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Präsentation Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung GEOSOL präsentiert von Peter Biermayr (TU-Wien,

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1 Präsentation Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung GEOSOL präsentiert von Peter Biermayr (TU-Wien, Energy Economics Group), Herr Apfler, Herr Santz (HTL Wiener Neustadt) unter der Mitwirkung von Gregor Götzl, Julia Weilbold, Anna-Katharina Brüstle (Geologische Bundesanstalt) und Gerald Stickler (HTL Wiener Neustadt) Ein Forschungsprojekt im Rahmen des Forschungsprogramms Sparkling Science, gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung

2 Inhalt Inhalt der Präsentation: 1. Motivation, Fragestellung und Methode 2. Beispiele für GEOSOL-Fallstudien 3. Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen

3 Motivation Untersuchungsleitende These Saisonale Wärmespeicherung ist die Schlüsseltechnologie für eine vollsolare Wärmeversorgung im Niedertemperatur- bereich. Rahmenbedingungen: wirtschaftlich umsetzbar ökologisch verträglich kompatibel mit der Gesellschaft der Zukunft und dem Haus der Zukunft Innovationspotenzial für die heimische Wirtschaft

4 Fragestellung Das GEOSOL-Modellsystem

5 Fragestellung Forschungsfragen Allgemein: Erfolgsfaktoren für das GEOSOL-Modellsystem? Drei Hauptziele: 1.Eignung von oberflächennahen geothermischen Speichern (langfristig, dynamisch). 2.Technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen für das GEOSOL-Modellsystem. 3.Analyse der praktischen Umsetzbarkeit anhand von Fallstudien im Großraum Wiener Neustadt.

6 Fragestellung Forschungsfragen - Details Welche Gebäudestrukturen kommen in Frage (Qualität, Größe, Dichte, Wärmebedarf, Temperatur) Welche geologischen Formationen eignen sich? Welche Quellen-/Senkentypen eignen sich? Innovationsbedarf bei technischen Komponenten? Faktoren für wirtschaftlichen Betrieb? Passen die rechtlichen Rahmenbedingungen? Ökologische Auswirkungen?

7 Methoden Wesentliche Methoden Analyse internationaler Erfahrungen Simulation eines Modellsystems (unterirdische und oberirdische Komponenten, Raster: 1h, Zeitraum 5a Untersuchung von konkreten Fallstudien Beiträge der HTL Wr. Neustadt Ausarbeitung von Fallstudien (Erhebungen, Berechnungen) Errichtung einer Projekthomepage Konzept für ein Feldlabor erneuerbare Energie- Technologien an der HTL

8 GEOSOL-Fallstudien Muggendorf Gutenstein Maiersdorf Ternitz Raach am Hochgebirge Wiener Neustadt Quelle: Geologische Bundesanstalt

9 GEOSOL-Fallstudien Fallstudie Maiersdorf Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas

10 Fallstudie Maiersdorf Kennwerte der Gebäude Gebäude Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen (kWh/m³a) Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Fläche (kWh/m²a) Gemeindeamt20,18104 Vereinshaus125,33420 Kindergarten (Altbau)20,4766 Kindergarten (Neubau)21,9075

11 Fallstudie Maiersdorf Theoretischer Ertrag der Solaranlagen Gebäude Kollektorfläche (m²) Kollektorertrag (kWh/a) Gemeindeamt Vereinshaus Kindergarten (Altbau) Kindergarten (Neubau)

12 Fallstudie Maiersdorf

13 GEOSOL-Fallstudien Fallstudie Muggendorf Luftbild: NÖ Landesregierung, NÖ-Atlas

14 Fallstudie Muggendorf Wärmebedarf der Gebäude Gebäude Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Volumen (kWh/m³a) Spezifischer Heizwärmebedarf Bezug: Fläche (kWh/m²a) Altbau31,14225 Neubau22,89186

15 Fallstudie Muggendorf Theoretischer Ertrag der Solaranlagen Gebäude Kollektorfläche (m²) Kollektorertrag (kWh/a) Altbau157, Schuppen

16 Fallstudie Muggendorf

17 Vorläufige Ergebnisse Wärmespeicherung vs. -entzug T VL = 70°C / - 2°C, Jahr 1: Wärmespeicherung; Jahr 2: Wärmeentzug Einzelsonde! Wärmespeicherung um Faktor 2.5 > als Wärmeentzug Langfristiger Wärmeentzug (Fernfeld) problematisch! Wärmespeicherung im Jahr 1 bewirkt Leistungs- erhöhung um 30% bei anschließendem Wärmeentzug gegenüber konventionellen Wärmeentzug

18 Vorläufige Ergebnisse Temperaturen im sondennahen Bereich Wechselbetrieb Wärmespeicherung - Heizen, Simulationsdauer: 5 Jahre Starke Beeinflussung des Untergrundes beschränkt sich auf das direkte Sondenumfeld. In Distanz von 3 Meter Erwärmung des Untergrundes nach 5 Jahren nur ca. 5°C. Sukzessive Aufwärmung des sondennahen Untergrundes infolge des ungenügenden Wärmeentzug während den Heizphasen.

19 Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern Einzelsonde (Ladung u. Entladung) T x T0T0 Saisonale Welle, Verluste! x y z x Verluste nach unten Verluste nach oben Nicht wieder- gewinnbar!

20 Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern 1 Lade- u. 3 Entladesonden Optimaler Sondenabstand: Homogener Untergrund? Bodenbeschaffenheit? Grundwasser? Grundwasser mit Strömung?

21 Vorläufige Ergebnisse Anordnung von Sondenfeldern Variable Ladung/Entladung: kurzfristige Schwankungen: alle Sonden langfristige (saisonale) Überschüsse in den zentralen Sonden!

22 Vorläufige Erkenntnisse Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (1): Geeignete Gebäudestrukturen: NT-WVTS aber mit nicht zu geringem Wärmebedarf (Investkosten der Bohrungen). Horizontale Erdkollektoren sind für die saisonale Speicherung ungeeignet (Oberflächenverlust 50%). Die Beladung des Sondenspeichers ist unproblema- tisch, die Entladung ist die Herausforderung. Eine thermische Übersättigung des Bohrlochs bei der Ladung ist nicht feststellbar.

23 Vorläufige Erkenntnisse Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (2): Die Speichereffizienz ist bei Einzelsonden gering – Lösung durch Sondenfelder! Dadurch Lösungen erst ab kritischem Wärmebedarf (Wirtschaftlichkeit). Die Effizienzperformance steigt mit den Betriebsjahren (vgl. sinkt bei reiner Entnahme). Geltende rechtliche Bestimmungen (Temperaturen im Boden) werden nur im Nahfeld der Sonde (r=1m) verletzt (Anpassung erforderlich).

24 Vorläufige Erkenntnisse Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen (3): Die technische Machbarkeit zeichnet sich ab, die Wirtschaftlichkeit der Lösungen muss noch untersucht werden (kurz-, mittel- u. langfristig). Erste Ergebnisse aus den Fallstudien sind motivierend. Innovationschancen für die österreichische Wirtschaft sind gegeben!

25 GEOSOL Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Peter Biermayr, TU-Wien, Informationen im Web: oder


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