JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh
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- Minna Brauer
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1 JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh Manage_GeoCity Projektüberblick und Ergebnisse IEWT 2017, Wien,
2 2 Manage_GeoCity Titel: Entwicklung einer Methodik zur koordinierten Nutzung und Bewirtschaftung der oberflächennahen Erdwärme in urbanen Räumen Laufzeit: Juli 2015 September Ausschreibung des Programms Stadt der Zukunft Projektkategorie: Sondierung Stadt der Zukunft ist ein Forschungs- und Technologieprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie. Es wird im Auftrag des BMVIT von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gemeinsam mit der Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbh und der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik ÖGUT abgewickelt.
3 3 Ausgangssituation Subsurface Urban Heat Islands Erwärmung des Untergrunds in Städten durch anthropogene Einflüsse Risiko für Verschlechterung der Trinkwasserqualität? Potenzial für geothermische Wärme- und Kältenutzung Urbaner Raum: Gegenseitige Beeinflussung zahlreicher Einzelanlagen kann zu ineffizienter Bewirtschaftung führen Quelle: Menberg et al. (2013): Subsurface Urban Heat Island in German Cities, Science of the Total Environment 442 (2013) pp
4 4 Bearbeitung JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh LIFE - Zentrum für Klima, Energie und Gesellschaft Projektleitung Energiekonzeptentwicklung Ökonomische und ökologische Bewertung JR-AquaConSol ein Unternehmen der JOANNEUM RESEARCH Erdwärmepotenzial Simulation Grundwasserströmungen und Wärmetransport Grazer Energieagentur GmbH Wärme- und Kühlbedarfsanalyse
5 5 Ergebnisse Methodik für eine koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung oberflächennaher Erdwärme für Wärme- und Kühlanwendungen in urbanen Räumen Modellregion Graz Entwicklung der Methodik anhand von 3 Fallbeispielen Ökonomische und ökologische Bewertung der Fallbeispiele Übertragbarkeit auf andere urbane Räume
6 6 Oberflächennahe Geothermienutzung in städtischen Gebieten Methodikschema Im Projekt für Graz bearbeitet (Ausgangssituation, Untergrundeigenschaften, Systemauswahl, Anlagendimensionierung, Prüfung) Im Projekt für Graz NICHT bearbeitet (Detailplanung, Optimierung und Umsetzung)
7 7 Ausgangssituation & Untergrundeigenschaften
8 8 Überwiegend gut durchlässiger Grundwasserkörper in quartären Schottern Geologie Graz Gering durchlässige neogene Sedimente Gering bis in manchen Zonen besser durchlässiges Festgestein
9 9 Klassifizierung des Untergrunds in Graz
10 10 Durchlässigkeiten Grundwassermächtigkeiten
11 11 Grundwassermodell und Wasserschutzgebiete Grazer Feld Grundwasserfließrichtung
12 12 Systemauswahl Fallbeispiele
13 Übersichtskarte: 13 Fallbeispiele 13 Ausgewählte Fallbeispiele Innenstadt - West Olympiawiese Straßgang - Hafnerstraße
14 14 Ausgewählte Fallbeispiele Bezeichnung Rahmenbedingungen Auswahlkriterien Innenstadt-West (Bezirk Gries) Hafnerstraße (Bezirk Straßgang) Olympiawiese (Bezirk Liebenau) Innere Stadt mit teilw. erhöhten Untergrundtemperaturen Dichte bestehende Bebauung mit geringem Platzangebot Schule, Kirche, Wohnungen, Geschäfte Schutzzone: keine Solarnutzung auf Dächern Bestehendes Fernwärmenetz Städtisches Randgebiet ohne FW-Potenzial EFH, Fertigungs- und Handelsbetriebe Solarnutzung über Dachflächen der Gewerbebauten Städtisches Entwicklungsgebiet ohne Fernwärme Gewerbebetriebe und bestehende EFH werden nicht berücksichtigt Untersuchung Verbesserung der Wasserqualität durch Nutzung des Grundwassers für Wärmebereitstellung Versorgung eines bestehenden Gebietes ohne FW-Versorgung mittels Erdwärmesonden und Regeneration Versorgung durch Grundwasser- Wärmepumpe von thermisch optimierten Neubauten mit Niedertemperaturtechnologie
15 15 Wärme-/Kühlbedarf Grobdimensionierung der Anlage
16 16 Prozess der Wärmebedarfsermittlung Basis: Objektliste aus dem AGWR Validierung mit Energieausweisdatenbank (wenn vorhanden) Plausibilitätscheck bei welchen Objekten ist eine Aktualisierung der Daten erforderlich (Fläche, Nutzung Sanierung) Wärmebedarf über Baualter und Bautypologie unter Verwendung von Kennzahlen Wohngebäude: Tabula Typologie österreichischer Wohngebäude Gewerbe: Branchenauswertung KMU Scheck Besichtigung vor Ort Objektweise Aktualisierung der Datensätze aufgrund der Begehung: Nutzung; Flächen Abgleich mittels Digitaler Atalas ; Berücksichtigung von Sanierungen (Fenster, Fassade, Gebäudehülle) Gewerbebetriebe Industrie, Produktion: Kontaktaufnahme mit Unternehmen Ergebnis: Wärmebedarf des Fallbeispiels
17 17 Grobdimensionierung Fallbeispiel Olympiawiese Prinzipskizze Energieversorgungskonzept
18 18 Prüfung / ökologische & ökonomische Bewertung
19 19 Simulation: Temperaturdifferenzen Fallbeispiel Olympiawiese
20 20 Fallbeispiel Hafnerstraße: Erdwärmesondenfeld Konditionierte Fläche: m² Wärmebedarf: 850 MWh/a Kühlbedarf (Büros): 110 MWh/a Warmwasserbedarf: 39 MWh/a Verfügbare Dachflächen: m² (Kategorie: sehr gut geeignet ) Abwärmenutzung: keine berücksichtigt
21 21 Simulation: Fallbeispiel Hafnerstraße Nach 10 Jahren ohne solare Regeneration Nach 10 Jahren mit solarer Regeneration
22 22 Fallbeispiel Olympiawiese: Basisdaten Potenzial Neubaugebiet
23 23 Fallbeispiel Olympiawiese: (spez.) Wärmegestehungskosten Olympiawiese "Neubaugebiet" [ ] Grundwassernutzung Wärmepumpe Wärmeverteilung Gesamtinvestitionskosten Olympiawiese "Neubaugebiet" [ /a] Annuität Betriebsgebundene Kosten Verbrauchsgebundene Kosten Jahreskosten Wärmebedarf [MWh/a] Olympiawiese "Neubaugebiet" Spezifische Wärmegestehungskosten [ /MWh] Olympiawiese "Neubaugebiet" 63,0
24 24 Fallbeispiel Olympiawiese: Wärmegestehungskosten Verteilung Jahreskosten nach Kostenarten Jahreskosten nach Investitionsbereichen
25 25 Fallbeispiel Olympiawiese: Treibhausgasemissionen
26 26 Fallbeispiel Olympiawiese: Aufteilung der Treibhausgas- Emissionen in Errichtungs-, Betriebs- und Entsorgungsphase
27 27 Fallbeispiel Olympiawiese: Kumulierter Energieaufwand 1) 1) Berechnung der KWK-Kopplung nach CEN/CENELEC und ÖNORM EN (2007)
28 28 Schlussfolgerungen Wärme-/Kühlbedarf Aktualität & Qualität vorhander Quellen unterschiedlich Vor-Ort Besichtigungen zur Plausibilitätsprüfung bei ausgewählten Objekten Kühlbedarf: Steigende Bedeutung (Klimaänderung, Nachfrage) Potential für Regeneration der Erdwärmesonden Bestandsobjekte Einbindung neuer Systeme schwierig - hoher Aufwand für Adaption bestehender Systeme Niedertemperatur-Wärmeabgabesystem notwendig für hohe JAZ Vorgabe für Förderungen, Baugesetzen, Ausschreibungen Abwärmepotenziale über Niedertemperaturnetze nutzen Grundwassernutzung Gekoppeltes hydraulisches Modell und Wärmetransportmodell Einfluss auf Wasserqualität gering Erdwärmesonden Regeneration langfristig erforderlich und erhöht Anlageneffizienz
29 29 Weiterführendes Stadtprojekt SmartAIRea Flughafen-Stadt als Impulsgeber der städtebaulichen und regionalen Entwicklung
30 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh LIFE Zentrum für Klima, Energie und Gesellschaft Elisabethstraße 18/II, 8010 Graz DI (FH) DI Johanna Pucker-Singer, DI Kurt Könighofer
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