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Nutzung der Gebäudespeicherfähigkeit in Niedertemperaturnetzen

Daniel Rüthemann; Maximilian Spicker

Titel

Nutzung der Gebäudespeicherfähigkeit in Niedertemperaturnetzen

Autor/in

Datierung

09.06.2023

Beschreibung

Aufgrund einer sich zuspitzenden Ressourcenknappheit und des global ansteigenden Energieverbrauchs, wird
nach innovativen Lösungen gesucht, um diesen Faktoren entgegenzuwirken. Dies verlangt in vielerlei
Hinsicht ein Umdenken in Bezug auf die Wahrnehmung zu diesen Themen, um eine nachhaltige Zukunft zu
gewährleisten. Deshalb wird innerhalb dieser Arbeit untersucht, ob es möglich ist, die Gebäudespeichermasse
in bestehenden Gebäuden zu aktivieren und dadurch ein Lastverschiebungspotential zu erreichen, welches
eine Senkung der Spitzenlast und ein nachhaltiges Lastmanagement zulässt.
Für die Ermittlung der Gebäudeträgheit und der Grundlast wird das Simulationsprogramm IDA ICE
verwendet. Da es sich um die Betrachtung einer ganzen Gemeinde handelt und die verschiedenen Bauweisen
berücksichtigt werden können, werden die Gebäude nach deren Jahrgang in die Kategorien Alt- oder Neubau
unterteilt sowie Referenzgebäude für die Nutzungen «Einfamilienhaus», «Mehrfamilienhaus» und «Hotel»
simuliert. Mittels der ausgewählten und simulierten Referenzgebäude lässt sich die gesamte Gemeinde
abbilden. Das Lastverschiebungspotential unterscheidet sich aufgrund der Bauweise stark zwischen den Altund
Neubauten. Damit eine Lasteinsparung für die Gemeinde möglich ist, werden sechs Zeitprofile mit
jeweils 4 h angelegt, in denen die Gebäude deren Heizsystem abschalten, solange keine Komforteinbussen
entstehen. Der Komfort wird anhand der Raumtemperaturen in den Gebäuden gemessen. Durch die
Einteilung der verschiedenen Gebäude in die Zeitintervalle und die versetzte Aktivierung der Heizsysteme
wird mit Hilfe der Gebäudespeicherfähigkeit eine Senkung der Spitzenlast um mehr als 13 % erreicht. Die
Senkung der Spitzenlast wirkt sich in wirtschaftlicher Sichtweise auf die Erstellung des Fernwärmenetzes aus
und auf die anfallenden jährlichen Betriebskosten der Förderpumpen. Aufgrund des tieferen Leistungsbedarfs
kann die Fernwärmeerzeugung kleiner dimensioniert und somit Investitionskosten gespart werden. Da sich
durch die Auswertung der Simulationen und der Analyse der Gebäude ergeben hat, dass vor allem Neubauten
nach den 2000er Jahren ein grosses Potential für eine Lastverschiebung und Optimierung darstellen, sollte die
Sanierung von Altbauten auf heutige Standards in Betracht gezogen werden. Dies wäre auch im Sinne der
vom Bund lancierten «Energiestrategie 2050», welche ebenfalls eine Steigerung der Energieeffizienz
innerhalb des Gebäudesektors vorsieht.

Due to an increasing scarcity of resources and rising global energy consumption, innovative solutions
are being sought to counteract these factors. In many ways, this requires a reconsideration of the
perception of these issues to ensure a sustainable future. Therefore, it has been investigated in this
thesis whether it is possible to activate the building storage mass in existing buildings, and thereby
achieve a load-shifting potential that allows a reduction of the peak-load and a sustainable load
management. The simulation programme "IDA ICE" is used to determine the building inertia and the
base-load. Since it is a matter of considering an entire municipality and the different construction
methods can be taken into account, the buildings are divided into the categories of old or new
construction according to their vintage, and reference buildings are simulated for the uses "singlefamily
house", "multi-family house" and "hotel". The entire municipality can be represented by
means of the selected and simulated reference buildings. The load-shifting potential differs greatly
between the old and new buildings due to the construction method. In order to make load-savings
possible for the municipality, six time profiles are created, each with four hours, in which the
buildings switch off their heating system as long as there is no loss of comfort. The comfort is
measured by the room temperatures in the buildings. By dividing the different buildings into the time
intervals and staggering the activation of the heating systems, a reduction of the peak-load by more
than 13 % is achieved with the help of the building storage capacity. The reduction of the peak-load
has an economic effect on the construction of the district heating network and on the annual
operating costs of the feedpumps. Due to the lower power demand, the district heating generation
can be dimensioned smaller and thus investment costs can be saved. Since the evaluation of the
simulations and the analysis of the buildings showed that especially new buildings after the 2000s
represent a great potential for load-shifting and optimisation, the renovation of old buildings to
current standards should be considered. This would also be in line with the "Energy Strategy 2050",
launched by the federal government, which also envisages an increase in energy efficiency within the
building sector.

Urheberrechtshinweis