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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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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Kühlen wird zum neuen Heizen

Temperaturabweichung Österreich

Klimageräte in Privathaushalten

heute: 1,6 Mrd. 2050: 5,6 Mrd.

Quelle: www.zamg.at/histalp

Quelle: G. Christiner, SESWA, Wien 16. Mai 2018

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Ziel der Klimastrategie: 100% erneuerbarer Strom

Ziel

100% erneuerbar

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Herausforderung

Unregelmäßiger Anfall von Energie aus Sonne und Wind

ERNEUERBARER STROM UND VERBRAUCH IN NIEDERÖSTERREICH

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Wind, Sonne, … Schwankende Strompreise

Dunkelflaute!

Sturmtief!

Deutsche Energieproduktion

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“Energiespeicher Beton als Micro-Energy-Hubs”

Die Lösung: Gebäude als Speicher

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

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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

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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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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Gemeindezentrum Hallwang, Salzburg

Quelle: www.kulturzentrum-hallwang.at/raum-mieten/

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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

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©Firma Aichinger Hoch- und Tiefbau, NÖ

Die kostengünstigste thermische Batterie der Welt?

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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

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Monitoring – Ergebnisse

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Beton speichert Windkraft

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Heizen: Anteil von Wind(überschuss)strom für Wärmepumpe (mittlere Raumtemperatur 23,1°C)

Beton-

speicher 90%

normal 71%

Monitoring – thermische Behaglichkeit – Winter

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Raumtemperatur Winter 2017

Wohnzimmer (EG)

Schlafzimmer (1. Stock)

Monitoring - Temperatur August 2018

Außentemperatur

Wohnzimmer- temperatur

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Außen: Hitzewellen Innen: behagliche Temperatur

Monitoring – thermische Behaglichkeit – Sommer

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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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Energiespeicher Beton

Schlüsselelement Beton: Wohnpark Wolfsbrunn in Sommerein

Bauteilaktivierung für sinnvollen Einsatz erneuerbarer Energien ohne höhere Kosten

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POTENTIAL UND AUSBLICK

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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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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

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 spaun@zement.at

Die TBA ist ein ungehobener „Schatz“ für die CO2-Reduktion des Gebäudesektors!

Forschungsergebnisse und Datengrundlagen: http://zement.at/services/publikationen/energiespeicher-beton