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Es wurde untersucht, inwieweit eine Regeneration von Erdwärmesonden (EWS) in dicht besiedelten Gebieten mittels Solarthermie möglich ist, wenn ein gesamtes Wohnquartier durch Wärmepumpen mit EWS beheizt werden soll. Am Beispiel eines typischen Gebäudes mit herausfordernder Regeneration erfolgte zudem eine Betrachtung zusätzlicher Wärmequellen sowie des Stromverbrauches über 50 Jahre. Als Wärmequelle für die Regeneration wurden unabgedeckte PVT- sowie Flachkollektoren verwendet. PVT-Fassadenanlagen, Luft-Wasser-Wärmeübertrager (LWWÜ) als auch die Gebäudekühlung dienten als zusätzliche Wärmequellen. Sofern grosse Gebäude mit hohem Wärmebedarf und verhältnismässig kleiner Dachfläche gleichmässig verteilt sind, ist eine nachhaltige Wärmeversorgung mit regenerativen EWS in suburbanen Quartieren mittels Solarthermie auf den Dächern möglich. In urbanen Quartieren hingegen, in denen Ansammlung grosser Gebäude zu erwarten sind, ist eine ausreichende und rein solarthermische Regeneration nicht möglich. Der Einsatz zusätzlicher Wärmequellen ist in diesen Fällen nötig, um den Regenerationsanteil bei grossen Gebäuden für einen nachhaltigen Betrieb ausreichend anzuheben. Das Projekt wurde vom BFE gefördert: BFE F&E-Projekt SI/501950 (Bearbeitung 2019 – 2021)

Das Projekt wurde vom BFE gefördert, Für die emissionsfreie Wärmeversorgung von Wohnbauten stellen Wärmepumpen mit Erdwärmesonden eine energieeffiziente und wirtschaftliche Lösung dar. Allerdings muss mit der zunehmenden Verbreitung von Erdwärmesonden ihr Einsatz sorgfältig geplant werden. Insbesondere in Gebieten mit dichter Nutzung besteht die Gefahr einer langfristigen Unterkühlung des Erdreichs. In diesen Fällen ist eine Regeneration der Erdwärmesonden, z.B. durch solarthermische Wärme, eine mögliche Lösung. Jedoch ist die für Solarkollektoren nutzbare Dachfläche bezogen auf den Wärmebedarf der Gebäude vor allem in städtischen Gebieten verhältnismässig klein. Zudem soll auf den Dächern auch möglichst viel Strom produziert werden. In dieser Simulationsstudie wird untersucht, wie weit die Regeneration von Erdwärmesonden in urbanen und suburbanen Wohnquartieren mit Solarenergie möglich ist, wenn das gesamte Quartier von Wärmepumpen mit Erdwärmesonden versorgt werden soll. Basierend auf zwei Wohnquartieren in der Stadt Zürich werden Modellgebäude mit typischer Dachfläche, typischem Wärmebedarf und typischen Nachbargebäuden definiert. Der Wärmebedarf entspricht einem prognostizierten Wert für 2035. Mittels Systemsimulationen wird die nötige Sondenlänge und Fläche der Kollektoren für Solarthermie-Gewinnung ermittelt. Es werden unabgedeckte, ungedämmte PVT-Kollektoren, sowie solarthermische Absorber und Flachkollektoren ergänzt mit PV-Modulen, eingesetzt. Für Fälle, bei denen keine nachhaltige Regeneration durch eine PVT-Dachanlage möglich ist, wird stellvertretend ein Beispielgebäude mit herausfordernder EWS-Regeneration definiert. Anhand dieses Gebäudes erfolgt eine Potenzialabschätzung zusätzlicher Wärmequellen für die EWS Regeneration, sowie eine Abschätzung des erforderlichen Strombedarfs während 50 Jahren Betriebszeit. Flachkollektoren ermöglichen für alle Beispielgebäude auf der zur Verfügung stehenden Dachfläche deutlich mehr Regeneration als PVT-Kollektoren oder solarthermische Absorber (z.B. Sch

Diese Masterthesis wurde in der Forschungsgruppe Erneuerbare Energien der Master Research Unit Ecological Engineering an der ZHAW in Wädenswil durchgeführt. Das Ziel der Arbeit war, es bezüglich der verwendeten Wärmespeichertechnologie verschiedene kombinierte Heiz- und Kühlsysteme für den Einsatz in Gebäuden mit einem jährlichen Heizwärmebedarf von mehr als 20 MWh, als Alternativen zu Systemen mit Erdwärmesonden, L/W WPs oder Holzfeuerungen zu finden. Die Systeme sollen über eine PVT-Anlage zur Strom- und Wärmegewinnung, einem saisonalen Pufferspeicher für die Wärme aus den PVT-Kollektoren sowie einer Sole/Wasser-Wärmepumpe als Wärmeerzeuger verfügen. In der Recherche zu den verfügbaren Speichertechnologien wurde ersichtlich, dass vor allem der eTank, der Eisspeicher sowie der Paraffin-Speicher als potenziell geeignete Speichertechnologien für den Einsatz als Wärmespeicher im vorgegebenen System eingestuft werden. Bei einem eTank handelt es sich um einen ins Erdreich eingelassenen sensiblen Wärmespeicher, der mit einem Füllmaterial wie Erde, Sand oder Kies gefüllt ist, und je nach Bedarf mit Wärme beladen oder Wärme daraus entzogen werden kann. Mit den ausgewählten Speichertechnologien wurden folgende fünf kombinierten Heiz- und Kühlsysteme zur näheren Betrachtung definiert: eTank System, 2-eTank System, Eisspeicher System, Paraffin-Speicher System und Paraffin-Speicher + eTank System. Anschliessend wurden die Systeme anhand ihrer Eignung zum Einsatz in verschiedenen Gebäudetypen mittels Simulationsresultaten aus Polysun bewertet und mit einander verglichen. Die Gebäudetypen wurden durch ihren jährlichen Heizwärmebedarf und anhand der Unterscheidung zwischen Neubauten und Sanierungsgebäude charakterisiert. Mit den Simulationsresultaten wurde für jedes System eine Dimensionierungsmatrix erstellt, die eine Aussage darüber liefert, ob und wie gut sich ein bestimmtes Heiz- und Kühlsystemen für einen bestimmten Gebäudetyp eignet und mit welcher Speichergrösse, welcher A