Description succincte
(Allemand)
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Mit diesem Pilotprojekt wird eine effiziente und kostengünstige Lösung umgesetzt, um Wärme und Kälte für Niederenergie-Bürogebäude bereitzustellen. Ziel des Projektes ist es, den jährlichen Wärme- und Kältebedarf des Minergie-P-Neubaus mit einer Wärmepumpe abzudecken welche als Wärmequellen und senken eine photovoltaisch-thermische (PVT) Anlage in Kombination mit Serverabwärme und einer thermo-aktiven Bodenplatte nutzt. Die PVT-Anlage regeneriert die Bodenplatte im Winter mit Wärme und im Sommer mit Kälte (Nachtauskühlung), damit wird eine ausgeglichene Energiebilanz im Erdreich garantiert. Neben der Primärquelle wird in diesem Konzept auch die Nutzung von Serverabwärme umgesetzt, diese bietet im Winter eine weitere gute Wärmequelle für die Wärmepumpen. Dieses Konzept ist eine Alternative zu Luft-Wasser-Wärmepumpen oder fossilen Heizungen und reduziert gegenüber diesen den Einsatz von nicht erneuerbarer Energie (Heizöl oder Elektrisch) bei geringeren Systemkosten als Erdsonden-Wärmepumpen.
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Description succincte
(Anglais)
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This pilot project implements an efficient and cost-effective solution to provide heating and cooling for low-energy office buildings. The aim of the project is to cover the annual heating and cooling requirements of the new Minergie-P building with a heat pump that uses a photovoltaic-thermal (PVT) system in combination with server waste heat and a thermo-active floor slab as heat sources and sinks. The PVT system regenerates the floor slab with heat in winter and cold in summer (night cooling), thus guaranteeing an even energy balance in the ground. In addition to the primary source, this concept also implements the use of server waste heat, which provides another good heat source for the heat pumps in winter. This concept is an alternative to air-to-water heat pumps or fossil heating systems and reduces the use of non-renewable energy (heating oil or electricity) at lower system costs than geothermal probe heat pumps.
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Description succincte
(Français)
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Ce projet pilote met en œuvre une solution efficace et peu coûteuse pour fournir de la chaleur et du froid aux immeubles de bureaux à basse énergie. L'objectif du projet est de couvrir les besoins annuels en chaleur et en froid du nouveau bâtiment Minergie-P avec une pompe à chaleur qui utilise comme sources et puits de chaleur une installation photovoltaïque-thermique (PVT) en combinaison avec la chaleur résiduelle du serveur et une dalle de sol thermo-active. L'installation PVT régénère la dalle de sol en chaleur en hiver et en froid en été (refroidissement nocturne), ce qui garantit un bilan énergétique équilibré dans le sol. Outre la source primaire, ce concept prévoit également l'utilisation de la chaleur résiduelle des serveurs, qui constitue une autre bonne source de chaleur pour les pompes à chaleur en hiver. Ce concept est une alternative aux pompes à chaleur air-eau ou aux chauffages fossiles et réduit par rapport à ces derniers l'utilisation d'énergie non renouvelable (mazout ou électricité) pour des coûts de système inférieurs à ceux des pompes à chaleur à sondes géothermiques.
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Rapport final
(Allemand)
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Im Rahmen des Pilot- und Demonstrationsprojekts (P&D) OblaTherm wurde in Chur ein Innovations- und Kompetenzzentrum gebaut, das neben Produktions-, Lager-, Server- und Büroflächen auch einen Fitness- und Erholungsbereich bietet. Die Versorgung mit Strom, Wärme und Kälte wird weitgehend durch das Gebäude selbst bereitgestellt. Das Energieversorgungssystem umfasst eine grosse PVT-Anlage auf dem Dach und zwei Sole- Wasser-Wärmepumpen, welche die thermisch aktivierte Fundamentplatte des Gebäudes als Quelle und Senke (resp. Speicher) nutzen. Mit diesem Projekt soll einerseits gezeigt werden, dass eine effiziente Energieversorgung eines Verwaltungsgebäudes auch ohne Erdsonden möglich ist, andererseits soll ein hoher Wärme- und Kälteautarkiegrad erreicht werden (Unabhängigkeit vom bestehenden Anergienetz). Hierfür spielt die richtige Dimensionierung und Bewirtschaftung (Kälte- resp. Wärmeregeneration) der Bodenplatte eine zentrale Rolle. Da der jährliche Nutzbedarf für Kühlen gegenüber des Wärmebedarfs (143 MWh gegenüber 130 MWh im Jahr 2022) höher ist, wurde das System auf den Kühlbetrieb optimiert. Im Kühlfall stehen als Wärmesenken die Fundamentplatte (ink. Erdreich), die PVT-Anlage (Konvektion und Strahlung) sowie Puffer- und Brauchwarmwasserspeicher zur Verfügung. Als Wärmequellen stehen die Fundamentplatte (ink. Erdreich), die Serverkühlung, die aktive Kühlung der Räume sowie die PVT-Anlage zu Verfügung. Eine Besonderheit spielt hierbei die PVT-Anlage, welche im Sommer ausschliesslich zur Kälteregeneration der Fundamentplatte dient. Die Wärme der PVT-Anlage kann hingegen kaum genutzt werden. Dies liegt daran, dass das Gebäude viel Abwärme produziert (Server- und aktive Kühlung der Räume, auch im Winter), welche zum Teil als Quelle für die Wärmepumpen genutzt werden kann oder in die Fundamentplatte eingespeichert wird. Dies ist unter anderem der Grund, warum die Bodenplatte auch in den Wintermonaten meist wärmer ist als die Vorlauftemperatur der PVTAnlage. Ein wichtiger Punkt für die Autarkie ist ein rechtzeitiges Stoppen der Wärmeregeneration im Winter bzw. Kälteregeneration im Sommer. Als gute Strategie haben sich folgende Einstellungen erwiesen. Zwischen März und Juli wird keine zusätzliche Wärme zugeführt, sobald die Fundamentplatte 7 °C erreicht hat. Von Oktober bis März wird das Fundament nur dann zusätzlich gekühlt, wenn die Temperatur in der Fundamentplatte über 28 °C steigt. Die Auswertung des Heiz- und Kühlbetriebs haben einerseits aufgezeigt, dass die beiden Wärmepumpen in Kombination mit der aktivierten Fundamentplatte mit einer Jahresarbeitszahlen (JAZ) von 5.8 für Heizen, 3.5 für Brauchwarmwasserproduktion und 4.8 für Kühlen eine hohe Effizienz aufweisen. Die gewünschte Wärme- und Kälteautarkie wurde in dieser Periode zu fast 99 % erreicht und der als Backup vorhanden Anschluss an ein lokales Anergienetz wurde kaum benötigt. Die Kosten/Nutzen-Analyse hat gezeigt, dass eine Lösung mit einer Luft/Wasser- Wärmepumpe günstiger, ein Erdwärmesonden System jedoch teurer wäre. Daher ist diese Technologie vor allem dann interessant, wenn keine Luft/Wasser-Wärmepumpe gebaut werden darf (Lärmemissionen), oder die Aussentemperaturen zu gering für den effizienten Betrieb eines solchen Systems sind.
Documents annexés
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Rapport final
(Anglais)
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As part of the OblaTherm pilot and demonstration (P&D) project, an innovation and competence center was built in Chur, which offers production, storage, server and office space as well as a fitness and recreation area. The supply of electricity, heating and cooling is largely provided by the building itself. The energy supply system comprises a large PVT system on the roof and two brine-water heat pumps, which use the building's thermally activated foundation slab as a source and sink (or storage). The aim of this project is to demonstrate that an efficient energy supply for an administration building is also possible without geothermal probes and to achieve a high degree of heating and cooling self-sufficiency (independence from the existing anergy grid). The correct dimensioning and management (cold and heat regeneration) of the floor slab plays a central role in this. As the annual demand for cooling is higher than the heating demand (143 MWh compared to 130 MWh in 2022), the system was optimized for cooling operation. In cooling mode, the foundation slab (incl. ground), the PVT system (convection and radiation) and the buffer and domestic hot water storage tanks are available as heat sinks. The foundation slab (including the ground), server cooling, active cooling of the rooms and the PVT system are available as heat sources. A special feature here is the PVT system, which is used exclusively to regenerate cold from the foundation slab in summer. The heat from the PVT system, on the other hand, can hardly be used. This is because the building produces a lot of waste heat (server and active cooling of the rooms, even in winter), some of which can be used as a source for the heat pumps or is stored in the foundation slab. This is one of the reasons why the foundation slab is usually warmer than the flow temperature of the PVT system, even in the winter months. An important point for self-sufficiency is to stop the heat regeneration in winter and cold regeneration in summer in good time. The following settings have proven to be a good strategy. Between March and July, no additional heat is added as soon as the foundation slab has reached 7 °C. From October to March, the foundation is only cooled additionally if the temperature in the foundation slab rises above 28 °C. The evaluation of the heating and cooling operation showed on the one hand that the two heat pumps in combination with the activated foundation slab have a high efficiency with an annual coefficient of performance (COP) of 5.8 for heating, 3.5 for domestic hot water production and 4.8 for cooling. The desired heating and cooling self-sufficiency was achieved almost 99 % of the time during this period and the backup connection to a local anergy grid was hardly needed. The cost/benefit analysis showed that a solution with an air/water heat pump would be cheaper, while a geothermal probe system would be more expensive. This technology is therefore particularly interesting if an air/water heat pump cannot be built (noise emissions) or the outside temperatures are too low for the efficient operation of such a system.
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Rapport final
(Français)
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Dans le cadre du projet pilote et de démonstration (P&D) OblaTherm, un centre d'innovation et de compétences a été construit à Coire. Outre des espaces de production, de stockage, de serveurs et de bureaux, il comprend également un espace de fitness et de détente. L'approvisionnement en électricité, en chaleur et en froid est en grande partie assuré par le bâtiment lui-même. Le système d'alimentation en énergie comprend une grande installation PVT sur le toit et deux pompes à chaleur eau glycolée/eau qui utilisent la dalle de fondation thermiquement activée du bâtiment comme source et comme puits (ou réservoir). Ce projet vise d'une part à démontrer qu'il est possible d'alimenter efficacement un bâtiment administratif en énergie sans recourir à des sondes géothermiques, et d'autre part à atteindre un degré élevé d'autosuffisance en matière de chaleur et de froid (indépendance vis-à-vis du réseau énergétique existant). Pour cela, le dimensionnement et la gestion corrects (régénération du froid ou de la chaleur) de la dalle de sol jouent un rôle central. Comme les besoins annuels en refroidissement sont plus élevés que les besoins en chaleur (143 MWh contre 130 MWh en 2022), le système a été optimisé pour le mode refroidissement. En cas de refroidissement, les puits de chaleur disponibles sont la dalle de fondation (y compris le sol), l'installation PVT (convection et rayonnement) ainsi que le réservoir tampon et le réservoir d'eau chaude sanitaire. Les sources de chaleur disponibles sont la dalle de fondation (y compris le sol), le refroidissement des serveurs, le refroidissement actif des pièces et l'installation PVT. L'installation PVT joue ici un rôle particulier, puisqu'elle sert exclusivement à la régénération du froid de la plaque de fondation en été. En revanche, la chaleur de l'installation PVT ne peut guère être utilisée. Cela s'explique par le fait que le bâtiment produit beaucoup de chaleur perdue (serveur et refroidissement actif des locaux, même en hiver), qui peut en partie être utilisée comme source pour les pompes à chaleur ou être stockée dans la dalle de fondation. C'est entre autres la raison pour laquelle la dalle de fondation est généralement plus chaude que la température de départ de l'installation photovoltaïque, même pendant les mois d'hiver. Un point important pour l'autosuffisance est de stopper à temps la régénération de la chaleur en hiver ou la régénération du froid en été. Les réglages suivants se sont avérés être une bonne stratégie. Entre mars et juillet, aucune chaleur supplémentaire n'est apportée dès que la plaque de fondation a atteint 7 °C. D'octobre à mars, la fondation n'est refroidie en plus que lorsque la température dans la plaque de fondation dépasse 28 °C. L'évaluation du mode de chauffage et de refroidissement a montré d'une part que les deux pompes à chaleur, combinées à la plaque de fondation activée, présentent une efficacité élevée avec un coefficient de performance annuel (COP) de 5,8 pour le chauffage, de 3,5 pour la production d'eau chaude sanitaire et de 4,8 pour le refroidissement. L'autosuffisance souhaitée en matière de chauffage et de refroidissement a été atteinte à près de 99 % durant cette période et le raccordement à un réseau local d'énergie, disponible en tant que solution de secours, n'a pratiquement pas été nécessaire. L'analyse coûts/bénéfices a montré qu'une solution avec une pompe à chaleur air/eau serait plus avantageuse, mais qu'un système de sondes géothermiques serait plus coûteux. C'est pourquoi cette technologie est surtout intéressante lorsqu'il n'est pas possible de construire une pompe à chaleur air/eau (émissions sonores) ou lorsque les températures extérieures sont trop basses pour permettre un fonctionnement efficace d'un tel système.
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Rapport final
(Italien)
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Nel contesto del progetto pilota e di dimostrazione OblaTherm, è stato costruito a Coira un centro di innovazione e competenza che comprende spazi per la produzione, il magazzino, i server e gli uffici, nonché un'area fitness e relax. L'edificio è in gran parte autosufficiente per quanto riguarda l'approvvigionamento di energia elettrica, calore e freddo. Il sistema energetico include un ampio impianto fotovoltaico termico (PVT) sul tetto e due pompe di calore salamoiaacqua, che utilizzano la platea delle fondamenta dell'edificio in modo termoattivo come sorgente e accumulatore. Questo progetto mira a dimostrare che è possibile garantire un approvvigionamento energetico efficiente per un edificio amministrativo senza utilizzare sonde geotermiche e contemporaneamente raggiungere un elevato grado di autosufficienza termica e di raffreddamento, riducendo la dipendenza dalla rete di anergia esistente. Il corretto dimensionamento e la gestione della platea delle fondamenta, in termini di rigenerazione termica, giocano un ruolo cruciale a tal fine. Poiché il fabbisogno annuale di freddo è superiore rispetto a quello di caldo, il sistema è stato ottimizzato per la funzione di raffreddamento. In caso di raffreddamento, la platea delle fondamenta (compreso il terreno adiacente), l'impianto fotovoltaico termico, i serbatoi di accumulo per il riscaldamento e l’acqua calda sanitaria fungono da dissipatori/accumuli di calore. Come fonti di calore, invece, sono disponibili la platea delle fondamenta, il raffreddamento dei server, il raffreddamento attivo dei locali e l'impianto PVT. Quest’ultimo rappresenta una della particolarità del sistema, infatti durante l'estate è utilizzato esclusivamente per la rigenerazione di freddo della platea. Al contrario, il calore prodotto dall'impianto PVT è difficilmente sfruttabile, ciò è dovuto al fatto che l'edificio genera molto calore residuo come quello proveniente dai server e dal raffreddamento attivo degli ambienti nella parte sud dell’edificio. Una parte di questo calore viene utilizzata come fonte per le pompe di calore o immagazzinata nella platea. Questo è uno dei motivi per cui la platea è spesso più calda della temperatura di mandata dell'impianto PVT, soprattutto nei mesi invernali. Un punto cruciale per l'autosufficienza è l'arresto tempestivo della rigenerazione di calore in inverno e della rigenerazione di freddo in estate. Le seguenti impostazioni si sono dimostrate essere una buona strategia: tra marzo e luglio, nessun calore aggiuntivo viene fornito una volta che la platea ha raggiunto i 7 °C. Mentre da ottobre a marzo, la platea viene raffreddata solo quando la temperatura supera i 28 °C. L'analisi del funzionamento di riscaldamento e raffreddamento ha mostrato, da un lato, che le due pompe di calore in combinazione con la platea hanno un fattore di prestazione annuo di 5.8 per il riscaldamento, 3.5 per la produzione di acqua calda e 4.8 per il raffreddamento, dimostrando un'alta efficienza. L'autosufficienza desiderata in termini di calore e freddo è stata raggiunta quasi al 99% in questo periodo e la connessione di backup alla rete anergica locale è stata raramente utilizzata. L'analisi costi/benefici ha dimostrato che una soluzione con una pompa di calore aria/acqua sarebbe più conveniente, mentre un sistema di sonde geotermiche risulterebbe più costoso. Pertanto, questa tecnologia risulta particolarmente interessante quando non è possibile installare una pompa di calore aria/acqua (a causa delle emissioni sonore) o quando le temperature esterne sono troppo basse per un funzionamento efficiente di un tale sistema.
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