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G. Aigner, T. Bednar, J. Geyer, M. Neusser:
"Optimierung eines Wärme-/Kühlsystems mit saisonaler Speicherung am Beispiel des größten Erdwärmefeldes Mitteleuropas (COP5+)";
Bericht für bmvit im Rahmen des Programms Haus der Zukunft; Berichts-Nr. Endbericht, 2015; 164 S.

Im Rahmen dieses Projektes soll ein System entwickelt und optimiert werden, mit dem der Primärenergiebedarf für die Heizung- und Kühlung eines Gebäudes minimiert werden kann. Erreicht werden soll dies durch die intelligente Nutzung eines großen saisonalen Energiespeichers. Dieser wird in Form eines Tiefensondenfeldes ausgeführt. Dadurch wird es möglich Energie die im Sommer in Form von Kühlbedarf (Kühlung von Büroräumen, Prozesskühlung) verfügbar ist in den Boden einzuspeichern. In der kalten Jahreszeit dient dieses Energiereservoir als Wärmequelle für ein Wärmepumpensystem. Wesentlich für die optimale Funktion eines derartigen Systems ist einerseits die richtige Dimensionierung und Ausführung des Sondenfeldes, andererseits eine optimale Speicherbewirtschaftung. Diese hat so zu erfolgen, dass sich sowohl hinsichtlich der Nutzung als Wärmesenke im Sommer, als auch als Wärmequelle im Winter langfristig stabile Zustände einstellen. Aus diesem Grund ist eine gesamtheitliche Betrachtung des Energiebereitstellungssystems (Sondenfeld, Wärmepumpensystem, Kühlsystem) mit dem zu versorgenden Gebäude notwendig. Ziel des Projektes ist es eine optimale Anlagenkonfiguration sowie optimale Regelstrategien zu entwickeln und zu überprüfen, um dadurch grundlegende Erkenntnisse für die breite Anwendung dieser Technik zu gewinnen. Das innerhalb der Projektlaufzeit entwickelte Rechenmodell für Tiefenbohrfelder konnte durch die gewonnen Messdatenreihen erfolgreich validiert werden. Durch die innerhalb der Projektlaufzeit gewonnen Daten konnte an mehreren Punkten der Parameter der Regelungsstrategie und der Anlagenkonfigurationen viel versprechende Optimierungsmaßnahmen entwickelt werden. Nach der erfolgten Optimierung der Anlagenkonfiguration konnte eine deutliche Steigerung der Anlageneffizienz erreicht werden. Die Leistungszahl von ca. 4,5 auf im Mittel ca. 6,5. Dies stellt eine Verbesserung von über 40% dar. Umgekehrt bedeutet dies, dass der Antriebsenergiebedarf für die Wärmepumpen gegenüber der ursprünglichen Betriebsweise um ca. 40% reduziert ist. Auf Grund dieser Ergebnisse ist zu erwarten, dass mit dem installierten Wärmepumpensystem eine Jahresarbeitszahl im Bereich von ca. 6,0 erreichbar ist.

The aim is to increase the overall energy efficiency of Plus-Energy-Houses by making the heat excess of summer available for use in winter. This is carried out by improvements of the technology seasonal heat storage to an intelligent overall system. With the construction of a research and development center of Fronius International GesmbH in Thalheim near Wels, the biggest geothermal depth drilling field in Central Europe will be established. From this a series of measurements is taken over 36 months, which will then be evaluated and analyzed. The findings of this project provide a basis for further developments of such systems. Because of the storage of the summertime heat, the temperature of the soil surrounding the depths drillings increases. By optimizing the charging and discharging processes the losses are minimized. By raising the temperature of the heat source in combination with optimized building service management system, the COP of the heat pump during the heating period can be increased. A possible COP over 5 is expected. Furthermore, such a system offers the energetic ideal possibility of cooling in summer. This causes a remarkable decrease of power requirement which in return means a reduction of primary energy requirement. The conclusions help to successfully realize more of such storage systems. By using such equipment´s the energy requirement of heating and cooling systems can be lowered and the overall energy efficiency of Plus-Energy-Buildings can be increased. The within the project period developed calculation model for ground source heat exchangers was successfully validated by the obtained measurement data series. Few optimization measures could be developed at several points of the parameters of the control strategy and the system configurations. Following the optimization of the system configuration, a significant increase in energy efficiency could be achieved. The coefficient of performance could be raised of 4.5 to an average of about 6.5. This represents an improvement of over 40%. Based on these results, it is expected that an annual COP in the range of about 6.0 is reached with the installed heat pump system.

https://nachhaltigwirtschaften.at/de/hdz/projekte/cop5-weiterentwicklung-eines-waerme-und-kuehlsystems-mit-saisonaler-waermespeicherung-am-beispiel-des-groessten-erdwaermetiefensondenfeldes-mitteleuropas.php