Description succincte
(Allemand)
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Es wird ein neues Heiz- und Kühlkonzept für Wohngebäude und -areale untersucht, welches PVT-Kollektoren und einen gedämmten, nach unten offenen Erdspeicher als Puffer- und Langzeitspeicher nutzt. Neben der Wärme aus den PVT-Kollektoren und dem Erdreich wird auch überschüssige Raumwärme im Erdspeicher gepuffert und falls erforderlich während der Nacht über die PVT-Kollektoren rückgekühlt. Neben dem Einsatz in Einzelgebäuden lässt das System auch eine Vernetzung zu einem Wärme- und Kälteverbund, wie auch eine nachträgliche Erweiterung mit zusätzlichen Gebäuden zu. Bezüglich Gesamtenergieeffizienz und einer netzdienlichen Anbindung (z.B. Demand-Side-Management) kann so ein grosses Potenzial erschlossen werden. Dieses System könnte eine Alternative zu marktüblichen Systemen sein, weil es in der Lage ist, ohne Nachrüstungen sowohl die heute benötigte Heizwärme als auch die künftig erforderliche Klimakälte bereit zu stellen.
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Description succincte
(Anglais)
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A new heating and cooling concept for residential buildings and areas is being investigated, which uses PVT collectors and an insulated ground storage tank open at the bottom as a buffer and long-term storage. In addition to the heat from the PVT collectors and the ground, excess space heat is also buffered in the ground storage tank and, if necessary, recooled during the night via the PVT collectors. In addition to use in individual buildings, the system can also be connected to form a heating and cooling network, as well as retrofitted with additional buildings. In terms of overall energy efficiency and a grid-serving connection (e.g. demand-side management), a great deal of potential can be tapped in this way. This system could be an alternative to commercially available systems because it is able to provide both the heating required today and the air-conditioning required in the future without retro-fitting.
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Description succincte
(Français)
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Un nouveau concept de chauffage et de refroidissement pour les bâtiments et les zones résidentiels est à l'étude. Il utilise des capteurs PVT et un réservoir souterrain isolé et ouvert vers le bas comme réservoir tampon et de stockage à long terme. En plus de la chaleur provenant des capteurs PVT et de la terre, l'excédent de chaleur ambiante est stocké dans le réservoir de terre et, si nécessaire, refroidi pendant la nuit par les capteurs PVT. Outre l'utilisation dans des bâtiments individuels, le système permet également de créer un réseau de chaleur et de froid, ainsi qu'une extension ultérieure avec des bâtiments supplémentaires. Un grand potentiel peut ainsi être exploité en termes d'efficacité énergétique globale et de connexion au réseau (par ex. gestion de la demande). Ce système pourrait constituer une alternative aux systèmes disponibles sur le marché, car il est en mesure de fournir aussi bien la chaleur de chauffage nécessaire aujourd'hui que le froid de climatisation requis à l'avenir, sans nécessiter d'équipement ultérieur.
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Publications / Résultats
(Allemand)
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Aufgrund des Klimawandels wird sich in Zukunft der Heizwärmebedarf reduzieren und der Kühlbedarf stark erhöhen. Zukünftige Heiz- und Kühlsysteme sollten in der Lage sein, den steigenden Kühlbedarf zu decken und die saisonale Verschiebung zwischen dem Wärmebedarf im Winter und der Wärmeproduktion im Sommer durch geeignete Wärmespeicher auszugleichen. Es ist wichtig, sowohl Einz elgebäudelösungen als auch Verbundlösungen für Gebäudegruppen oder Quartiere zu finden. In diesem Projekt wird ein System untersucht, welches die genannten Anforderungen erfüllen kann. Das Ziel des Projekts ExSolStore ist die Bestimmung der Einsatzgrenzen eines Heizungssystems mit gedämmtem und nach unten offenen Erdspeichern in Kombination mit Wärmepumpe und ungedämmten PVT-Kollektoren als primärer Wärmequelle. Für die Untersuchungen wurden vier repräsentative Wohngebäude unterschiedlicher Grösse definiert. Dabei wurde zwischen Neubauten (bei denen das Erdreich unter und neben dem Gebäude für Erdspeicher nutzbar ist) und Sanierungen (bei denen das Erdreich unter dem Gebäude nicht nutzbar ist) unterschieden. Es wurde jeweils eine Systemvariante mit Wasser und eine mit Glykol/Wasser-Gemisch als Wärmeträgerfluid betrachtet. Um die Marktentwicklung vorwegzunehmen, wurde der Gütegrad der Wärmepumpe mit 0.6 angenommen (heute rund 0.5).Grundsätzlich eignet sich das Erdspeichersystem für alle betrachteten Einfamilienhäuser und kleineren Mehrfamilienhäuser. Durch die Erweiterung des Speichervolumens neben den Gebäuden kann das System auch in grösseren Neubauten genutzt werden. Bei Sanierungen steht jedoch meist zu wenig Platz zur Verfügung. Die simulierten JAZ+ (Heizen und Warmwasser) und Wärmenutzungsgrade (WNG) sind mit 5.6 bis rund 8.1 je nach Gebäudekategorie und -grösse relativ hoch. Ein Grund dafür sind die vergleichsweise hohen Speichertemperaturen. Im Winter liegen diese bei kleineren Gebäudekategorien bei etwa 8.5 °C und bei grösseren bei etwa 5 °C. Ein anderer Grund ist sicherlich der angenommene höhere Gütegrad.Eine erneute Untersuchung des vorhandenen Erdspeichermodells aufgrund der Resultate der Parameterstudie legt jedoch nahe, dass dieses fehlerhaft ist. Daher sind die in diesem Bericht veröffentlichten Resultate nur eingeschränkt nutzbar. Aus diesem Grund wird ein eigenes Simulationsmodell in MATLAB Simulink/Simscape erstellt. Parallel zum laufenden Projekt wird am Campus der ZHAW in Wädenswil ein gedämmter und nach unten offener Erdspeicher realisiert. Eine Modellvalidierung und eine verlässliche Überprüfung der bisherigen Ergebnisse sowie eine Eignungsprüfung für eine Verbundlösung sollten möglich sein.
Documents annexés
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Publications / Résultats
(Anglais)
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Due to climate change, heating requirements will decrease and cooling requirements will increase significantly in the future. Future heating and cooling systems should be able to cover the increasing cooling demand and compensate for the seasonal shift between heat demand in winter and heat production in summer with suitable heat storage systems. It is important to find both individual building solutions and combined solutions for groups of buildings or districts. This project is investigating a system that can meet these requirements. The aim of the ExSolStore project is to determine the application limits of a heating system with insulated and open-bottomed ground storage tanks in combination with a heat pump and uninsulated PVT collectors as the primary heat source. Four representative residential buildings of different sizes were defined for the investigations. A distinction was made between new buildings (where the ground under and next to the building can be used for ground storage) and renovations (where the ground under the building cannot be used). In each case, one system variant with water and one with a glycol/water mixture as the heat transfer fluid were considered. In order to anticipate market developments, the quality level of the heat pump was assumed to be 0.6 (currently around 0.5).In principle, the ground storage system is suitable for all single-family homes and smaller apartment buildings considered. By expanding the storage volume next to the buildings, the system can also be used in larger new buildings. However, there is usually not enough space available for renovations. The simulated JAZ+ (heating and hot water) and heat utilization rates (WNG) are relatively high at 5.6 to around 8.1, depending on the building category and size. One reason for this is the comparatively high storage temperatures. In winter, these are around 8.5 °C for smaller building categories and around 5 °C for larger ones. However, a re-examination of the existing ground storage model based on the results of the parameter study suggests that it is flawed. The results published in this report are therefore only of limited use. For this reason, a separate simulation model is being created in MATLAB Simulink/Simscape. Parallel to the current project, an insulated and open-bottomed underground storage tank is being built on the ZHAW campus in Wädenswil. It should be possible to validate the model and reliably check the results to date, as well as to test the suitability of an integrated solution.
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Publications / Résultats
(Français)
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En raison du changement climatique, les besoins en chauffage seront réduits à l'avenir et les besoins en refroidissement augmenteront fortement. Les futurs systèmes de chauffage et de refroidissement devraient être en mesure de couvrir les besoins croissants de refroidissement et de compenser le décalage saisonnier entre les besoins de chaleur en hiver et la production de chaleur en été grâce à des accumulateurs de chaleur appropriés. Il est important de trouver à la fois des solutions pour les bâtiments individuels et des solutions composées pour les groupes de bâtiments ou les quartiers. Ce projet étudie un système capable de répondre à ces exigences. L'objectif du projet ExSolStore est de déterminer les limites d'utilisation d'un système de chauffage avec un réservoir souterrain isolé et ouvert vers le bas, combiné à une pompe à chaleur et à des capteurs PVT non isolés comme source de chaleur primaire. Quatre bâtiments d'habitation représentatifs de différentes tailles ont été définis pour les analyses. Une distinction a été faite entre les nouvelles constructions (pour lesquelles le sol sous et à côté du bâtiment est utilisable pour les accumulateurs terrestres) et les rénovations (pour lesquelles le sol sous le bâtiment n'est pas utilisable). Une variante de système avec de l'eau et une autre avec un mélange glycol/eau comme fluide caloporteur ont été considérées. Afin d'anticiper l'évolution du marché, le degré de qualité de la pompe à chaleur a été supposé être de 0,6 (aujourd'hui environ 0,5).En principe, le système de stockage souterrain convient à toutes les maisons individuelles et aux petits immeubles collectifs considérés. Grâce à l'extension du volume de stockage à côté des bâtiments, le système peut également être utilisé dans les nouvelles constructions plus grandes. Cependant, en cas de rénovation, l'espace disponible est généralement insuffisant. Les coefficients JAZ+ (chauffage et eau chaude) et d'utilisation de la chaleur (WNG) simulés sont relativement élevés, de 5,6 à environ 8,1 selon la catégorie et la taille du bâtiment. Cela s'explique notamment par les températures de stockage relativement élevées. En hiver, celles-ci sont d'environ 8,5 °C pour les petites catégories de bâtiments et d'environ 5 °C pour les plus grandes. Un nouvel examen du modèle d'accumulateur terrestre existant sur la base des résultats de l'étude paramétrique suggère toutefois que ce modèle est erroné. Les résultats publiés dans ce rapport ne sont donc que partiellement utilisables. C'est pourquoi un modèle de simulation spécifique sera créé dans MATLAB Simulink/Simscape. Parallèlement au projet en cours, un réservoir souterrain isolé et ouvert vers le bas sera réalisé sur le campus de la ZHAW à Wädenswil. Une validation du modèle et une vérification fiable des résultats obtenus jusqu'à présent ainsi qu'un test d'aptitude pour une solution combinée devraient être possibles.
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