Thermische Simulation und Energiebilanzierung vom Solarzentrum Kienberg

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1 Thermische Simulation und Energiebilanzierung vom Solarzentrum Kienberg Diplomarbeit Vorgelegt von Angefertigt bei Firma Zukunft-Sonne GmbH Fachhochschule Amberg-Weiden Studiengang Umwelttechnik Studienschwerpunkt Energietechnik 1. Prüfer: Prof. Dr.-Ing. M. Brautsch 2. Prüfer: Prof. Dr.-Ing. S. Beer Betreuer: Dipl.-Ing. P. Wühr Kienberg, April 2007

2 Inhaltsverzeichnis 1. Motivation und Ziel Grundlagen Bauphysik Solarthermie Gebäudedarstellung Baubeschreibung Lage und Form Kellergeschoss Erdgeschoss + Obergeschoss Fenster Dach Schrägfassade Süd Energiekonzept Wärmebezug Solarthermie Nachheizung Wärmespeicherung Wärmeverteilung Wand- und Fußbodenheizung Betonkernaktivierung Lüftungsanlage Photovoltaik Ermittlung des Solaren Deckungsgrades Thermische Simulation Polysun Version 3.37a Programmaufbau und Funktion

3 Eingabeparameter Ergebnisse Interpretation und Schwachstellen T_Sol Version Pro Programmaufbau und Funktion Eingabeparameter Ergebnisse Interpretation und Schwachstellen Rechenverfahren Ergebnisvergleich Energiebilanzierung EnEV Software Programmbeschreibung Ergebnisse Rechenverfahren nach EN Wärmeverluste Wärmegewinne Wärmespeicherfähigkeit Heizungsunterbrechung Ergebnisse Ergebnisvergleich Endergebnisse Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Anhang

4 In Zukunft sollten wir mehr die Sonne melken Ein Motto unter anderem der Umweltbank, Nürnberg 3

5 1. Motivation und Ziel In Deutschland werden immer noch rund zwei Drittel des Gesamtenergieverbrauches der Haushalte, zur Raumbeheizung benötigt. Den größten Anteil davon erzeugen Öl, Gas- oder auch Stromheizungen. Da aber die fossilen Energieträger wie Kohle, Erdöl, Erdgas und ebenso Uran, welche zum Teil zur Wärmeerzeugung direkt bzw. indirekt eingesetzt werden, begrenzt sind und in den nächsten Jahrzehnten zur Neige gehen, müssen bereits sinnvolle, alternative Möglichkeiten aufgezeigt werden. Ein zusätzliches Problem dabei ist, dass diese fossilen Energieformen erheblich zum CO2-Ausstoß und somit zum Klimawandel beitragen. So stellt sich nun die Frage, welche alternativen Möglichkeiten gibt es, um dieser Problematik langfristig entgegen zu wirken? Primär ist es möglich, mit innovativen Gebäudekonzepten im Neubau und in der Altbausanierung, den Heizwärmebedarf im Vergleich zum Baustandard bis Mitte der 90 er Jahre, deutlich bis auf ein Zehntel zu reduzieren. Erst dann ist es sinnvoll, den reduzierten Heizwämrebedarf, mit Konzepte der Erneuerbaren Energien, wie über Solarthermie oder Biomasse, zu decken. Besonders die unerschöpfliche Energie der Sonne bietet die Möglichkeit, den größten Anteil von mindestens 50% mit Solarthermie und restliches über Biomasse zu decken. Laut dem Sonnenhaus-Institut in Straubing ist ein solches Gebäude als Sonnenhaus definiert. Das Solarzentrum der Firma Zukunft-Sonne, welches bezugsfertig zum Dezember 2006 in Kienberg erstellt wurde, stellt ein solches Gebäudekonzept dar. Es wird zu rund 90% über eine Solarthermische Anlage beheizt. Den Restbedarf von ca. 10% liefert ein Pelletheizkessel, welcher hautsptächlich als Vorführmodel gedacht ist. Zusätzlich ist in der Kellersohle eine solare Betonkernaktivierung mit Wärmetauscherfunktion zur Luftvorwärmung integriert. Neben einer gewerblichen Nutzung, ist das Gebäude als Vorzeige- und Aufklärungsobjekt für die Bevölkerung in der Region gedacht. Es soll zeigen, wie ein umweltfreundliches und ökologisches Gebäude aussehen kann und Informationen geben, wie sich erneuerbare Energien, insbesondere die Bereiche Solarthermie, Biomasse und Photovoltaik, nach dem Stand der Technik zur Energieversorgung in Gebäuden sinnvoll integrieren lassen. Mit dieser ersten Diplomarbeit über das Solarzentrum sollte, neben einer Vorstellung des Gebäudekonzeptes, über thermische Simulationen der Solaranlage mit Hilfe der Software T_Sol und Polysun, der solare Deckungsgrad ermittelt werden. Alternativ dazu wird ein einfaches Rechenverfahren vom Schweizer Solarpionier Josef Jenny angewandt. Ein weiterer Schwerpunkt besteht darin, eine möglichst reale und auf das Gebäude angepasste Energiebilanzierung auf Basis des Rechenverfahrens nach der DIN EN 832 zu erarbeiten, welches als Ergebnis unter anderem den Jahresheizwärmebedarf liefert. Als Vergleichswert dient die Anwendung einer EnEV- Software. Die ermittelten Energieanteile werden in einem Energieflussdiagramm dargestellt. 4