10.10.2012/N-ERGIE Kraftwerke GmbH/ATP/Mo

Projektbeschreibung Erri chtung 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. 33.000 m3. 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/m2zu erfüllen Als Witterungsschutz ist gewöhnlich eine Trapezblechverkleidung vorgesehen.

N-ERGIE WÄRMESPEICHER FASSADEN

Anmutung

Außenhülle :

Aluminium - Bleche, farb - beschichtet oder natur,handelsüblichStahlbleche verzinkt u.oder farbbeschichtet, handelsüblichBleche sind ca. 1,00m breit und ca. 3,0m hoch und werdenerst nach der Wärmedämmung angebracht.Es sind Trapezbleche und Wellbleche möglich, vertikalgekantet wegen Rundung /Verlegungund weil die vertikal offenen Sicken gleichzeitig dieHinterlüftung der Wärmedämmung darstellen

Unterkonstruktionen:

Stahlkonsohlen werden an aufgeschweißten Laschen amStahltank nur eingesteckt.Hierdurch minimiert sich die Kältebrücke (Kontakt) undgleichzeitig ist ein Dehnungsausgleich überdie Toleranzen möglich.Stahlkonsolen tragen einen äusseres , rund gezogenens AluU-Profil, welches letztlich das Blech trägt und die Rundungdarstellt.Zwecks vertikalen Dehnungsausgleich erfolgt alle 15 m Höheein doppelt ausgeführtes Alu- U Profil.Der statische Nachweis erfolgt über die Anzahl derStahlkonsohlen. ( Abstand unten am Kessel 500 mm, Abstandoben 300 mm wegen Windbelastung.)

Wärmedämmung:

Die Wärmedämmung an Wandungen und am Dach sindunterschiedlich ausgelegt, da das Dach begehbar ausgeführtwird und baupysikalisch höher gedämmt wird.In diesem Falle kommt nur die Wanddämmung in Betracht.Material besteht aus einer 3-lagigen Glaswolle mit einerDämmstärke von 50 cm und versetzt /überlappt angebracht.

Bauausführung / Bauzeit

Es ist insgesamt von einer 15 monatigen Bauzeit auszugehen.1.BADer äußerere Stahlmantel mit der Dachisolierung wirdfertiggestellt. Der Tank wird befüllt.Nach Befüllung erfolgt ein Ausschwitzen,Setzungsmessungen, Dichtigkeitsprüfungen ectGgf. wird Unterkonstruktion bereits aufgebracht.2.BAWärmedämmung (Glaswolle) wird aufgebracht.3.BAAussenhülle / Blech wird aufgebracht

Für den 2.BA und 3. BA sind zeitlich 2 -2,5 Monate Bauzeitanzusetzen

Technische Grundlagen

Ergebnis und Auswirkung aufFassadengestaltungen N-Ergie

Bei vielen Projekten werden nur Farbgestaltungendurchgeführt oder Materialgestaltungen durchBlechkantungen ect.In Schweden wurde ein Projekt realisiert mit unterschiedlichenBlechbahnen ( glänzend,matt und hinterleuchtet) Ein weiteresmit Restaurant am Dach und umlaufender Wendeltreppe undAufzug. (Schiport center)

Es spricht funktional nichts dagegen , wenn über die gängigenKonsolenbefestigungen zusätzliche Lasten eingetragenwürden. Hier wäre dann die Anzahl oder Bemessung derKonsolen anzupassen. Der evtl. zusätzliche Wärmeverlust(Kälte/Wärmebrücken durch Konsolen) ist dabei zuvernachlässigen.

Die äusseren Bleche sind in ihrer Gestaltbarkeit undMatrialbeschaffenheit relativ frei wählbar.Eine vertikale natürliche Belüftung in den Sicken vor derWärmedämmung muss gewährleistet bleiben.

Ein zugelassenes System von VAM für Wasserspeicher gibt esbisher nicht. Hier werden immer Einzelzulassungen erwirkt ,soweit erforderlich. (Hochhausgrenze ect.)

Systemgrundriss Systemschnitt

IDEATIONEs wird nach einer künstlerischen Ausdrucksformfür Energie - Speicherung und - Erzeugung gesucht,nicht nach einer Gestaltungs- oderBegleitungsmöglichkeit einer technisch bedingten undfunktional vorgegebenen Zylinderform.

Unsere Idee dabei ist, die dynamischen Einwirkungender Wind- und des Wasserkraft - als Energieform andieser exponierten Stelle zur freien Landschaft undzur Stadt hin - über die Hüllform der zylindrischenForm abzubilden und der Statik des gespeichertenWassers die kinetische Bewegung des Windes unddes wandernden Tageslichtes entgegen zu setzen.

Die vorliegenden Entwurfs - Ideationen beruhen beideauf dem Prinzip der KInesis , unterscheiden sichjedoch grundsätzlich in ihrer haptischen Wirkung ,ihrer Wahrnehmung und ihrer dynamischenAnregbarkeit.

Beide Varianten bedienen sich grundsätzlich der funktionalenund standardisierten Bauweise von Wasserspeichern undlassen sich auch in den hierfür notwendigen undwirtschaftlichen Bauablauf intergrieren.

REALISIERUNG / BAULICHEUMSETZUNG

Variante 1Eine leicht erregbare Haut aus kleinenAluminiumplatten, welche bereits durch ihreunterschiedliche Oberflächenbehandlung( eloxiert, natur ) variieren könnten, werden durchden einfallenden Wind eindimensional zurSchwingung angeregt.Durch die unterschiedliche Lichtbrechung auf denPlatten, dem Stand und Einfallswinkel der Sonneauf den zylindrischen Körper, entstehen dabeiweithin sichtbare wellenförmige Bewegungenin Abhängigkeit zur Windstärke und Höhe.

In den Tiefsicken der Trapezblechumhüllungwerden lasteinleitende vertikale Schwertermontiert, die in regelmäßigen Abständenverbunden sind durch die tragendenRotationsachsen für die Aluminiumplatten.

Auf den Rotationsachsen werden dieAluminiumplatten leicht asymmetrischbefestigt, um durch den tiefliegendenSchwerpunkt die Ausrichtung nach untenhängend und Einpendeln in die Ruhestellungzu gewährleisten.

Zur Schallreduzierung werden Polymer-Gleitlager zwischen den tragenden Achsen undden Aufnahmen der Aluminiumplatten montiert,die das Klappern der Teile bei der Bewegungverhindern.Durch entsprechenden Montageabstand derPlatten zueinander wird die Entstehung vonGeräuschen durch Aneinanderschlagenverhindert.

ENTWURFSSTUDIE - Variante 1

RO

TATION

SA

CH

SE

ROTATIONSACHSE

TRA

PE

ZBLE

CH

VE

RK

LEID

UN

G

TRA

GE

ND

E S

CH

WE

RTE

R- A

US

LAD

UN

G C

A.

17 C

M

TRAGENDE SCHWERTERSTAHL O. ALU

TRAGENDE SCHWERTERSTAHL O. ALU

TRAGENDE SCHWERTERSTAHL O. ALU

BEWEGLICH GELAGERTEALUMINIUMPLATTEN

POLYMERLAGERZUR GERÄUSCHDÄMPFUNG

ELEMENTHÖHEN ZU BESTIMMENIN ABHÄNGIGKEIT VOM KONSTRUKTIONSRASTER

BEWEGLICH GELAGERTEALUMINIUMPLATTEN

ABSTÄNDE GEGEN ANEINANDERSCHLAGENDER ROTATIONSKÖRPER

AB

STA

ND

ZU

R K

ON

STR

UK

TIO

N

HÄNGENDE RUHESTELLUNG DURCH

AZENTRISCHE AUFHÄNGUNG

U- P

RO

FILE

U- P

RO

FILE

DÄ

MM

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CH

ICH

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DÄ

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STO

FFS

CH

ICH

TEN

WA

SS

ER

INH

ALT

KONSOLBEFESTIGUNGEN

KONSOLBEFESTIGUNGEN

KONSOLBEFESTIGUNGEN

KONSOLBEFESTIGUNGEN

KINETISCHE bewegung

Entwurf

D ü r s c h i n g e r A r c h i t e k t e n

N-ERGIE WÄRMESPEICHER FASSADEN STRECKMETALL gliederung

Anmutung

Außenhülle :

Aluminium - Bleche, farb - beschichtet oder natur,handelsüblichStahlbleche verzinkt u.oder farbbeschichtet, handelsüblichBleche sind ca. 1,00m breit und ca. 3,0m hoch und werdenerst nach der Wärmedämmung angebracht.Es sind Trapezbleche und Wellbleche möglich, vertikalgekantet wegen Rundung /Verlegungund weil die vertikal offenen Sicken gleichzeitig dieHinterlüftung der Wärmedämmung darstellen

Unterkonstruktionen:

Stahlkonsohlen werden an aufgeschweißten Laschen amStahltank nur eingesteckt.Hierdurch minimiert sich die Kältebrücke (Kontakt) undgleichzeitig ist ein Dehnungsausgleich überdie Toleranzen möglich.Stahlkonsolen tragen einen äusseres , rund gezogenens AluU-Profil, welches letztlich das Blech trägt und die Rundungdarstellt.Zwecks vertikalen Dehnungsausgleich erfolgt alle 15 m Höheein doppelt ausgeführtes Alu- U Profil.Der statische Nachweis erfolgt über die Anzahl derStahlkonsohlen. ( Abstand unten am Kessel 500 mm, Abstandoben 300 mm wegen Windbelastung.)

Wärmedämmung:

Die Wärmedämmung an Wandungen und am Dach sindunterschiedlich ausgelegt, da das Dach begehbar ausgeführtwird und baupysikalisch höher gedämmt wird.In diesem Falle kommt nur die Wanddämmung in Betracht.Material besteht aus einer 3-lagigen Glaswolle mit einerDämmstärke von 50 cm und versetzt /überlappt angebracht.

Bauausführung / Bauzeit

Es ist insgesamt von einer 15 monatigen Bauzeit auszugehen.1.BADer äußerere Stahlmantel mit der Dachisolierung wirdfertiggestellt. Der Tank wird befüllt.Nach Befüllung erfolgt ein Ausschwitzen,Setzungsmessungen, Dichtigkeitsprüfungen ectGgf. wird Unterkonstruktion bereits aufgebracht.2.BAWärmedämmung (Glaswolle) wird aufgebracht.3.BAAussenhülle / Blech wird aufgebracht

Für den 2.BA und 3. BA sind zeitlich 2 -2,5 Monate Bauzeitanzusetzen

Technische Grundlagen

Ergebnis und Auswirkung aufFassadengestaltungen N-Ergie

Bei vielen Projekten werden nur Farbgestaltungendurchgeführt oder Materialgestaltungen durchBlechkantungen ect.In Schweden wurde ein Projekt realisiert mit unterschiedlichenBlechbahnen ( glänzend,matt und hinterleuchtet) Ein weiteresmit Restaurant am Dach und umlaufender Wendeltreppe undAufzug. (Schiport center)

Es spricht funktional nichts dagegen , wenn über die gängigenKonsolenbefestigungen zusätzliche Lasten eingetragenwürden. Hier wäre dann die Anzahl oder Bemessung derKonsolen anzupassen. Der evtl. zusätzliche Wärmeverlust(Kälte/Wärmebrücken durch Konsolen) ist dabei zuvernachlässigen.

Die äusseren Bleche sind in ihrer Gestaltbarkeit undMatrialbeschaffenheit relativ frei wählbar.Eine vertikale natürliche Belüftung in den Sicken vor derWärmedämmung muss gewährleistet bleiben.

Ein zugelassenes System von VAM für Wasserspeicher gibt esbisher nicht. Hier werden immer Einzelzulassungen erwirkt ,soweit erforderlich. (Hochhausgrenze ect.)

System - 3Dschnitt Systemansicht

IDEATIONEs wird nach einer künstlerischen Ausdrucksformfür Energie - Speicherung und - Erzeugung gesucht,nicht nach einer Gestaltungs- oderBegleitungsmöglichkeit einer technisch bedingten undfunktional vorgegebenen Zylinderform.

Unsere Idee dabei ist, die dynamischen Einwirkungender Wind- und des Wasserkraft - als Energieform andieser exponierten Stelle zur freien Landschaft undzur Stadt hin - über die Hüllform der zylindrischenForm abzubilden und der Statik des gespeichertenWassers die kinetische Bewegung des Windes unddes wandernden Tageslichtes entgegen zu setzen.

Die vorliegenden Entwurfs - Ideationen beruhen beideauf dem Prinzip der KInesis , unterscheiden sichjedoch grundsätzlich in ihrer haptischen Wirkung ,ihrer Wahrnehmung und ihrer dynamischenAnregbarkeit.

Variante 2Angelehnt an die bestehende Fassade des GUD,werden Streckmetallbahnen horizontal um denWärmespeicher gelegt.

Dem konstruktiven Hauptraster aus gebogenenL- Rahmenprofilen, die mit Abstandhaltern auf derTrapezblechfassade aufgeschraubt werden, sind weitereSekundärraster an den Stoßkanten derStreckmetallplatten untergeordnet, die flexibleBefestigungen erlauben.Innerhalb der horizontalen 1. Gliederungsebene(L- Profile) wird dadurch eine 2. Gliederungsebene(Flachprofile) hergestellt, innerhalb derer verschiedeneMöglichkeiten für Öffnungen ermöglicht werden.

Profile der Unterkonstruktionen und dahinterliegendeTrapezblechfassade sind einheitlich in dunklen, mattenDB- Farbtönen gehalten und verschmelzen in derAnmutung zu einem einheitlichen Gesamtbaukörper.

Die davor liegenden Streckmetallringe inunbehandeltem Aluminium werden gestaltgebend alshelles, durch Lichtreflexion schimmerndes Material.

Beide Varianten bedienen sich grundsätzlich der funktionalenund standardisierten Bauweise von Wasserspeichern undlassen sich auch in den hierfür notwendigen undwirtschaftlichen Bauablauf intergrieren.

REALISIERUNG / BAULICHEUMSETZUNG

ENTWURFSSTUDIE - Variante 2

Entwurf

D ü r s c h i n g e r A r c h i t e k t e n

PRIMÄRKONSTRUKTION 1.GLIEDERUNGSEBENE

SEKUNDÄRKONSTRUKTION 2. GLIEDERUNGSEBENE

SEKUNDÄR-KONSTRUKTION

PRIMÄR-KONSTRUKTION

PRIMÄRKONSTRUKTION

SE

KU

ND

ÄR

KO

NS

TRU

KTI

ON

SE

KU

ND

ÄR

KO

NS

TRU

KTI

ON

SE

KU

ND

ÄR

KO

NS

TRU

KTI

ON

SEKUNDÄRKONSTRUKTION

SEKUNDÄRKONSTRUKTION

STRECKMETALL

STRECKMETALL

TRAPEZBLECHPRIMÄRKONSTRUKTION

PRIMÄRKONSTRUKTION

SEKUNDÄR-KONSTRUKTION

SEKUNDÄR-KONSTRUKTION-

WÄRMEDÄMMUNG

SE

KU

ND

ÄR

KO

NS

TRU

KTI

ON