CFX Berlin - Regenerative Energie

Wärmendes Eis

BZE Ökoplan - Büro für zeitgemäße Energieanwendung

BZE Ökoplan steht für effektive Energienutzung. Der nachhaltige Einsatz von Ressourcen im Gebäudebereich steht im Vordergrund der Beratung und Planung. Dabei sind die ganzheitliche Betrachtungsweise und die Entwicklung der energetisch optimalen Lösung, die wichtigsten Ansätze bei der Arbeit.

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Herausforderung

Um die Raumklimabeschaffenheit in Gebäuden mit einem regenerativen System sicherstellen zu können, dient ein unterirdischer Wasserspeicher einer Wärmepumpe als Wärmequelle. In diesen Energiespeicher wird die anfallende Energie (z.B. aus der Abluft) zwischengespeichert. Bei Bedarf wird die Energie dem Speicher mit der Wärmepumpe wieder entzogen. Die Speicherung macht so eine saisonale Verschiebung der Energie möglich. Dabei erweitert der Phasenübergang von Wasser zu Eis die Speicherkapazität wesentlich, sodass die Größe des Speichers geringer sein kann. In Kombination mit unterschiedlichen Systemen der Wärmeversorgung wie zum Beispiel Solarthermie bietet diese Form der Energiespeicherung eine energetisch sinnvolle Lösung zur Heizung und Kühlung von Gebäuden. Durch die Simulation der Prozesse in und um den Energiespeicher, sollen die Wechselwirkungen mit dem umliegenden Erdreich ermittelt werden. Dabei stehen die Vorgänge zeitlich über das Jahr aufgelöst im Vordergrund.

Foto Baustelle Eisspeicher
Eis als Energiespeicher - in Kombination mit unterschiedlichen Systemen der Wärmeversorgung bietet diese Form der Energiespeicherung eine energetisch sinnvolle Lösung zur Heizung und Kühlung von Gebäuden.
Bild Eisspeicher Stroemungsmodell
Modellaufbau für die numerische Simulation der thermischen Interaktion von Eisspeicher und Erdreich
Foto vom Innenleben eines Eisspeichers

Lösung

Die Untersuchung des Energiespeichers im Erdreich mittels ANSYS CFX-Software wurde unter Berücksichtigung der am potentiellen Standort herrschenden Außentemperaturen auf Grundlagen der Wetterdaten vom Deutschen Wetterdienst durchgeführt. Diese wurde dynamisch auf die Erdoberfläche aufgelegt, sodass die sich einstellenden Erdreichtemperaturen realistisch abgebildet werden. Durch die Nutzung der Energie in dem Speicher zur Gebäudeheizung oder auch -Kühlung ergeben sich saisonale unterschiedliche Temperaturniveaus im Energiespeicher. Um diese Temperaturverläufe in der Simulation realistisch abbilden zu können, wurden die dynamischen Entzugs- und Regenerationsdaten aus einer vorangegangenen Gebäudesimulation als Energiequelle bzw. -senke in das Wasser im Speicher parametriert.

Die Simulation des Energiespeichers inklusive dem umliegenden Erdreich hat gezeigt, dass eine Anpassung des Speichers in Geometrie und Lage im Erdreich für einen optimalen Betrieb wesentlich ist. Die Ergebnisse haben außerdem verdeutlicht, dass Wechselwirkungen zwischen Erdreich und Energiespeicher entstehen können, die einen zuvor unbekannten Einfluss auf die Umgebung und damit auch auf den Energiespeicher haben. Nur unter Berücksichtigung, der durch die Simulationen gewonnenen Erkenntnisse, kann im Voraus eine Aussage über die Auswirkungen des Energiespeichers auf die Umgebung und umgekehrt getroffen werden.

Bild Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich T500h
Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich zum Zeitpunkt T=500h
Bild Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich zum Zeitpunkt T2600h
Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich zum Zeitpunkt T=2600h
Bild Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich zum Zeitpunkt T=3625h
Temperaturverteilung in Eisspeicher und Erdreich zum Zeitpunkt T=3625h
Bild Videovorschau Simulation Eisspeicher
Video: Transiente thermische Simulation der Interaktion von Eisspeicher und Erdreich

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