Forschung an der Demo- und Pilotanlage "Sunnegg"

Im Rahmen dieser Demoanlage werden neue Technologien erprobt. Dazu stehen Wärmepumpen, Speicher und mehrere Energiequellen zur Verfügung.

 

Forschungsthemen sind:

a) Einbau eines saisonalen Eis-Latentwärmespeichers in ein unbenutztes Güllenloch

b) Temperaturerfassung an 650 Stellen gleichzeitig mit +/- 0.1° Präzision

c) Realer Strom- und Wärmeertrag von PVT Hybrid-Solarmodulen in Verbindung mit Wärmepumpen und Eisspeicher

d) Einsatz eines Doppelrohr-Abwärmetauschers für Ein- und Mehrfamilienhäuser zur Rückgewinnung der Energie aus Abwasser

e) Einsatz eines Dachsprinklers zur Rückgewinnung der Energie aus Regenwasser, das bei Sonnenschein wieder über's Ziegeldach geleitet wird

f) Nutzung der Niedertemperaturwärme von Regenwasser, das durch den Eisspeicher geleitet wird

g) Nutzung der Abluftwärme von der Kontrollierten Raumluftanlage, die durch dein Eisspeicher geleitet wird

h) Überprüfung der Wirtschaftlichkeit mehrerer Energiequellen, Speicher und Verbraucher optimiert durch prädiktive modellbasierte Regelung

i) Betrieb einer Wärmepumpe ab Solaranlage und elektrischem Batteriespeicher zur Eigennutzenmaximierung

k) Vergleich eines Erdregisters mit PE Rohr gegenüber Wellrohr und verschiedenen Graphit Beimischungen

l) Eisspeicher als Herzstück für ein Nahwärme Anergienetz mit Gebäudekühlung im Juli und August

m) Einsatz des ersten Hydrobus- Regelsystems, wobei mehrere Heizungskomponenten (Quellen, Speicher und Verbraucher) modellbasiert optimal aufeinander eingestellt werden

n) Heisswasserzirkulationsleitung, isoliert mit Aerogel und einer Durchströmung in beide Richtungen

o) Infraselect Fenster: Elektrische Südfensterverdunkelung

p) Regenerierende Erdregister als Pufferspeicher

 

Wir freuen uns über die bestehende Forschungszusammenarbeit ebenso wie über neue Kontakte. Gerne halten wir Sie über das Kontaktformular auf dem Laufenden.

Aktueller Stand der Technik

Thermal Energy Storage, Technology Brief E17, IEA-ETSAP and IRENA©, www.etsap.org, www.irena.org, January 2013
Thermische Energie Speicher (TES) können fossile Brennstoffe für die Heiz- und Kühlproduktion ersetzten. Es wird geschätzt, dass dank Speicherung in Europa 1.4 Millionen GWh gespaart und 400 Millionen Tonnen CO2 Emissionen verhindert werden können. Die Technologie wird jedoch hauptsächlich durch hohe Kosten am Markteintritt gehindert. Die Kenngrössen eines Speichersystems bestehen aus der Kapazität, Leistung, Effizienz, Speicherdauer, Lade- und Entladezeit, sowie den Kosten. Beim Projekt Sunnegg wird jeder Speichertyp detailliert auf diese Eigenschaften hin quantifiziert und das Kosten zu Nutzenverhältnis untersucht. Gemäss der Publikation fehlt es noch an besserem Verständnis der Systemintegration und der Prozessparameter. Der Forschungs- und Entwicklungsstatus von Eisspeicher wird z.B. nur mit 10% angegeben.

 

A. Loose, S. Bonk and H. Drück, "INVESTIGATION OF COMBINED SOLAR THERMAL AND HEAT PUMP SYSTEMS - FIELD AND LABORATORY TESTS", Institute for Thermodynamics and Thermal Engineering (ITW), Research and Testing Centre for Thermal Solar Systems (TZS), University of Stuttgart, Germany, 2012
Die Kombination von Solarthermie und Wärmepumpen ist ein heisses Thema, da bei beiden Technologien grosse Fortschritte in der Effizienz erwartet werden. Durch den Zusammenschluss ergeben sich interessante Synergieeffekte. Es fehlt jedoch noch an objektiven Performancetests. Das ITW hat deswegen mit dem Projekt "WPSol" Laborversuche sowie sieben Feldtests mit Einfamilienhäusern durchgeführt, mit dem Ziel ein Testprozedere für dynamische Performancetests zu entwickeln, welches den etablierten CTSS Performancetest, nach EN 12977, erweitert. Zwei Feldtests werden näher beschrieben:
a) Sole/Wasser Wärmepumpe mit verschiedenen Solarkollektoren und Eisspeicher
b) Luft/Wasser Wärmepumpe kombiniert mit Solarkollektoren und kondensierender Gasheizung
Im Zwischenbericht wird erwähnt, dass schon viele verschiedene Systemkonzepte auf dem Markt und in Betrieb sind, die jedoch noch optimiert werden müssen.

 

M. A. Bianchi, "Adaptive Modellbasierte Prädiktive Regelung einer Kleinwärmepumpenanlage", ETH Zürich, 2006
Es wurde gezeigt, dass eine PBM-Regelungsstrategie eine Kosteneinsparung von 10-20% ergibt. Längere mittlere Laufzeiten der Heizpulse führen zu tieferen Wartungskosten und die Bedienung wird vereinfacht. Der MPC-Regler kann die Gebäudekennlinie- und parameter selbst regulieren, dank Einbindung der Wetterprognose wird der COP-Wert bezüglich des Tages optimiert und auf einen Wetterumschlag wird bis auf einen Tag im voraus reagiert. Aus praktischen Gründen wurden die Wärmepumpenregler jedoch nicht an einem Wohnobjekt getestet, stattdessen wurden Simulationsmodelle verwendet.

 

D. Philippen, M. Y. Haller, E. Frank, S. Brunold, "Entwicklung einer hocheffizienten Solarthermie-Wärmepumpen-Heizung mit Eisspeicher", Institut für Solartechnik SPF, Hochschule für Technik HSR, 8640 Rapperswil, 2012
Die Zwischenergebnisse einer Pilotanlage mit kombinierten Sonnenkollektoren und Wärmepumpen soll eine Jahresarbeitszahl (COP) von mindestens 6 erreichen. Gemäss TRNSYS ist dazu ein Flachkollektorfeld von 30 m2, ein Eisspeicher mit 30 m3, ein warmer Pufferspeicher mit 2 m3 und ein Wärmepumpen-Boiler für das Warmwasser mit 300 Liter Volumen erforderlich. Interessanterweise wird ein enteisbarer Wärmeübertrager im Eisspeicher eingesetzt. Es wurden 7 Komponentenzusammenstellungen (Luft-WP, Sole-WP, Solar, Eisspeicher) simuliert, wobei 2 einen COP von mehr als 6 erreichten. Wobei der Einsatz eines Eisspeichers die benötigte Kollektorfläche bei ähnlichem COP-Wert um 2/3 reduziert hat. Im Herbst 2012 wird eine Pilotanlage in einem Kindergarten mit einem 2-jährigen Monitoring realisiert. Die hier geplante Pilotanlage "Sunnegg" wird dieses spannende Forschungsthema mit zusätzlichen Komponenten ergänzen, wie z.B. Hybridkollektoren, Abwasser- und Regenwassernutzung, Erdregister und elektrischer Speicherung.