Alle fortgeschrittenen Methoden in GHEtool erfordern ein stündliches Lastprofil, das in der Regel in den frühen Entwurfsphasen nicht verfügbar ist. Doch gerade in dieser frühen Entwurfs- und Machbarkeitsphase werden Konzepte entschieden und ist eine tiefere Kenntnis des geothermischen Potenzials nützlich. Heute haben wir dieses Problem gelöst, indem wir Ihnen die Möglichkeit geben, in Sekundenschnelle ein stündliches Bedarfsprofil zu erstellen!
Vorteile eines stündlichen Lastprofils
Wir haben in der Vergangenheit schon oft darüber diskutiert, was der Vorteil eines stündlichen Lastprofils ist (wie in unserem letzten Artikel hier). Stundenprofile enthalten wichtige Informationen darüber, wie ‘spitz’ der Heiz- und Kühlbedarf des Gebäudes ist und wann diese Spitzen typischerweise auftreten. So kann beispielsweise unterschieden werden, ob es sich um ein Gebäude mit einem langsamen Emissionssystem (z. B. einer Fußbodenheizung) oder um ein Gebäude handelt, in dem Heizung und Kühlung hauptsächlich über das Lüftungsgerät erfolgen. Diese stündlichen Informationen sind daher wichtig für optimieren. oder hybride Systeme zu simulieren, oder an aktive und passive Kühlung kombinieren mit dem geothermischen Bohrfeld.
Abgesehen davon, dass diese Informationen für die fortgeschrittenen Methoden in GHEtool erforderlich sind, gibt es auch das Problem der Gleichzeitigkeit (das wir in unserer vorheriger Artikel) in kollektiven Systemen. Wenn mehrere Verbraucher an ein einziges kollektives Sondenfeld angeschlossen sind, ist die resultierende Spitzenleistung auf dem Sondenfeld in der Regel niedriger als die Gesamtsumme aller Spitzenanforderungen. Dies liegt daran, dass nicht alle Gebäude gleich sind und die Bewohner ein unterschiedliches Verhalten zeigen. Der prozentuale Anteil des installierten Bedarfs im Vergleich zum Spitzenbedarf wird als Gleichzeitigkeit bezeichnet.
Aufgrund dieser Gleichzeitigkeit kann die Leistung, für die Sie Ihr Bohrlochfeld auslegen, manchmal kleiner ausfallen, insbesondere bei größeren Gemeinschaftsanlagen mit mehr als 100 Einheiten. Bei geothermischen Anlagen ist jedoch nicht nur der Spitzenbedarf, sondern auch die Spitzendauer wichtig. Durch die Verwendung eines stündlichen Lastprofils ist es nun möglich, diese genauer abzuschätzen und die Auslegung von Sammelanlagen einfacher und zuverlässiger als je zuvor zu gestalten.
Im nächsten Abschnitt erläutern wir die Methodik, die hinter diesem stündlichen Lastprofilgenerator steht, und zeigen Ihnen anschließend, wie einfach er in GHEtool Cloud zu verwenden ist.
Methodik
Es sollte klar sein, dass stündliche Lastprofile einen weitaus besseren Einblick in geothermische Entwürfe bieten, aber normalerweise werden sie auf der Grundlage von dynamischen Gebäudesimulationen erstellt, die sehr viele Informationen, Zeit und Geld erfordern. Diese drei Dinge sind in der Regel in der Anfangsphase nicht verfügbar. Deshalb haben wir eine Methode entwickelt, um ein stündliches Lastprofil zu erstellen, das nur auf den folgenden Eingaben basiert:
- Jährlicher Heizungs-/Kühlungsbedarf des/der Gebäude(s)
- Jährlicher Spitzen-Heiz-/Kühlbedarf des Gebäudes/der Gebäude
- Installierte Stromheizung/-kühlung des Gebäudes/der Gebäude
- Wetterprofil (EPW oder ortsabhängig)
!Hinweis
Die installierte Leistung kann sich vom jährlichen Spitzenbedarf unterscheiden. Stellen Sie sich ein Gebäude mit einem Spitzenbedarf von 12 kW vor, in dem aber nur eine Wärmepumpe mit 10 kW installiert ist, oder umgekehrt. Dies ist vor allem bei kollektiven Systemen mit hoher Gleichzeitigkeit wichtig, da es die Dauer des Spitzenbedarfs beeinflusst.
Heiz- und Kühlgradtage
Die Idee hinter dieser Methode ist, dass der Heiz- und Kühlbedarf mit der Außenlufttemperatur zusammenhängt, wie im Fall der Heiz- und Kühlgradtage (weitere Informationen finden Sie hier).
- Ausgehend von einer Wetterdatei und einer anfänglichen Schwellentemperatur, bei deren Überschreitung die Heizung einsetzt, erhält man ein stündliches Profil. Die höheren Werte treten in den Stunden auf, in denen die Temperatur niedriger ist und somit die Differenz zwischen der Temperatur und dem Schwellenwert am größten ist. Zu diesen Zeitpunkten ist auch der höchste Spitzenbedarf zu erwarten. Die gleichen Überlegungen lassen sich auch auf den Kühlbedarf anwenden.
- Anschließend wird dieses stündliche Profil mit dem jährlichen Energiebedarf (der ein Input ist) skaliert, um eine stündliche Last zu erstellen, die den gleichen jährlichen Bedarf wie das Gebäude hat.
- Schließlich sollte die Spitzenleistung überprüft werden. Weicht die Spitzenleistung des Profils vom Spitzenbedarf des Gebäudes ab, wird die Temperaturschwelle so angepasst, dass die Heizung früher oder später einsetzt, und der zweite Schritt wird wiederholt.
!Hinweis
Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass in Schritt 2 der Spitzenheizbedarf in unserem Profil größer ist als der tatsächlich geschätzte Bedarf. In diesem Fall nehmen wir an, dass das Heizen zu spät in der Saison beginnt, da die Nachfrage zu konzentriert ist, was zu hohen Spitzenleistungen führt. Durch Herabsetzen der Temperaturschwelle, bei der die Heizung einsetzt, wird das Stundenprofil verbreitert, und nach einer Neuskalierung werden die Spitzenleistungen reduziert.!Hinweis
In diesem Schritt geht es immer noch um den tatsächlichen Gebäudebedarf, daher wird der Spitzenbedarf und nicht die installierte Leistung verwendet.
- Schließlich kann es vorkommen, dass sowohl unser jährlicher Energiebedarf als auch unser Spitzenbedarf mit dem Profil übereinstimmen, die tatsächlich installierte Spitzenleistung aber geringer ist. In diesem Fall wird die Spitzenleistung auf die installierte Leistung begrenzt und die Last wird zeitlich verschoben. Wenn wir zum Beispiel einen Spitzenbedarf von 10 kW haben, aber nur eine installierte Leistung von 8 kW, dann wird 1 kW in die Stunde davor und 1 kW in die Stunde danach verschoben. Wenn in dieser Stunde auch ein höherer Bedarf als 8 kW besteht, wird die Last weiter in der Zeit verschoben, was indirekt die Dauer der Spitze erhöht.
!Hinweis
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Methode eine gute erste Schätzung eines realistischen stündlichen Lastprofils liefert, aber natürlich hängt dies sehr stark vom Gebäude selbst ab. Faktoren wie die Komforttemperatur und das Belegungsverhalten werden bei der beschriebenen Methode nicht berücksichtigt. Daher sollte diese Methode nicht als Ersatz für dynamische Gebäudesimulationen verwendet werden, sondern als Ergänzung in der Anfangsphase.
Stündliche Lastgenerierung mit GHEtool Cloud
In diesem Abschnitt gehen wir kurz darauf ein, wie Sie Ihre eigene stündliche Last in GHEtool mit der oben beschriebenen Methode erstellen können.
Unter der Registerkarte Wärmebedarf finden Sie eine Schaltfläche ‘Stundenlast erstellen’. Diese Schaltfläche ist nur sichtbar, wenn Sie nicht bereits ein stündliches Lastprofil hochgeladen haben. Wenn Sie auf diese Schaltfläche klicken, wird die folgende Registerkarte geöffnet.
Wie in der obigen Methodik beschrieben, benötigen wir zur Erstellung dieses stündlichen Profils eine Wetterdatei, die entweder manuell hochgeladen oder anhand des Standorts gefunden werden kann.
!Hinweis
Das typische meteorologische Jahr wird auf der Grundlage des PVGIS-Projekts erstellt, das die ganze Welt abdeckt und online frei zugänglich ist unter dieser Link.
Für einen einzelnen Nutzer und ein kollektives System sind die Eingaben dieselben: Sie benötigen eine Schätzung der Spitzenleistung beim Heizen und Kühlen sowie eine Schätzung des jährlichen Heiz- und Kühlbedarfs für das gesamte Projekt. Wenn Sie ein Sammelsystem auswählen, haben Sie die Möglichkeit, die Anzahl der angeschlossenen Benutzer einzugeben, um die Gleichzeitigkeit zu berechnen. Andernfalls können Sie die installierte Leistung auf einen Wert einstellen, der über oder unter dem Bedarf des Gebäudes liegt.
Nachstehend finden Sie eine erzeugte Stundenlast für einen Heizbedarf von 15 kW.
!Hinweis
Zu Ihrer Information sind auch die Schwellenwerte für die Heiz- und Kühlgrade angegeben. Dies ist das Ergebnis der Methode, die verwendet wird, um ein Profil mit der gleichen Spitzenleistung und dem gleichen jährlichen Energiebedarf zu erhalten, und nicht eine strenge Temperatureinstellung am Thermostat. Wenn also in der obigen Abbildung angezeigt wird, dass die Kühlung bei über 14,4 °C beginnt, wird damit einfach der Beginn der Kühlperiode auf der Grundlage der von Ihnen eingegebenen Spitzenleistung und des jährlichen Kühlbedarfs festgelegt. Wenn Sie der Meinung sind, dass dieser Schwellenwert zu niedrig ist, können Sie entweder Ihren Spitzenkühlbedarf erhöhen oder Ihren jährlichen Kühlbedarf senken, um den Schwellenwert zu erhöhen und die Kühlsaison effektiv zu verkürzen.
Für das untenstehende Profil wurde eine installierte Leistung von 12 kW für die Heizlast eingestellt. Wie Sie sehen können, sind beide Temperaturschwellen gleich, da sich der Bedarf des Gebäudes nicht geändert hat, aber das Profil sieht etwas anders aus. Die Spitzenleistung wird im Winter rasiert, was zu einer längeren Spitzendauer bei einer geringeren Spitzenleistung führt.
Fazit
In diesem Artikel wurde eine neue, aber sehr leistungsfähige Funktion in GHEtool besprochen, mit der ein stündliches Lastprofil mit nur wenigen Einstellungen erstellt werden kann. Der Vorteil ist, dass bereits in der Anfangsphase die fortschrittlicheren Methoden von GHEtool zur Verfügung stehen und die Gleichzeitigkeit kollektiver Systeme berücksichtigt werden kann, ohne auf komplizierte und teure dynamische Gebäudesimulationen angewiesen zu sein.
Literaturverzeichnis
- Sehen Sie sich unsere Videoerklärung auf unserer YouTube-Seite an, indem Sie klicken hier.