Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Wärmepumpen mit Erdwärmesonden sind effiziente Wärmeerzeuger und können daher einen entscheidenden Beitrag zur Verminderung der CO2 Emissionen des Schweizer Gebäudeparks leisten. Reversibel betrieben können sie auch zur Deckung des steigenden Kältebedarfs der Gebäude eingesetzt werden. Die SIA 180 fordert aber passive und nicht aktiven Massnahmen für den Wärmeschutz. In diesem Projekt wird untersucht, unter welchen Bedingungen eine aktive Kühlung energetisch und ökonomisch sinnvoll ist. Dabei werden hohe Regenerationsgrade vorausgesetzt und ganze Quartiere betrachtet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Geothermal heat pumps are efficient heating systems and therefore can provide a substantial contribution to the reduction of CO2 emissions of the Swiss building park. In reverse operation mode, they can also cover the increasing cooling demand of buildings. However, the SIA 180 standard asks for passive and not active measures to prevent overheating of buildings. In this project we analyze, under which conditions active cooling is energetically and economically beneficial assuming that waste heat is used for borehole regeneration and entire districts are considered.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die aktive Kühlung von modernen Neubauten kann zukünftig dazu eingesetzt werden, Erdwärmesonden substanziell zu regenerieren. Bei Bestandsgebäuden reicht der steigende Kühlbedarf alleine jedoch nicht aus, um hohe Regenerationsgrade zu erreichen.
Das vorhandene (nicht genutzte) PV-Potential in den untersuchten Gebieten ist in der Tagesbilanz wesentlich höher als der benötigte Strombedarf für die aktive Kühlung zur Regeneration der Erdwärmesonden. Die ersten Auswertungen aus den untersuchten Quartieren zeigen eine gute Deckung von PV-Produktion und Bedarf. In den Quartieren konnten je nach Szenario 60-80% des elektrischen Bedarfs durch PV-Strom gedeckt werden. Besonders in den Abendstunden wird jedoch zur Raumkühlung noch Energie benötigt, welcher durch die direkte PV-Produktion (ohne Einsatz von Speichern) nicht gedeckt werden kann.
Analysen von Beispielquartieren zeigen, dass ein vollständiger Ersatz der Wärmeerzeuger mit Erdsonden-Wärmepumpen zur einer starken gegenseitigen Beeinflussung der Sonden und zu einer starken Langzeitauskühlung des Untergrundes führen würde. Die Regeneration mit aktiver Kühlung kann diesem Effekt etwas entgegenwirken. Besonders in dicht besiedelten Gebieten mit vielen Bestandesbauten würde aber trotz Regeneration mit aktiver Kühlung eine bedenkliche Langzeitauskühlung bestehen bleiben.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Si les sondes géothermiques sont posées de manière étanche, le sol se refroidit peu à peu au fil des années. Il est possible de lutter contre le refroidissement en régénérant le sol pendant les mois d’été avec la chaleur générée par le refroidissement actif des bâtiments associés. Une étude de la Haute école spécialisée de Suisse orientale et de Lucerne montre le potentiel et les limites de cette approche.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die aktive Kühlung von modernen Neubauten kann zukünftig dazu eingesetzt werden, Erdwärmesonden substanziell zu regenerieren. Bei Bestandsgebäuden reicht der steigende Kühlbedarf alleine jedoch nicht aus, um hohe Regenerationsgrade zu erreichen. Das vorhandene (nicht genutzte) PV-Potential im Sommer in den untersuchten Gebieten ist in der Tagesbilanz wesentlich höher als der benötigte Strombedarf für die aktive Kühlung zur Regeneration der Erdwärmesonden. In den betrachteten Quartieren könnte je nach Szenario 60-80% des elektrischen Bedarfs direkt durch PV-Strom gedeckt werden, ohne dass Massnahmen zur Erhöhung der Eigendeckung – zum Beispiel Kältespeicher - mit einbezogen wurden. Analysen von Beispielquartieren zeigen, dass ein vollständiger Ersatz der Wärmeerzeuger mit Erdsonden-Wärmepumpen zu einer starken gegenseitigen Beeinflussung der Sonden und zu einer starken Langzeitauskühlung des Untergrundes führen würde. Die Regeneration mit aktiver Kühlung kann diesem Effekt entgegenwirken. In weniger dicht besiedelten Quartieren mit effizientem Gebäudestandard kann dadurch eine kritische Langzeitauskühlung verhindert werden. In dicht besiedelten Gebieten mit geringem Sanierungspotenzial würde aber trotz Regeneration durch aktive Kühlung eine signifikante Langzeitauskühlung bestehen bleiben, und es wären zusätzliche Regenerationsmassnahmen nötig, um vollständig auf Erdwärmesonden-Wärmepumpen umzusteigen.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Active regeneration of modern energy efficient buildings can be used to regenerate geothermal boreholes in a substantial way. On the other hand, the growing cooling demand is too small to generate elevated regeneration rates in standard buildings. The potential for PV-electricity production on top of household needs is substantially higher than the electricity demand for active cooling. In the analyzed areas, 60-80% of this electricity demand can be directly covered with local PV production even without considering measures to enhance self-coverage (e.g. cold storage). The analysis of example areas showed that a switch of all heating systems to geothermal heat pumps would lead to a strong interaction between the different boreholes and result in a significant long-term cooling of the ground. The regeneration with active cooling of the buildings can reduce this effect. In less densely populated areas with modern buildings, this effect is sufficient to avoid critical long-term cooling. On the other hand, active cooling of existing building stock with low renovation potential is not providing enough waste heat for ground regeneration. In such districts, a complete switch of all heating systems to ground-source heat pumps would lead to a significant long-term cooling of the ground and require additional measures for regeneration.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le rafraichissement actif de bâtiments modernes neufs pourra permettre de régénérer substantiellement les sondes géothermiques. En ce qui concerne les bâtiments existants, un haut degré de régénération ne peut être atteint en dépit des besoins croissants en rafraîchissement. En été, pour les régions étudiées, le potentiel photovoltaïque (inexploité) est, selon un bilan journalier, considérablement plus élevé que la quantité d’électricité requise pour la régénération des sondes géothermiques. Dans les quartiers considérés, en fonction du scénario, 60 à 80 % des besoins électriques peuvent être directement couverts par de l’électricité photovoltaïque sans que des mesures complémentaires pour l’augmentation de l’autoconsommation ne soient nécessaires. L’étude de quartiers-type montre qu’un remplacement de tous les générateurs de chaleur par des pompes à chaleur à sonde géothermique engendre de fortes interactions entre les sondes géothermiques et à long terme entrainera un fort refroidissement du sous-sol. La régénération utilisant un rafraichissement actif peut contrer cet effet. Le refroidissement à long terme du sous-sol peut être évité dans les quartiers faiblement peuplés disposant de bâtiments efficaces énergétiquement. En dépit de la régénération basé sur le rafraîchissement actif, pour les quartiers fortement peuplés disposant d’un potentiel de rénovation, un refroidissement préoccupant du sous-sol à long terme demeure. Dans ce cas, des mesures de régénération complémentaires sont nécessaires en vue du remplacement de tous les générateurs de chaleur par des pompes à chaleur à sonde géothermique.
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