Planung und Auslegung der geothermischen Versorgung des Neubaus FH Bielefeld
Praxisbeispiel Geothermie 26. Januar 2015
ENERGIEFORUM WEST
PHILHARMONIE ESSEN
VA 7: Geothermie – Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeits- betrachtungen
Dr. Claus Heske
Neubauprojekte Campus Bielefeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule (FH) Bielefeld
Forschungsbau Interaktive Intelligente Systeme (FBIIS) jetzt: Cognitive Interaction Technology (CITEC)
Ersatzneubau (ENUS) mit Mensa
Neubauprojekte Campus Bielefeld
Entwickler, Planer, Bauherr und Investor: Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW (BLB)
Niederlassung Bielefeld
Oberflächennahe Geothermie: CDM Smith Consult GmbH
Gebäudeübergreifende Planung
Geothermie-Anlage mit ca. 700 kW Heiz- und Kühlleistung verschiedener Erdwärmesysteme zum Heizen und Kühlen
saisonale Wärmespeicherung Dr. Claus Heske
Neubauprojekte Campus Bielefeld
Dr. Claus Heske
FH Bielefeld • Nutzfläche ca. 31.500 m2
• Baukosten ca. 154 Millionen Euro
FBIIS: • Hauptnutzungsfläche ca. 5.300 m2
• Gesamtkosten ca. 32 Millionen Euro
ENUS mit Mensa für Uni und FH • Nutzfläche ENUS ca. 28.000 m2
• Nutzfläche Mensa ca. 7.500 m2
• Baukosten ca. 130 Millionen Euro
Neubauprojekte Campus Bielefeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule (FH) Bielefeld 406 Energiepfähle á 8 m WP HL = 260 kW Freie Kühlung KL = 356 kW
Forschungsbau Interaktive Intelligente Systeme (FBIIS) jetzt: Cognitive Interaction Technology (CITEC) 24 Erdwärmesonden á 85 m Freie Heizung HL = 28 kW Freie Kühlung KL = 63 kW
Ersatzneubau (ENUS) mit Mensa 81 Erdwärmesonden á 85 m WP HL = 390 kW Freie Kühlung KL = 300 kW
Fachhochschule Bielefeld Geothermische Standorterkundung - EGRT
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Geothermische Standorterkundung - EGRT
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Geothermische Standorterkundung - EGRT
Dr. Claus Heske
λ = 2,0 bis 2,6 W/m/K
Ø λ = 2,2 W/m/K
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
• Wärmeträgermedium (WTM) Wasser.
• ca. 800 Gründungspfähle, Ø = 1,20 m
• davon 406 zu Energiepfählen ausgebaut
• bis 8 m Tiefe die Bewehrungskörbe mit Wärmetauscherrohren belegt, 32 m PE-RC-Rohr pro Pfahl
• für effiziente Nutzung mit Wärmepumpe thermische Bauteilaktivierung (Betonkernaktivierung)
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Heizleistung: 303,1 kW Kühlleistung: 319,7 kW
l/h l/h
Betriebsstunden: 468 h/a Betriebsstunden: 129 h/a
Jährliche Heizlast: 141,779 MWh/a Jährliche Kühllast: 41,098 MWh/a
JAZ: 4,0 JAZ: 9999999999,0
Verd. L.1 el. L.2 Monat Verfl. L.3 el. L.4[%] [MWh] [MWh] [MWh] [%] [MWh] [MWh] [MWh]
21,48 30,45300 22,83975 7,6133 Januar
18,92 26,82200 20,11650 6,7055 Februar
19,46 27,58800 20,69100 6,8970 März
April
Mai 2,888 1,18700 1,18700 0,0000
Juni 22,974 9,44200 9,44200 0,0000
Juli 28,186 11,58400 11,58400 0,0000
August 40,284 16,55600 16,55600 0,0000
September 5,662 2,32700 2,32700 0,0000
Oktober
18,72 26,54300 19,90725 6,6358 November
21,42 30,37300 22,77975 7,5933 Dezember
100,00 141,779 106,33 35,44 Summe 100,00 41,10 41,096 0,001 Verdampferleistung
=Entzugsleistung
2 el. Leistungsauf-nahme d. Wärmepumpe
1 Verflüssigerleistung=Einspeiseleistung
2 el. Leistungsauf-nahme d. Kältemaschine
Heizlast Gebäude Kühllast Gebäude
Monatliches Energieprofil Heizung Monatliches Energieprofil Kühlung
Grundlast Heizung Grundlast Kühlung
Volumenstrom Wärmeträgermedium:
Volumenstrom Wärmeträgermedium:
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Heizfall Kühlfall
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Dimensionierung Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 10tes Betriebsjahr
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
Fachhochschule Bielefeld Bauphase Energiepfahlfeld
Dr. Claus Heske
FBIIS Forschungsbau interaktive intelligente Systeme
Dr. Claus Heske
FBIIS 24 Erdwärmesonden á 85 m Nutzfläche ca. 5.300 m² Nutzung Geothermie zur Vorwärmung der Zuluft im Winter und Kühlung über mit BKT ausgestattete Nutzflächen im Sommer.
FBIIS – Geothermische Standorterkundung 100 m Pilotbohrung mit EGRT
Dr. Claus Heske
FBIIS und FH Numerische Simulation der Wärmeausbreitung
Dr. Claus Heske
Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 10tes Betriebsjahr
FBIIS und FH Numerische Simulation der Wärmeausbreitung
Dr. Claus Heske
Numerische Simulation mit FEFLOW 10tes Betriebsjahr
ENUS Ersatzneubau mit Mensa
Dr. Claus Heske
ENUS 81 Erdwärmesonden á 85 m Nutzfläche ca. 28.000m² Grundlastabdeckung Heizen und Kühlen der mit BKT ausgerüstete Nutzflächen über Geothermie.
ENUS – Geothermische Standorterkundung 100 m Pilotbohrung mit EGRT
Dr. Claus Heske
ENUS – Planung Erdwärmesondenfeld
Dr. Claus Heske
ENUS Numerische Simulation der Wärmeausbreitung
Dr. Claus Heske
Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 15tes Betriebsjahr
ENUS Numerische Simulation der Wärmeausbreitung
Dr. Claus Heske
Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 15tes Betriebsjahr
Zusammenfassung
Dr. Claus Heske
Drei unmittelbar benachbarte Neubauten mit insgesamt 72.300 m2 Nutzfläche konnten mit oberflächennaher Geothermie zum Heizen und Kühlen versorgt werden.
Passend zu den Gebäude, der TGA-Planung, der Geologie und dem Platzangebot kam das hierfür optimale System zur Nutzung oberflächennaher Geotherme zum Einsatz: FH: Energiepfähle mit Wärmepumpe ENUS: Erdwärmesonden mit Wärmepumpe FBIIS: Erdwärmesonden direkte Nutzung
Eine gegenseitige negative thermische Beeinflussung der Einzelanlagen und der umliegenden Wohnbebauung ist nicht zu erwarten.
Die berechnete Einsparung bei den Betriebskosten im Vergleich zu konventioneller Technik liegt bei 50%.
Die berechnete CO2-Einsparung im Vergleich zu konventioneller Technik liegt bei 60%. Dies entspricht 235 Tonnen CO2 pro Jahr.