Exergetisch optimierte Betriebsführung der Wärme- und Kälteversorgung eines Gebäudes unter Nutzung eines dynamischen Regelungssystems und flexibler Einbindung eines vollständig überwachten Erdwärmesondenfeldes

Description: Das Projekt "Exergetisch optimierte Betriebsführung der Wärme- und Kälteversorgung eines Gebäudes unter Nutzung eines dynamischen Regelungssystems und flexibler Einbindung eines vollständig überwachten Erdwärmesondenfeldes" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik.Eine Herausforderung im modernen Bauwesen ist die Energie- und Heizkostenreduktion durch exergetisch optimale Energienutzung. Diese kann durch Niedrigtemperatur orientierte Regelungsstrategien erreicht werden. Forschungsobjekt ist das neue E.ON ERC Hauptgebäude, welches neben anderen Instituten die in diesem Forschungsprojekt kooperierenden Institute GGE und EBC beheimatet. Forschungsschwerpunkte sind das Aufsetzen eines 3-D Oberflächenmodells für eine Langzeitvorhersage der geothermischen Energienutzung und die Entwicklung von Regelungsstrategien mit minimalem Exergieverlust. Zur Zielerreichung werden das Geothermiefeld und das Energiewandlungssystem zusammenhängend betrachtet. Das Gebäude wird durch ein Zusammenspiel verschiedener Niedrigtemperaturwärmequellen beheizt und gekühlt. Neben Abwärme aus Server-, LAN-Räumen und Laboren wird der Temperaturgradient des Untergrundes ausgenutzt. Ein Glykol betriebenes Erdsondenfeld aus 40 Sonden mit einer jeweiligen Tiefe von 100 m wurde für diesen Zweck errichtet. Die Hauptbestandteile des Forschungsprojekts sind: Die Dynamisierung des Geothermiefelds durch Ausstattung mit Reguliereinrichtungen für den Volumenstrom für jede einzelne Sonde. Die Kommunikation der Energiebedürfnisse des Gebäudes, ob mehr oder weniger Wärme aus dem Feld entzogen oder zugeführt werden soll. Anlagentechnische und thermische Gebäudesimulationen müssen die Energiebedürfnisse der nahen Zukunft errechnen. Anschließend errechnet anschließend ein nahezu optimale Regelstrategie für das geothermische Feld unter Berücksichtigung der Gebäudebedürfnisse und Einhaltung der Begrenzungen eines nachhaltigen Feldbetriebes. Eine solche Vorgehensweise benötigt informierte Berechnungen und Entscheidungen. Informationen in Form von Messdaten werden durch verschiedene Ausrüstung bereitgestellt. Ein faseroptisches Distributed-Temperature-Sensing-System (DTS-System) liefert Temperaturdaten für ein Langzeit-Monitoring des Geothermiefeldes und Temperaturdaten aus dem Gebäudeinneren. Geoelektrikmessungen werden durchgeführt um die Wärmeleiteigenschaften des umgebenen Bodens zu messen und damit Rückschlüsse auf die Wärmekapazität sowie die Grundwasserströmungen ziehen zu können. Ein extensives Monitoring-System im Gebäude analysiert alle relevanten Wärmeströme und thermischen Zustände im Gebäude. Eine dynamische Betriebsweise des Geothermiefeldes wird durch Stellmotoren, Volumenstrommessungen und Temperaturmessung für jede einzelne Erdsonde erreicht. Durch das Projekt wird eine innovative und ganzheitliche Betriebsstrategie demonstriert. Es werden geologische, analgentechnische und thermische Simulationen verbessert. Neueste Kommunikationsmodelle und Schnittstellen zwischen Einzelsysternen werden entwickelt und kommen zum Einsatz.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Aachen ? Klimaanlage ? Glykol ? Erdwärmenutzung ? Temperaturverteilung ? Wärmeversorgung ? Abwärme ? Gebäude ? Regeltechnik ? Temperaturmessung ? Gebäudetechnik ? Kühlgerät ? Langzeitbeobachtung ? Energienutzung ? Grundwasserströmung ? Messdaten ? Monitoring ? Wärmekapazität ? MSR-Technik ? Klimaschutz ? Untergrund ? Exergie ? Forschungsprojekt ? Bauen ? Kühlung ? Anlagenbetrieb ? Erdwärmesondenfeld ? Optimieren der Fahrweise ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

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Leaflet | © OpenStreetMap

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Bereitsteller*in)
• Geophysica Beratungsgesellschaft mbH (Mitwirkende)
• RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Applied Geophysics and Geothermal Energy, E.ON Energy Research Center (ERC) (Mitwirkende)
• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2011-09-01 - 2017-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Optimised heating and cooling of E.ON ERC-building by dynamic control of borehole heat exchanger field
  Description: The challenge in modern construction is to reduce energy and heating costs by using exergetically optimal energy use within a low-temperature regime. The object of interest in this project is the new building of E.ON Energy Research Center (E.ON ERC) which hosts among others the two Institutes GGE and EBC involved in this research project. The aim of GGE in this project is to establish a 3-D subsurface model for the long-term prediction of geothermal-energy use. EBC is aiming for a supply system with a minimized exergy loss. This is going to be achieved via an integrated approach for the geothermal field and the energy conversion system. The project is funded by BMWi (German Federal Ministry of Economics and Technology). The interaction of different low-temperature sources is used for heating and cooling of this building. Besides the emitted heat, which is produced by server rooms, the geothermal temperature gradient from the underground will be used to regulate the building temperature; hence a borehole heat exchanger field of 40 probes (of 100 m depth) is installed around the E.ON ERC building, driven by a fluid (ethylene-glycol). Three main ingredients drive the research project's approach. First, the geothermal field has to be operated dynamically, meaning the volume flow through each single borehole heat exchanger is variable. Second, the building has to communicate its needs, weather more or less heat should be extracted out of or dissipated into the field. Third, system and building models have to calculate and predict the forthcoming energy needs. A geothermal numerical model estimates a nearly optimum operation parameter regime in order to fulfill the buildings needs while respecting the constraints for a sustainable long term operation. The procedure needs informed calculations and the information is provided by different kinds of measurement equipment. A Distributed Temperature Sensing system provides both temperature data of the geothermal field for a long-term monitoring and temperature data within the building. Geoelectric ring electrodes within a single heat exchanger provide information on the soils resistivity and thus conclusions towards the soils heat capacity and possible groundwater flow strength and direction. Extensive monitoring equipment allows measuring heat flows and thermal conditions inside the building. Dynamic operation within the field is enabled by temperature sensors integrated in inlet and outlet of each probe, volume flow meters and motor-driven valves. The outcomes of the project are in demonstrating an innovative integrated operation methodology, in advanced geology, building and system related simulation models, as well as in advances in communication interfaces and technologies between the different instances. https://ufordat.uba.de/

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://www.tib.eu/de/filter/?repno=03ET1022A (Webseite)

Status

Aktiv

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