Thermische Bauteilaktivierung oder wie man mit Wind, Sonne und Beton Energie spart 20. Vilser Baustofftag, 14. März 2017 Sebastian Spaun, VÖZ

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Jesko Baumhauer
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1 Thermische Bauteilaktivierung oder wie man mit Wind, Sonne und Beton Energie spart 20. Vilser Baustofftag, 14. März 2017 Sebastian Spaun, VÖZ Sebastian Spaun 0

2 Inhalt Motivation Bauphysikalische Grundlagen Die Umsetzung in der Praxis Mit der Sonne zum Wind Wie geht es weiter? Sebastian Spaun 1

3 Die Pariser Klimavereinbarung ist überraschend schnell am 4. November 2016 in Kraft getreten. Unabhängig davon gibt es einen globalen Trend zur Dekarbonisierung. Sebastian Spaun 2

4 Sebastian Spaun 3 Source: S. Schleicher

5 Bundesminister Mag. Jörg Leichtfried, Sept Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie Wir müssen mit der Energie besser haushalten. Meine Vision ist, Städte als eine Art Akku zu nützen, die Energie für längere Zeit speichern können, etwa im Mauerwerk der Häuser. Die Thermische Bauteilaktivierung, also Heizen und Kühlen mit Beton, ist dafür eine der wichtigsten technischen Neuerungen. Sebastian Spaun 4

6 Sebastian Spaun 5

7 Baupysikalische Grundlagen Sebastian Spaun 6

8 Das Energie-Speicherpotential von Beton Was macht Beton zum besten Speicherbaustoff? Beton hat aufgrund seines Gewichts eine hohe Wärme-Speicherkapazität und dazu eine hohe Wärme-Leitfähigkeit Wärme-Speicherfähigkeit von bewehrtem Beton: 0,67 kwh/m³k od kj/m³k Das Alleinstellungsmerkmal: Die hohe Wärme-Leitfähigkeit: 2,5 W/mK die wirksame Speicherkapazität: 276 KJ/m²K (ist die entscheidende Eigenschaft!) Wärmeabgabeleistung ca. 30 W/m² (Heizen) Wärmeaufnahmeleistung ca. 40 W/m² (Kühlen) Sebastian Spaun 7

9 Sebastian Spaun 8

10 Die thermische Bauteilaktivierung im Bau Sebastian Spaun 9

Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Berechnungsmodell (Beispiel) Physikalisches Modell Aufbau: 1,0 cm Bodenbelag 6,0 cm Zementestrich 3,0 cm Trittschalldämmung

11 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Berechnungsmodell (Beispiel) Physikalisches Modell Aufbau: 1,0 cm Bodenbelag 6,0 cm Zementestrich 3,0 cm Trittschalldämmung 10,0 cm Dämmschüttung 25,0 cm Stahlbetondecke Rohrregister Dr. Klaus Kreč Berechnungsergebnisse: Temperaturverteilungen, Wärmeströme, Thermische Leitwerte Sebastian Spaun Folie 10

12 Wärmestromlinien Berechnungsmodell Aufbau: 1,0 cm Bodenbelag 6,0 cm Zementestrich 3,0 cm Trittschalldämmung 10,0 cm Dämmschüttung 25,0 cm Stahlbetondecke Rohr 17 x 2,0 50 mm Überdeckung Dr. Klaus Kreč Sebastian Spaun

13 Ergebnis der Parameterstudie: Achsabstand der Rohre Rohr 17 x 2,0; 50 mm Betonüberdeckung Dr. Klaus Kreč Sebastian Spaun Folie 12

Ergebnisse der Parameterstudie: Lage des Rohrregisters www.zement.

14 Ergebnisse der Parameterstudie: Lage des Rohrregisters h = 5,0 cm h = 10,0 cm h = 15,0 cm Dr. Klaus Kreč h Betonüberdeckung Wärmestrom zwischen je 2 Stromlinien: 0,2 Wm -1 Sebastian Spaun Folie 13

15 Ergebnisse der Parameterstudie: Lage des Rohrregisters Dr. Klaus Kreč Rohr 17 x 2,0 Sebastian Spaun Folie 14

16 Thermische Behaglichkeit STRAHLUNGSAUSTAUSCH - GRAPHISCHE DARSTELLUNG (EB0FH8KT.eee) Kugel Gleichgewichtstemperatur Datengruppe: EB0F Version: Absorptionszahlen: 00 Version: Temperaturen : 08 Zur Auswertung wurde die Ebene parallel zu YX gewaehlt: Y von.050 bis in 80 Intervallen (.061) [m] X von.050 Strahlungsfeld bis in 80 Intervallen im Raum (.086) [m] Abstand der Auswertungsebene von der YX Ebene : [m] % der Geschoßdecke thermisch aktiviert Dr. Klaus Kreč Sebastian Spaun mittlerer Januar-Tag, 8 00, Klagenfurt Created with Hochsch V Copyright 2000 T.Kornicki Horizontalschnitt:1,80 m über dem Fußboden Folie 15

Thermische Behaglichkeit Ergebnisse www.zement.at N STRAHLUNGSAUSTAUSCH - GRAPHISCHE DARSTELLUNG (EB0FV8KT.

17 Thermische Behaglichkeit Ergebnisse N STRAHLUNGSAUSTAUSCH - GRAPHISCHE DARSTELLUNG (EB0FV8KT.eee) Kugel Gleichgewichtstemperatur mittlerer Januar-Tag, 8 00, Klagenfurt Datengruppe: EB0F Version: Absorptionszahlen: 00 Version: Temperaturen : 08 Zur Auswertung wurde die Ebene parallel zu ZX gewaehlt: Z von.050 bis in 80 Intervallen (.035) [m] X von.050 bis in 80 Intervallen (.086) [m] Abstand der Auswertungsebene von der ZX Ebene : [m] Strahlungsfeld im Raum Vertikalschnitt durch Fenster nord Decke Fußboden Abstand der Isothermen: 0,1 K Dr. Klaus Kreč Sebastian Spaun Folie 16

18 Realisierte Projekte Sebastian Spaun

19 Realisierte Projekte: Gemeindezentrum Hallwang photo credits Z+B Beheizt nur mit der Sonne über die Bodenplatte gekühlt aus einem Regenwasserrückhaltebecken 18

20 Realisierte Projekte: Mehrfamilienhaus in Salzburg Active structural energy storage Heat pump combined with photovoltaics photo credits Z+B 19

21 Realisierte Projekte: Mehrfamilienhaus in Wien Active structural energy storage photo credits Z+B 20

22 17 Nach der Sonne nun auch der Wind Sebastian Spaun

23 Schnitt 1-1 M 1:100 FIN Future Is Now, Kuster Energielösungen GmbH bzw. Fa. Aichinger Hoch- und Tiefbau Ansicht Nordwest M 1:100 Sebastian Spaun 22

24 Das Projekt: Massives Einfamilienhaus im Weinviertel Hochwertige Passivbauweise, ca. 120 m 2 WNFL Bauzeit Mitte Juli 2015 bis Mitte November 2015 Zielsetzung Kostenoptimierte Energieversorgung ausschließlich über Wärmepumpe - Überschüssiger Spitzenstrom aus Windkraft (Partner W.E.B Windenergie) - Erdkollektor (Sole als Transportmedium) Möglichst einfache Anlage Möglichst einfache Bauweise Möglichst einfache Steuerung Möglichst wirtschaftliche Lösung Planung der Anlage FIN Future Is Now, Kuster Energielösungen GmbH Begleitforschung (Simulation auf Basis des Rechenkerns) Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. Dr. Simon Handler Sebastian Spaun 23

25 Einfach und kostengünstig! Hydraulik-Schema der Fa. FIN - Future Is Now, Kuster Energielösungen GmbH - Vorabzug Sebastian Spaun 24

26 Einfaches Anbringen der BTA-Verrohrung auf einer Beton- Elementdecke Fotos: Firma Aichinger, NÖ Sebastian Spaun 25

27 Einfamilienhaus im Weinviertel Foto credit: Firma Aichinger Hoch- und Tiefbau, NÖ Sebastian Spaun 26

28 Fotos: Firma Aichinger Hoch- und Tiefbau, NÖ Sebastian Spaun 27

29 Single-family house Aichinger photo credits: Aichinger Hoch- und Tiefbau Sebastian Spaun 28

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31 (Fotos: Z+B/Herfert) Sebastian Spaun 30

32 Windenergie: Leistungsverlauf und resultierendes Freigabesignal für WP April 2013 März 2014 Energy harvest from wind energy. Output progression over the period of a year. (Source of data: [WEB15]) Basis for the simulation for the one family house Sebastian Spaun 31

33 Das Grundprinzip der Regelstrategie zur Speicherung von thermischer Energie aus Windkraft innerhalb der Gebäudestruktur Source: S. Handler, 2015 Sebastian Spaun 32

34 Darstellung des Auskühlverhaltens unter synthetischen Randbedingungen bei Variation der Dicke der Betonbauteile (db=dicke der Betonbauteile) Source: S. Handler, 2015 Sebastian Spaun 33

35 Darstellung des Auskühlverhaltens unter synthetischen Randbedingungen bei Variation der Solltemperatur bei Windfreigabe Source: S. Handler, 2015 Sebastian Spaun 34

36 Energiefluss im Bereich der Wärmeversorgung bei Solltemperatur im Gebäude = 20/23 C und Solltemperatur im Pufferspeicher 60/65 C Source: S. Handler, 2015 Sebastian Spaun 35

Die Simulationsergebnisse sind vielversprechend! www.

37 Die Simulationsergebnisse sind vielversprechend! Source: S. Handler, 2015 Sebastian Spaun 36

38 Der Wind im Windpark Neuhof seit Sebastian Spaun

39 Nächste Schritte Der Energiespeicher Beton im Mehrfamilienhaus Überzeugungsarbeit bei den großen Energieplanern Architekten Bauträger Die Normative Verankerung der Forschungsergebnisse Heizlastnorm muss dringend geändert werden (PHPP) Integration des Speichers in die dynamische Simulation Energieausweis Monitoringprojekte Ausbildungsplattform ev. mit klimaaktiv Bundesinnung Bau Energieplaner/Installateure Architekten Internationale Dissemination Unterstützung für Cembureau, Concrete Initiative, 3E-Study (EPBD) Sebastian Spaun

40 Die Thermische Bauteilaktivierung ist ohne großen technischen Aufwand und v.a. kostengünstig umsetzbar ermöglicht uns höchsten thermischen Wohnkomfort durch die Nutzung von Wärmestrahlung ermöglicht energieeffizientes und gesundes Kühlen ist durch die Puffermöglichkeit des Betons für die Nutzung volatiler erneuerbarer Energiequellen prädestiniert Sebastian Spaun 39

Der Planungsleitfaden für Einfamilienhäuser und Reihenhäuser, Sept. 2016 Herausgeber BMVIT 4.000 Bücher (120 Seiten) gedruckt 3.

41 Der Planungsleitfaden für Einfamilienhäuser und Reihenhäuser, Sept Herausgeber BMVIT Bücher (120 Seiten) gedruckt Exemplare bis heute versandt Grundlage für die Aus- und Weiterbildung Mit ganz konkreten Berechnungsbeispielen Übersetzung ins Englische in Vorbereitung Sebastian Spaun 40

42 Sebastian Spaun 41

43 Die TBA ist ein ungehobener Schatz in Sachen Energieeffizienzsteigerung im Gebäudesektor! Forschungsergebnissen und Datengrundlagen: Danke für die Aufmerksamkeit! Vereinigung der österreichischen Zementindustrie Dipl.-Ing. Sebastian Spaun Sebastian Spaun 42

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