/N-ERGIE Kraftwerke GmbH/ATP/Mo. Projektbeschreibung Errichtung eines Wärmespeichers in Nürnberg- Sandreuth

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1 /N-ERGIE Kraftwerke GmbH/ATP/Mo Projektbeschreibung Errichtung eines Wärmespeichers in Nürnberg- Sandreuth Die N-ERGIE Kraftwerke GmbH (N-ERGIE) betreibt an ihrem Standort Nürnberg- Sandreuth ein Heizkraftwerk (HKW) zur umweltfreundlichen gekoppelten Erzeugung von Strom und Fernwärme, mit der die Stadt Nürnberg versorgt wird. Durch den Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozess besteht eine direkte Abhängigkeit zwischen möglicher Stromerzeugung und Fernwärmebedarf. Das heißt nur wenn die Wärme abgeführt werden kann bzw. entsprechend Fernwärme von den Verbrauchern in der Stadt abgenommen wird, kann auch davon abhängig linear Strom erzeugt werden. Durch den dynamischen Ausbau der erneuerbaren Energien, vorwiegend Windkraft und Photovoltaik, und ihre durch die Witterung vorgegebene Stromerzeugung, ergeben sich neue Anforderungen an die Flexibilität von konventionellen Kraftwerken und damit auch an das HKW Sandreuth. Aufgrund der beschrieben Abhängigkeiten besitzt das HKW Sandreuth eine geringe Flexibilität, um auf die von den erneuerbaren Energien hervorgerufenen Schwankungen im Stromnetz zu reagieren und gleichzeitig die Fernwärmeversorgung sicherzustellen. Mit der geplanten Errichtung eines Wärmespeichers am Standort Sandreuth soll die Wärme- und Stromerzeugung, soweit möglich, zeitlich entkoppelt werden. Bei Anforderung hoher Stromproduktion an das HKW (z. B. Windflaute, trübe Witterung, wenig PV-Strom) kann dann z. B. überschüssige Wärme, aufgrund eines geringen Verbrauchs im Fernwärmenetz, in den Wärmespeicher geladen werden. Wird dagegen viel Strom von den Erneuerbaren in das Stromnetz eingespeist, wird die Stromerzeugung des Kraftwerkes gedrosselt. Zur Deckung des Fernwärmebedarfs wird dann Wärmeenergie aus dem Speicher entnommen. Damit unterstützt die Errichtung des Wärmespeichers der N-ERGIE die von der Politik gewünschte Energiewende in Deutschland. Mit dem neuen Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) werden u. a. Speicherprojekte von der Bundesrepublik Deutschland gefördert. Der geplante Wärmespeicher aus Stahl hat eine Höhe von ca. 70 m, einen Durchmesser von ca. 26 m und ein Fassungsvermögen von ca m 3. Da die Druckhaltung im Fernwärmenetz zukünftig über den Speicher mit sichergestellt werden muss (6,5 bar), ergibt sich rechnerisch die o. g. Bauhöhe. Die Temperatur des eingespeicherten Fernwärmewassers beträgt max. ca. 113 Grad C. Für die Isolierung des Speichers ist eine Wärmedämmung von 400 mm (Dachbereich 500 mm) vorgesehen, um die Vorgaben aus dem KWKG bezüglich des maximal zulässigen Wärmeverlustes in Höhe von 15 W/m 2 zu erfüllen Als Witterungsschutz ist gewöhnlich eine Trapezblechverkleidung vorgesehen.

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3 N-ERGIE WÄRMESPEICHER FASSADEN ENTWURFSSTUDIE - Variante 1 KINETISCHE bewegung Systemgrundriss KONSOLBEFESTIGUNGEN ROTATIONSACHSE TRAGENDE SCHWERTER STAHL O. ALU Systemschnitt KONSOLBEFESTIGUNGEN HÄNGENDE RUHESTELLUNG DURCH AZENTRISCHE AUFHÄNGUNG ABSTÄNDE GEGEN ANEINANDERSCHLAGEN DER ROTATIONSKÖRPER Technische Grundlagen Außenhülle : Aluminium - Bleche, farb - beschichtet oder natur, handelsüblich Stahlbleche verzinkt u.oder farbbeschichtet, handelsüblich Bleche sind ca. 1,00m breit und ca. 3,0m hoch und werden erst nach der Wärmedämmung angebracht. Es sind Trapezbleche und Wellbleche möglich, vertikal gekantet wegen Rundung /Verlegung und weil die vertikal offenen Sicken gleichzeitig die Hinterlüftung der Wärmedämmung darstellen Unterkonstruktionen: WASSERINHALT DÄMMSTOFFSCHICHTEN U- PROFILE ABSTAND ZUR KONSTRUKTION TRAGENDE SCHWERTER STAHL O. ALU BEWEGLICH GELAGERTE ALUMINIUMPLATTEN BEWEGLICH GELAGERTE ALUMINIUMPLATTEN TRAGENDE SCHWERTER STAHL O. ALU WASSERINHALT DÄMMSTOFFSCHICHTEN KONSOLBEFESTIGUNGEN U- PROFILE TRAPEZBLECHVERKLEIDUNG TRAGENDE SCHWERTER- AUSLADUNG CA. 17 CM ROTATIONSACHSE POLYMERLAGER ZUR GERÄUSCHDÄMPFUNG ELEMENTHÖHEN ZU BESTIMMEN IN ABHÄNGIGKEIT VOM KONSTRUKTIONSRASTER Stahlkonsohlen werden an aufgeschweißten Laschen am Stahltank nur eingesteckt. Hierdurch minimiert sich die Kältebrücke (Kontakt) und gleichzeitig ist ein Dehnungsausgleich über die Toleranzen möglich. Stahlkonsolen tragen einen äusseres, rund gezogenens Alu U-Profil, welches letztlich das Blech trägt und die Rundung darstellt. Zwecks vertikalen Dehnungsausgleich erfolgt alle 15 m Höhe ein doppelt ausgeführtes Alu- U Profil. Der statische Nachweis erfolgt über die Anzahl der Stahlkonsohlen. ( Abstand unten am Kessel 500 mm, Abstand oben 300 mm wegen Windbelastung.) Wärmedämmung: Die Wärmedämmung an Wandungen und am Dach sind unterschiedlich ausgelegt, da das Dach begehbar ausgeführt wird und baupysikalisch höher gedämmt wird. In diesem Falle kommt nur die Wanddämmung in Betracht. Material besteht aus einer 3-lagigen Glaswolle mit einer Dämmstärke von 50 cm und versetzt /überlappt angebracht. KONSOLBEFESTIGUNGEN Bauausführung / Bauzeit IDEATION Es wird nach einer künstlerischen Ausdrucksform für Energie - Speicherung und - Erzeugung gesucht, nicht nach einer Gestaltungs- oder Begleitungsmöglichkeit einer technisch bedingten und funktional vorgegebenen Zylinderform. Es ist insgesamt von einer 15 monatigen Bauzeit auszugehen. 1.BA Der äußerere Stahlmantel mit der Dachisolierung wird fertiggestellt. Der Tank wird befüllt. Nach Befüllung erfolgt ein Ausschwitzen, Setzungsmessungen, Dichtigkeitsprüfungen ect Ggf. wird Unterkonstruktion bereits aufgebracht. 2.BA Wärmedämmung (Glaswolle) wird aufgebracht. 3.BA Aussenhülle / Blech wird aufgebracht Für den 2.BA und 3. BA sind zeitlich 2-2,5 Monate Bauzeit anzusetzen Unsere Idee dabei ist, die dynamischen Einwirkungen der Wind- und des Wasserkraft - als Energieform an dieser exponierten Stelle zur freien Landschaft und zur Stadt hin - über die Hüllform der zylindrischen Form abzubilden und der Statik des gespeicherten Wassers die kinetische Bewegung des Windes und des wandernden Tageslichtes entgegen zu setzen. Die vorliegenden Entwurfs - Ideationen beruhen beide auf dem Prinzip der KInesis, unterscheiden sich jedoch grundsätzlich in ihrer haptischen Wirkung, ihrer Wahrnehmung und ihrer dynamischen Anregbarkeit. Variante 1 Eine leicht erregbare Haut aus kleinen Aluminiumplatten, welche bereits durch ihre unterschiedliche Oberflächenbehandlung ( eloxiert, natur ) variieren könnten, werden durch den einfallenden Wind eindimensional zur Schwingung angeregt. Durch die unterschiedliche Lichtbrechung auf den Platten, dem Stand und Einfallswinkel der Sonne auf den zylindrischen Körper, entstehen dabei weithin sichtbare wellenförmige Bewegungen in Abhängigkeit zur Windstärke und Höhe. In den Tiefsicken der Trapezblechumhüllung werden lasteinleitende vertikale Schwerter montiert, die in regelmäßigen Abständen verbunden sind durch die tragenden Rotationsachsen für die Aluminiumplatten. Auf den Rotationsachsen werden die Aluminiumplatten leicht asymmetrisch befestigt, um durch den tiefliegenden Schwerpunkt die Ausrichtung nach unten hängend und Einpendeln in die Ruhestellung zu gewährleisten. Zur Schallreduzierung werden Polymer- Gleitlager zwischen den tragenden Achsen und den Aufnahmen der Aluminiumplatten montiert, die das Klappern der Teile bei der Bewegung verhindern. Durch entsprechenden Montageabstand der Platten zueinander wird die Entstehung von Geräuschen durch Aneinanderschlagen verhindert. Anmutung REALISIERUNG / BAULICHE UMSETZUNG Beide Varianten bedienen sich grundsätzlich der funktionalen und standardisierten Bauweise von Wasserspeichern und lassen sich auch in den hierfür notwendigen und wirtschaftlichen Bauablauf intergrieren. Ergebnis und Auswirkung auf Fassadengestaltungen N-Ergie Bei vielen Projekten werden nur Farbgestaltungen durchgeführt oder Materialgestaltungen durch Blechkantungen ect. In Schweden wurde ein Projekt realisiert mit unterschiedlichen Blechbahnen ( glänzend,matt und hinterleuchtet) Ein weiteres mit Restaurant am Dach und umlaufender Wendeltreppe und Aufzug. (Schiport center) Es spricht funktional nichts dagegen, wenn über die gängigen Konsolenbefestigungen zusätzliche Lasten eingetragen würden. Hier wäre dann die Anzahl oder Bemessung der Konsolen anzupassen. Der evtl. zusätzliche Wärmeverlust (Kälte/Wärmebrücken durch Konsolen) ist dabei zu vernachlässigen. Die äusseren Bleche sind in ihrer Gestaltbarkeit und Matrialbeschaffenheit relativ frei wählbar. Eine vertikale natürliche Belüftung in den Sicken vor der Wärmedämmung muss gewährleistet bleiben. Ein zugelassenes System von VAM für Wasserspeicher gibt es bisher nicht. Hier werden immer Einzelzulassungen erwirkt, soweit erforderlich. (Hochhausgrenze ect.) Entwurf D ü r s c h i n g e r A r c h i t e k t e n

4 N-ERGIE WÄRMESPEICHER FASSADEN ENTWURFSSTUDIE - Variante 2 STRECKMETALL gliederung Technische Grundlagen System - 3Dschnitt Systemansicht Außenhülle : SEKUNDÄR- KONSTRUKTION- PRIMÄR- KONSTRUKTION SEKUNDÄR- KONSTRUKTION Aluminium - Bleche, farb - beschichtet oder natur, handelsüblich Stahlbleche verzinkt u.oder farbbeschichtet, handelsüblich Bleche sind ca. 1,00m breit und ca. 3,0m hoch und werden erst nach der Wärmedämmung angebracht. Es sind Trapezbleche und Wellbleche möglich, vertikal gekantet wegen Rundung /Verlegung und weil die vertikal offenen Sicken gleichzeitig die Hinterlüftung der Wärmedämmung darstellen Unterkonstruktionen: WÄRMEDÄMMUNG PRIMÄRKONSTRUKTION PRIMÄRKONSTRUKTION SEKUNDÄR- KONSTRUKTION 2. GLIEDERUNGSEBENE PRIMÄRKONSTRUKTION 1.GLIEDERUNGSEBENE TRAPEZBLECH STRECKMETALL STRECKMETALL Stahlkonsohlen werden an aufgeschweißten Laschen am Stahltank nur eingesteckt. Hierdurch minimiert sich die Kältebrücke (Kontakt) und gleichzeitig ist ein Dehnungsausgleich über die Toleranzen möglich. Stahlkonsolen tragen einen äusseres, rund gezogenens Alu U-Profil, welches letztlich das Blech trägt und die Rundung darstellt. Zwecks vertikalen Dehnungsausgleich erfolgt alle 15 m Höhe ein doppelt ausgeführtes Alu- U Profil. Der statische Nachweis erfolgt über die Anzahl der Stahlkonsohlen. ( Abstand unten am Kessel 500 mm, Abstand oben 300 mm wegen Windbelastung.) Wärmedämmung: Die Wärmedämmung an Wandungen und am Dach sind unterschiedlich ausgelegt, da das Dach begehbar ausgeführt wird und baupysikalisch höher gedämmt wird. In diesem Falle kommt nur die Wanddämmung in Betracht. Material besteht aus einer 3-lagigen Glaswolle mit einer Dämmstärke von 50 cm und versetzt /überlappt angebracht. Bauausführung / Bauzeit IDEATION Es wird nach einer künstlerischen Ausdrucksform für Energie - Speicherung und - Erzeugung gesucht, nicht nach einer Gestaltungs- oder Begleitungsmöglichkeit einer technisch bedingten und funktional vorgegebenen Zylinderform. Unsere Idee dabei ist, die dynamischen Einwirkungen der Wind- und des Wasserkraft - als Energieform an dieser exponierten Stelle zur freien Landschaft und zur Stadt hin - über die Hüllform der zylindrischen Form abzubilden und der Statik des gespeicherten Wassers die kinetische Bewegung des Windes und des wandernden Tageslichtes entgegen zu setzen. Die vorliegenden Entwurfs - Ideationen beruhen beide auf dem Prinzip der KInesis, unterscheiden sich jedoch grundsätzlich in ihrer haptischen Wirkung, ihrer Wahrnehmung und ihrer dynamischen Anregbarkeit. PRIMÄRKONSTRUKTION Anmutung Es ist insgesamt von einer 15 monatigen Bauzeit auszugehen. 1.BA Der äußerere Stahlmantel mit der Dachisolierung wird fertiggestellt. Der Tank wird befüllt. Nach Befüllung erfolgt ein Ausschwitzen, Setzungsmessungen, Dichtigkeitsprüfungen ect Ggf. wird Unterkonstruktion bereits aufgebracht. 2.BA Wärmedämmung (Glaswolle) wird aufgebracht. 3.BA Aussenhülle / Blech wird aufgebracht Für den 2.BA und 3. BA sind zeitlich 2-2,5 Monate Bauzeit anzusetzen REALISIERUNG / BAULICHE UMSETZUNG Beide Varianten bedienen sich grundsätzlich der funktionalen und standardisierten Bauweise von Wasserspeichern und lassen sich auch in den hierfür notwendigen und wirtschaftlichen Bauablauf intergrieren. Variante 2 Angelehnt an die bestehende Fassade des GUD, werden Streckmetallbahnen horizontal um den Wärmespeicher gelegt. Dem konstruktiven Hauptraster aus gebogenen L- Rahmenprofilen, die mit Abstandhaltern auf der Trapezblechfassade aufgeschraubt werden, sind weitere Sekundärraster an den Stoßkanten der Streckmetallplatten untergeordnet, die flexible Befestigungen erlauben. Innerhalb der horizontalen 1. Gliederungsebene (L- Profile) wird dadurch eine 2. Gliederungsebene (Flachprofile) hergestellt, innerhalb derer verschiedene Möglichkeiten für Öffnungen ermöglicht werden. Profile der Unterkonstruktionen und dahinterliegende Trapezblechfassade sind einheitlich in dunklen, matten DB- Farbtönen gehalten und verschmelzen in der Anmutung zu einem einheitlichen Gesamtbaukörper. Die davor liegenden Streckmetallringe in unbehandeltem Aluminium werden gestaltgebend als helles, durch Lichtreflexion schimmerndes Material. Ergebnis und Auswirkung auf Fassadengestaltungen N-Ergie Bei vielen Projekten werden nur Farbgestaltungen durchgeführt oder Materialgestaltungen durch Blechkantungen ect. In Schweden wurde ein Projekt realisiert mit unterschiedlichen Blechbahnen ( glänzend,matt und hinterleuchtet) Ein weiteres mit Restaurant am Dach und umlaufender Wendeltreppe und Aufzug. (Schiport center) Es spricht funktional nichts dagegen, wenn über die gängigen Konsolenbefestigungen zusätzliche Lasten eingetragen würden. Hier wäre dann die Anzahl oder Bemessung der Konsolen anzupassen. Der evtl. zusätzliche Wärmeverlust (Kälte/Wärmebrücken durch Konsolen) ist dabei zu vernachlässigen. Die äusseren Bleche sind in ihrer Gestaltbarkeit und Matrialbeschaffenheit relativ frei wählbar. Eine vertikale natürliche Belüftung in den Sicken vor der Wärmedämmung muss gewährleistet bleiben. Ein zugelassenes System von VAM für Wasserspeicher gibt es bisher nicht. Hier werden immer Einzelzulassungen erwirkt, soweit erforderlich. (Hochhausgrenze ect.) Entwurf D ü r s c h i n g e r A r c h i t e k t e n

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