Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Rahmen des Horizon2020-Projektes „H-DisNet“ wurde vom IEFE eine Anwendung für ein Thermochemisches Netzwerk zur Klimatisierung eines Gewächshauses entwickelt und praktisch erprobt. Die neuartige Technologie arbeitet im Gegensatz zu konventionellen Wärmenetzen mit konzentrierten Salzlösungen als Speicher- und Transportmedium. Vorteilhaft ist die hohe "Energiedichte", der geringe Transportaufwand sowie das Vermögen einer verlustlosen Langzeitspeicherung. Das Klimatisierungskonzept unterscheidet sich grundlegend vom gegenwärtigen Standard, da hier nicht das gesamte Gewächshaus, sondern nur der Bereich der Pflanzen klimatisiert wird. Dadurch kann der Energiebedarf für die Heizung und Kühlung um 50% gesenkt werden. Im Pilotprojekt soll die Versuchsanlage für einen dauerhaften Betrieb automatisiert und über eine Jahresperiode durch Auswertung von Messdaten dokumentiert und bewertet werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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As part of the Horizon2020 project "H-DisNet", IEFE developed and practically tested an application for a thermochemical network for the air conditioning of a greenhouse. In contrast to conventional heat networks, the novel technology works with concentrated salt solutions as storage and transport medium. The advantages are the high "energy density", the low transport costs and the ability of long-term storage without losses. The air-conditioning concept differs fundamentally from the current standard, since here only the area of the plants is air-conditioned rather than the entire greenhouse. As a result, the energy requirement for heating and cooling can be reduced by 50%. In the pilot project, the experimental plant is to be automated for permanent operation and documented and evaluated over a one-year period by evaluating measurement data.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Dans le cadre du projet Horizon2020 "H-DisNet", l'IEFE a développé et testé en pratique une application pour un réseau thermochimique destiné à la climatisation d'une serre. Contrairement aux réseaux de chaleur conventionnels, cette nouvelle technologie fonctionne avec des solutions salines concentrées comme moyen de stockage et de transport. Les avantages sont la "densité énergétique" élevée, le faible coût de transport et la capacité de stockage à long terme sans perte. Le concept de climatisation se distingue fondamentalement du standard actuel, car ici, ce n'est pas toute la serre qui est climatisée, mais uniquement la zone des plantes. Cela permet de réduire de 50% les besoins en énergie pour le chauffage et la climatisation. Dans le cadre du projet pilote, l'installation expérimentale doit être automatisée en vue d'une exploitation durable et doit être documentée et évaluée sur une période d'un an grâce à l'analyse des données de mesure.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Energieversorgung als Herausforderung der aktuellen Zeit ist massgeblich von der Problematik der Speicherlösungen geprägt. Die Versorgungssicherheit über die kalte Halbjahresperiode wird zum Flaschenhals, weil der Verbrauch hoch ist und die Produktion aus erneuerbaren Energien auf einem Minimum verharrt. Um eine Mangellage zu verhindern, bedarf es eines Ausbaus an Speicherlösungen. Im Pilotprojekt wird eine, im Rahmen des Horizon2020-Projektes "H-DisNet" aufgebaute, Versuchsanlage für einen dauerhaften Betrieb automatisiert. Mit der Nutzung eines Thermochemischen Fluids (wässrige Magnesiumchlorid Lösung, TCF) werden Pflanztische eines 600m2 grossen Gewächshauses der Meyer Orchideen AG geheizt und gekühlt. In dieser erfolgreich umgesetzten Anwendung eines neuartigen Energieversorgungsystems (Thermochemisches Netzwerk, TCN) kann das TCF auch als saisonaler Speicher fungieren, eine entsprechende Anwendung wurde simuliert. Das Entfeuchten der Luft mittels TCF reduziert Lüftungsverluste. Durch eine Lokalklimatisierung der Pflanztische wird eine weitere Reduktion des Heiz- und Kühlaufwandes erzielt. Der Kühlaufwand wird mit adiabater Kühlung und Entfeuchtung durch TCF auf einem höheren Temperaturniveau nötig, als dies Konventionell der Fall ist. In Vorversuchen konnte dabei eine Einsparung und Verschiebung des Aufwandes für Heizwärme von knapp 80% nachgewiesen werden. Die elektrische Einsparung wurde auf knapp 5% voranschlagt. Ein Lösungstransportsystems mit entsprechenden Niveauüberwachungen wurde umgesetzt. Ein Sicherheitsüberwachungssystem verhindert Überhitzung und Unterkühlung der Pflanztische sowie Lösungsaustritt und Fehlfunktionen der Apparate. Die Programmierung der SPS-Steuerung wurde im Rahmen des Projektes entwickelt. Im Sommer werden die Pflanztische zusätzlich über Verdunstungskühlung klimatisiert. Diese kann selbst bei hohen Lufttemperaturen und intensiver Sonneneinstrahlung den gewünschten Kühleffekt erreichen. Vom Januar 2023 bis Mai 2024 konnte die Sorptionsanlage im Dauerbetrieb erprobt werden. Im Auswertungszeitraum von einem Jahr konnten eine direkte Energieeinsparung von 120 MWh/a ermittelt werden. Weitere 65 MWh/a werden als Lastverschiebung ausgewiesen. Eine Einsparung von mehr als 60% der Heizenergie ist damit nachgewiesen. Wird die für den Betrieb nötige TCF in einer Solarthermieanlage regeneriert ist ein Speichervolumen von 100m3 nötigt. Für die Regeneration der Salzlösung werden gemäss Simulationsrechnung der Soalranlage 100 m2 Kollektorfläche benötigt. Eine Betriebskostenanalyse prognostiziert eine Amortisationszeit der Gesamtanlage (Gewächshaus-klimatisierung und Regeneration der Salzlösung) von rund 18 Jahren. Übliche Amortisationszeiten für Investitionen in der Pflanzenaufzucht liegen im Bereich von 7 bis 10 Jahren. Die lange Armotisationszeit resultiert auch aus den tiefen Energiegestehungspreisen der Meyer Orchideen AG. Optimierungspotenzial bietet die zentrale Luftkonditionierung für mehrere Pflanztische. Aufgrund langer Transportwege konnte die gewünschte Lufttemperatur im Pflanzbereich nur durch nachheizen mittels Untertischheizung erreicht werden. Dies führt zu einem hohen Bedarf an elektrischer Antriebsenergie für den Lufttransport. Der gemessene Mehrverbrauch an elektrischer Energie von gut 20% gegenüber einem konventionellen Gewächshaus liesse sich damit soweit reduzieren, dass eine Ersparnis resultiert. Zu empfehlen wäre eine dezentrale Luftkonditionierung, kleinere Absorber würden die Luft direkt im Pflanzbereich konditionieren (z.B. unter den Pflanztischen). Die Meyer Orchideen AG hat sich dafür entschieden die Anlage nicht weiter zu betreiben. Ein verändertes Nutzungsprofil des Gewächshauses sowie Mangel an technischem Support haben zu diesem Entscheid geführt.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The current challenge of energy supply is largely characterised by the problem of storage solutions. Security of supply over the cold six-month period is becoming a bottleneck because consumption is high and production from renewable energies remains at a minimum. In order to prevent a shortage situation, an expansion of storage solutions is required. In the pilot project, a test facility set up as part of the Horizon2020 project ‘H-DisNet’ is being automated for permanent operation. A thermochemical fluid (aqueous magnesium chloride solution, TCF) is used to heat and cool plant tables in a 600m2 greenhouse at Meyer Orchideen AG. In this successfully implemented application of a new type of energy supply system (thermochemical network, TCN), the TCF can also function as a seasonal storage system; a corresponding application was simulated. Dehumidifying the air using TCF reduces ventilation losses. A further reduction in heating and cooling costs is achieved by local air conditioning of the plant tables. With adiabatic cooling and dehumidification by TCF, the cooling effort is required at a higher temperature level than is conventionally the case. In preliminary tests, a saving and shift in the expenditure for heating of just under 80% could be demonstrated. The electrical savings were estimated at just under 5%. A solution transport system with corresponding level monitoring was implemented. A safety monitoring system prevents overheating and undercooling of the plant tables as well as solution leakage and malfunctions of the equipment. The programming of the PLC control system was developed as part of the project. In summer, the plant tables are additionally air-conditioned via evaporative cooling. This can achieve the desired cooling effect even at high air temperatures and in intense sunlight. The sorption system was trialled in continuous operation from January 2023 to May 2024. During the evaluation period of one year, direct energy savings of 120 MWh/a were achieved. A further 65 MWh/a are reported as load shifting. A saving of more than 60% of the heating energy has thus been proven. If the TCF required for operation is regenerated in a solar thermal system, a storage volume of 100m3 is required. According to the simulation calculation of the brine system, 100 m2 of collector area is required for the regeneration of the brine solution. An operating cost analysis predicts an amortisation period for the entire system (greenhouse air conditioning and regeneration of the brine solution) of around 18 years. Typical amortisation periods for investments in plant cultivation are in the range of 7 to 10 years. The long armotisation time is also a result of the low energy production prices of Meyer Orchideen AG. The central air conditioning for several plant tables offers potential for optimisation. Due to long transport distances, the desired air temperature in the planting area could only be achieved by reheating using under-table heating. This leads to a high demand for electrical drive energy for air transport. The measured additional consumption of electrical energy of a good 20% compared to a conventional greenhouse could thus be reduced to such an extent that a saving would result. Decentralised air conditioning would be recommended; smaller absorbers would condition the air directly in the planting area (e.g. under the planting tables). Meyer Orchideen AG has decided not to continue operating the system. A change in the utilisation profile of the greenhouse and a lack of technical support have led to this decision.
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Schlussbericht
(Französisch)
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L'approvisionnement en énergie, défi de l'époque actuelle, est en grande partie marqué par la problématique des solutions de stockage. La sécurité de l'approvisionnement pendant la période froide des six mois devient un goulot d'étranglement, car la consommation est élevée et la production à partir d'énergies renouvelables reste à un niveau minimum. Pour éviter une situation de pénurie, il est nécessaire de développer des solutions de stockage. Dans le cadre du projet pilote, une installation expérimentale mise en place dans le cadre du projet Horizon2020 « H-DisNet » est automatisée pour une exploitation durable. L'utilisation d'un fluide thermochimique (solution aqueuse de chlorure de magnésium, TCF) permet de chauffer et de refroidir les tables de plantation d'une serre de 600 m2 de la société Meyer Orchideen AG. Dans cette application d'un nouveau système d'approvisionnement en énergie (réseau thermochimique, TCN) mise en oeuvre avec succès, le TCF peut également faire office de stockage saisonnier, une application correspondante a été simulée. La déshumidification de l'air au moyen du TCF réduit les pertes de ventilation. La climatisation locale des tables de plantes permet de réduire encore les dépenses de chauffage et de refroidissement. Le refroidissement adiabatique et la déshumidification par TCF nécessitent un niveau de température plus élevé que la méthode conventionnelle. Des essais préliminaires ont permis de démontrer une économie et un déplacement des dépenses de chauffage de près de 80%. L'économie d'électricité a été estimée à 5%. Un système de transport de la solution avec des contrôles de niveau correspondants a été mis en place. Un système de surveillance de sécurité empêche la surchauffe et le sous-refroidissement des tables de plantation ainsi que les fuites de solution et les dysfonctionnements des appareils. La programmation de la commande API a été développée dans le cadre du projet. En été, les tables de plantation sont en outre climatisées par un système de refroidissement par évaporation. Celui-ci permet d'obtenir l'effet de refroidissement souhaité même lorsque la température de l'air est élevée et que le rayonnement solaire est intense. De janvier 2023 à mai 2024, l'installation à sorption a pu être testée en fonctionnement continu. Au cours de la période d'évaluation d'un an, une économie d'énergie directe de 120 MWh/a a pu être déterminée. 65 MWh/a supplémentaires ont été comptabilisés comme report de charge. Une économie de plus de 60% de l'énergie de chauffage est ainsi démontrée. Si le TCF nécessaire au fonctionnement est régénéré dans une installation solaire thermique, un volume de stockage de 100 m3 est nécessaire.Selon les calculs de simulation de l'installation de saumure, 100 m2 de capteurs sont nécessaires pour la régénération de la solution saline. Une analyse des coûts d'exploitation prévoit une durée d'amortissement de l'ensemble de l'installation (climatisation de la serre et régénération de la solution saline) d'environ 18 ans. Les durées d'amortissement habituelles pour les investissements dans la culture des plantes sont de l'ordre de 7 à 10 ans. La longue durée d'amortissement résulte également des bas prix de production d'énergie de Meyer Orchideen AG. Le conditionnement central de l'air pour plusieurs tables de plantation présente un potentiel d'optimisation. En raison des longs trajets de transport, la température de l'air souhaitée dans la zone de plantation ne pouvait être atteinte qu'en chauffant ultérieurement au moyen d'un chauffage sous la table. Cela entraîne un besoin élevé en énergie électrique d'entraînement pour le transport de l'air. La surconsommation d'énergie électrique mesurée, d'un peu plus de 20% par rapport à une serre conventionnelle, pourrait ainsi être réduite de manière à réaliser des économies. Il serait recommandé de décentraliser le conditionnement de l'air, de petits absorbeurs conditionneraient l'air directement dans la zone de plantation (par ex. sous les tables de plantation). Meyer Orchideen AG a décidé de ne pas poursuivre l'exploitation de l'installation. Un changement de profil d'utilisation de la serre ainsi qu'un manque de support technique ont conduit à cette décision.
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