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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“
2020-10-01 | 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen: Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ | 2 Sebastian Spaun | Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie
Ein kurzer Exkurs zur CO2-Roadmap der Zementindustrie
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Globale Treibhausgasemissionen 2017
Quellen: Zement: IEA, 2019 (2,2 Gt CO2) sowie ipcc.ch, UNEP / * Gigatonnen CO2-Äquivalent
2020-10-01 | 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen: Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ | 4 Sebastian Spaun | Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie
CEMBUREAU 2050 Roadmap CO
²-Reduktion entlang der Wertschöpfungskette von Zement (5Cs: clinker, cement, concrete, construction, re-carbonation)
2020-10-01 | 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen: Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ | 5 Sebastian Spaun | Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie
CO2-Emissionen der Zementerzeugung
Quelle: Eigendarstellung auf Basis von Daten der GCCA – Getting the numbers right Projekt
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Weitere Projektbeteiligte
Die Projektpartner
ACR-Ökobilanzvergleich von 45 Gebäudekonzepten
Holzkonstruktionen mit EcoSoft v5.0. Ziegel, Beton, Holzspanbeton mit ecoinvent v2.2
2020-10-01 | 7. Fachsymposium Brennpunkt Alpines Bauen: Speicherwunder „Thermische Betonkernaktivierung“ | 7 Sebastian Spaun | Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie
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.
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Simulationsraum 2011
10 Jahre Forschung Praxis
Haus H 2016 MGG22 2020
Forschung und Umsetzung
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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
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Speicherung und Strahlung
Georg Saal, Schwarzwaldstube Römische Fußboden- und Wandheizung Museumsverein Kuchl
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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
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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
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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?
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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
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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
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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
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SOLARTHERMIE & BAUTEILAKTIVIERUNG
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Gemeindezentrum Hallwang, Salzburg. Mehr Beispiele: www.futureisnow.eu
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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
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MONITORING-Ergebnisse
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Jänner 2017 63 % netzfreundlich Jänner 2018 94 % netzfreundlich
Erneuerbare effektiv nutzen!
Anteil Windüberschussstrom für Wärmepumpe im Haus H:
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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
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• 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
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MGG 22 (155 Wohnungen) Hoher Besuch aus München am 25. Oktober 2019
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MGG 22 - Testwohnung
Quelle: C. Bärnthaler, 2020
MGG22
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Außentemperatur
1. – 8. Juni 2020
Innentemperatur
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MGG22
Außentemperatur
22. – 29. Juni 2020
Innentemperatur
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MGG22
Außentemperatur
29. Juni – 6. Juli 2020
Innentemperatur
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MGG22
Außentemperatur
6. – 13. Juli 2020
Innentemperatur
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MGG22
Außentemperatur
27. Juli – 3. Aug. 2020
Innentemperatur
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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!).
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KLIMASCHUTZPOTENTIAL THERMISCHER BAUTEILAKTIVIERUNG
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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
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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 spaun@zement.at