Dr. Robert Wimmer, Gruppe Angepasste Technologie an der TU Wien

Transkript

1 Zero CarbO2n Village Dr. Robert Wimmer, Gruppe Angepasste Technologie an der TU Wien Fachtagung am 1. NÖ Klimaaktionstag Innovative Schritte zur Autarkie 5. Juni 2008, St. Pölten

2 Energieverbrauch weltweit Verdreifachung im 19. Jhdt. Verzwölffachung im 20. Jhdt. Verdoppelung bis 2050 (Prognose)

3 Gegenwärtige Energieversorgung Atomenergie und fossile Energieträger sind Auslaufmodelle Jedoch werden derzeit noch 10 Mio t Rohöl, 12,5 Mio t Kohle und 7,5 Milliarden m3 Erdgas pro Tag verbraucht.

4 Abhängigkeit von fossiler Energie *Excludes international marine bunkers and electricity trade. **Other includes geothermal, solar, wind, heat, etc.

5 Steigende Energieverbräuche Energieverbrauchsprognose für Österreich in PJ (ÖSTAT) 2020 (WIFO) 2020 (PRIMES)

6 Erneuerbare Energieträger Solarenergienutzung: Solarthermie Photovoltaik Biomasse (fest, flüssig, gasförmig) Biotreibstoffe

7 Windenergie

8 EU Ziel für Erneuerbare

9 Aktuelle Energiesparmaßnahmen Effizientere Technologien und Geräte einsetzen Verantwortungsvoller Umgang mit fossilen Energieträgern

10 Entwicklung radikaler Lösungen für den Klimaschutz Vollkommene Unabhängigkeit von nicht erneuerbaren Energieträgern Faktorielle Verringerung des Stromverbrauches Maximale Nutzung der Solarenergie

11 Wireless house Konzept für die Entwicklung energieautarker Gebäude In Kooperation mit: Arch. Werner Schmidt (Ch), Arch. Margaret Schwarz (It)

12 Netzanschluss - Zersiedelung und Urbanisierung erhöht Kosten für Netzausbau - Hohe Umwandlungsverluste Vorteile des Wireless House sind: Entfernte ländliche Regionen haben reduzierte Kosten für Stromnetz Keine Rechnung von EVU Unabhängigkeit vom Netz

13 Umwandlungsverluste

14 Versorgungsstrategien basierend auf elektrischer Energie Haushaltsgeräte meist elektrisch betrieben Plusenergiehaus benötigt Netzanschluss und/oder große Akkumulatoren Keine gute Marktchancen durch zu hohe Kosten, problematische Stoffe in Akkumulatoren (z.b. Blei) Ausnahme sind extrem entlegene Gebäude z.b. Berghütten

15 Verbraucherseitige Betrachtung Die meisten Haushaltsgeräte erzeugen Wärme mit elektrischer Energie Z.B. Herd, Backrohr, Kühlschrank,.

16 Welche Anforderungen stellt der Nutzer? Kochen Kühlen Heizen Warmwasser Licht Kommunikation (PC, Telefon, Mobiltelefon,...) Der Nutzer fragt nicht nach Elektrizität?

17 Durchschnittlicher Energieverbrauch eines Haushalts Energieanwendungen im Haushalt Energieverbrauch in einem durchschnittlichen Haushalt (kwh/a) Energieverbrauch in einem modernen Haushalt (kwh/a) gesamt elektrisch gesamt elektrisch Kchenherd Backrohr Waschmaschine Trockner Geschirrspler Khlschrank Gefrierschrank Kleinelektrogerte TV - / Hi-Fi - System PC Beleuchtung Warmwasser Heizung Gesamt

18 Anteilsmäßiger Verbrauch Energieverbrauch im Haushalt in kwh/a (ohne Heizenergie) 15% 37% 1% 6% 8% 7% 8% 1% 4% 3% 5% 5% Küchenherd Backrohr Waschmaschine Trockner Geschirrspüler Kühlschrank Gefrierschrank Kleinelektrogeräte TV - / Hi-Fi - System PC Beleuchtung Warmwasser

19 Stromsparpotenzial Das Wireless House hat ein Einsparungspotenzial für elektrische Energie von mehr als 80%! Substitution von elektrischer Energie durch thermische Energie für alle thermischen Verbraucher.

20 Verbrauch Wireless House Energieanwendungen im Haushalt Energieverbrauch in einem durchschnittlichen Haushalt (kwh/a) Energieverbrauch in einem modernen Haushalt (kwh/a) Energieverbrauch im "Wireless House" (kwh/a) gesamt elektrisch gesamt elektrisch gesamt elektrisch Kchenherd gering Backrohr gering Waschmaschine Trockner gering Geschirrspler Khlschrank gering Gefrierschrank gering Kleinelektrogerte TV - / Hi-Fi - System PC Beleuchtung Warmwasser Heizung Gesamt

21 Die Sonne liefert...

22 ... in 30 Minuten mehr Energie auf die Erde,...

23 ... als die Menschheit...

24 ... in einem ganzen Jahr verbraucht!

25 Versorgungsseitige Solarthermie Strategie Extreme Verringerung der Umwandlungsverluste Solarthermische Energie ist um vieles günstiger als Photovoltaik Solarthermie ist effizienter als PV Solarkonzentratoren zur Erreichung höherer Temperaturniveaus zur Abdeckung aller thermischen Verbraucher im Haushalt

26 Gesamtstrategie Wireless House Minimieren des elektriscchen und thermischen Verbrauchs Fokus auf Erzeugung und Speicherung von (Solar)thermischer Energie (Wärme und Kälte) Minimierung des Energieverbrauches elektrischer und elektronischer Geräte (z.b. Elektrokleingeräten, Motoren, Beleuchtung, )

27 Solarkonzentrator mit Stirlingmotor 10kW

28 Solarkocher 600W

29 Funktionsaufbau Solar Stirling

30 Solarkonzentratoren Stand der Technik Rinnenkollektoren und Parabolkonzentratoren sind in einigen Größen am Markt Anwendung meist nur in Großanlagen Komplexität der Herstellung und des gesamten Systems (Reflexionsmaterialien, Reciever, Nachführung, Wärmeabfuhr, Wärmespeicherung,.) stehen einer weiteren Marktverbreitung im Wege

31 Wärmespeicherung Mitteltemperaturspeicher bis 300 C (z.b. Thermoöl-Stein Speicher Thermochemische Speicher

32 Kälteerzeugung Absorptions- oder Adsorptionskältmaschinen Kältespeicher mit Wasser/Eis als PCM

33 Backup System: Hoch effizienter Biomasseofen Back up System bei fehlender Solareinstrahlung Liefert thermische Energie im hohen und mittleren Temperaturniveau Hoher Nutzerkomfort Einfache Bedienbarkeit

34 Erzeugung elektrischer Energie mittels thermischer Energie Stirlingmotor für Mitteltemperatur (300 C) Strombedarf < 1kW Stirling Motor nutzt Temperaturdifferenz zwischen Mitteltemperaturspeicher und Umgebungstemperatur Arch. Werner Schmidt

35 Funktionsprinzip Stirling

36 Konzentratorenbau

37 Absorptionskühlschrank (modifiziert)

38 Kochen mit Thermoöl

39 Küchenmodul

40 Küchenmodul Rückansicht

41 Stirling Motor

42 Energieflussdiagramm

43 Passivhaustechnologie Entwicklungen der letzten Jahre haben Passivhäuser konkurrenzfähig gemacht Stark steigende Verbreitung in Mitteleuropa Marktanteile in anderen Länder, wie Kanada, Japan werden ebenfalls vergrößert

44 Schwerkrafthaus Arch. Werner Schmidt

45 Architektonisches Konzept Arch. Werner Schmidt

46 Zero CarbO2n Village Vervielfältigung des Wireless House Kombination bestehender Komponenten und Entwicklung von missing links Konkurrenzfähige, autarke Energielösungen Wireless House Demonstrationsgebäude, Prototyp Leistbar, verlässlich und lokal produziert.