Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ · 2020. 10. 13. · Sebastian Spaun |...

2020-10-01 | 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen: Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ | 1 Sebastian Spaun | Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie

Sebastian Spaun, Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie; 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen|Webinar, 1. Oktober 2020

Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“


Ein kurzer Exkurs zur CO2-Roadmap der Zementindustrie


Globale Treibhausgasemissionen 2017

Quellen: Zement: IEA, 2019 (2,2 Gt CO2) sowie ipcc.ch, UNEP / * Gigatonnen CO2-Äquivalent


CEMBUREAU 2050 Roadmap CO

²-Reduktion entlang der Wertschöpfungskette von Zement (5Cs: clinker, cement, concrete, construction, re-carbonation)


CO2-Emissionen der Zementerzeugung

Quelle: Eigendarstellung auf Basis von Daten der GCCA – Getting the numbers right Projekt


Weitere Projektbeteiligte

Die Projektpartner

ACR-Ökobilanzvergleich von 45 Gebäudekonzepten

Holzkonstruktionen mit EcoSoft v5.0. Ziegel, Beton, Holzspanbeton mit ecoinvent v2.2


ENERGIEVERBRAUCH in der EU 2014

Gebäude verschlingen 38 % des End-Energiebedarfs

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Temperaturabweichung ÖSTERREICH 1767–2018

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Kühlen wird zum neuen Heizen IEA: Klimageräte

in Privathaushalten heute: 1,6 Mrd. 2050: 5,6 Mrd.


Simulationsraum 2011

10 Jahre Forschung Praxis

Haus H 2016 MGG22 2020

Forschung und Umsetzung


HERAUSFORDERUNG

Unregelmäßiger Anfall von Energie aus Sonne und Wind

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Erneuerbarer Strom und Verbrauch in Niederösterreich von 01. 04. 2018 00:00 bis 01. 05. 2018 00:00


Speicherung und Strahlung

Georg Saal, Schwarzwaldstube Römische Fußboden- und Wandheizung Museumsverein Kuchl


Stahlbewehrung

Beton Rohrregister

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Warum Beton? hohe Wärmeleitfähigkeit hohes spezifisches Gewicht von 2.400 kg/m3

Warum Geschossdecke? hervorragende Kühlung hervorragender Strahlungsaustausch

BAUTEILAKTIVIERUNG der GESCHOSSDECKE


Warum Beton als Energiespeicher?

außerordentlich hohe Wärmeleitfähigkeit hohes spezifisches Gewicht von 2.400 kg/m3

exzellente Eignung von Betonbauteilen zur thermischen Bewirtschaftung

Quelle: Peter Holzer, 2019

Beton Ziegel Holz GKP

Wärmeleitfähigkeit l W/mK 2,3 0,2 0,1 0,2

Wärmespeicherkapazität cp kJ/kgK 1,0 1,0 2,5 1,1

Spezifisches Gewicht r 103 kg/m³ 2,4 0,8 0,5 0,9

Temperaturleitfähigkeit a 10-6 m²/s 1,0 0,3 0,1 0,2

volumsbezogene Wärmespeicherfähigkeit C Wh/(m3K) 667 222 347 263

Thermodynamische Kennwerte ausgewählter Baustoffe


1. Dank hoher Massendichte kann Beton besonders viel speichern. 2. Die hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht: eine ausgezeichnete und gleichmäßige Temperaturverteilung (kaum Welligkeit) somit niedrigste Vorlauftemperaturen und dadurch hohe COP-Werte von Wärmepumpen oder höchste Wirkungsgrade von

Solaranlagen beides die Grundvoraussetzung für höchste Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer

Energiequellen die Wärme geht zu > 90 % in den zu beheizenden Raum (nicht in den Raum darüber) ermöglicht den Selbstregelungseffekt perfekt zu nutzen

Der ganz normale Betoniervorgang verhindert die Bildung eines befürchteten Ringspalts rund um die Rohre (dämmende Luft wäre Gift für den Wärmeübergang).

Das selten auftretende Anbohren von Rohren führt zwar zu unangenehmen Schremmarbeiten in Beton, gefährdet aber nicht die gesamte Tragkonstruktion.

WARUM BETON?


1. die Betondecke ist nahezu isotherm

2. der überwiegende Teil der vom Rohrregister abgegebenen Wärme fließt in den Raum unter der Decke

© Dr. Klaus Kreč

Aufbau 1,0 cm Bodenbelag 6,0 cm Zementestrich 3,0 cm Trittschalldämmung 10,0 cm Dämmschüttung 25,0 cm Stahlbetondecke

Wärmestrom zwischen je 2 Stromlinien: 0,2 Wm-1

AUFBAU EINER STANDARD-GESCHOSSDECKE


Wien, Auslegungstag (kalt und klar)

Zeit ohne Nachheizbedarf: konvektive Heizung: 29 h (ca. 1 Tag) thermische Aktivierung der Decke: 119 h (ca. 5 Tage)

21,5 °C 20,0 °C

eΘ = -8,0 °C±6,0 K

© Dr. Klaus Kreč

AUSKÜHLVERHALTEN


Ganz gleichmäßige Temperaturen

• Heizlast ≤ 25 W/ m2

• Kühllast ≤ 40 W/ m2

• Niedrige Oberflächentemperaturen • Niedere Wassertemperatur 25 - 30 °C

Höchste thermische Behaglichkeit

Raum im obersten Geschoß eines Passivhauses

Außenwände west- und nordseitig

Schwere Bauweise


SOLARTHERMIE & BAUTEILAKTIVIERUNG

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Gemeindezentrum Hallwang, Salzburg. Mehr Beispiele: www.futureisnow.eu


Speicherung von Windkraft in Form von thermischer Energie in der Gebäudestruktur:

Ein System zum Heizen und Kühlen

WINDENERGIE & WÄRMEPUMPE & BAUTEILAKTIVIERUNG

PILOTPROJEKT

Monitoring 2016–2018:

Thermische Bauteilaktivierung funktioniert einwandfrei

Massives Einfamilienhaus im Weinviertel

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(Source of data: [WEB])

Wärmepumpe mit Windfreigabe

Wärmepumpe ohne Windfreigabe

Typisches Windstromprofil April 2013 – März 2014

Leistungsverlauf Windpark und resultierendes Freigabesignal


MONITORING-Ergebnisse


Jänner 2017 63 % netzfreundlich Jänner 2018 94 % netzfreundlich

Erneuerbare effektiv nutzen!

Anteil Windüberschussstrom für Wärmepumpe im Haus H:


Beton speichert ÜBERSCHUSS-Windkraft

Winter 17/18

90%

Winter 16/17

71%

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MONITORING – WINTER

Speicherung und thermische Behaglichkeit

Raumtemperatur Winter 2017

Wohnraum EG

Schlafzimmer OG


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Ist das die kostengünstigste THERMISCHE BATTERIE der Welt?

Massives Einfamilienhaus im Weinviertel. Montage der Rohrleitungen, Betonieren der Decke


• Power-to-Heat-Lösungen 80 bis 180 €/kWh • Blei-Batterie 100 bis 250 €/kWh • Li-Ionen (LIB) 4V (2Gen) ~300 bis ~700 €/kWh • Tesla Powerwall II (13 kWh) ca. 700 €/kWh

• Bauteilaktivierung statt Fußbodenheizung 0 €/kWh

Zusätzlich ist mit WP+Erdsonden das umweltfreundliche Kühlen bei gleichzeitiger Regeneration des Erdspeichers inklusive!

Speicherkosten im Vergleich


MGG 22 - Testwohnung

Quelle: C. Bärnthaler, 2020

MGG22


MGG22

Außentemperatur

1. – 8. Juni 2020

Innentemperatur


MGG22

Außentemperatur

22. – 29. Juni 2020

Innentemperatur


MGG22

Außentemperatur

29. Juni – 6. Juli 2020

Innentemperatur


MGG22

Außentemperatur

6. – 13. Juli 2020

Innentemperatur


MGG22

Außentemperatur

27. Juli – 3. Aug. 2020

Innentemperatur


VORTEILE der THERMISCHEN BAUTEILAKTIVIERUNG

Ohne großen technischen Aufwand und kostengünstig umsetzbar.

Höchster thermischer Wohnkomfort durch Nutzung von Wärmestrahlung.

Ermöglicht energieeffizientes, passives und gesundes Kühlen!

Niedrige Heizmitteltemperaturen und die Puffermöglichkeit begünstigen die Nutzung erneuerbarer Energien.

Die „Bauteilbatterie“ ist 100 % brandsicher und zu 100% recyklierbar.

Durch den Einsatz von Bauteilaktivierung können Kollektoren effizienter betrieben werden.

Die Kombination mit Netzen (z.B. Micro- und Anergienetze etc.) eröffnet völlig neue Möglichkeiten (hohe Systemnutzungsgrade!).


KLIMASCHUTZPOTENTIAL THERMISCHER BAUTEILAKTIVIERUNG


THERMISCHE BAUTEILAKTIVIERUNG

Der Planungsleitfaden für Einfamilien- und Reihenhäuser. (September 2016)

Herausgeber BMVIT

5.000 Bücher (120 Seiten) gedruckt

4.000 Exemplare bis heute versandt

Grundlage für die Aus- und Weiterbildung

konkrete Berechnungsbeispiele

Gratis Download: www.zement.at/services/publikationen/energiespeicher-beton


POTENZIAL und AUSBLICK

1 m³ Beton + 4 K 2,67 kWh Spezifisches Gewicht Beton: ca. 2.400 kg/m³ Volumensbezogene Wärmespeicherkapazität C: 667 Wh/m³K

1 m² Betondecke (25 cm) kann somit 0,68 kWh Wärme speichern

Geschätzt 4 Mio. m² Betondecken p. a. neu gebaut

Speicherkapazität:

bei einmaliger Beladung: 2,67 GWh bei 40 maliger Beladung p.a.: 107 GWh pro Jahr

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EINE IDEE – SO EINFACH WIE GENIAL

Danke den Partnern und Förderern!

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! DI Sebastian Spaun [email protected]

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