Die neue Maschine ist ein weiterer Mosaikstein in der effizienten und umweltfreundlichen W?rme- und K?lteversorgung des Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerbergs und hilft, den Verbrauch fossiler Energien und den CO2-Ausstoss weiter zu senken.
Im Herbst 2023 haben die Abteilungen Immobilien, Facility Services und Engineering & Systeme im Untergeschoss des HEZ-Geb?udes auf dem Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerberg eine grosse K?ltemaschine/W?rmepumpe in Betrieb genommen. Der thermodynamische Kreislaufprozess funktioniert dabei prinzipiell gleich, unabh?ngig davon, ob K?lte und/oder W?rme produziert wird (siehe Kasten "W?rmepumpe einfach erkl?rt").
Die HEI 15 (siehe Bild oben) ist eine beeindruckende Anlage mit einer W?rmeleistung von bis zu 3.2 MW bzw. einer K?lteleistung von maximal 2.8 MW. Im Winter, wenn der W?rmebedarf hoch ist, liefert die W?rmepumpe Heizungswasser von 50¡ã und 80¡ã Celsius. Die Standardausgabe zur K¨¹hlung betr?gt 6¡ã Celsius. Dank vier einzeln steuerbaren Verdichtern kann die Maschine an die aktuelle Nachfrage angepasst werden.
Eine zweite vergleichbare Anlage ist bereits geplant. F¨¹r mehr Flexibilit?t werden zudem zwei reine K?ltemaschinen dereinst das Netz erg?nzen. Die neuen Anlagen ersetzen sowohl alte, wenig effiziente K?ltemaschinen als auch bestehende, mit fossiler Energie betriebene Heizkessel.
W?rmepumpe einfach erkl?rt
W?rmepumpen nutzen Umweltw?rme zur Verdampfung eines K?ltemittels (zum Beispiel Ammoniak). Dies funktioniert je nach K?ltemittel auch bei kalten, ja sogar bei Minustemperaturen. In einem zweiten Schritt wird das gasf?rmige K?ltemittel verdichtet. Hierf¨¹r wird Strom ben?tigt. Bei der Kompression erhitzt sich das Gas. Ein W?rmetauscher ¨¹bernimmt die W?rmeenergie und leitet sie in den Heizkreislauf weiter. Dadurch k¨¹hlt das K?ltemittel ab, es verfl¨¹ssigt sich, wird anschliessend vom Druck befreit (entspannt) und erneut dem Kreislauf zugef¨¹hrt. Der Prozess zur K¨¹hlung funktioniert gleich, wobei die ¨¹bersch¨¹ssige W?rme auf einem h?heren Temperaturniveau an die Umgebung abgef¨¹hrt wird.
W?rmepumpen gelten als besonders effizient, weil sie ein Vielfaches der via Strom aufgenommenen Antriebsleistung als W?rmeleistung abgeben. Sie gelten zudem als umweltfreundlich, weil keine Verbrennung stattfindet und damit kein direktes CO2 oder Feinstaub produziert wird.
Integration ins Anergienetz
Alle K?ltemaschinen/W?rmepumpen sind in das Anergienetz (1) auf dem Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerberg integriert (siehe Grafik unten). Das Anergienetz umfasst einerseits ein dynamisches Erdspeichersystem (2), verbindet aber mit einer Ringleitung (5) auch s?mtliche Energiezentralen (3) der verschiedenen Geb?udebereiche (4) und erlaubt so die intelligente Vernetzung der W?rmequellen und -senken.
Auch die neue K?ltemaschine/W?rmepumpe HEI 15 nutzt diese Vorteile und w?hlt je nach K¨¹hl- oder Heizbedarf den Kalt- oder den Warmleiter (5) des Netzes. Dies senkt den Stromverbrauch bzw. steigert den Wirkungsgrad. Die Temperatur in den beiden Leitern unterscheidet sich stets um rund 4¡ã Celsius und schwankt zudem saisonal, um dem erh?hten K?ltebedarf im Sommer bzw. dem erh?hten W?rmebedarf im Winter Rechnung zu tragen.
Stefan Kollischan von der Zentralen Versorgung H?nggerberg erkl?rt: ?Als Gesamtsystem erm?glicht das Anergienetz mit den neuen K?ltemaschinen/W?rmepumpen eine hocheffiziente und umweltfreundliche W?rme- und K?lteversorgung.? Gleichzeitig steigt auch die Komplexit?t. Derzeit wird die Steuerungssoftware der HEI 15 f¨¹r den Einsatz auf dem H?nggerberg optimiert, da die vielen Parameter eine umfassende Einregulierung voraussetzen.
Das Anergienetz auf dem Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerberg
Das DownloadAnergienetz (PDF, 2.7 MB) ¨C ein dynamisches Erdspeichersystem und Niedertemperaturverteilnetz ¨C ist ein Leuchtturmprojekt der ETH Z¨¹rich und wurde im Jahr 2020 mit dem Schweizer Energiepreis Watt d¡¯Or ausgezeichnet. Die Planung begann 2006. 2013 wurde es in Betrieb genommen und seither laufend erweitert. Heute umfasst es f¨¹nf Energiezentralen, sogenannte Cluster. Der Endausbau wird 2040 erreicht.
Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung schreitet fort
Ziel der neuen K?ltemaschinen/W?rmepumpen ist es, die Abh?ngigkeit von fossilen Energietr?gern und den CO2-Ausstoss zu verringern. Bei hohen ?l- und Gaspreisen sind auch Kostenvorteile m?glich. In der Zukunft soll der W?rmebedarf f¨¹r Heizzwecke auf dem Ó¢»ÊÓéÀÖ H?nggerberg ganz ohne Gas und Heiz?l abgedeckt werden.
Dennoch wird die ETH auch weiterhin fossile Energietr?ger ben?tigen: Einerseits sind gewisse Prozesse auf hohe Temperaturen aus der Verbrennung angewiesen ¨C etwa die Erzeugung von Sterilisationsdampf oder der Brandsimulator ¨C andererseits verlangt die Versorgungssicherheit weiterhin nach einem Vorrat an fossilen Brennstoffen. So beherbergt die Energiezentrale auf dem H?nggerberg auch zwei grosse Dieselaggregate als Ersatzstromversorgung (ESV).
Neben der modernen K?ltemaschine/W?rmepumpe HEI 15 sind auf dem H?nggerberg daher weiterhin auch traditionelle W?rmeerzeuger in Betrieb. Bis im Jahr 2030 darf jedoch gem?ss den Vorgaben des Bundes grunds?tzlich keine Energie aus fossilen Quellen mehr eingesetzt werden. Um dieses Ziel sowie die Vorgaben des ETH Netto-Null-Programms zu erreichen, wird zurzeit intensiv am Energiekonzept der Zukunft gearbeitet. Dabei soll auch Carbon Capturing, also der Entzug von Emissionen aus dem Rauchgas von Verbrennungsprozessen, eine Rolle spielen.
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