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SI/502561
AsphaltReg – Demonstration und Optimierung eines rezyklierbaren Asphaltkollektors zur Regeneration von Erdwärmesonden
Résumé
Eine dichte Nutzung von geothermischen Erdwärmesonden führt zu einer Langzeitauskühlung des Untergrundes, welche durch Regeneration verhindert werden kann. Asphaltkollektoren, welche die Wärme aus der Sonneneinstrahlung nutzbar machen, stellen eine mögliche kostengünstige Wärmequelle für diese Regeneration dar. Erste Pilotprojekte haben gezeigt, dass mit im Asphalt verlegten Kollektorrohren vielversprechende Erträge erzielt werden können. Dabei ist jedoch die Rezyklierbarkeit des Asphalts nicht mehr gegeben. Aufgrund von Simulationen wird davon ausgegangen, dass auch eine Verlegung der Kollektorrohre in der darunterliegenden Sauberkeitsschicht für die Anwendung der Erdsondenregeneration möglich ist. In diesem Projekt wird zum ersten Mal ein rezyklierbarer Asphaltkollektor für die Regeneration von Erdsonden gebaut, vermessen und optimiert.
Textes supplémentaires
Publikationen / Ergebnisse
In Gebieten mit einer hohen Dichte an Erdwärmesonden müssen diese regeneriert werden, damit das Erdreich durch den Wärmeentzug im Lauf der Jahre nicht auskühlt. Ein Demonstrationsprojekt im Zürcher Oberland hat nun ein neuartiges Konzept getestet, das die Wärme von asphaltierten Plätzen für die Regeneration der Sonden nutzt. Fazit: Wärmekollektoren im Asphalt funktionieren, haben bisher aber noch recht hohe Kosten.
Schlussbericht
Das Projekt AsphaltReg ist eine Begleitung zu dem Projekt «Asphaltkollektor EW Wald AG, Neubau Betriebsgebäude», durchgeführt von der Kriesi Energie GmbH, der Flückiger & Bosshard AG und der EW-Wald AG. Hierbei wurde erstmals in der Schweiz ein rezyklierbarer Asphaltkollektor erfolgreich in einer Betonschicht etwa 14 cm unterhalb der Oberfläche des Asphalts in Betrieb genommen. Durch diese Bauweise bleibt die vollständige Recyclingfähigkeit des Asphalts erhalten und die Kollektoren werden mechanisch geschützt. AsphaltReg beschäftigt sich vor allem mit der thermischen Analyse und Modellentwicklung. Projektentwicklung, Systemintegration, Kollektorbetrieb und Konstruktion sind Teil der Kriesi Energie GmbH und deren Partner. Erste Auswertungen konnte aufzeigen, dass diese Kollektoren sich sehr gut für die Regeneration von Erdwärmesonden (EWS) eignen. Dies kann einen wichtigen Beitrag zur langfristigen Stabilität und Effizienz von Wärmepumpensysteme darstellen, aber auch Einsparungen in der Erdsondenlänge bedeuten, oder geringere Abstände von Sonden ermöglichen, was vor allem in dichtbesiedelten Gebieten wichtig sein kann. Das Demonstrationsprojekt beim EW Wald umfasst 17 Kollektormodule mit insgesamt 262 m² Fläche, die an ein Erdsondenfeld mit sechs Sonden angeschlossen wurden. Die Messungen in den ersten beiden Betriebsjahren bestätigen die Funktionstüchtigkeit des Konzepts und weisen einen spezifischen Ertrag von über 200 kWh/m²·a nach, was vergleichbar mit Regenerationsleistung von PVT-Modulen oder unverglasten thermischen Kollektoren ist. Damit konnte das Erdsondenfeld im Jahr 2024 zu über 100 % regeneriert werden, wodurch die Temperatur im Erdreich stabilisiert, und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe konstant hochgehalten wird. Eine Modellerstellung und Analyse mit Polysun haben ergeben, dass die JAZ auch über einen Zeitraum von 50 Jahren 4.5 beträgt. Thermische transiente Analysen zeigten zudem, dass insbesondere der Rohrabstand ein Optimierungspotenzial birgt, um die Leistung pro Fläche weiter zu steigern. Des Weiteren konnte aufgezeigt werden, dass die Leistung des Kollektors mit fast 30 kW/K sehr stark von dem Temperaturunterschied Erdreich – Wärmeträgerfluid abhängt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass für den effizienten Betrieb von Asphaltkollektoren niedrige Erdsondentemperaturen wichtig sind, da die Effizienz mit zunehmender Fluidtemperatur stark abfällt. Ein weiterer Aspekt des Projekts war die Kostenbewertung. Die erste Realisierung führte aufgrund der Prototypfertigung mit geschweissten Rahmen und hochwertigen Materialien noch zu relativ hohen spezifischen Kosten (≈ 415 – 511 CHF/m²). Im Vergleich mit den Benchmarks aus der RegenOpt-Studie wurde jedoch deutlich, dass der Asphaltkollektor schon heute konkurrenzfähig ist, wenn die Kosten der Asphaltierungsarbeiten selbst nicht berücksichtigt werden. Simulationen und Skaleneffekte deuten darauf hin, dass bei Serienfertigung und optimierten Bauprozessen Kostensenkungen von rund 40 % realistisch sind, wodurch Asphaltkollektoren langfristig zu den kostengünstigsten Regenerationstechnologien zählen könnten. Die Ergebnisse belegen, dass Asphaltkollektoren nicht nur eine technisch robuste, sondern auch eine wirtschaftlich attraktive Option zur Regeneration von Erdwärmesonden darstellen – insbesondere in dicht bebauten Gebieten, wo Regeneration gemäss SIA 384/6 verpflichtend ist. Durch die einfache Integration bieten sie ein grosses Multiplikationspotenzial für die Wärmewende im Gebäudebereich, vor allem wenn keine100%-ige Regenration angestrebt wird, da diese sich negativ auf Kosten und Effizienz der Regeneration auswirkt.
Détails du projet
- Office de recherche
- BFE
- Statut du projet
- Abgeschlossen
- Type de projet
- Forschungsprojekt
- Date de début
- 2022-10-14
- Date de fin
- 2025-12-30
- Coûts totaux approuvés
- CHF 127000.00
- Section
- Geoenergie
- Domaine politique NABS
- Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie