Titelaufnahme

Titel
Langzeitwärmespeicher / von Istvan Kis
Weitere Titel
Long term heat reservoir
VerfasserKis, Istvan
Begutachter / BegutachterinBednar, Thomas ; Neusser, Maximilian
ErschienenWien, 2016
Umfang154 Seiten : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in englischer Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Langzeitwärmespeicher
Schlagwörter (EN)Long term heat reservoir
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-91584 Persistent Identifier (URN)
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Langzeitwärmespeicher [14.42 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Reduktion des Primärenergiebedarfes von Haushalten, welche einen wesentlichen Anteil am globalen Primärenergiebedarf haben. Es wird nach Möglichkeiten gesucht, Sonnenenergie in großen Speichermassen, wie Tiefenbohrungen und großen Warmwasserspeichern, bereitzuhalten. Das Ziel dieser Arbeit liegt darin, möglichst viel Solarenergie zu speichern, um möglichst wenig Primärenergie für die Wärmebereitstellung zu verbrauchen. Das Themengebiet der Wärmespeicherung wird mit unterschiedlichen Zugängen beschrieben und daraus folgende Problemstellungen aufgezeigt. Im Besonderen wurde auf die Zusammenfassung der physikalischen Grundprinzipien Wert gelegt, um die Grenzen der technischen Möglichkeiten aufzuzeigen. Zum allgemeinen Verständnis werden die bestehenden globalen Energieströme ebenfalls dargestellt. Plakativ werden für den österreichischen Energiehaushalt unterschiedliche alternative Energiequellen diskutiert, welche derzeit durch die Ökostromförderung ein verhältnismäßig hohes Wachstum am Markt besitzen. Durch die zunehmend komplexer werdende Aufteilung der Energieströme, müssen einfache Modelle geschaffen werden, um den Stromverbrauch und das Netzverhalten zu modellieren und in weiterer Folge zu bemessen. Im Zuge dieser Arbeit wurden Voruntersuchungen zur Speicherung der Sonnenenergie mit Hilfe von Warmwasserspeichern und Massenspeichern in Form von Tiefenbohrungen durchgeführt. Aufgrund der einfachen Umsetzung und der Bedingung, dass der Fokus auf Einfamilienhäusern liegt, wurden nähere Untersuchungen zur Speicherung der Sonnenenergie mit Hilfe von Tiefenbohrungen umgesetzt. Die Bestimmung des Speicherverhaltens von saisonal bewirtschafteten Solarenergiespeichern, setzt Kenntnisse zu den Anlagekomponenten, Gebäudebauteile und Rahmenbedingungen voraus. In dieser Arbeit wurde auf bereits validierter Modelle zurückgegriffen, welche im Zuge der früheren Forschungstätigkeit am Institut für Hochbau und Technologie, an der Technischen Universität Wien, entwickelt wurden. Einerseits wurde ein detailliertes Gebäudemodell verwendet und andererseits ein Modell für Tiefenbohrungen, wobei die vorhandenen Programme durch eine Vielzahl von Rand- und Übergangsbedingungen komplex zu begreifen sind. Außerdem arbeiten beide, zur Verfügung gestellten Modelle, in unterschiedlichen Simulationsschrittweisen, die aus physikalischer Sicht absolut unverträglich für Ergebnisgenauigkeit sind. Zur Bereitstellung eines geeigneten Modells, wurden die bestehenden Modelle abschnittsweise von MATLAB R2015b® (in Folge kurz: Matlab) in MATLAB R2015b- Simulink® (in Folge kurz: Simulink) eingebettet. Durch die graphische Darstellung in Simulink, in Form eines Petri-Netzes, werden in weiterer Folge der Überblick über das bestehende Modell sowie Adaptionsmöglichkeiten erleichtert und Schnittstellen zwischen Bauteilen klar ersichtlich. Dem Rechenprozess des Modells mussten durch die Implementierung in Simulink neue Arbeitsabläufe zugewiesen werden, wodurch die bestehenden Modelle abschnittsweise verglichen wurden. Nach der Berechnung eines Gebäudemodells mit halb synthetischen Klima Daten, wurde dieses Modell mit einem Referenzprojekt verglichen und ein vereinfachtes Modell erstellt, wodurch die Gesamtkosten der Anlage und das Einsparungspotenzial der Kohlendioxidemissionen in Zusammenwirkung mit einem Speichermodell bewertet werden konnten. Die Variation der Randbedingungen und der Anlagenkomponenten bieten Einblick zu möglichen Optimierungsmöglichkeiten und lassen Erkenntnisse zur Planung von neuen Gebäuden zu. Die gesamten bestehenden Bauteile und Regelmechanismen des detaillierten Gebäudemodells, konnten durch die zeitintensive Implementierung der vorgegebenen Modelle von Matlab zu Simulink mit den erforderlichen Funktionskontrollen nicht vollständig umgesetzt werden. Aufbauend auf das entwickelte Modell, können weitere Bauteile des bestehenden Gebäudemodells, eingegliedert und auf übersichtliche Weise zusätzliche Bauteile und Regelmechanismen ergänzt werden, um umfangreichere Studien durchzuführen. Außerdem können in weiterer Folge Erkenntnisse über die Auswirkung von externen Steuerungen von Heizungen über 'mart Grids' gewonnen werden und Abweichung der Simulationsergebnisse von detaillierten zu vereinfachten Gebäudemodellen, in Form von thermischen Netzwerken, ausgewertet werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The Master Thesis on hand deals with the reduction of primary energy requirement of households, which have an essential share on the global primary energy requirement. Possibilities are searched for to keep solar energy in big reservoirs such as depth drillings or big hot water reservoirs. The aim of this paper is to store as much solar energy as possible to use as less primary energy for warmth provision as possible. The topic of heat storage is being described in different ways and resulting problems are shown. On the basic laws of physics there was an attached importance, in particular to show the limits of what is technically possible. For general understanding the existing global energy fluxes are shown as well. For the Austrian energy budget different forms of alternative energy are being discussed strikingly because there is a proportionally high increase on the energy market because of the current sponsorship for green electricity. Because of the division of energy flux, which is getting complex more and more, there must be simple models to mold the electric power consumption as well as the behavior of the grid and to measure the results subsequently. In the course of this Master Thesis reconnaissance investigations for the storage of solar energy by dint of hot water tanks and bulk storages in terms of depth drillings were executed. Because of the easier implementation and the condition that single family households are focused, detailed examinations on storing solar energy by dint of depth drillings, were realized. The determination of the storage properties of seasonal operated solar energy storages, requires the knowledge of plant components, parts of the building and general requirements. In this paper validated models were used, which were developed in former research work at the Institute of Building Construction and Technology at the Technical University Vienna. On the one hand, a detailed model of buildings was used and on the other hand, a model for depth drillings, where upon the existing programs are hard to understand because of an amount of edge and transition conditions. Furthermore, both provided models work with different simulation steps, which is though physically absolutely incompatible with an exact result. For making a suitable model available, the existing models were implemented in sections from MATLAB R2015b® (short: Matlab) to MATLAB R2015b- Simulink® (short: Simulink). Because of the graphic presentation of Simulink in terms of a Petri-net, the overview of the existing model as well as possibilities of adaption are subsequently lightened and cutting sites between components are clear to see. By the implementation to Simulink, new operational procedures have been allocated to the computing process of the model whereby the existing models were compared step-by-step. After the reunion of the simulation models, the analysis of the results was evaluated on the basis of a built example, where with the overall costs of the constructions and the potential savings were able to be rated. The variation of the boundary conditions and the components of the construction provide an insight into possibilities of improvement and allow insights to the planning of new buildings. The whole existent components and control mechanism of the detailed building model were not able to be realized completely because of the time-consuming implementation of the existing models from Matlab to Simulink with the function checks required. Based on the developed model, further elements of the existing building model are able to be integrated and extra elements are able to be added in a clear way to conduct extensive studies. Furthermore, insights are able to be gained subsequently about the impact on external regulation from heating via 'Smart Grids' and divergences of the simulation results from the detailed to the simplified building model, in terms of thermic network, are able to be evaluated.