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Windstrom speichern – in Beton! Die intelligente Verknüpfung von Windenergie-Produktion mit der Thermische Bauteilaktivierung
Dipl.-Ing. Sebastian Spaun, VÖZ 14. November 2018, eNu, St. Pölten
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Sebastian Spaun 1
Gebäude verschlingen 38 % des End-Energiebedarfs
Quelle: eurostat 2014
Energieverbrauch in der EU 2014
Haushalte 24,8%
Landwirtschaft 2,2%
Transport 33,3%
Industrie 25,9%
Sonstige 0,5%
Services 13,3%
38,1% Gebäude
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Sebastian Spaun 2
Kühlen wird zum neuen Heizen
Temperaturabweichung Österreich
Klimageräte in Privathaushalten
heute: 1,6 Mrd. 2050: 5,6 Mrd.
Quelle: www.zamg.at/histalp
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Quelle: G. Christiner, SESWA, Wien 16. Mai 2018
Sebastian Spaun 3
Ziel der Klimastrategie: 100% erneuerbarer Strom
Ziel
100% erneuerbar
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Sebastian Spaun 4
Herausforderung
Unregelmäßiger Anfall von Energie aus Sonne und Wind
ERNEUERBARER STROM UND VERBRAUCH IN NIEDERÖSTERREICH
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Sebastian Spaun 6
Wind, Sonne, … Schwankende Strompreise
Dunkelflaute!
Sturmtief!
Deutsche Energieproduktion
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Sebastian Spaun 7
“Energiespeicher Beton als Micro-Energy-Hubs”
Die Lösung: Gebäude als Speicher
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Stahlbewehrung
Beton
Rohrregister
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Bauteilaktivierung der Geschossdecke
Warum Beton? hohe Wärmeleitfähigkeit
hohes spezifisches Gewicht von 2,400 kg/m3
Warum Geschossdecke? Hervorragende Kühlung
Hervorragender Strahlungsaustausch
Sebastian Spaun 8
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Bauteilaktivierung-Eigenschaften
Flächenheizung: Oberflächentemperaturen nahe der Lufttemperatur nahezu reine Strahlungsheizung
hohe thermische Behaglichkeit
Fluidtemperatur in Rohren (Wasser): niedrige Temperaturen im Winter (< 30,0 °C) hohe Temperaturen im Sommer (> 20,0 °C)
TBA ist für die Nutzung erneuerbarer Energien bestens geeignet
Regelung : Einregelung nur am Anfang Selbstregelungseffekt
Sehr einfaches, robustes System
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Thermische Bauteilaktivierung – kosteneffizient!
Heat flow between 2 streamlines: 0,2 Wm-1
der überwiegende Teil der vom Rohrregister abgegebenen Wärme fließt in den Raum unter der Decke
Keine Änderung des Standardaufbaus!
Beton 20 cm (nahezu isotherm)
Trittschalldämmung
Estrich
Ausgleichsschicht
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Sebastian Spaun 10
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Bauteilaktivierung-Voraussetzungen
Ziel: ganzjährige Konditionierung eines Gebäudes allein mittels thermischer Aktivierung der Decken unter Wahrung hohen thermischen Komforts
Winter: max. Wärmeabgabeleistung ≤ 26 W/ m2
Sommer: max. Wärmeaufnahmeleistung ≤ 43 W/ m2
Niedrigstenergiehäuser (nzEH)sind für die ganzjährige Konditionierung mittels thermischer Aktivierung der Decken prädestiniert.
Bedingung in Hinblick auf thermischen Komfort: ≤Θ -Θas 4,0 K
… Oberflächentemperatur der aktivierten Decke
… Lufttemperatur im Raum
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Sebastian Spaun 11
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Gemeindezentrum Hallwang, Salzburg
Quelle: www.kulturzentrum-hallwang.at/raum-mieten/
Sebastian Spaun 12
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Gemeindezentrum Hallwang, Salzburg
Quelle: www.kulturzentrum-hallwang.at/raum-mieten/
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Energiespeicher Beton
ca.350 €/ 130m2
Monitoring 2016–2018:
Thermische Bauteilaktivierung funktioniert einwandfrei
Speicherung von Windkraft in Form von thermischer Energie in der Gebäudestruktur
Ein System zum Heizen und Kühlen
Sebastian Spaun 14
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©Firma Aichinger Hoch- und Tiefbau, NÖ
Die kostengünstigste thermische Batterie der Welt?
Sebastian Spaun 15
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Ganz gleichmäßige Temperaturen
• Heizlast ≤ 25 W/ m2
• Kühllast ≤ 40 W/ m2
• Niedrige Oberflächentemperaturen • Niedere Wassertemperatur 25 - 30 °C
Höchste thermische Behaglichkeit
Sebastian Spaun 16
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Monitoring – Ergebnisse
Sebastian Spaun 17
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Beton speichert Windkraft
Sebastian Spaun 18
Heizen: Anteil von Wind(überschuss)strom für Wärmepumpe (mittlere Raumtemperatur 23,1°C)
Beton-
speicher 90%
normal 71%
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Monitoring – thermische Behaglichkeit – Winter
Sebastian Spaun 19
Raumtemperatur Winter 2017
Wohnzimmer (EG)
Schlafzimmer (1. Stock)
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Monitoring - Temperatur August 2018
Außentemperatur
Wohnzimmer- temperatur
Sebastian Spaun 20
Außen: Hitzewellen Innen: behagliche Temperatur
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Monitoring – thermische Behaglichkeit – Sommer
Sebastian Spaun 21
Raumtemperatur Wohnzimmer Sommer 2017
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1. mehrgeschoßiger Wohnbau Wiens mit Bauteilaktivierung: MGG22
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1. mehrgeschoßiger Wohnbau Wiens mit Bauteilaktivierung: MGG22
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24
Energiespeicher Beton
Schlüsselelement Beton: Wohnpark Wolfsbrunn in Sommerein
Bauteilaktivierung für sinnvollen Einsatz erneuerbarer Energien ohne höhere Kosten
Sebastian Spaun 24
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POTENTIAL UND AUSBLICK
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26
1 m³ Beton + 4 K 2,67 kWh
Spezifisches Gewicht Beton: ca. 2.400 kg/m³ Volumsbezogene Wärmespeicherkapazität: 0,67 kWh/m³K 1 m³ Beton kann bei Erwärmung um 4 K eine Wärmemenge von 2,67 kWh abspeichern!
© Z+B/Aichinger
1 m² Betondecke (25 cm) kann somit 0,68 kWh Wärme speichern
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27
Betondecken als dezentrale Speicher
Neubauvolumen Wohnbau derzeit ca. 5 Mio. m² BGF p.a.
Geschätzt 4 Mio. m² Betondecken p. a.
© Z+B/Aichinger
Speicherkapazität: 2,67 GWh bei einmaliger Beladung
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28 Sebastian Spaun
ERNEUERBARER STROM UND VERBRAUCH IN NIEDERÖSTERREICH
Stromverbrauch
27 GWh Windüberschuß
10 Jahre Betondecken aktivieren…..
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Technical Trends and Innovation in the Construction Sector
Jérôme Stubler, VINCI Construction, 26. September 2018
2017 Key figures 800 companies Present in 100 countries 70,118 employees Revenue: €13,960m
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Keep it simple, wenn Du die Bautradition verändern willst!
Danke den Partnern und Förderern!
Eine Idee – so einfach wie genial
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Danke für die Aufmerksamkeit! Vereinigung der österreichischen Zementindustrie
GF Dipl.-Ing. Sebastian Spaun [email protected]
Die TBA ist ein ungehobener „Schatz“ für die CO2-Reduktion des Gebäudesektors!
Forschungsergebnisse und Datengrundlagen: http://zement.at/services/publikationen/energiespeicher-beton