Die thermische Vernetzung von Arealen, in welchen sowohl Wohn- und Bürogebäude mit einem hohen Wärmebedarf als auch Industrie- und Dienstleistungsgebäude mit einem hohen Kältebedarf vorhanden sind, ermöglicht die Nutzung von Synergien und kann einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Eine Möglichkeit zur thermischen Vernetzung bieten sogenannte Niedertemperatur- oder "Anergienetze", bei denen grosse Erdsondenfelder als saisonale Speicher eingesetzt werden. In diesem Projekt wurden die Möglichkeiten zur Abbildung solcher Systeme in der Software Polysun untersucht und weiterentwickelt. Messdaten aus dem Betrieb von zwei realisierten Systemen werden als Beispiele gezeigt und zur Validierung der Simulationsmodelle verwendet. Beide Systeme liefern im Betrieb zuverlässig Wärme und Kälte bei gleichzeitig hohen Arbeitszahlen der Wärmepumpen, was in den Simulationen auch gut abgebildet werden konnte. Der dynamische Temperaturverlauf in den Erdsondenfeldern ist von zentraler Bedeutung. Zum einen bestimmt die tiefste Temperatur im Winter die Dimensionierung der Sondenfelder. Zum anderen steigt die Temperatur bei vollständig regenerierten Feldern im Sommer deutlich an. Dadurch werden die Potenziale für „free cooling“ und von Luft-Wärmetauschern zur Regeneration stark eingeschränkt. Andere Wärmequellen wie Sonnenkollektoren, PV-betriebene Luft-Wärmepumpen oder Abwärme aus Industrie- und Dienstleistungsgebäude eignen sich hingegen gut zur Regeneration der Erdsonden in „Anergienetzen“.

Résumé

L’interconnexion thermique des quartiers combinant les besoins en chaleur des bâtiments et les besoins en froid des secteurs industriels et tertiaires peuvent créer des synergies et contribuent ainsi à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Cette interconnexion peut être réalisée au moyen de réseaux de chaleur à basse température utilisant de vastes champs de sondes géothermiques pour le stockage intersaisonnier. Dans ce projet, les possibilités de simuler tels réseaux avec le logiciel Polysun sont analysées et améliorées. Comme exemple, deux systèmes réels sont considérés et les mesures des premières années de fonctionnement utilisées pour la validation expérimentales des modèles. Les deux systèmes ont délivré de la chaleur et du froid de manière fiable engendrant pour les pompes à chaleur de hauts COP, résultat qui a été également vérifié par simulation. La distribution dynamique des températures dans les grands champs de sondes géothermiques est d’une grande importance. La température minimale en hiver détermine le dimensionnement du champ de sondes géothermiques. Pour une régénération complète, des températures élevées doivent être fournis lors de l’été. Cela diminue le potentiel pour le «free cooling» ou pour la régénération basée sur des échangeurs de chaleur à air. D’autres sources comme les capteurs solaires thermiques, la combinaison de photovoltaïque et de pompes à chaleur air/eau ou de la chaleur résiduelle provenant du secteur industriel ou tertiaires sont de bonnes options pour la fourniture de chaleur dans les réseaux à basse température.

Summary

The thermal interconnection of districts with heat demand from buildings and cold demand from industry and the service sector can create synergies and contribute to the reduction of climate gas emissions. This connection can be realized by low temperature networks, using large borehole fields as seasonal storages. The possibilities to simulate such networks with the software Polysun was analysed and improved in this project. Two realized systems are used as example cases and measured data from the first years of operation is used for model validation. Both systems delivered heat and cold reliably, and led to high performance factors of the heat pumps, which was also shown by means of simulations. The dynamic temperature evolution in large borehole fields is of particular importance. The lowest temperature during winter determines the dimensioning of the borehole field. For a complete regeneration, elevated temperatures have to be supplied for recharging during summer. This decreases the potential for “free cooling” or for regeneration with air heat exchangers. Other sources such as solar thermal collectors, the combination of PV and air to water heat pumps or waste heat from industry or the service sector are good options for the supply of heat in low temperature networks.