Energetische Betriebsoptimierung des Gebäudes RA der ZHAW

Transkript

1 Energetische Betriebsoptimierung des Gebäudes RA der EnergiePraxis-Seminar 1/2016 Raael S. Burgy Institut für Facility Management IFM 8. Juni / 26

2 Vorstellung Referent Raael S. Burgy, Dozent Wädenswil, Institut für Facility Management Dipl. Phys. ETH MSc Environmental Engineering 2 / 26

3 Inhalt Erdsondenfeld Heizung 3 / 26

4 Übersicht Gebäude I Baujahr 2013 Minergie-Zertikat Nutzung als Schul- und Bürogebäude + Wohnungen im Attikageschoss Technik: EBF Bereich Schule und Büro: 3954 m 2 EBF Bereich Wohnungen: 766 m 2 TABS Wärmeerzeugung über 20 Erdwärmesonden mit zwei Wärmepumpen Die Erdwärmesonden dienen im Sommer als Wärmesenke Komfortlüftung mit Konstantvolumenstrom in den Räumen 4 / 26

5 Übersicht Gebäude II Abbildung: Gebäude RA von aussen 5 / 26

6 Motivation für das Projekt Im Winter wie im Sommer reklamierten die Nutzer zu tiefe bzw. zu hohe Temperaturen. Im Winter beklagten sie sich über eine Feuchtigkeit, die zwischen 10 und 20 % r.f. lag. Diese Situation veranlasste das IFM dazu, ein Projekt zur Analyse und Verbesserung der Situation zu starten. Da die Vermutung gross war, dass es sich nicht um einen Einzelfall handelt, konnten wir das BFE und das AWEL als Projektpartner gewinnen. 6 / 26

7 Festgestellte Mängel I Die TABS sind durch abgehängte Akustikdecken vollständig abgedeckt und somit thermisch von der Raumluft entkoppelt. Ein gleichzeitiges Heizen über die TABS und Kühlen über die Zuluft kann nicht ausgeschlossen werden. Die war auf Dauerbetrieb geschaltet, ohne jede Nacht- oder Wochenendabsenkung. Die Umwälzpumpe der Erdsonden lief im Konstant-Modus mit viel zu hoher Leistung. Der Kältespeicher wurde auf einem viel zu tiefen Temperaturniveau betrieben. 7 / 26

8 Festgestellte Mängel II Der Wärmespeicher wird auf einem zu hohen Temperaturniveau betrieben, so dass die Leistungszahl (COP) der Wärmepumpen schlecht ist. Es sind verschiedene Zähler für Elektrizität und Wärme vorhanden, sie wurden aber nicht abgelesen und ausgewertet. 8 / 26

9 Anpassung sbetrieb an Gebäudenutzung I Durch Reduktion von Solltemperaturen und Anpassung des Zeitplans der an die Nutzung konnte viel Wärmeenergie und Strom eingespart werden. Die benötigte elektrische Energie der Wärmepumpe sank dadurch um über 50 %. Die wurde von einem 24/7-Betrieb auf einen 5-Tages- Betrieb mit Stosslüftung, mit nur noch 6,5 Stunden Einschaltzeit pro Tag umgestellt. Neben der Energieeinsparung wurde so auch die Luftfeuchtigkeit auf Werte über 30 % r.f. verbessert. Die CO 2 -Konzentration stieg etwas an, ist aber immer noch meist unter 1000 ppm. 9 / 26

10 Anpassung sbetrieb an Gebäudenutzung II Abbildung: Verlauf relative Luftfeuchtigkeit über eine Woche 10 / 26

11 Anpassung sbetrieb an Gebäudenutzung III Abbildung: Verlauf CO 2 -Konzentration über 1 Woche 11 / 26

12 WP - Wärmespeicher I Durch falsche Parametereinstellungen schalteten die Wärmepumpen bis zu 12 mal pro Stunde ein und aus, dadurch wurde der immer auf einer hohen Temperatur gehalten. Nun schaltet die Wärmepumpe viel seltener ein. Dazwischen wird die Wärme aus dem genutzt. Durch weniger Schaltzyklen wird auch die Lebensdauer der beiden Wärmepumpen erhöht. 12 / 26

13 WP - Wärmespeicher II Abbildung: Rot: Kompressor ein/aus, Dunkelblau: temperatur oben (konstant 38 C) 13 / 26

14 WP - Wärmespeicher III Abbildung: Rot: Kompressor ein/aus, Dunkelblau: temperatur oben, Hellblau: temperatur unten 14 / 26

15 Bedarfsanpassung Umwälzpumpen I Die Leistung der Umwälzpumpe der Erdwärmesonden wurde angepasst, die Pumpe bei keinem Bedarf abgeschaltet. Der Stromverbrauch konnte um mehr als 90 % gesenkt werden, von über 70 kwh/d auf unter 4 kwh/d. Nennleistung der Pumpe 7,5 kw, Einstellung vor 3,2 kw, jetzt 0,2 kw bis 0,6 kw (1 oder 2 Kompressoren aktiv). TABS Pumpe lief ebenfalls unnötig (auch wenn über die TABS weder geheizt noch gekühlt wurde). 15 / 26

16 Bedarfsanpassung Umwälzpumpen II Abbildung: Energieverbrauch pro Tag der von Mai 2015 bis Mai / 26

17 Stromeinsparung Wärmepumpe I Durch die Änderungen am System konnte massiv an Wärme eingespart werden. Dadurch war die Wärmepumpe viel weniger in Betrieb. Das zeigt sich direkt im Stromverbrauch der Wärmepumpen (Die Wärmezählerdaten sind durch die fehlgeleiteten Volumenströme leider ziemlich wertlos) Über das -interne FM erhielten wir Zugri auf historische Stromverbrauchsdaten bis ins Jahr 2014 Für die Monate Januar und Februar ergibt sich eine Einsparung um mehr als die Hälfte im Vergleich zu vor der. 17 / 26

18 Stromeinsparung Wärmepumpe II Abbildung: Stromverbrauch WP pro Tag (Januar 2014 bis Mai 2016) 18 / 26

19 Stromeinsparung HLK (ohne Wärmepumpe) I Unter die Messung HLK fallen die folgenden Systeme: WRG Sonstige Pumpen und Motoren Die verschiedenen Massnahmen zeigen eine starke Wirkung auf den Stromverbrauch, wobei die und die den grössten Einuss haben. 19 / 26

20 Stromeinsparung HLK (ohne Wärmepumpe) II Abbildung: Stromverbrauch HLK pro Tag (Januar 2015 bis Mai 2016) 20 / 26

21 Einsparungen Stromkosten CHF Annahme: 0.13 CHF kwh WP CHF HLK CHF Nacht- und Wochenendabschaltung reduziert 5016 Stosslüftung 1333 Einsparungen pro Jahr Investition Payback (Jahre) 2.9 Tabelle: Einsparungen und Payback 21 / 26

22 Für alle diese en waren keinerlei physische Anpassungen am System notwendig (z.b. Ersatz von Pumpen), es reichte ein kostengünstige Betriebsoptimierung. Das Ganze basiert auf Analysen von Messwerten und Anpassungen von Sollwerten, Kongurationen und Zeitplänen über das Gebäudeleitsystem. Es wurde das brachliegende Potential der eigentlich ezienten Einzelkomponenten ausgenutzt. Die einzelnen Komponenten wurden aufeinander abgestimmt und arbeiten jetzt zusammen. Umwälzpumpe des Erdwärmesondenkreislaufs läuft nur wenn geheizt oder gekühlt wird. Die WP schalten sich erst wieder ein, wenn der auf 30 C abgekühlt hat und heizen ihn dann wieder auf 40 C auf. 22 / 26

23 Erdwärmesondenfeld I Erdsondenfeld Heizung Das Erdwärmesondenfeld ist mit insgesamt 5000 m Erdwärmesondenlänge deutlich überdimensioniert. Mit einem Richtwert von 50 W/m ergäbe sich für die installierte Heizleistung eine benötigte Länge von nur 2700 m. Dadurch funktioniert die freie Kühlung sehr eektiv und die zusätzlich installierte Kältemaschine mit Kältespeicher ist eigentlich überüssig. 23 / 26

24 Erdwärmesondenfeld II Erdsondenfeld Heizung Abbildung: Kältekreislauf 24 / 26

25 Wärmepumpen Erdsondenfeld Heizung Auch die Wärmeerzeugung mit total 180 kw (2 Wärmepumpen à zwei Kompressoren mit je 45 kw) ist wohl zu gross dimensioniert. Im letzten, überdurchschnittlich warmen, Winter waren nie mehr als zwei Kompressoren gleichzeitig im Einsatz. Gemäss Berechnung im Minergiedossier: Bei -8 C sind 114 kw Heizleistung erforderlich. 25 / 26

26 Herzlichen Dank Erdsondenfeld Heizung Nachhaltigkeit kann man nicht kaufen, bestenfalls das Potential dazu. 26 / 26