„nachhaltige technologien 1|2018“

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden mit Hilfe eines neu entwickelten, ganzheitlichen Simulations- modells in Trnsys unterschiedliche Niedertemperatur- netzkonfigurationen unter Einbindung von erneuerba- ren Energien im Neubau analysiert und verglichen. Die Motivation für die Simulationsstudie war dadurch geben, dass derartige Wärmenetze aufgrund der in- dividuellen Nutzeranforderungen, der vielfältigen Einbindungsmöglichkeiten von erneuerbaren Energi- en sowie der Vielzahl an möglichen Regelungsstrate- gien äußerst komplex sind und daher schwer analy- sierbare Systeme darstellen. Systembeschreibung Das in der Simulationsstudie untersuchte exergieop- timierte Mikro-Wärmenetz versorgt über eine Zentrale insgesamt sechs Gebäude mit einer konditionierten Fläche von 1.652 m² mit unterschiedlicher Nutzung (vier Wohngebäude, zwei Bürogebäude) und Nieder- temperatur-Wärmeabgabesystemen (Fußbodenhei- zung). Die Gesamtheizlast für alle Gebäude beträgt ca. 169 kW. Die Versorgung des Netzes erfolgt mit einer zentralen Sole-Wasser-Wärmepumpe, welche quellenseitig mit einem horizontalen Erdreichflachkollektor gekoppelt ist. Die Wärmepumpe speist dabei das Mikronetz mit einer Länge von 170 Trm (Trassenmeter). Dabei wird zwischen der Energiebereitstellung für Heizung und für Warmwasserbereitung im Netz unterschieden. In der Basisvariante wird Heizenergie über das Netz nur bei Anforderung in der Heizperiode (1. Oktober bis 30. April) bereitgestellt. Für die Deckung des Warm- wasserbedarfs in den Wohngebäuden wird das Tem- peraturniveau des Netzes innerhalb zweier Ladezyk- len täglich von 38°C (Temperaturniveau Heizung) auf 63°C erhöht. Als Heizungsunterstützung wurden solar- thermische Anlagen mit je 35,6 m² Bruttokollektorflä- che auf den Dächern der Wohngebäude angebracht. Des Weiteren wurden auf den beiden Bürogebäuden PV-Anlagen mit je 15 kWp installiert 5, 6 . Im Rahmen der Simulationsstudie wurden außer dem Basissystem zwei weitere Varianten betrachtet, wo- bei die Auswahl auf Grundlage einer vorab durchge- führten wirtschaftlichen Bewertung weiterer mögli- cher Systemvarianten erfolgte. Die untersuchten Systemvarianten unterscheiden sich vom Basissys- tem in folgenden Punkten: • Systemvariante A: Keine Ladezyklen der Warmwas- serspeicher im Sommer über das Mikronetz, sondern über eine dezentrale E-Patrone in den Warmwasser- Speichern mit dem Ziel einer Reduktion der Wärme- verluste im Mikronetz • Systemvariante B: Möglichkeit einer direkten Küh- lung aus dem Erdreich in den Übergangs- bzw. Som- mermonaten (Free-Cooling) mit dem Ziel der aktiven Regeneration des Erdreichs. Ergebnisse Für das Basissystem zeigt die Abbildung die Auftei- lung der Wärmemengen sowie der eingesetzten elek- trischen Energiemengen. Für die Heizung werden ca. 45 %, für die Warmwasserbereitung ca. 25 %, für die Kühlung der Bürobauten ca. 19 % der eingesetzten Energie verwendet. Die Verluste des Gesamtsystems betragen ca. 11 % und ergeben sich aus den Wärme- verlusten des Mikronetzes sowie den Wärmeverlus- ten der Gebäude, der Pufferspeicher und der Rohrlei- tungen in den Gebäuden. Bezüglich der elektrischen Aufteilung auf Gesamtsys- temebene kann gesagt werden, dass der größte Anteil mit mehr als zwei Drittel auf die zentrale Wärmepum- pe entfällt. Weiters folgen die elektrischen Aufwände für die Kältemaschinen und die Pumpenergien für die Bereitstellung der Heiz- und Warmwasserenergie, was sich in mehr als ca. einem Viertel der verbrauchten elektrischen Energie niederschlägt. Der restliche elek- trische Energiebedarf von ca. 5 % teilt sich auf die Pumpenergien der Kühlung, der Regelungseinheiten für alle Anlagenkomponenten und den elektrischen Energiebedarf für die Lüftungsanlage auf. Verteilung der Wärmemengen (links) bzw. der elektrischen Energien (Betrieb der Anlage, rechts) für das Basissystem 5 Hengel, F., Amon, S., Langerwisch, S., Heschl, Ch. (2017): Ganz- heitliche Systemsimulation eines Low-Exergie-Mikronetzes, enova-Kon- gress 2017 der Fachhochschule Burgenland am Standort Pinkafeld 6 Amon, S. (2017) LowEx - Erstellung und Untersuchung eines Simulationsmodells von einem exergieoptimierten Mikro-Wärmenetz der 4. Generation. 69% 15% 11% 2% 1% 1% 1% elektrische Energie der Wärmepumpe für WW&Heizung elektrische Energie der Kältemaschine Pumpenergie für Warmwasser und Heizung Pumpenergie für Kühlung elektrische Energie der Regelungseinheit für Warmwasser und Lüftung elektrische Energie der Regelungseinheit für Kühlung elektrische Energie der Lüftung 23 22 NETZGEBUNDENE WÄRMEVERSORGUNG 11% 45% 25% 19% Heizung Warmwasser Kühlung Verluste