GEOSOL

(Erfolgsfaktoren für solare Mikrowärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung)
 
Contact:Peter Biermayr
Project Team:Peter Biermayr, Lukas Kranzl, Nebojsa Nakicenovic
 
Begin:
Sep 2010
Duration:
24 months
Status:
finished
 
Consortium:Geologische Bundesanstalt
HTL Wiener Neustadt
 
Homepage: www.sparklingscience.at
 
 
 
Further Project information:
PDF File
(14171 kb)
 
1. Kurzfassung

AutorInnen: Peter BIERMAYR, Gregor GÖTZL, Martin FUCHSLUGER, Stefan HOYER, Julia WEILBOLD, Anna-Katharina BRÜSTLE, Gerald STICKLER

Kostengünstige saisonale Wärmespeicher eröffnen die Möglichkeit einer vollsolaren Wärmeversorgung von Wohn- und Servicegebäuden. In diesem Sinne sind kostengünstige saisonale Wärmespeicher als Schlüsseltechnologie für eine Systeminnovation im Bereich der Raumwärmebereitstellung und Brauchwassererwärmung zu sehen.
Die nationalen und internationalen Forschungsanstrengungen im Bereich thermischer Speicher fokussieren einerseits auf großvolumige Wasserspeicher und andererseits auf innovative Speichermedien im Bereich der latenten und der chemischen Wärmespeicher. Bereits gebaute Pilot- und Demonstrationsanlagen im Bereich der Wasser- und Erdspeicher zeigen die technische Machbarkeit dieser Systeme. Sie sind jedoch oftmals an sehr spezifische Eigenschaften der oberirdischen und unterirdischen Systemkomponenten gebunden. So wurden in der Vergangenheit beispielsweise zufällig vorhandene Aquifere als Wärmespeicher genutzt oder es wurden große optimierte Gesamtsysteme bestehend aus Gebäuden, Wärmespeichern und weiteren Systemkomponenten komplett neu errichtet.
In Hinblick auf das große Potenzial im Bereich der Gebäudesanierung wurden im Forschungsprojekt GEOSOL ausschließlich multiplizierbare Systemlösungen für den Gebäudebestand untersucht. Hierbei stand die Untersuchung der technischen Machbarkeit und die Charakterisierung der Erfolgsfaktoren für die Errichtung und den Betrieb von solaren Mikrowärmenetzen mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung im Vordergrund.
Das aus der Technischen Universität Wien, der Geologischen Bundesanstalt und der HTL Wiener Neustadt bestehende Projektteam analysierte hierfür Modellsysteme aus Gebäuden, solarthermischen Anlagen und der Wärmespeicherung im Boden. Methodisch wurden Modellsysteme in Computersimulationen abgebildet, wobei selbst programmierte Module und verfügbare Simulationssoftware kombiniert wurden. Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit wurden mit Hilfe der Schülerinnen und Schüler der HTL Wiener Neustadt konkrete Fallstudien analysiert.
Die Projektergebnisse weisen die Machbarkeit entsprechender Systeme und eine Reihe von Eignungskriterien aus, wobei für einen wirtschaftlichen Betrieb vor allem technische und strukturelle Kriterien erfüllt sein müssen. Das GEOSOL-System eignet sich demnach für räumlich dichte Aggregate von wärmetechnisch sanierten Bestandsgebäuden, welche mit Niedertemperatur-Wärmeverteilsystemen ausgestattet sind. Als Lösung für den geothermischen Speicher wurde das Sondenfeld mit minimal 4 Stück vertikalen Koaxial- bzw. Doppel-U-Rohr-Sonden identifiziert. Der Untergrund ist für die Wärmespeicherung geeignet, wenn grundwasserführende Schichten mit bewegtem Grundwasser ausgeschlossen werden können. Das Speicherdesign bedingt Gebäudeaggregate mit einem Wärme-Leistungsbedarf von mindestens 16 kWth und einem jährlichen Wärmebedarf von mindestens 26 MWhth. Das GEOSOL-System ist im Vergleich mit anderen Wärmeversorgungsoptionen wirtschaftlich darstellbar, wobei vergleichsweise hohe Investitionskosten und geringe Betriebskosten charakteristisch sind. Bei einer Anwendung im kommunalen Bereich tritt das GEOSOL-System vor allem mit zentralen Biomasse-Systemlösungen in den Wettbewerb.
Schlussfolgernd kann gesagt werden, dass für den Einsatz der untersuchten Systeme im österreichischen Gebäudebestand ein großes Potenzial vorhanden ist, wobei die Eignung im konkreten Einzelfall stets anhand der dargestellten Eignungskriterien geprüft werden muss. Zur Validierung und Vervollständigung der vorliegenden Forschungsergebnisse wird abschließend die Umsetzung von zwei konkreten Pilot- und Demonstrationsanlagen aus der Menge der in GEOSOL untersuchten Fallstudien empfohlen. 

2. Abstract

Cost-effective seasonal thermal storage systems allow a fully solar-based heat supply of residential and office buildings in a moderate climate. Consequently cost-effective seasonal thermal storage systems are a key technology for system innovations for the supply of space and water heating. National and international efforts in research concerning thermal storage systems focus partly on water storages with a great volume and partly on innovative latent and chemical heat storages. Existing water heat storages and borehole heat storages show that these systems are technically feasible. However they often depend on very specific properties of connected buildings and underground system components. In the past available aquifers were used as heat storage. Alternatively overall systems consisting of buildings, heat storages and other system components were newly established.
In regard to the great potential of building restorations the research project GEOSOL only examined multipliable system solutions for an existing building stock. The technical feasibility and the success factors for the establishment and operation of solar micro heat grids with seasonal geothermal heat storage were in the foreground.
The project team consisting of the Vienna University of Technology, Geological Survey of Austria and the HTL Wiener Neustadt therefore analysed model systems of buildings, solar thermal installations and the underground heat storage. Model systems were displayed in computer simulations with the help of self-programmed modules and available simulation software. For practical testing pupils of the HTL Wiener Neustadt analysed concrete case studies.
The project results show the feasibility of various systems as well as a number of qualification criteria. For an economic operation above all technical and structural criteria must be fulfilled. Consequently the GEOSOL system is suitable for spatially dense aggregates of thermo technically restored buildings which have a low temperature heat distribution system. For the geothermal storage the borehole heat storage was identified with minimally 4 pieces of vertical coaxial- or double u-tubes. The underground is suitable for heat storage if layers with moving groundwater can be excluded. The storage design needs building aggregates with a heat-energy demand of at least 16 kWth and an annual heat demand of at least 26 MWhth. In comparison to other heat supply systems the GEOSOL system is economically feasible. But high investment costs and low operation costs are characteristic. For an application in the municipal sector, the GEOSOL system mainly competes with central biomass system solutions.
As a result one can conclude that there is a great potential for the use of the examined systems in the Austrian building stock. However in the concrete case the quality criteria must always be tested. Finally the realisation of two concrete pilot facilities among the case studies examined in the GEOSOL project will help to validate and complete the research data.

Links

.) Ein Forschungsprojekt im Rahmen des Forschungsprogramms “Sparkling Science“,
gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung


.) GEOSOL auf “Sparkling Science“ (Deutsch)

.) GEOSOL auf “Sparkling Science“ (English)

.) Partnerschule HTL Wiener Neustadt

.) Projektsponsor Zehentmayer Software; GEQ Energieausweis

.) Projektsponsor Wiener Zentrum für Energie, Umwelt und Klima; Thermovision

 
Downloads:
Wissenschaftlicher Endbericht / scientific final report:
PDF File
(14171 kb)
 
last update downloads: 2013-04-29

back »