Ingenieurbüro für Haustechnik + Energetik Prof. Reichel GmbH
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- Jonas Messner
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1 Ingenieurbüro für Haustechnik + Energetik Prof. Reichel GmbH Schulstraße Lichtenau Innovative Gebäude- und Umwelttechnik Tel.: / Fax: / info@ibfht.de Web: Prof. Dr.-Ing. Mario Reichel Geschäftsführer Beratender Ingenieur IK Sachsen Professur TGA/Regenerative Energiesysteme Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Die Technologie Schotterspeicher 1
2 Effiziente Wärme- und Kältenutzung Die Technologie Schotterspeicher Die Technologie Schotterspeicher 2
3 Prinzipieller Aufbau Die Technologie Schotterspeicher 3
4 Kühlbetrieb (Sommer) Außenluftansaugung Regenerationsventilator Luftzuführung Raumlufttechnik Schotterfüllung Luftverteiler Luftsammler Drainage Die Technologie Schotterspeicher 4
5 Regenerationsbetrieb (Sommer) Regenerationsventilator Außenluftansaugung Schotterfüllung Luftverteiler Luftsammler Drainage Die Technologie Schotterspeicher 5
6 Vorwärmbetrieb (Winter) Außenluftansaugung Regenerationsventilator Luftzuführung Raumlufttechnik Schotterfüllung Luftverteiler Luftsammler Drainage Die Technologie Schotterspeicher 6
7 Regenerationsbetrieb (Winter) Regenerationsventilator Außenluftansaugung Schotterfüllung Luftverteiler Luftsammler Drainage Die Technologie Schotterspeicher 7
8 Historie Anwendung zur Konditionierung von Ställen Ausströmkammer Einströmkammer Schüttung Versuchsanlage Dr. Arndt Ingenieurschule Glauchau, Die Technologie Schotterspeicher 8
9 Kältemenge (kwh) Vorbemessungsverfahren für Schotterspeicher Abbildung 1: Simulationsergebnis für extremen Sommertag Abbildung 2: beispielhafter Vergleich - Kältebedarf / Kälteangebot extremer Sommertag 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Tageszeit Kältebedarf Kälteangebot des Speichers Die Technologie Schotterspeicher 9
10 Temperatur C Auslegungsdiagramme nach thermischer Simulation 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 Temperatur-Zeit Diagramm (Volumenstrom m 3 /h) 20,0 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Uhrzeit Temp. AU Temp. Soll Temp. ex 40 m³ Temp. ex 60 m³ Temp. ex 80 m³ Temp. ex 100 m³ Temp. ex 120 m³ Temp. ex 140m³ Temp. ex 160 m³ Abbildung 3: Beispiel Auslegungsdiagramm AD 2.1 Die Technologie Schotterspeicher 10
11 Deckungsgrad (%) Auslegungsdiagramme nach thermischer Simulation täglicher Kältebedarfsdeckungsgrad für Sommerauslegung m³/h aktives Gesteinsvolumen (m 3 ) Die Technologie Schotterspeicher 11
12 Datenblätter für Standardanwendungsfälle (Übersicht) Standardanwendungsfälle (SAF) Schotterbetteinfassung Erdreich Betonwanne Art der Überbauung unüberbaut überbaut Verkehrsfläche überbaut Gebäude unüberbaut überbaut Verkehrsfläche überbaut Gebäude Gitterbox SAF 1 SAF 2 SAF 3 SAF 4 SAF 5 SAF 6 Luftverteilsystem Rohr SAF 7 SAF 8 SAF 9 SAF 10 SAF 11 SAF 12 Druckkammer SAF 13 SAF 14 SAF 15 SAF 16 SAF 17 SAF 18 Die Technologie Schotterspeicher 12
13 Umfangreiche Untersuchungen zur Geometrie von Schüttungen Die Technologie Schotterspeicher 13
14 Entwicklung des wärmetechnischen Simulationsmodells in Schüttungen (Prof. Glück) Grundlagen der Modellbildung (Finite Volumen-Elemente Methode nach Glück Die Technologie Schotterspeicher 14
15 Eingabemaske für die wärmetechnische Simulation Die Technologie Schotterspeicher 15
16 Ausgabebeispiele (Temperaturgänge) für die wärmetechnische Simulation Die Technologie Schotterspeicher 16
17 Ausgabebeispiele (Temperaturgänge) für die wärmetechnische Simulation Die Technologie Schotterspeicher 17
18 Strömungstechnische Berechnungen (Druckverlust) Die Technologie Schotterspeicher 18
19 Vergleich der Druckverluste aus Messungen und Berechnung Die Technologie Schotterspeicher 19
20 Energetische Vorausberechnung (Jahresenergiebilanz) Die Technologie Schotterspeicher 20
21 Beispielhafte Messwertauswertung Die Technologie Schotterspeicher 21
22 Beispielhafte Messwertauswertung Die Technologie Schotterspeicher 22
23 Referenzanlage - Altgeringswalde Einbau des Luftverteilsystems Oberer Abschluss des Speicherkörpers Gesteinsmaterial: Grauwacke 50/150 - Speichergeometrie: 6,5 m x 10,0 m x 2,5 m Die Technologie Schotterspeicher 23
24 Referenzanlage - Altgeringswalde Fertige Maschinenhalle Außenluftansaugturm durchströmte Luftmenge: m³/h Die Technologie Schotterspeicher 24
25 Referenzanlage - Hartmannsdorf (KOMSA) Einbau des Luftverteilsystems Schotterfüllung mit Messtechnik durchströmte Luftmenge: m³/h Die Technologie Schotterspeicher 25
26 Referenzanlage - Lichtenwalde (LKV) Gesamtbauwerk - Oberer Abschluss Blick in den Außenluftschacht durchströmte Luftmenge: m³/h Die Technologie Schotterspeicher 26
27 Referenzanlage Hort Rochlitz Einbauphase Planung Schotterspeicher mit RLT-Zentrale durchströmte Luftmenge: m³/h Die Technologie Schotterspeicher 27
28 Referenzanlage Recyclinganlage in Zürich Basalt + Granit werden gemischt Ansaugbauwerk Speicher I Luftverteiler zu den Speicherkammern durchströmte Luftmenge: m³/h Die Technologie Schotterspeicher 28
29 Messungen an Referenzanlagen Hygieneuntersuchungen an luftdurchströmten Gesteinsspeichern deutlich niedrigere Konzentration luftgetragener KBE für Bakterien und Pilze in der Zuluft nach dem Schotterspeicher gegenüber der Außenluft i. A. keine erhöhten Endotoxine und MVOC- Konzentrationen nachweisbar (MVOC - microbial volatile organic compounds Leitsubstanz Dimethylsulfid) Hefen in der Zuluft nach dem Schotterspeicher nicht nachweisbar und in der Außenluft nur sehr geringe Konzentration Die Technologie Schotterspeicher 29
30 Bemessungsgrundlagen Richtwerte bzw. Systemgrenzen für eine wirtschaftliche Betriebsweise sollte die Strömungsgeschwindigkeit im Schotter < 1m/s sein Dimensionierung nach Wärme- bzw. Kältemenge ca. 2,8 kwh/m³ S d Dimensionierung nach Luftvolumenstrom ca. 1 m³ S / 100 m³/h Deckungsgrad für jährliche Kälteenergiemenge ca % Deckungsgrad für jährliche Heizenergiemenge ca % Spezifische Investitionskosten von ca. 300 /m³ S CO2 Einsparungspotential von ca. 150 kg/m³ S a Die Technologie Schotterspeicher 30
31 Zusammenfassung Vorteile: geringer Platzbedarf Einfacher Einbau unter Gebäudefundamenten bzw. Freifläche, auch halb bzw. völlig überirdisch geringe Investitionskosten (ROI 0,5 bis 4,0 a) Hohe Betriebskosteneinsparung Hohe Leistungszahlen (>10) CO 2 -Einsparung Förderung durch die SAB (auf Anfrage) Randbedingungen: Kein Schichtenwasser im Konstruktionsniveau Geeignetes Gestein möglichst aus 50-km-Umkreis Regelmäßige Hygienemessungen gemäß Betriebsanleitung Die Technologie Schotterspeicher 31
32 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen W. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor. Die Technologie Schotterspeicher 32
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