Im Zuge der Arbeit sollen verschiedene Methoden zur Speicherung thermischer Energie diskutiert und analysiert werden. Der Fokus liegt in den Möglichkeiten der Speicherung thermischer Energie in Hinblick auf den kommunalen Wohnbau, insbesondere großvolumiger Wohnhausanlagen. Es sollen Lösungen für Bestandsobjekte im dicht verbauten, städtischen Raum betrachtet werden, welche im Zuge von Sanierungen eingeplant bzw. realisiert werden können.
Erneuerbare Energien sind zwar in hohem Maß vorhanden, allerdings nicht immer dann, wenn sie benötigt werden. Um die fossile bzw. konventionelle Energieversorgung nicht nur zu entlasten, sondern drastisch zu reduzieren, ist der Energiespeicher der Schlüssel zur Energiewende.
Die thermische Speicherung ist neben dem bekannten Heißwasserspeicher auch mit anderen Medien möglich. Für die Speicherung großer Wärmemengen kann die Erde als Speichermedium dienen, wie ein Aquiferspeicher oder Erdsondenspeicher. In Kanada wurde ein ganzes Dorf, genannt „Drake Landing“, mit thermischen Solarkollektoren und einem 42.875 m3 großen Erdsondenspeicher 2007 erbaut und damit eine energieautarke Wärmeversorgung realisiert. Die große Masse des Erdspeichers, versorgt durch Solarkollektoren, benötigte einige Jahre um eine Kernspeichertemperatur von 80°C zu erreichen.
Seit 2013 wird dieses Dorf, bestehend aus 52 Einfamilienhäuser, autark mit Wärme für Warmwasser und Heizung versorgt. Zu untersuchen ist, ob ein saisonaler Wärmespeicher im dichtverbauten kommunalen Wohnbau im Zuge von Generalsanierungen sinnvoll einzusetzen ist. Nach Auswahl eines Wohnblocks mit 60 Wohneinheiten mussten wegen Platzmangels und vollflächiger Tiefgarage unter den Wohnblocks die Erdspeichervarianten ausgeschieden werden. Eingesetzt kann ein Heißwasserspeicher werden. Um realistische Wärmeeinspeisewerte zu erhalten, wird von einer 500 m² großen Solarkollektoranlage, am Dach des Wohnblocks, die Wärme generiert.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Ziel des Projektes
- 3. Grundlagen
- 3.1. Typologie der Energiespeicher
- 3.2. Thermische Energiespeicher
- 3.3. Thermodynamik - Reversibilität
- 3.3.1. Relevante Größen der Thermodynamik
- 3.3.2. Zustandsformen
- 3.3.3. Erster Hauptsatz der Wärmelehre
- 3.3.4. Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre
- 3.3.5. Reversible und irreversible Vorgänge
- 3.3.6. Entropie
- 4. Speichertechnologien für thermische Energie
- 4.1. Sensible Wärmespeicherung
- 4.2. Latente Wärmespeicherung
- 4.3. Thermochemische Wärmespeicherung
- 5. Wärmedämmung
- 6. Bauformen sensibler Speicher
- 7. Speichermedien
- 7.1. Speicher mit festem Medium
- 7.1.1. Erdsonden
- 7.1.2. Erdkollektor
- 7.1.3. Fundamentspeicher
- 7.1.4. Thermisch aktive Bauteile
- 7.1.5. Speicherheizungen
- 7.2. Speicher mit flüssigen Medien
- 7.2.1. Warmwasserspeicher
- 7.2.2. Speicher im Hochtemperaturbereich
- 7.2.3. Aquiferspeicher
- 7.1. Speicher mit festem Medium
- 8. Betrachtung bereits realisierter Projekte
- 8.1. Wärmespeicher Theiss, EVN
- 8.2. Hochdruck Wärmespeicher Simmering
- 8.3. Drake Landing als Beispiel einer fast autarken Wärmeversorgung
- 8.3.1. Generierung der solaren Energie
- 8.3.2. Energiezentrum
- 8.3.3. Erdsondenspeicher
- 8.3.4. Fernwärmenetz
- 8.3.5. Energieeffiziente Häuser
- 8.3.6. Messwerte
- 9. Implementierung von Wärmespeichern im kommunalen Wohnbau bei Großsanierungen
- 9.1. Auswahl einer Wohnhausanlage
- 9.1.1. Infrastrukturelle und geologische Voraussetzungen
- 9.1.2. Einflussfaktoren im kommunalen Wohnbau
- 9.1.3. Förderungen
- 9.1.4. Rechtliche Rahmenbedingungen
- 9.1.5. Auswahl des thermischen Energiespeichers
- 9.1. Auswahl einer Wohnhausanlage
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Masterarbeit untersucht die Sinnhaftigkeit des Einsatzes thermischer Energiespeicher im großvolumigen Wohnbau im Rahmen von Generalsanierungen. Im Fokus steht die Frage, ob eine saisonale Wärmeversorgung mittels solcher Speicher unter realistischen Bedingungen in dicht bebautem Gebiet realisierbar ist.
- Bewertung verschiedener Speichertechnologien
- Analyse der praktischen Umsetzbarkeit im kommunalen Wohnbau
- Untersuchung der Wirtschaftlichkeit
- Einflussfaktoren wie Platzbedarf und Infrastruktur
- Bewertung bestehender Projekte
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der thermischen Energiespeicher und deren Bedeutung im Kontext der Energiewende ein. Es beschreibt die Herausforderungen der schwankenden Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und die Notwendigkeit von Speichern zur Gewährleistung einer zuverlässigen Energieversorgung. Die Arbeit fokussiert auf die Fragestellung der saisonalen Wärmespeicherung im kommunalen Wohnbau bei Generalsanierungen.
3. Grundlagen: Hier werden die Grundlagen der Thermodynamik, relevante Größen und die Typologie der Energiespeicher erläutert. Es wird ein umfassendes Verständnis für thermische Energiespeicher geschaffen, welches die spätere Analyse der verschiedenen Speichertechnologien und deren Eignung für den vorgesehenen Anwendungsfall ermöglicht. Die Kapitel 3.3.1 bis 3.3.6 befassen sich im Detail mit den physikalischen Prinzipien der Wärmelehre und deren Relevanz für die Energiespeicherung.
4. Speichertechnologien für thermische Energie: In diesem Kapitel werden verschiedene Technologien zur thermischen Energiespeicherung vorgestellt – sensible, latente und thermochemische Speicherung. Die jeweiligen Vor- und Nachteile werden gegenübergestellt, um eine fundierte Grundlage für die spätere Auswahl eines geeigneten Speichertyps für die Anwendung im Wohnbau zu schaffen. Die verschiedenen Prinzipien werden ausführlich erklärt und ihre Eignung für großvolumige Anwendungen bewertet.
7. Speichermedien: Dieses Kapitel beschreibt detailliert verschiedene Speichermedien für thermische Energie, unterteilt in feste und flüssige Medien. Es werden Erdsonden, Erdkollektoren, Fundamentspeicher, thermisch aktive Bauteile, Speicherheizungen, Warmwasserspeicher, Hochtemperaturspeicher und Aquiferspeicher erläutert, wobei die jeweiligen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten im Fokus stehen. Der Vergleich der verschiedenen Optionen liefert wichtige Kriterien für die Auswahl eines geeigneten Mediums für die geplante Anwendung.
8. Betrachtung bereits realisierter Projekte: Hier werden exemplarisch bereits realisierte Projekte zur thermischen Energiespeicherung vorgestellt. Das Beispiel von Drake Landing dient als besonders relevantes Beispiel für eine fast autarke Wärmeversorgung mittels Solarkollektoren und Erdsondenspeicher. Die Analyse dieser Projekte liefert wertvolle Erkenntnisse für die eigene Untersuchung und die Beurteilung der Machbarkeit im untersuchten Kontext.
9. Implementierung von Wärmespeichern im kommunalen Wohnbau bei Großsanierungen: Dieses Kapitel beschreibt die Auswahl einer konkreten Wohnhausanlage für die Fallstudie. Es werden infrastrukturelle und geologische Voraussetzungen, Einflussfaktoren im kommunalen Wohnbau, Fördermöglichkeiten und rechtliche Rahmenbedingungen berücksichtigt. Die Auswahl des geeigneten thermischen Energiespeichers wird detailliert erläutert und begründet. Die Herausforderungen und Möglichkeiten der Implementierung werden eingehend analysiert.
Schlüsselwörter
Thermische Energiespeicher, saisonale Wärmespeicherung, Energiewende, erneuerbare Energien, kommunaler Wohnbau, Generalsanierung, Heißwasserspeicher, Erdsondenspeicher, Solarkollektoren, Wirtschaftlichkeit, Raumangebot, Fördermöglichkeiten.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Masterarbeit: Thermische Energiespeicher im kommunalen Wohnbau
Was ist das Thema der Masterarbeit?
Die Masterarbeit untersucht die Sinnhaftigkeit des Einsatzes thermischer Energiespeicher im großvolumigen Wohnbau bei Generalsanierungen. Im Fokus steht die Frage, ob eine saisonale Wärmeversorgung mittels solcher Speicher unter realistischen Bedingungen in dicht bebautem Gebiet realisierbar ist.
Welche Aspekte werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Speichertechnologien, die praktische Umsetzbarkeit im kommunalen Wohnbau, die Wirtschaftlichkeit, Einflussfaktoren wie Platzbedarf und Infrastruktur sowie die Bewertung bestehender Projekte. Sie umfasst eine detaillierte Betrachtung der Thermodynamik, verschiedener Speichermedien (fest und flüssig) und die Implementierung in einem konkreten Fallbeispiel.
Welche Speichertechnologien werden untersucht?
Die Arbeit untersucht sensible, latente und thermochemische Wärmespeichertechnologien. Es werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Technologien im Detail erläutert und verglichen.
Welche Speichermedien werden betrachtet?
Die Arbeit betrachtet verschiedene Speichermedien, darunter Erdsonden, Erdkollektoren, Fundamentspeicher, thermisch aktive Bauteile, Speicherheizungen, Warmwasserspeicher, Hochtemperaturspeicher und Aquiferspeicher. Die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten der jeweiligen Medien werden ausführlich beschrieben.
Welche konkreten Projekte werden analysiert?
Die Arbeit analysiert unter anderem das Projekt Drake Landing als Beispiel einer fast autarken Wärmeversorgung mittels Solarkollektoren und Erdsondenspeicher. Weitere Projekte wie der Wärmespeicher Theiss (EVN) und der Hochdruck-Wärmespeicher Simmering werden ebenfalls betrachtet.
Wie wird die Implementierung im kommunalen Wohnbau behandelt?
Die Arbeit beschreibt die Auswahl einer konkreten Wohnhausanlage für eine Fallstudie. Dabei werden infrastrukturelle und geologische Voraussetzungen, Einflussfaktoren im kommunalen Wohnbau, Fördermöglichkeiten und rechtliche Rahmenbedingungen berücksichtigt. Die Auswahl des geeigneten thermischen Energiespeichers wird detailliert erläutert und begründet.
Welche Grundlagen der Thermodynamik werden behandelt?
Die Arbeit behandelt grundlegende thermodynamische Prinzipien, darunter relevante Größen der Thermodynamik, Zustandsformen, den ersten und zweiten Hauptsatz der Wärmelehre, reversible und irreversible Vorgänge sowie die Entropie.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Schlüsselwörter sind: Thermische Energiespeicher, saisonale Wärmespeicherung, Energiewende, erneuerbare Energien, kommunaler Wohnbau, Generalsanierung, Heißwasserspeicher, Erdsondenspeicher, Solarkollektoren, Wirtschaftlichkeit, Raumangebot, Fördermöglichkeiten.
Wo finde ich den vollständigen Inhaltsverzeichnis?
Der detaillierte Inhaltsverzeichnis ist im Dokument enthalten und umfasst Kapitel zu Einleitung, Zielsetzung, Grundlagen der Thermodynamik, Speichertechnologien, Wärmedämmung, Bauformen sensibler Speicher, Speichermedien, Betrachtung realisierter Projekte und der Implementierung im kommunalen Wohnbau.
Welche Zielsetzung verfolgt die Arbeit?
Die Arbeit zielt darauf ab, die Sinnhaftigkeit und Machbarkeit der saisonalen Wärmespeicherung im kommunalen Wohnbau bei Generalsanierungen zu untersuchen. Die Wirtschaftlichkeit und die Berücksichtigung von Faktoren wie Platzbedarf und Infrastruktur spielen dabei eine wichtige Rolle.
- Quote paper
- Wolfgang Kopp (Author), 2016, Sind thermische Energiespeicher im großvolumigen Wohnbau im Zuge von Generalsanierungen sinnvoll einzusetzen?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/355196
