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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


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


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


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

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)


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:


Dr. Claus Heske


Dr. Claus Heske

Heizfall Kühlfall


Dr. Claus Heske


Dr. Claus Heske

Numerische Simulation mit FEFLOW Wärmeausbreitung im Kühlfall 10tes Betriebsjahr

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


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


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.

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