Nullenergiestadt - Bad Aibling Erfahrungen aus der messtechnischen Untersuchung eines dezentral gespeisten, solaren Nahwärmenetzes Workshop im Rahmen des EnEff:Stadt PL-Meetings am 12.05.2015 Gefördert durch Gliederung Kurzeinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 2 Gliederung Kurzeinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 3 Nullenergiestadt – Bestand bis 2004 Seit den 1930er Jahren militärische Nutzung (GER, nach 1945: USA) 70 ha Gesamtfläche 52 Gebäudekomplexe 72.000 m² Nutzfläche 2 Sporthallen ausgedehnte Sportfreiflächen Öl-/Gasversorgtes Nahwärmenetz (ca.19 MW) Letzte Nutzung: Abhörstation der US Armee (Echelon) Vogelperspektive (Süd) ehemalige US-Kaserne Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 4 Nullenergiestadt – heute Konzentration der „Nullenergiestadt“ auf das Nordareal mit ca. 20 ha Gesamtfläche ca. 20 Gebäuden ca. 30.000 m² Nutzfläche Reduzierung des Energiebedarfs durch Sanierung von Bestandsgebäuden Neubauten in Holzbauweise bis Passivhausniveau Wärmeversorgung durch Gasversorgtes (1,2 MW) Nahwärmenetz im Süden Hackschnitzel Heizhaus (0,5 MW) im Norden Vogelperspektive (Nord) der Nullenergiestadt Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz ca.740 m² Solarthermie Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 5 Gliederung Kurzeinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 6 Solares Nahwärmenetz – Nord (Übersicht) Hackschnitzelkessel (500kW) Solarthermie (740m²) Wärmepumpe (10x) Elektrische TWW-Erwärmung (6x) Spitzenlast (Gas) (1,2 MW) Solarspeicher (15 & 60 m³) Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 7 Betriebskonzept Solares Nahwärmenetz Winter Sommer 4 2 1 WP Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz 3 WP WP Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 8 Betriebskonzept „NT-Wärmenetz“ 3 Betriebszustände des NT-Wärmenetzes: Winter: Sommer: Übergang: Vorteile Hackschnitzel + Gas mit TVL >70°C Solar mit TVL > 25° + WP (Anhebung auf > 63°C) Mischbetrieb TVL 25-75°C des NT-Wärmenetzes (Sommerbetrieb – „solares Netz“): Reduzierung der Netzverteilverluste im Sommer durch niedrige Netztemperaturen Erhöhung der Solarerträge durch niedrigere Kollektoreintrittstemperaturen o „Solarertragssteigerung“ Hohe Arbeitszahlen der WP o JAZ > 4 Besonderheit des NT-Wärmenetzes: Der übliche Bilanzierungsansatz für WP ist hier nicht anwendbar „Sole“ der WP ist das Wärmenetz o wird gespeist durch Biomasse, Gas und Solar! Pewo Energietechnik: „Wärmeversorgung Konzept“ V 13.3 Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 9 Gliederung Kureinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Netzbetrieb Sommer Betriebsverhalten Solaranlagen Bilanzierung von Wärmepumpen Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 10 Netzverhalten im Sommer Netzverluste in Abhängigkeit der Netztemperatur: Verlustleistung T-Netz 0 30 18,49 40 38,05 50 57,61 60 77,16 70 Netzabhängiger TWW-Wärmebedarf im Sommer (Tagesmittel): 2013: ~40kW 2014: ~60 kW o Neubau von ca. 2500 m² Wohnfläche (City of Wood) o Sanierung von ca. 1500 m² Hotelzimmer Betriebszustand Sommer: 2013: T-Netz tlw. bis auf 20° 2014: T-Netz ~35-40° Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz je nach Solarangebot bis 60° je nach Solarangebot bis 65-70° Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 11 Netzverhalten im Sommer Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 12 Netzverhalten im Sommer 2013 Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 13 Netzverhalten im Sommer 2014 Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 14 Gliederung Kureinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse und Erfahrungen der ersten Messjahre Netzbetrieb Sommer Betriebsverhalten Solaranlagen Bilanzierung von Wärmepumpen Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 15 Ergebnisse Solaranlagen Mittlerer Solarertrag: 205 kWh/m²Kolla (ca. 140 – 375 kWh/m²Kolla) Ziel: 300-400 kWh/m²Kolla tlw. hohes Optimierungspotential Gesamt Solarbeitrag der Nullenergiestadt bei etwa bei 4%: tlw. verschattete Kollektoren, nur 740 statt 2000m² Kollektor 180m² mit Ost/West Ausrichtung Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 16 Optimierung der Solareinspeisung Solare Einspeisung Sommer 2012: 471h von 8760h (bzw. 5%) beträgt die Kollektortemperatur über 110°C ! Häufige Übertemperaturen am Kollektor zwischen 9:00 und 15:00 Uhr (UTC ! Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 17 Optimierung der Solareinspeisung Optimierung der Einspeisung Solar seit 08/2013 Deutliche Reduzierung der Übertemperaturen am Kollektor! Kollektortemperaturen Sommer 2013 und 2014 2014: Anzahl Stunden mit 110°: ca. 90h Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 18 Gliederung Kurzeinführung „Konversion einer Militärbrache zur Nullenergiestadt“ Betriebskonzept solares Nahwärmenetz Ergebnisse der ersten Messjahre Netzbetrieb Sommer Betriebsverhalten der Solaranlagen Bilanzierung von Wärmepumpen Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 19 Bilanzierungsansatz Wärmepumpen Bilanzierungsansatz z.B. nach DIN EN 14511 in der Nullenergiestadt nicht anwendbar da keine reine Umweltwärmenutzung ! Zugrunde gelegte Annahmen: Zusatznutzen bzw. COP der WP im Gesamtsystem nur durch o Solarertragssteigerung (vgl. Pewo Konzept) o reduzierte Netzverluste (aufgrund geringerer Netztemperaturen) Damit ergibt sich der COP der WP zu: D.h. ohne Solarertragssteigerung und verringerte Netzverluste liegt der COP bei 1,0 ! Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 20 Bilanzierungsansatz Wärmepumpen Ergebnis: Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 21 Fazit und offene Fragen Fazit: Erträge der Solaranlagen noch hinter den Erwartungen Optimierungsmaßnahmen in 2013 bringen sichtbare Ertragssteigerung Konzept des solaren Sommerbetriebs prinzipiell möglich o allerdings sind Flächen nicht ausreichend o Solarspeicher bringen in derzeitiger Konstellation keinen Nutzen Arbeitszahlen der WP im Bereich der Erwartungen Offene Fragen: Wahl der minimalen Netztemperaturen? Wie lassen sich Netztemperaturen in einem dynamischen „Solarnetz“ darstellen? Haben solche Betriebskonzepte eine Zukunft? Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 22 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit ! Kontakt: Dipl.-Ing.(FH) Rafael Botsch M.Sc. Hochschule für angewandte Wissenschaften Fachhochschule Rosenheim Abteilung Forschung und Entwicklung Hochschulstr. 1 83024 Rosenheim Tel.: +49 (0) 8031/805-2691 Fax: +49 (0) 8031/805-2697 [email protected] Monitoring Nullenergiestadt – Solares Nahwärmenetz Prof. Mathias Wambsganß / M.Sc. Rafael Botsch Folie 23
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