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Open Access 2024 | Open Access | Buch

EASyQuart - Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze von Stadtquartieren

Heizen und Kühlen unter Nutzung oberflächennaher geologischer Ressourcen

herausgegeben von: Anke Bucher, Haibing Shao, Rüdiger Grimm, Stephan Schönfelder, Jakob Randow, Thomas Vienken, Karsten Rink, Konstanze Zschoke

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Das Open-Access-Buch bietet ein Entscheidungshilfesystem für die Beheizung/Kühlung von Stadtteilen durch oberflächennahe geothermische Ressourcen.
Die Energieversorgung von Stadtquartieren spielt eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der Klimaschutzziele. In diesem Zusammenhang bietet der geologische Raum ein grundlastfähiges Wärmepotenzial für die städtische Wärmeenergieversorgung. Der optimierte Betrieb von Wärmepumpensystemen ist entscheidend für einen niedrigen Primärenergieverbrauch sowie eine effiziente und nachhaltige Nutzung der geothermischen Ressourcen. Die derzeitige Auslegungspraxis für geothermische Großanlagen basiert im Wesentlichen auf den gleichen Bedingungen, die für Einzelanlagen geschaffen wurden. Gefragt sind jedoch Quartierslösungen, die eine optimierte Anlagendimensionierung ermöglichen.
EASyQuart entwickelt ein standortbezogenes Entscheidungshilfesystem für die Beheizung/Kühlung von Stadtquartieren unter Nutzung oberflächennaher geothermischer Ressourcen. Die Projektergebnisse umfassen Arbeitsabläufe, Bewertungskriterien und wissenschaftliche Instrumente, die helfen sollen, eine wirtschaftlich ungünstige Systemdimensionierung zu vermeiden. Auf Basis der Ergebnisse sollen Auslegungsverfahren und regulatorische Rahmenbedingungen flexibilisiert werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

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Open Access

Kapitel 1. Einführung in das Verbundvorhaben Easyquart

Zusammenfassung

Im Jahre 2015 wohnten etwa 75 % der deutschen Bevölkerung in Städten (Statista 2018). Entsprechend dem Ziel des Energiekonzepts der Bundesregierung (Bundesregierung 2018), den Gebäudebestandteil bis 2050 nahezu klimaneutral zu gestalten, spielen städtische Quartiere eine herausragende Rolle bei der Steigerung von Energieeffizienz und somit der Senkung von Schadstoffemissionen. Laut Angaben des Umweltbundesamtes betrug der Anteil von Wärme/Kälte im Jahr 2012 knapp 51 % am Endenergieverbrauch in Deutschland. In privaten Haushalten ist der thermische Anteil mit bis zu 80 % gemessen am Verbrauch von Endenergie noch deutlich größer. Davon stammten 2016 lediglich 13,4 % aus erneuerbaren Quellen (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz 2022), mit einem seit 2012 nahezu stagnierenden Anteil. Diese Zahlen verdeutlichen das große Effizienzpotenzial von Stadtquartieren im Wärmesektor und deren Schlüsselrolle im Prozess der Energiewende.

Anke Bucher, Uwe-Jens Görke, Rüdiger Grimm, Nele Hastreiter, Olaf Kolditz, Katrin Lubashevsky, Jakob Randow, Simon Richter, Karsten Rink, Stephan Schönfelder, Haibing Shao, Thomas Vienken, H. Konstanze Zschoke

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Kapitel 2. Standorte und Standortmodelle

Zusammenfassung

Für die im Verbundprojekt Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze zum Heizen und Kühlen von Stadtquartieren unter Nutzung des oberflächennahen geologischen Raumes (EASyQuart) durchgeführten Untersuchungen, Validierungen und Realmessungen wurden eine Reihe von Standorten und -modellen verwendet. Mit der Einschränkung, dass kein einheitliches Gesamtmodell für die Durchführung aller Vorhaben an einem Standort zur Verfügung stand, wurden für die jeweiligen Anwendungsfälle spezifische Bezugspunkte genutzt.

Steve Henker, Nele Hastreiter, Jakob Randow, Karsten Rink, Paul Satke, Thomas Vienken, H. Konstanze Zschoke, Rüdiger Grimm

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Kapitel 3. Erkundung und Monitoring auf Quartiersebene

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projektes Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze zum Heizen und Kühlen von Stadtquartieren unter Nutzung des oberflächennahen geologischen Raumes (EASyQuart) wurden die Anforderungen an die Erkundung und das Monitoring untersucht, die aus der geothermischen Erschließung auf Wohngebietsskala hervorgehen. Diese besonderen Anforderungen entstehen aus der räumlichen Dimension der Untersuchungsgebiete sowie aus der hohen geothermischen Nutzungsdichte bei Quartieren.

Nele Hastreiter, Steve Henker, Marco Pohle, Ulrike Werban, Thomas Vienken

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Kapitel 4. Analyse von Untergrundkomponenten

Zusammenfassung

Die Gegebenheiten im geologischen Untergrund und vor allem die dort vorhandenen Temperaturbedingungen sind die zentrale Ressource, der sich geothermische Anlagen bedienen. Die große Bedeutung, die den Informationen zu den Gegebenheiten im Untergrund im Planungsprozess solcher Anlagen zukommt, ist daher naheliegend. Eine möglichst genaue Kenntnis der Bedingungen ermöglicht eine bessere und effizientere Auslegung. Um die Kenntnis über Eigenschaften von Untergrundkomponenten und die Nutzung von Informationen aus dem Untergrund für Planungsprozesse zu verbessern, wurden in EASyQuart einige Untersuchungen durchgeführt. Hierzu zählen Sensitivitätsanalysen, numerische Unsicherheitsanalysen und potenzielle Optimierungsstrategien, welche in diesem Kapitel vorgestellt werden.

Simon Richter, Katrin Lubashevsky, Jakob Randow, Steve Henker, H. Konstanze Zschoke, Anke Bucher

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Kapitel 5. Analyse von Haustechnikkomponenten

Zusammenfassung

Bis zu diesem Kapitel wurde hauptsächlich das unterirdische Teilsystem von geothermischen Anlagen untersucht. Im Folgenden wechselt der Fokus zu den oberirdischen Verbrauchern, deren thermischer Modellierung und deren Verknüpfung mit dem Untergrundmodell.

Paul Satke, Jakob Randow, Max Jäschke, Stephan Schönfelder

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Kapitel 6. Benchmarks

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die im Rahmen von EASyQuart entwickelten Anwendungsbeispiele (Benchmarks) für OpenGeoSys (OGS) kurz vorgestellt. Diese Benchmarks betrachten beispielhaft Möglichkeiten der Simulation mit OGS und dienen auch der Qualitätssicherung in der Code-Entwicklung der Simulationsplattform. Im Speziellen werden drei Benchmarks vorgestellt.

Simon Richter, Jakob Randow, Haibing Shao, Katrin Lubashevsky, Steve Henker, Anke Bucher

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Kapitel 7. Systemintegration

Zusammenfassung

Nachdem in den vergangenen Kapiteln ausführlich die Abläufe bei der Erkundung, dem Monitoring sowie der Simulation des Untergrundes und der Haustechnik beschrieben wurden, werden nun in Abschn. 7.1 Möglichkeiten zur Verwendung der erhobenen und generierten Daten für die Entwicklung eines prototypischen Informationssystems dargestellt. Die Nutzung der gewonnenen Erkenntnisse für die Gestaltung eines Entscheidungshilfesystems wird in Abschn. 7.2 für den gesamten Prozess von der Grundlagenplanung und Machbarkeitsprüfung über die einzelnen Planungs- und Genehmigungsschritte bis zur Objektbetreuung nach der Implementation beschrieben. Abschn. 7.3 zeigt auf, in welchem Maße sich gesetzliche Vorgaben derzeit für die Anlagenplanung in Deutschland zwischen den einzelnen Bundesländern unterscheiden und gibt Empfehlungen zur Anpassung ebendieser regulativen Rahmenbedingungen.

Karsten Rink, Rüdiger Grimm, Nele Hastreiter, Paula Kroll, Paul Remmler, Haibing Shao, H. Konstanze Zschoke

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Kapitel 8. Fazit und Ausblick

Zusammenfassung

Ein wesentlicher Teil des Innovationsgehalts von EASyQuart besteht darin, offene wissenschaftliche Fragestellungen bei der Optimierung großflächiger oberflächennaher Geothermienetzwerke klären zu helfen (z. B. durch Anpassung, Entwicklung und Bewertung standort- und prozessbezogener Erkundungs- und Monitoringverfahren, Sensitivitätsstudien, numerische Unsicherheitsanalysen sowie gekoppelte Simulationen des Gesamtsystems Untergrund-Haustechnik). Zudem wurden exemplarisch konkrete Prognoseinstrumentarien zur standortbasierten Analyse der Versorgungs- und Bedarfsseite für verschiedene Arbeitsschritte eines Auslegungs- und Planungsprozesses oberflächennaher geothermischer Anlagen zum Heizen und Kühlen erstellt und mit Daten realer Standorte validiert. Auf dieser Basis konnten vom Verbundvorhaben Empfehlungen für die Flexibilisierung von Auslegungsverfahren und regulativen Rahmenbedingungen für Errichtung und Betrieb der betrachteten Systeme formuliert werden.

Jakob Randow, Anke Bucher, Uwe-Jens Görke, Rüdiger Grimm, Nele Hastreiter, Olaf Kolditz, Katrin Lubashevsky, Simon Richter, Karsten Rink, Stephan Schönfelder, Haibing Shao, Thomas Vienken, H. Konstanze Zschoke

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Backmatter

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Titel: EASyQuart - Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze von Stadtquartieren
herausgegeben von: Anke Bucher
Haibing Shao
Rüdiger Grimm
Stephan Schönfelder
Jakob Randow
Thomas Vienken
Karsten Rink
Konstanze Zschoke
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-67140-5
Print ISBN: 978-3-662-67139-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-67140-5