| Titel: |
Energie- und kostenoptimierte Kalte Nahwärmenetze (KNW-Plus) – Auslegung, Simulation und Online-Tool für innovative Systemvarianten |
| Laufzeit: | 19.08.2022 - 31.12.2023 |
| Projektvolumen: | 181.161 € |
| Projektleiter: | Prof. Dr.-Ing. Stefan Lechner |
| Projektpartner: | IMAXX Projektentwicklungsgesellschaft mbH, Stadtwerke Bad Nauheim GmbH (Unterauftragnehmer) |
| Förderprogramm: | Energetische Förderung HEG |
| Gefördert vom | Wirtschafts- und Infrastrukturbank Hessen (WIBank) |
| Förderkennzeichen: | E/531/71638254 |
Projektziel
Ziel des Projekts ist es, das Konzept der Kalten Nahwärme allgemein zugänglicher zu machen und die Konzeptionierung dieser Wärmenetze 5. Generation (5GDHC) zu verbessern. Hierzu nimmt die THM eine simulationsgestützte Auslegung der erdgebundenen Wärmequelle für Kalte Nahwärmenetze vor und erweitert die Berechnungen um weitere dezentrale Wärmequellen und gebäudeseitige Ausstattung zweier exemplarischer Wohngebiete in Mittelhessen. Die grundlegenden Berechnungsmethoden des Rechenmodells werden anschließend in der Version eines frei zugänglichen Online-Tools veröffentlicht, welches Energieversorgern, Immobilienentwicklern und weiteren Interessierten die Möglichkeit gibt, für die Planung Kalter Nahwärmenetze schnell und einfach auf eine fundierte Methodik zur Vorauslegung zuzugreifen.
Kurzfassung der Projektbeschreibung
Im Vordergrund der Projektaufgaben stehen
- die Charakterisierung der benannten exemplarischen Untersuchungsgebiete hinsichtlich ihrer Eignung für ein Kaltes Nahwärmenetze mit zentraler geothermischer Wärmequelle,
- die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Abbildung von Wärmequellen, Verteilnetz-Infrastruktur und Verbrauchern/Prosumern sowie
- ein energetischer und ökonomischer Vergleich definierter Systemvarianten mit zusätzlichen dezentralen Wärmequellen und typischen gebäudetechnischen Ausrüstungen der angeschlossenen Prosumer.
Das Simulationsmodell wird mit allen Teilmodellen der einzelnen Komponenten in der open-source Softwareumgebung OpenModelica erstellt und zukünftig für weitere Forschungsarbeiten in einer eigenen Software-Bibliothek gepflegt und ausgebaut.
Ergebnisse
Online-Werkzeug zur Vorauslegung von KNW-Netzen
Aufbauend auf den detaillierten Simulationsergebnissen des Forschungsprojekts werden grundlegende Funktionen der entwickelten Softwarebibliothek in einem frei verfügbaren Excel-Werkzeug gesammelt. Dieses arbeitet auf der Grundlage von Look-Up-Tabellen, um nach den gewählten Randbedingungen und Ausstattungen eines KNW-Netzes eine Mindestauslegungsgröße der primären geothermischen Wärmequelle (Erdwärmekollektor oder Erdwärmesondenfeld) aus den generierten Simulationsergebnissen auszugeben. Das Software-Werkzeug bietet die Möglichkeit, folgende Beschreibungen des KNW-Netzes einzutragen:
- Eingabe des quartiersweiten Wärmebedarfs bis 5 GWh/Jahr
- Auswahl der primären geothermischen Wärmequelle - Erdwärmekollektor (EWK) oder Erdwärmesondenfeld (EWS)
- Auswahl aus drei üblicherweise anzutreffenden Bodenarten (EWK)
- Auswahl der Verlegetiefe des EWK aus zwei Referenzwerten
- Eingabe der durchschnittlichen Wärmeleitfähigkeit des Bodens/Gesteins (EWS)
- Auswahl der Bebauungsdichte im KNW-Netz bzw. der relativen Länge des Verteilleitungsnetzes aus zwei Referenzwerten
- Auswahl von Aufdach-PVT-Anlagen als zusätzlich eingebundene dezentrale Wärmequelle
- Passive Kühlung der Gebäude als Standardfunktion
Gegenüber der Standard-Auslegungsmethodik nach VDI 4640 bietet das Software-Werkzeug die Möglichkeit, ebenfalls niederschwellig und schnell auf eine Vorauslegung der kostenintensiven geothermischen Wärmequelle zu gelangen, darüber hinausgehend jedoch unter Einbeziehung des Verteilnetzes und weiterer dezentraler Wärmequellen. Weiterführende Informationen zur Funktionsweise finden sich auf einer Info-Seite in der Datei selbst.
