Sind thermische Energiespeicher im großvolumigen Wohnbau im Zuge von Generalsanierungen sinnvoll einzusetzen?

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

1.1. Wirkungsweise Photosynthese

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 thermischer Energie

4.1. Sensible Wärmespeicherung

4.2. Latente Wärmespeicherung

4.3. Thermochemische Wärmespeicherung

5. Wärmedämmung

6. Speichermedien

7. Bauformen sensibler Speicher

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

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

10. Schlussfolgerung

10.1. Kosten / Nutzenanalyse

10.1.1. Betrachtung der reinen Speicherkosten

11. Zusammenfassung

12. Ausblick

13. Literaturverzeichnis

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht die Sinnhaftigkeit und technische Umsetzbarkeit der Implementierung von saisonalen thermischen Energiespeichern im Zuge von Generalsanierungen bei großvolumigen Wohnbauten im dicht verbauten städtischen Raum, wobei insbesondere die Herausforderungen bei der Integration in Bestandsobjekte und der ökonomische Nutzen analysiert werden.

• Grundlagen der Thermodynamik und Speichermedien
• Analyse verschiedener Speichertechnologien (sensibel, latent, thermochemisch)
• Untersuchung realisierter Speicherprojekte (z. B. Drake Landing, Kraftwerk Theiss)
• Bewertung von Sanierungsmaßnahmen im kommunalen Wohnbau
• Kosten-Nutzen-Analyse und Wirtschaftlichkeitsberechnungen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Beschreibt die fundamentale Rolle von Energiespeichern für zukünftige Energiesysteme und führt die Photosynthese als natürlichen, historischen Speicherprozess ein.

2. Ziel des Projektes: Definiert das Ziel, Methoden der thermischen Energiespeicherung für den großvolumigen kommunalen Wohnbau bei Sanierungen zu analysieren.

3. Grundlagen: Erläutert physikalische Definitionen von Energiespeichern sowie relevante thermodynamische Größen wie Arbeit, Leistung und Entropie.

4. Speichertechnologien für thermischer Energie: Unterscheidet zwischen sensibler, latenter und thermochemischer Wärmespeicherung hinsichtlich ihrer Funktionsweise und Energiedichte.

5. Wärmedämmung: Behandelt die Bedeutung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) zur Minimierung von Energieverlusten bei Speichern.

6. Speichermedien: Analysiert verschiedene Medien wie Wasser, Öl oder Feststoffe basierend auf Wärmekapazität, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit.

7. Bauformen sensibler Speicher: Stellt technische Varianten vor, von Erdsonden und Erdkollektoren bis hin zu Fundamentspeichern und aktivierten Bauteilen.

8. Betrachtung bereits realisierter Projekte: Analysiert Praxisbeispiele wie die Kraftwerke Theiss und Simmering sowie das autarke kanadische Projekt "Drake Landing".

9. Implementierung von Wärmespeichern im kommunalen Wohnbau bei Großsanierungen: Untersucht die Auswahl einer spezifischen Wohnhausanlage und die praktischen Hürden wie Geologie, Recht und Anwohnerinteressen.

10. Schlussfolgerung: Zieht Bilanz aus der Kosten-Nutzen-Analyse und bewertet die wirtschaftliche Amortisation von saisonalen Speichern in Bestandsobjekten.

11. Zusammenfassung: Fasst die zentralen Erkenntnisse über die technische und ökonomische Machbarkeit saisonaler Wärmespeicher im dicht verbauten Wohnbau zusammen.

12. Ausblick: Erörtert zukünftige Potenziale für Speichertechnologien bei abweichenden Rahmenbedingungen und geologischen Voraussetzungen.

13. Literaturverzeichnis: Listet die verwendeten Quellen und Referenzen der Arbeit auf.

Schlüsselwörter

Energiespeicher, Wärmespeicherung, Thermische Energiespeicher, Großvolumiger Wohnbau, Generalsanierung, Solarkollektoren, Erdsondenspeicher, Fernwärme, Thermodynamik, Wärmekapazität, Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Saisonspeicher, Kurzzeitspeicher, Energieautarkie.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Master Thesis grundlegend?

Die Arbeit untersucht, ob und unter welchen Bedingungen saisonale thermische Energiespeicher sinnvoll im dicht verbauten städtischen Wohnbau bei umfassenden Sanierungsmaßnahmen eingesetzt werden können.

Welche zentralen Themenfelder deckt die Untersuchung ab?

Zentral sind die physikalischen Grundlagen der Wärmespeicherung, die Analyse unterschiedlicher Speichertechnologien (sensibel, latent, chemisch) sowie eine praxisnahe Kosten-Nutzen-Analyse für Wohnhausanlagen.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?

Das primäre Ziel ist die Beantwortung der Forschungsfrage, ob die nachträgliche Implementierung von saisonalen Wärmespeichern im kommunalen Wohnbau im Zuge von Sanierungen ökonomisch und technisch sinnvoll ist.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit kombiniert theoretische Analysen der Thermodynamik mit einer Fallstudie an einer spezifischen Wohnhausanlage, inklusive technischer Auslegung des Speichervolumens und einer detaillierten Amortisationsberechnung.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Im Hauptteil werden sowohl theoretische Speicherkonzepte (Medien, Bauformen) als auch bereits realisierte Großprojekte analysiert, bevor eine detaillierte Simulation für ein konkretes Wiener Wohngebäude durchgeführt wird.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit am besten?

Wärmespeicherung, saisonale Speicher, kommunaler Wohnbau, Generalsanierung, Wirtschaftlichkeitsanalyse und thermische Energie sind die zentralen Begriffe.

Warum ist die Integration eines Speichers in das Gebäude oft schwierig?

Aufgrund der Dimensionen (wie z.B. 1.289 m³ Volumen) und der statischen Anforderungen ist eine Integration in bestehende Gebäude meist unmöglich, weshalb oft ein Platzbedarf neben dem Gebäude entsteht.

Welche Rolle spielt die Tiefgarage bei der Standortwahl?

Bei der untersuchten Anlage verhindert die vollflächige Unterbauung durch eine Tiefgarage großflächige Erdspeicher-Varianten, da Bohrungen die Statik gefährden könnten.

Wie bewertet der Autor die wirtschaftliche Amortisation?

Die Amortisationsdauern sind mit 36 bis 58 Jahren sehr lang, was den nachträglichen Einbau in den untersuchten Wohnbauten aktuell als nicht zielführend einstuft.