS units in a real-world environment, highlighting the system's efficiency and sustainability as an alternative to conventional hot water generation systems. Particularly noteworthy is its suitability for renovations or new constructions in multi-family buildings. The knowledge gained significantly contributed to the improvement of manufacturing and testing procedures and is of great importance for the future development and optimization of the system in upcoming projects.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le présent projet a été réalisé en collaboration entre les Hautes Écoles spécialisées BFH-TI (PV-Lab, I3S) et OST (IES, SPF) ainsi qu'avec les partenaires industriels Swissframe et smart-me. L'objectif principal de ce projet était d'installer le système THERMOS développé dans le projet CTI n° 17357.1 PFEN-IW pour la production décentralisée d'eau chaude lors de la rénovation d'un bâtiment à Berne et de le tester de manière exhaustive sur ses propriétés énergétiques et économiques. La motivation de ce projet découlait de la nécessité de trouver des solutions écologiques et efficaces pour la production d'eau chaude dans les immeubles multifamiliaux urbains. Actuellement, les systèmes de production d'eau chaude décentralisés utilisant des chaudières à gaz ou électriques sont encore couramment utilisés. Leur remplacement par des sources d'énergie renouvelable est difficile et nécessite généralement des systèmes de production d'eau chaude centraux avec un système de circulation, garantissant le confort et l'hygiène au détriment des pertes de chaleur accrues.
Le système décentralisé THERMOS permet un approvisionnement efficace en eau chaude en combinant une petite pompe à chaleur avec une unité de ventilation à récupération de chaleur. L'originalité du système réside dans la production d'eau chaude directement dans la salle de bains, en utilisant l'air extrait de l'unité de ventilation grâce à une pompe à chaleur intégrée. L'intégration de tous les composants sanitaires nécessaires dans une unité murale brevetée permet une installation peu encombrante.
Un objectif majeur du projet était l'évaluation détaillée par des mesures de cinq systèmes THERMOS sur une période d'un an. Pour ce faire, des capteurs supplémentaires ont été intégrés et un accès à distance pour la surveillance des données a été établi. L'analyse s'est concentrée sur la détermination de l'efficacité, la comparaison avec les systèmes conventionnels et la détermination des pertes de stockage.
Les résultats montrent que le système THERMOS atteint un facteur d'utilisation du système (SNG2) allant jusqu'à 1.6. Les valeurs typiques pour le SNG dans les systèmes conventionnels de production d'eau chaude par pompe à chaleur vont de 0.25 à 2.4, selon les mesures sur le terrain des pompes à chaleur (1). Aucun des systèmes de la campagne de mesure sur le terrain avec circulation n'a atteint un SNG > 1.6. Les pertes de stockage mesurées s'élèvent en moyenne à environ 0.8 kWh/jour, nettement en dessous des exigences de la SIA 385/1. Le test sur le terrain a confirmé l'efficacité et la fiabilité du système THERMOS en pratique.
En résumé, le projet a fourni des informations précieuses sur le fonctionnement des unités THERMOS dans un environnement réel, mettant en évidence l'efficacité et la durabilité du système en tant qu'alternative aux systèmes conventionnels de production d'eau chaude. Il convient de souligner particulièrement sa pertinence pour les rénovations ou les nouvelles constructions dans les immeubles multifamiliaux. Les connaissances acquises ont contribué de manière significative à l'amélioration des procédures de fabrication et de test, et sont d'une grande importance pour le développement et l'optimisation futurs du système dans les projets à venir.
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