Machbarkeitsstudie zur Nutzung der Werra-Wärme am Nadelwehr Hann. Münden

Schwarze, Simon Constantin (2023)
Machbarkeitsstudie zur Nutzung der Werra-Wärme am Nadelwehr Hann. Münden.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024623
Masterarbeit, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24623

Kurzbeschreibung (Abstract)

Wärmepumpen haben durch die Substitution fossiler Energieträger in der Wärmebereitstellung ein erhebliches Potenzial zur Reduktion von CO2-Emissionen. Die verstärkte Nutzung von Wärmepumpen trägt dazu bei eine dezentrale Wärmeversorgung zu fördern und die Abhängigkeit von Energieimporten aus anderen Ländern zu verringern. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden Einsatzmöglichkeiten der thermischen Fließgewässernutzung in konkreten Gebäuden am Nadelwehr in der Altstadt Hann. Mündens untersucht. Die Analyse des Fließgewässerwärmepotenzials zeigt, dass der natürliche Wärmeinhalt der Werra ausreicht, um Raumwärme und Warmwasser bereitzustellen. Die untersuchten Gebäude am Nadelwehr haben einen spezifischen Wärmebedarf von 82 kWh/(m2⋅a) bis 187 kWh/(m2⋅a). Um die Effizienz der Wärmepumpe zu heben, ist eine Absenkung der Vorlauftemperatur des Heizungssystems anzustreben. Für die Raumwärme kann dazu der selektive Austausch einzelner, unterdimensionierter Heizkörper ein kosteneffizienter Weg sein. Die Quellenerschließung unmittelbar am Nadelwehr ist durch weitere Gewässernutzungen begrenzt. Die Werra unterliegt anthropogener Gewässererwärmung durch die Einleitung von Salzabwässern. Bivalente Betriebssysteme kombinieren eine Wärmepumpe mit einem bereits bestehenden fossilen Wärmeerzeuger zur Spitzenlastdeckung. Dadurch können Wärmequellenanlage und Wärmepumpe kleiner dimensioniert und Investitionskosten gesenkt werden. Bei einem Kostenverhältnis von Wärmepumpenstrom- zu Erdgaspreis kleiner 2,8 ist die Flusswärmepumpe bis zu einer Vorlauftemperatur des Heizsystems von 55 °C und einem Gütegrad η größer 0,4 aus wirtschaftlicher Sicht der bevorzugte Wärmeerzeuger. Varianten zur Wärmeentnahme wurden für die Gebäude mit unterschiedlichen energetischen Standards entwickelt und evaluiert. Als Vorzugsvariante ergibt sich ein geschlossenes System mit Edelstahl-Plattenwärmeübertrager. Der hydrothermale Deckungsanteil beträgt bei höchstem Auslegungsfaktor der Wärmepumpe maximal 83 %. Die wirtschaftliche Analyse für die untersuchten Gebäude ergibt Amortisationszeiten der Investitionskosten zwischen 10 bis 26 Jahren. Aus den Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Flusswärmenutzung für den Einsatz im Gebäudebestand geeignet ist, allerdings im Einzelfall überprüft werden muss, ob dies aus technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll ist. Es gibt es einen großen Aufholbedarf an Praxiserfahrung für weitere Systemstandardisierungen.

Typ des Eintrags:

Masterarbeit

Erschienen:

2023

Autor(en):

Schwarze, Simon Constantin

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Machbarkeitsstudie zur Nutzung der Werra-Wärme am Nadelwehr Hann. Münden

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Lehmann, Prof. Dr. Boris

Publikationsjahr:

13 Oktober 2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

IX, 101 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

20 März 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00024623

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24623

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Heat pumps have considerable potential for reducing CO2 emissions by substituting fossil fuels in heat supply. The increased use of heat pumps helps to promote a decentralized heat supply and to reduce the dependence on energy imports from other countries. In the context of this master thesis, possible applications of the thermal use of flowing water in concrete buildings at the Nadelwehr in the old town of Hann. Münden are investigated. The analysis of the flowing water thermal potential shows that the natural heat content of the Werra is sufficient to provide space heating and hot water. The investigated buildings at the Nadelwehr have a specific heat demand of 82 kWh/(m2⋅a) to 187 kWh/(m2⋅a). To raise the efficiency of the heat pump, a reduction of the flow temperature of the heating system should be aimed at. For space heating, selective replacement of individual, undersized radiators can be a cost-effective way to achieve this. Source development immediately adjacent to the Nadelwehr is limited by other water uses. The Werra River is subject to anthropogenic water heating due to the discharge of saline wastewater. Bivalent operating systems combine a heat pump with an existing fossil fuel heat generator for peak load coverage. This allows the heat source system and heat pump to be smaller in size and reduces investment costs. With a cost ratio of heat pump electricity to natural gas price smaller than 2,8, the flow heat pump is the preferred heat generator from an economic point of view up to a supply temperature of the heating system of 55 °C and a quality factor η larger than 0,4. Variants for heat extraction were developed and evaluated for the buildings with different energy standards. The preferred variant is a closed system with stainless steel plate heat exchanger. The hydrothermal fraction of coverage is a maximum of 83 % at the highest design factor of the heat pump. The economic analysis for the buildings investigated results in payback periods for the investment costs of between 10 and 26 years. From the results, it can be concluded that river heat utilization is suitable for use in existing buildings, but it must be checked in each individual case whether this makes sense from a technical and economic point of view. There is a great need to catch up on practical experience for further system standardization.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-246238

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut Wasserbau und Wasserwirtschaft
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut Wasserbau und Wasserwirtschaft > Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik

Hinterlegungsdatum:

13 Okt 2023 09:08

Letzte Änderung: