Publikationsnummer: 290425
Publikationstitel: Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heizund Kühlanlage für ein Gewerbehaus in Aarau (AG) - Abschlussbericht
Programm: Geothermie
Projekt: 102461 - Erfolgskontrolle Heizen und Kühlen im Gewerbebau
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Datum der Veröffentlichung: 21.04.2011
Auftragnehmer/in: EBERHARD & Partner AG | General Guisan-Strasse 2 | 5000 Aarau
Autoren/innen: Dr. Oliver Sachs | EBERHARD & Partner AG | sachs@eberhard-partner.ch
Dr. Mark Eberhard | EBERHARD & Partner AG | eberhard@eberhard-partner.ch
Verfügbare Dokumente: 000000290425 ( de, 2951 kb )
Abstract: An der General Guisan-Strasse 2 in Aarau wurde Ende 2008 eine geothermale Forschungsanlage in Betrieb genommen. Herzstück der Anlage sind drei je 225 m lange konventionelle Doppel-UErdwärmesonden aus Polyethylen. Die Erdwärmesonden (EWS) dienen zur Beheizung und Kühlung (Freecooling, Geocooling) eines dreistöckigen, neu gebauten Bürogebäudes mit einer 1000 m² grossen Fussbodenheizung. Ganzjährig wird zusätzlich Brauchwarmwasser mittels der Erdwärme erzeugt. Messfühler in 225, 125 und 50 m Tiefe erfassen die in situ Temperaturen in den Sonden. Gleichzeitig wird permanent die Wärmemenge gemessen, welche dem Boden entzogen oder zugeführt wird. Von der gesamten Anlage werden alle 5 Minuten die wesentlichen Parameter vollautomatisch erfasst. Messparameter sind die Vor- und Rücklauftemperaturen der Erdsonden unmittelbar vor der Wärmepumpe und des Heizkreises nach der Wärmepumpe, die in situ-Erdsondentemperaturen in 50, 125 und 225 m Tiefe, die Boden-, Raum-, und Aussentemperaturen und die Laufzeiten aller im Heizsystem befindlichen Pumpen. Drei Wärmezähler messen im Winter die von den Sonden entnommene und während des Sommers die in die Sonden abgegebene Wärme. Insgesamt wurden 27 Parameter von Oktober 2008 bis März 2011 gemessen.
Die Effizienz der Raumkühlung wurde stündlich ermittelt und monatliche, über die Heizperiode (HP) bzw. Kühlperiode (KP) reichende Auswertungen, mit der Bodentemperatur, der rel. Luftfeuchte und dem Taupunkt durchgeführt. Die vorliegende Studie erlaubt sowohl während der HP als auch während der KP eine kontinuierliche Bestimmung des Raumklimas. Hierfür wurde anhand der Messwerte im Referenzraum die thermische Umgebung analytisch bestimmt und durch die Berechnung des PMV-Indexes (Predicted Mean Voting, „erwartete mittlere Beurteilung“) sowie des PPD-Indexes (Predicted Percentage Dissatisfied, „Prozentsatz der mit dem Klima unzufriedenen“) das Raumklima normiert und gemäss der Schweizer Norm SN EN ISO 7730:2006 charakterisiert. Diese Vorgehensweise ergibt eine wertfreie Beurteilung des Raum- und Arbeitsklimas. Die Ergebnisse belegen, dass der Taupunkt zu keinem Zeitpunkt des über 2½ jährigen Beobachtungszeitraums erreicht wurde. Dasselbe gilt für den PMV-Index. Die Tagesmittel schwankten in der HP und KP immer im angestrebten Bereich zwischen -0.5 und +0.5 (0 entspricht dem idealen Wert). Damit belegt die Studie, dass das EWS-System von über 200 m Tiefe ebenso, wie weniger tiefe Sonden, sowohl zur effizienten Beheizung als auch zur Kühlung eines Bürogebäudes eingesetzt werden kann.
Von Dezember 2008 bis März 2011 wurden durch die Wärmepumpe 118'600 kWh Wärme ins Heizungssystem abgebeben, wobei 89'082 kWh (75 %) davon von den Erdwärmesonden stammen (Primärenergie). Der COP-Wert der Wärmepumpe variierte in diesem Zeitraum zwischen 3.2 und 5.2 (Werksangabe: 4.1). Während der Sommermonate (KP 2009 und 2010) wurden insgesamt 7591 kWh an überschüssiger Gebäudewärme in die Erdwärmesonden abgegeben. Die Kühlpumpe benötigte hierfür 215 kWh elektrische Energie. Die in die EWS zurückgeführte Energie wurde vor allem zwischen 0 und 125 m zurückgegeben und diente der Regeneration des Sondenumfeldes. Die Wärmepumpe wurde während der KP 2009 mit den werksseitig vorgenommenen Einstellungen betrieben. Vor der KP 2010 wurden die Einstellungen optimiert und an das gut isolierte Gebäude angepasst. Durch die verbesserten Einstellungen wurden in der KP 2010 mehr als 200 kWh an elektrischer Energie für Wärmepumpe, Primärpumpe, Ladepumpe und Heizpumpe eingespart.
Die Messergebnisse belegen, dass in den Jahren 2009 und 2010 im Mittel etwa 45'700 kWh/a für Heizung und Brauchwarmwasser benötigt wurden. Für diese Energiemenge würden 4'503 l Heizöl pro Jahr benötigt. Durch diese Einsparung wird pro Jahr etwa 10 Tonnen weniger CO2 in die Atmosphäre abgegeben.

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