Demand Side Management mit W\u00e4rmepumpen<\/p>\n
Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien erh\u00c3\u00b6ht sich auch der Regelbedarf im Stromnetz. Gerade die Einspeisung durch Photovoltaik- und Windenergieanlagen unterliegt durch ihre Wetterabh\u00c3\u00a4ngigkeit gro\u00c3\u0178en Schwankungen. Durch Demand Side Management kann das unregelm\u00c3\u00a4\u00c3\u0178ige Aufkommen von Strom aus erneuerbaren Energien ausgeglichen und damit dessen Einspeisung unterst\u00c3\u00bctzt werden. Anstelle der heute \u00c3\u00bcblichen verbrauchsorientierten Erzeugung werden die Verbraucher vermehrt erzeugungsabh\u00c3\u00a4ngig gesteuert. Dadurch l\u00c3\u00a4sst sich die Gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e der n\u00c3\u00b6tigen Speicher f\u00c3\u00bcr Strom verkleinern, die \u00c3\u0153berkapazit\u00c3\u00a4ten verringern und der erforderliche Netzausbau reduzieren.
Da ein bedeutender Teil, ca. 40 %, der Endenergie in Deutschland f\u00c3\u00bcr die Erzeugung von Nutzw\u00c3\u00a4rme verwendet wird, liegt ein gro\u00c3\u0178es Potenzial zum Lastmanagement in der Verkn\u00c3\u00bcpfung des Strom- und W\u00c3\u00a4rmesektors. W\u00c3\u00a4rmepumpen als Bindeglied bieten sowohl im Geb\u00c3\u00a4udebestand als auch im Neubau eine Option zur regenerativen Versorgung mit Nutzw\u00c3\u00a4rme und lassen sich als schalt- und steuerbare dezentrale Verbraucher in ein intelligentes Stromnetz einbinden. Zudem erh\u00c3\u00b6hen sie den bisher noch geringen Anteil von rund 9 % erneuerbarer Energien im W\u00c3\u00a4rmebereich. Durch die thermische Tr\u00c3\u00a4gheit der Geb\u00c3\u00a4udemasse kann die Lastaufnahme der versorgten Geb\u00c3\u00a4ude flexibilisiert werden. Bisherige Studien zur Ermittlung des Lastverschiebepotenzials gehen zumeist von einem separaten Warmwasserspeicher f\u00c3\u00bcr Heizung und Trinkwasser aus, die M\u00c3\u00b6glichkeiten des Einbezugs der Geb\u00c3\u00a4udemasse wird meist nicht betrachtet. Dabei erschlie\u00c3\u0178en sich gerade dort gro\u00c3\u0178e Kapazit\u00c3\u00a4ten, die sich je nach Geb\u00c3\u00a4ude und Nutzer eine sehr unterschiedliche Charakteristik aufweisen. Auch wird meistens von einer separaten Steuerung der einzelnen W\u00c3\u00a4rmepumpen durch ein einfaches Strompreissignal ausgegangen.
Ziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung von vorausschauenden Regelungsstrategien f\u00c3\u00bcr heterogene Geb\u00c3\u00a4udegruppen, die durch erzeugungsabh\u00c3\u00a4ngig gesteuerte W\u00c3\u00a4rmepumpen mit Nutzw\u00c3\u00a4rme versorgt werden. Ber\u00c3\u00bccksichtig werden sowohl anlagentechnische als auch bauliche Eigenschaften der einzelnen Geb\u00c3\u00a4udetypen, die sich durch eine unterschiedliche W\u00c3\u00a4rmespeicherkapazit\u00c3\u00a4ten und unterschiedlich gro\u00c3\u0178e W\u00c3\u00a4rmeverluste \u00c3\u00bcber die H\u00c3\u00bcllfl\u00c3\u00a4chen \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178ern. Daraus ergibt sich eine charakteristische geb\u00c3\u00a4udespezifische Zeitkonstante. Als Randbedingung muss ein festgelegter Raumkomfort in den Innenr\u00c3\u00a4umen gewahrt werden. Zudem werden Wetter- und Stromprognose in die Regelungsstrategien einbezogen. Die unterschiedliche Tr\u00c3\u00a4gheit und Speichergr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e der Geb\u00c3\u00a4udetypen sollen gezielt eingesetzt werden um das gemeinsame Lastverschiebepotenzial zu steigern.
Die Betrachtung soll sich auf Wohngeb\u00c3\u00a4ude im deutschen Geb\u00c3\u00a4udebestand beschr\u00c3\u00a4nken. Zus\u00c3\u00a4tzlich werden auch kleine Einzelhandelsfl\u00c3\u00a4chen und wohn\u00c3\u00a4hnliche Nutzungen zur Abbildung von Mischquartieren betrachtet. Es werden sowohl die Au\u00c3\u0178enluft als auch alternativ das Erdreich als W\u00c3\u00a4rmequellen betrachtet. Die Auswahl der betrachteten Geb\u00c3\u00a4udetypen erfolgt auf der Grundlage einer energetisch-\u00c3\u00b6konomischen Betrachtung im Rahmen meiner Masterarbeit. Anhand der Auswahl werden bestehende Geb\u00c3\u00a4udemodelle in der thermisch-dynamischen Simulationsumgebung TRNSYS weiterentwickelt. Auf Grundlage einer Parameterstudie werden die Modelle vereinfacht. Diese werden zur Simulation in einem Modell verwendet, das das dynamische Verhalten definierter typischer Geb\u00c3\u00a4udeensembles abbildet. Im Hinblick auf die Optimierungskriterien Lastausgleichspotenzial, Effizienz der Nutzw\u00c3\u00a4rmeerzeugung und unter Ber\u00c3\u00bccksichtigung des thermischen Raumkomforts werden Regelungsstrategien entwickelt, im Simulationsmodell getestet, bewertet und optimiert. Daraus wird das Potenzial zur Lastverschiebung mit den optimierten Regelungsstrategien f\u00c3\u00bcr verschiedene Geb\u00c3\u00a4udekonstellationen und Ausbauszenarien abgesch\u00c3\u00a4tzt.
Die Forschungsarbeit erschlie\u00c3\u0178t optimierte M\u00c3\u00b6glichkeiten der Integration von W\u00c3\u00a4rmepumpen als regelbare dezentrale Energieeinheiten unter Einbezug auch der Geb\u00c3\u00a4udemasse und tr\u00c3\u00a4gt durch die Nutzung regenerativen \u00c3\u0153berschussstroms zur Senkung der CO2-Emissionen bei.
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Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung
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