ISBN 978-3-8439-1367-6

978-3-8439-1367-6, Reihe Bauingenieurwesen

Steffen Mock
Entwicklung und Anwendung eines dynamischen Kosten-/Nutzen-Optimierungsmodells zur Konzeptionierung von Nullheizenergie-Gebäuden unter Einbeziehung geothermischer Speichertechnologien

253 Seiten, Dissertation Universität Siegen (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Um die technischen und physikalischen Vorgänge bei der Beheizung von Gebäuden bilanzieren und unter Kosten-/Nutzen-Aspekten optimieren zu können, wurde auf Basis des Fraunhofer-Kernels ein rechnerisches Optimierungsmodell entwickelt. Mittels hinterlegter Szenarien zur voraussichtlichen Energiepreisentwicklung und variabler Kostenkennwerte kann damit ein automatisierter Abgleich der jeweiligen Ausgaben und Einsparungen bei verschiedenen energetisch wirksamen Maßnahmenvarianten durchgeführt und diese schnell und auf simple Weise unter Kosten-/ Nutzen-Aspekten optimiert werden.

Zur Prüfung und Darstellung der Funktionalität des Rechenmodells wurde in einer Fallstudienuntersuchung anhand von bestehenden Nichtwohngebäuden die Sen¬kung des Heizwärmebedarfs durch Maßnahmen an der Gebäudehüllfläche hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen Umsetzbarkeit bewertet.

Über die reine Wärmebedarfssenkung hinaus sollte das Optimierungsmodell auch ermöglichen, Konzepte zur 100 % CO2-neutralen Beheizung mittels regenerativer Energiequellen bei vollständiger Unabhängigkeit von extern zu beziehenden Energieträgern entwickeln zu können. Hierzu wurden für in großem Umfang solar- und geothermische Potentiale nutzende Systeme zur Wärmebedarfsdeckung geeignete Berechnungsvorschriften, Auslegungskriterien und Übergabeparameter gefunden.

In einer weiteren Fallstudienuntersuchung wurden Solarkollektoranlagen in Verbindung mit Erdwärmesondenbohrungen zur saisonalen Wärmespeicherung im oberflächennahen Untergrund für die bereits im ersten Schritt betrachteten Gebäude dimensioniert und deren Betrieb über einen Zeitraum von 25 Jahren simuliert. Damit konnte der rechnerische Nachweis erbracht werden, dass eine Gebäudebeheizung vollständig aus während der Sommermonate gespeicherten solarthermischen Einträgen bestritten werden kann. Für zukünftige Projektbearbeitungen konnten aus der Auswertung der Simulationsergebnisse zudem Formeln abgeleitet werden, welche die einfache Auslegung der zur 100 % solarthermischen Gebäudebeheizung notwendigen Anlagenkomponenten ermöglichen.

Im Rahmen eines Mensa-Neubaus wurde eine solche Anlage realisiert. Die Auswertung der bis zum jetzigen Zeitpunkt verfügbaren Messergebnisse zur Temperaturentwicklung zeigt, dass sich das Erdwärmesondenspeicherkonzept auch im praktischen Betrieb bewähren kann und somit eine weitere Schlüsseltechnologie zu einer CO2-neutralen Gebäudebeheizung darstellt.