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Potentialstudie thermischer Lastverschiebung in großvolumigen Wohngebäuden unter Einsatz von Wärmepumpe, Solarthermie und Photovoltaik

Potential study of thermal load transfer in spacious residential buildings using thermal heat pump, solar thermal power and photovoltaics

  • Die Gebäudeenergieversorgung mittels kombinierter Erneuerbarer Energiesysteme wird in Zukunft häufiger realisiert werden. Dies liegt unter anderem am Fokus der aktuellen Energiepolitik, an der wachsenden Akzeptanz der Bevölkerung und an einer ständigen Verbesserung der Wohngebäudeeigenschaften. Die volatile Charakteristik des erneuerbaren Energieangebots stellt eine Herausforderung dar. Thermische Lastverschiebung ermöglicht es, durch die Speicherung thermischer Energie, Zeiten mit geringem Energieertrag zu überbrücken. Es werden in dieser Masterarbeit drei Methoden zur Lastverschiebung mittels Simulation einer Referenzwohnanlage mit 31 Wohnungen untersucht. Die Gebäudesimulation wird hierfür mit TRNSYS durchgeführt, die Simulation zum Vergleich der unterschiedlichen Methoden mit Polysun. Die untersuchten Methoden sind die Regeneration des Erdsondenfeldes einer Geothermiewärmepumpe, die Anhebung der Maximaltemperatur sensibler Wärmespeicher, sowie die Anhebung der Raumtemperatur in der Referenzwohnanlage. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sondenregeneration eine effektive Methode zur Steigerung der Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe und des solaren Deckungsbeitrags darstellt. Die Sondentemperatur kann im Referenzfall zeitweise sogar auf ein höheres Niveau angehoben werden. Durch die zusätzliche Kombination mit einer Erhöhung der Speichermaximaltemperatur, bei hohem solarthermischem Ertrag, kann eine weitere Steigerung der JAZ erreicht werden. Die Solarthermieanlage kann so den größten Temperaturbereich nutzen, was auch die solare Deckungsrate weiter anhebt. Die thermische Gebäudeaktivierung weist das größte Potential für die Steigerung des PV-Eigenverbrauchs auf und verbessert die JAZ der Wärmepumpe durch den vermehrten Betrieb im Niedertemperaturbereich bedeutend; Jedoch wächst der Heizwärmebedarf (HWB) für die untersuchte Referenzwohnanlage aufgrund der Raumtemperaturüberhöhung (RTÜ) dermaßen, dass sie den Benefit der zusätzlich genutzten erneuerbaren Energie übersteigt und diese Methode zur thermischen Lastverschiebung daher nicht empfehlenswert ist. Da die thermische Gebäudeaktivierung in dieser Studie für bestimmte Gebäudeeigenschaften und mittels Fußbodenheizung realisiert ist, wird darauf hingewiesen, dass die Ergebnisse nur bedingt übertragbar sind und bei veränderten Gebäudeeigenschaften stark abweichen können.
  • In the future realizing the energy supply of buildings, using renewable energy systems will increase. A reason for this incline can be found in the steady improvement of building technology, such as the decrease of the energy demand by improving insulation standards or using more effective energy supply systems. The volatile characteristics of energy generation is a major challenge when using renewable energies. By thermal load transfer the thermal energy can be stored in times of low supply from renewable energy systems up to a certain extend. In this study three different methods of thermal load transfer are being evaluated. The building simulation is implemented in TRNSYS, while the simulation of control strategies is realized in Polysun. The examined methods are firstly the regeneration of the geothermal probe of a geothermal heat pump, secondly raising the maximum temperature in the heat storage tanks and lastly increasing the room temperature of the reference residential buildings, as well a combination of all three stated methods. The results show that the probe regeneration effectively increases the annual performance factor of the heat pump and the solar thermal coverage of energy needs. In the reference case the probe temperature can even be increased temporarily to a higher level. An additional increase of the annual performance factor can be achieved by combining the probe regeneration and raising the maximum storage temperature in times of high renewable energy yield. Here, the solar thermal plant can use an enlarged range of temperature, which also increases the coverage rate further and is therefore recommended for the reference system. The raising of the room temperature has the most potential for the increase of the photovoltaic self-consumption rate and improves the annual performance factor of the heat pump through the expanded use in the low temperature range significantly. However, the load transfer increases the demand for heat in the examined reference residential building so much, that it exceeds the benefit of the renewable energy which additionally have been made usable. Therefore, this method is not recommended in that case. As the thermal building activation is here only realized for certain building features and only via underfloor heating, it must be noticed, that the results are only partly transferable, as they differ with different building features. Therefore, it is recommended, that this method is simulated and evaluated separately for each different use case.

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Metadaten
Verfasserangaben:Laura Rauschenbach
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-3197
Betreuer:Christian Meusburger
Dokumentart:Masterarbeit
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2019
Veröffentlichende Institution:FH Vorarlberg
Titel verleihende Institution:FH Vorarlberg
Datum der Freischaltung:11.12.2019
Freies Schlagwort / Tag:Gebäudesimulation; Polysun; Thermische Lastverschiebung; Transys
Seitenanzahl:VII, 74
DDC-Sachgruppen:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 690 Hausbau, Bauhandwerk / 697 Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik
Open Access?:ja
Studiengänge:Energietechnik und Energiewirtschaft
Lizenz (Deutsch):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz