Die zentrale Aufgabe des Teilprojekts ist die Entwicklung eines frei verfügbaren Softwaretools zur ökologischen lebenszyklusbasierten Bewertung innovativer Konzepte zur thermischen Energiespeicherung in Gebäuden. Es soll Entscheidungsträgern eine wissenschaftlich fundierte Hilfestellung bei der Auswahl des, im Sinne einer ganzheitlichen ökologischen Betrachtung, geeignetsten thermischen Speicherkonzepts bieten. Mit Hilfe der Methode der Ökobilanz wird eine Entscheidungsgrundlage für Fragestellungen bezüglich des Primärenergieeinsatzes und der Klimarelevanz geliefert. Grundlage für das Softwaretool ist die Erarbeitung der Ökobilanzen (LCA) von Systemen zur Speicherung thermischer Energie in Gebäuden. Dabei werden sowohl die Speichermaterialien selbst und die zugehörigen Komponenten als auch ihre Einbettung in Gebäudeenergiekonzepte analysiert. Die Auswahl und Simulation der Systeme findet durch die Projektpartner statt. Sensible, latente, sorptive und thermochemische Speicherkonzepte für zentrale sowie gebäudeintegrierte Anwendung werden hierbei untersucht und energetische Kennzahlen durch Simulation auf Material- und Gebäudeebene ermittelt. Die im Softwaretool dargestellten Umweltprofile berücksichtigen Herstellung, Nutzung und Lebensende, also den gesamten Lebenszyklus der Wärmespeichermaterialien. Das ökologische Profil beinhaltet die Wirkungskategorie 'Treibhauspotential' (GWP) sowie den fossilen und regenerativen Primärenergiebedarf. Sie werden sowohl als Umweltprofil in Analogie der Darstellung von Umweltproduktdeklarationen als auch in Bezug auf die potentiellen Einsparungen in Form einer energetischen und ökologischen Amortisationsdauer in Zyklen angegeben. Zusätzlich werden Materialeigenschaften und eine technische Kurzbeschreibung des Systems dargestellt. Das Softwaretool ermöglicht es dem Anwender, Speichermaterialien, Speicherkomponenten und Speicherkonzepte zur thermischen Energiespeicherung in Gebäuden für verschiedene Gebäudetypen und Klimaregionen auf Basis fundierter ökologischer Analysen zu bewerten und zu vergleichen. Zusätzlich können eigene Materialien und Konzepte sowie Gebäude bewertet werden, sofern diese den Rahmenbedingungen des Projekts entsprechen.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Herstellungstechnologie zur Verbindung der untersuchten Metall-/Metallsalz-Verbünde mit dem Wärmeübertrager. Im Projekt werden verschiedene Verfahren (Weiten der Rohre, Löten) zur Anbindung der Metallstrukturen an Rohre mit und ohne Lamellenbleche untersucht und analysiert. Im Ergebnis sollen Aussagen zur thermischen Leistungsfähigkeit des gesamten Wärmeübertragers sowie zur thermischen und mechanischen Stabilität des Aufbaus getroffen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll ein Versuchsmuster eines Adsorber-Wärmeübertragers für eine Wärmepumpe konstruiert und gefertigt werden. In experimentellen Untersuchungen wird die Funktionalität des Versuchsmusters mit verschiedenen Temperaturen getestet. Aus den Ergebnissen werden wichtige Kenngrößen wie die spezifische Leistungsdichte und erreichbare Werte für den COP abgeleitet.
Die Nutzung von chemischen oder Sorptionswärmepumpen ist bislang eine kaum verwendete Möglichkeit, fossile Energieträger durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme zu substituieren. Kernprobleme in der Anwendung sind momentan die Gewährleistung eines ausreichenden Wärme- und Stofftransportes sowie die Vermeidung von Agglomerationen der Arbeitsmedien. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung neuer Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen, die mit Metallsalzen als reaktives Arbeitsmedium beladen werden. Das Teilprojekt am Fraunhofer IFAM Dresden beschäftigt sich vor allem mit der Auslegung, Auswahl und Herstellung der porösen metallischen Trägerstrukturen sowie der wärme- und strömungstechnischen Charakterisierung der Metall-Metallsalz-Verbünde. Die Metallstrukturen werden dabei pulver- bzw. schmelzmetallurgisch hergestellt. Die Trägerstrukturen werden charakterisiert und optimiert, sodass eine gezielte Nutzung der Metall-Metallsalz-Verbünde in Wärmepumpensystemen ermöglicht wird. Einen wesentlichen Bestandteil bilden dabei Simulationen zum Verständnis der auftretenden physikalischen Effekte. Nach Festlegung der Spezifikationen für die untersuchten Materialien (AP 1) durch alle Projektpartner werden Vorversuche an flachen Material- und Strukturproben durchgeführt, die das IFAM-DD herstellt und geometrisch sowie thermisch und strömungstechnisch charakterisiert (AP 2). Die Bestimmung der Sorptionsisothermen der einzelnen Hydratstufen der Salze (AP 3) dient als Basis für spätere Auslegungsrechnungen. Hauptarbeitspunkt des Projektes ist die Synthese und Charakterisierung der Trägerstrukturen (AP 4) sowie die Analyse der Verbünde (AP 6) von verschiedenen Metallen und Salzen. Diese Ergebnisse werden zur iterativen Optimierung der Metallsalzsynthese und der Trägerstrukturen verwendet. Abschließend wird das Zusammenspiel der Komponenten an einem Versuchsmuster demonstriert.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung dieser Metall-Metallsalz-Verbünde. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Das Ziel ist die Erzeugung von reaktiven Salzschichten auf porösen metallischen Schaum- oder Faserstrukturen. Hierzu sollen unterschiedliche Synthesepfade und deren Einfluss auf die Eigenschaften und Haftung der Salzschichten untersucht werden. Die hergestellten Verbundmaterialien werden anschließend experimentell charakterisiert, um Aussagen zu den Wärmeleiteigenschaften, zur Kinetik der Reaktions- bzw. Adsorptionsvorgänge und zur erreichbaren Leistungs- und Speicherdichte zu treffen. Anhand der Ergebnisse sollen Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet und ein Simulationsmodell zur Auslegung von Adsorber-Wärmeübertragern auf Basis der neuen Verbundmaterialien erstellt werden.
Ziel des Projektes ist es die Qualität von Erdwärmesonden in Planung, Bau und Betrieb zu verbessern. Es werden zentrale Aspekte der Qualitätssicherung aus technischer, ökologischer und ökonomischer Sicht bearbeitet. 1. Verfahren zur Überprüfung der Messeinrichtungen für Thermal Response Tests 2. Abdichtung von Erdwärmesonden-Bohrungen mit Verfüllmaterialien 3. In-situ Messverfahren zur Qualitätsüberwachung und -monitoring von Erdwärmesonden 4. Verfahren zur Verbesserung der Bohrlochverfüllung bei Erdwärmesonden 5. Entwicklung und Implementierung konsistenter Auslegungsmodelle für oberflächennahe geothermische Anlagensysteme (GEOSYST+) 6. IEA ECES Annex 27 - Quality Management in Design, Construction and Operation of Borehole Systems.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren aber stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren aber stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Die zukünftige Entwicklung im Marktbereich der untiefen Geothermie wird in den nächsten Jahren aber stark von gesteigerten Planungssicherheiten und effizienteren Qualitätskontrollmöglichkeiten und -anforderungen abhängen. Die Anwendung von Erdwärmesonden ist eine relative junge Technologie und es ist sehr wenig darüber bekannt, wie langzeitstabil sie sich langfristig im Untergrund verhalten. Deshalb ist es für die Akzeptanz von Erdwärmesonden zwingend erforderlich, umfangreiche Kenntnisse über die Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden zu erhalten. Deshalb werden im Vorhaben zentrale Aspekte der Qualitätssicherung bearbeitet.
Das hier beantragte Teilprojekt innerhalb des Verbundvorhabens QEWS II zielt auf Qualitätsverbesserungen bei der Erstellung von Erdwärmesonden (EWS), die vor dem Hintergrund aktueller Forschungsergebnisse und der im Zusammenhang mit der Erstellung von EWS aufgetretenen Schadensfälle dringend erforderlich sind. Da für die Schadensfälle meist schadhafte Bohrlochverfüllungen verantwortlich sind, während gleichzeitig die Entstehung sogenannter Fehlstellen (unverfüllter Bereiche) nicht ausreichend verstanden ist, ist es das Ziel dieses Forschungsvorhabens, ein gegenüber dem Stand der Wissenschaft deutlich erweitertes Verständnis des Verfüllvorgangs von EWS zu gewinnen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 42 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 42 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 42 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 42 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 1 |
| Webseite | 41 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 23 |
| Lebewesen & Lebensräume | 8 |
| Luft | 7 |
| Mensch & Umwelt | 42 |
| Wasser | 10 |
| Weitere | 42 |