Untersuchungen zum netzgeführten Taktbetrieb einer Betonkerntemperierung

Abstract

Die verstärkte Einspeisung von Strom aus fluktuierender Erneuerbarer Energieerzeugung stellt unser Energiesystem vor große Herausforderungen. Gebäuden kommt vor diesem Hintergrund eine wichtige Rolle als flexible Verbraucher und Erzeuger zu. Neben dem Nutzerkomfort und der Energieeffizienz von Gebäuden wird zukünftig auch ihr Einfluss auf das Stromnetz zur Optimierungsgröße. In Verbindung mit einer Betonkerntemperierung (BKT) birgt die Gebäudemasse ein erhebliches Lastmanagement-Potenzial. Die in dieser Arbeit entwickelte netzgeführte Taktbetriebsstrategie soll helfen, dieses Potenzial im praktischen Gebäudebetrieb wirkungsvoll und effizient zu nutzen. Grundlage für die Untersuchungen sind die Planungsdaten eines in 2020 fertig- gestellten Nichtwohngebäudes. Anhand dieser wurde in der Simulationsumgebung TRNSYS ein komplexes Gebäude- und Anlagenmodell zur Versorgung einer Bürozone aufgebaut. Im Modell erfolgt die Grundbeheizung sowie die Kühlung der Zone im Sommer über eine mittig in der Betondecke angeordnete BKT. Die Wärme- und Kältebereitstellung für die BKT erfolgt über eine erdreichgekoppelte reversible Wärmepumpe. Die Beladung der BKT in der Referenzvariante erfolgt im Dauerbetrieb über außentemperaturabhängige Heiz-/Kühlkurven nach dem Unknown-But-Bounded-Verfahren (UBB). Darauf aufbauend wird eine netzgeführte Taktstrategie auf Basis des UBB-Taktverfahrens entwickelt. Ziel der Netzführung auf Grundlage eines entwickelten Netzsignals ist die Verschiebung der Beladungszeiten der Betondecke in Zeiten, die im Hinblick auf das elektrische Energiesystem als günstig zu bewerten sind. Die in Frage kommenden Netzreferenzgrößen werden auf Basis von Netzdaten der Jahre 2017 bis 2020 bewertet. Es werden die Auswirkungen der Betriebsstrategie im Hinblick auf thermischen Raumkomfort, Energieeffizienz und -verbrauch sowie den Netzeinfluss der Wärme- und Kälteversorgung der Bürozone untersucht. Im Ergebnis zeigt sich, dass die „Netzdienlichkeit“ des Gesamtsystems durch Anwendung der Netzführung der BKT signifikant erhöht werden kann. Die definierten Komfortanforderungen werden eingehalten, im Hinblick auf Energieeffizienz und -verbrauch sind nur leichte Einbußen zu beobachten.