EASyQuart - Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze von Stadtquartieren: Heizen und Kühlen unter Nutzung oberflächennaher geologischer Ressourcen (German Edition)

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. Danksagung Beiträge Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung in das Verbundvorhaben Easyquart 1.1 Motivation und Aufgabenstellung 1.2 Verbundpartner und deren Expertise 1.3 Struktur und inhaltlicher Ansatz des Vorhabens 1.4 Abriss zum Stand des Wissens vor und während der Laufzeit von acr:easyquart 1.5 Zusammenarbeit mit anderen Initiativen 2 Standorte und Standortmodelle 2.1 Berlin-Weißensee 2.2 Offenbach-Kaiserlei 2.3 Kiel-Wik 2.4 Köln-Junkersdorf 2.5 Untersuchungsfläche im Rhein-Main-Gebiet 2.6 Berlin-Gesundbrunnen 2.7 Testfeld des UFZ in Leipzig 2.8 Wüstenrot 2.9 Sonstige 3 Erkundung und Monitoring auf Quartiersebene 3.1 Anforderungen an Erkundung und Monitoring 3.2 Erkundung 3.2.1 Erkundungskonzept Bestandssanierung, Fallbeispiel Köln-Junkersdorf 3.2.2 Erkundungskonzept Neuerschließung 3.3 Weiterentwicklung von Erkundungsmethoden 3.4 Monitoring 3.4.1 Langzeitmonitoring am Fallbeispiel Köln-Junkersdorf 3.4.2 Beeinflussungen von Boden- und Grundwassertemperaturen auf Quartiersebene 3.4.3 Repräsentativität gemessener Grundwasser- und Bodentemperaturen 4 Analyse von Untergrundkomponenten 4.1 Sensitivitätsstudien 4.1.1 Workflow und Methodik zur Ermittlung der Parametersensitivitäten 4.1.2 Parameter- und Modelldefinitionen für die Sensitivitätsanalyse 4.1.3 Ergebnisse des Parameterscreenings 4.1.4 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse mit Sobol'-Indizes 4.1.5 Zusammenfassung und Diskussion 4.2 Numerische Unsicherheitsanalysen 4.2.1 Methodik in der Unsicherheitsanalyse 4.2.2 Modellierung eines fiktiven Standorts 4.2.3 Definition von Unsicherheitsbereichen 4.2.4 Ergebnisse der Unsicherheitsanalysen 4.2.5 Zusammenfassung und Diskussion 4.3 Potenzielle Optimierungsstrategien für die Auslegung untertägiger Systemkomponenten 4.3.1 Zielfunktionen und Nebenbedingungen 4.3.2 Optimierung mit dem Nelder-Mead-Verfahren 4.3.3 Diskussion und Ausblick 5 Analyse von Haustechnikkomponenten 5.1 Simulation von Lastfällen für Stadtquartiere 5.1.1 Begriffserklärung Stadtquartiere 5.1.2 Modellierung der Quartiersgebäude 5.1.3 Validierung des Gebäudemodells 5.1.4 Modellierung der Anlagentechnik 5.1.5 Validierung der Anlagentechnik 5.1.6 Anwendung des Quartiersmodells 5.1.7 Diskussion und Schlussfolgerung 5.2 Effizienzanalysen des energetischen Gesamtsystems 5.2.1 Entwicklung der Schnittstelle zwischen Quartiers- und Untergrundmodell 5.2.2 Analyse des Gesamtsystems 5.2.3 Diskussion und Schlussfolgerung 6 Benchmarks 6.1 Simulation von Thermal-Response-Tests 6.1.1 Datengrundlage und Modellierung 6.1.2 Ergebnisse 6.1.3 Auswertung der Wärmeleitfähigkeit nach VDI 4640 6.1.4 Diskussion 6.2 Erdwärmesondenfeld in Berlin 6.2.1 Datengrundlage und Simulationsmodell 6.2.2 Ergebnisse 6.2.3 Diskussion 6.3 Dispersivitätsparameter in OpenGeoSys 6.3.1 Grundlegendes zur hydrodynamischen Dispersion 6.3.2 OGS-Modell 6.3.3 Ergebnisse 6.3.4 Diskussion und Fazit 7 Systemintegration 7.1 Visuelle Daten- und Modellintegration 7.1.1 Datenintegration 7.1.2 Datenvisualisierung 7.1.3 Fallstudie 1: Berlin-Weißensee 7.1.4 Fallstudie 2: Offenbach-Kaiserlei 7.1.5 Fallstudie 3: Kiel-Wik 7.2 Gestaltung eines Entscheidungshilfesystems 7.3 Empfehlungen zur Anpassung regulativer Rahmenbedingungen 7.3.1 Abstandsregelungen 7.3.2 Bohrlochdurchmesser 7.3.3 Prüfregelungen 7.3.4 Betrieb 7.3.5 Empfehlungen 7.4 Datenmanagement 8 Fazit und Ausblick 8.1 Fazit 8.2 Ausblick 8.3 Erfolgte und geplante Veröffentlichungen der Ergebnisse 8.3.1 Publikationen in Fachzeitschriften 8.3.2 Tagungsbeiträge mit Abstracts und/oder Publikationen in Tagungsbänden 8.3.3 Studentische und wissenschaftliche Qualifikationen 8.3.4 Sonstige Publikationen und/oder Tagungsbeiträge A Beschreibung verwendeter Softwareprodukte A.1 Earth Energy Designer A.2 FEFLOW A.3 Modelica A.4 OpenGeoSys A.5 ogs6py A.6 HTFlux A.7 Grafana B Symbolverzeichnis Stichwortverzeichnis Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.