Welches Energiekonzept ist für ein Gebäude mit TBA grundsätzlich möglich?
Für die Versorgung großvolumiger städtischer Gebäude/Quartiere zeigen wissenschaftliche Untersuchungen, dass es vielfach möglich ist, den Bedarf für die Konditionierung durch die Nutzung der Potentiale am Standort zu decken: Sonne, Geothermie, Abwärme etc. Die TBA kann dabei als flexibles System wesentliche Funktionen übernehmen. Bei Siedlungen kann dabei die Verteilung mittels Anergienetz, also eines NiedertemperaturVerteilnetzes, an das verschiedene Wärmequellen sowie Wärmesenken angeschlossen sind, erfolgen. Auch der Einsatz von Hybridkollektoren (Solarthermie plus PV, PVT) ist hier eine Option,1
A. NUTZUNG VON LOKAL ERZEUGTER ERNEUERBARER ENERGIE
Durch die Speicherfähigkeit und die geringe Betriebstemperatur ist die Bauteilaktivierung prädestiniert für die Nutzung lokal erzeugter erneuerbarer Energie, welche durch diese Kombination zu einem hohen Maße auch lokal verbraucht werden kann (hoher Eigenverbrauchsgrad), was u.a. zur Entlastung von Netzinfrastrukturen führen kann. Es sind Deckungsgrade des Raumheizungsbedarfs bis 100% möglich. Die möglichen Systemkombinationen können grob in lokale Strom und lokale Wärmeerzeugung unterteilt werden.
Lokale Wärmeerzeugung – Solarthermie
Mit Hilfe von Solarthermie-Anlagen kann Wärme einfach und langfristig kosteneffizient lokal produziert werden, da die niedrigen Betriebstemperaturen der Bauteilaktivierung für hohe Wirkungsgrade der Sonnenkollektoren sorgen. Die Einbindung der Solarthermie in das Gesamtwärmeversorgungssystem kann direkt oder indirekt erfolgen, wie die Abbildung zeigt.
Lokale Stromerzeugung – Photovoltaik, Kleinwind- oder Kleinwasserkraft
Lokal erzeugter Strom kann mit Hilfe einer Wärmepumpe in Wärme umgewandelt werden. Durch die niedrigen Systemtemperaturen sind gute Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpe erreichbar. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass der sommerliche Stromertrag für die Produktion bzw. Verteilung von Kühlenergie eingesetzt werden kann.
B. NUTZUNG VON ERNEUERBAREM „ÜBERSCHUSSSTROM“ AUS DEM STROMNETZ
Durch den steigenden Anteil von erneuerbarem Strom in den Netzen kommt es schon heute zu lokalen Stromüberschüssen. Diese können in Kombination mit Wärmepumpen als Wärme oder Kälte in Bauteilaktivierung gespeichert werden. Dies entlastet die (lokalen) Netzinfrastrukturen und bringt zukünftig für den Nutzer Kostenvorteile durch flexible Stromtarifmodelle.
Wärmepumpen können die Wärme für Beheizung und Warmwasser aus der Luft, aus Grundwasserbrunnen oder Erdwärme-Tiefensonden beziehen. Die Nutzung des Grundwassers ist wasserrechtlich geregelt.
Im Allgemeinen wird in Österreich, vor allem in Ballungsgebieten, ein signifikanter Grundwassertemperaturanstieg festgestellt.2 Demnach wäre eine Wärmeentnahme weniger problematisch als allfällige Erwärmung im Kühlfall.
Ab einer Tiefe von rund 10 bis 20 Metern herrscht im thermisch nicht genutzten Untergrund das ganze Jahr über eine gleichmäßige Temperatur von 10 bis 12 °C. Die entzogene Erdwärme wird im Heizfall mit Hilfe einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Kühlfall wird Wärme ins Erdreich eingebracht, damit kann im Sommer das Sondenfeld mit Abwärme regeneriert werden. Die Strom-Direktheizung einer TBA ist im Vergleich zu Wärmepumpenheizungen deutlich energieintensiver, da die Wärmepumpe mit den für TBA typischen niedrigen Systemtemperaturen sehr günstige Jahresarbeitszahlen erreicht.
C. VERSORGUNG DURCH MIKRO-, NAHUND FERNWÄRMENETZE
Bauteilaktivierte Gebäude stellen auch für Nah-und Fernwärmenetze ein Flexibilisierungspotential dar. Erzeugungsspitzen durch erneuerbare Wärmeerzeuger im Wärmenetz können in diese dezentralen Speicher eingebracht bzw. zeitlich bekannten Lastspitzen kann durch rechtzeitiges Bespielen der Bauteile entgegengewirkt werden. Dies führt zusätzlich zu einer Erhöhung der Leistungskapazitäten von bestehenden Wärmeerzeugeranlagen.
Auch im Zusammenhang mit netzgebundener Wärmeversorgung stellt die niedrige Betriebstemperatur von Bauteilaktivierung einen Vorteil dar: bauteilaktivierte Gebäude können aus dem Rücklauf der Fernwärme versorgt werden, was zu einer Erhöhung der Netz-Leistungskapazitäten durch daraus resultierende größere Temperaturdifferenz zwischen Netzvor- und -rücklauf führt. Auch hier entstehen zukünftig dem Nutzer Kostenvorteile durch flexible Wärmetarifmodelle. Die Nutzung von Abwärme stellt insbesondere über Mikronetze zu benachbarten Gebäuden (Rechenzentren, Supermärkte, etc.) ein interessantes Potential dar.3
1 https://nachhaltigwirtschaften.at/resources/sdz_pdf/schriftenreihe-2016-19_urban-pvgeotherm.pdf
2 https://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/publikationen/REP0328.pdf
3 https://www.klimaaktiv-elearning.at/Lernplattform/course/view.php?id=45#section-5
Direkt
Hier wird die Solaranlage direkt mit der Bauteilaktivierung verbunden, sprich die Bauteilaktivierung von dem Solarmedium durchströmt. Der fehlende Wärmetauscher bietet den Vorteil, dass die Solaranlage auf einem sehr niedrigen Betriebstemperaturniveau betrieben werden kann, wodurch der Wirkungsgrad höher ist als bei Verwendung eines Wärmetauschers. Nachteilig ist hingegen, dass üblicherweise eine Anbindung an die Nachheizung schwieriger ist und dass die Bauteilaktivierung vor einer Überhitzung gesichert werden muss (gut regelbares High Flow Konzept).
Indirekt
Die Solaranlage ist über einen Wärmetauscher mit dem System verbunden. Die Bauteilaktivierung wird in diesem Fall üblicherweise aus dem Pufferspeicher versorgt, welcher als hydraulische Weiche eingesetzt wird.
