Demoobjekt energieautarke Solarfabrik

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Als Demonstrationsobjekt wurde ein Produktionsbetrieb und ein Warenlager samt Büros mit einer Gesamtbetriebsfläche von 18.000 m² errichtet, der weitgehend energieautark funktioniert.

Im Bereich der Energietechnik wurde auf eine innovative, nachhaltige und sparsame Energieversorgung bzw. -verwendung Wert gelegt. Das Demonstrationsobjekt beinhaltet eine Vielzahl von technischen Komponenten und Systemen, die im Laufe des Gesamtprojekts (siehe Leitprojekt plus Subprojekte) entwickelt und am Demoobjekt erprobt worden sind.

Die folgenden Besonderheiten zeigen in aller Kürze, welche Zielsetzung hinsichtlich der Integration neuer Systeme für den Demobau bestanden. Auf die Entwicklung dieser Systeme und Komponenten wird in den jeweiligen Subprojektanträgen eingegangen:

Inhalte und Zielsetzungen

Besonderheiten und Zielsetzungen an diesem Demobau sind unter anderem:

• Ein Passivhaus-Industriebau mit extrem luftdichter Hülle, der noch nie in dieser Größenordnung gebaut wurde.
• Die thermische Ankopplung des Erdreiches darunter funktioniert wie ein gigantischer Wärmespeicher und hält die Temperaturschwankungen im Gebäudeinneren klein (Pufferfunktion durch den Hallenuntergrund!). Eine ungewöhnliche Südorientierung der Sheds verringert den Heizenergiebedarf auf fast null.
• Eine solare Kühlung der mit anschließender Energiekaskade wurde entwickelt und hydraulisch eingeplant und am Demoobjekt realisiert!
• Es wurde eine eigene, neuartige elektronische Steuerung entwickelt, die alle Energie relevanten Regler betätigt und abgleicht. Es entsteht eine zentrale Steuereinheit für alle Energiebelange des gesamten Demoobjekts.
• Die Halle selbst ist als Holzleichtbau mit einem thermisch ausgeglichenen Verhalten konzipiert.
• Weiters werden am Demoobjekt Synergieeffekte von Brandrauchöffnung – natürliche Nachtabkühlung, Nutzung der internen Wärmegewinne von Maschinen für die Verringerung des Heizwärmebedarfs; Löschwasservorrat als Energiespeicher für die Kühlung und vieles mehr untersucht und einem Realtest unterzogen.

Mit einfachsten Mitteln, soll maximaler Komfort, größte Zufriedenheit und ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit verwirklicht werden. Mit Hilfe eines optimalen Oberflächen/Volumenverhältnis in Verbindung mit sehr guter Luftdichtheit und Wärmedämmung wird unter Ausnutzung der internen und solaren Gewinne diese Halle ohne Heizung betrieben. Projekt wird zum Testobjekt für diese Vision und Maßstab für den zukünftigen Industrie- und Gewerbebau.

Methodische Vorgehensweise

Wie schon oben beschrieben, werden die Entwicklungen von Einzelkomponenten in einem Demoobjekt (=Gegenstand dieses Endberichts) einem Realtest auf Funktion und Alltagstauglichkeit unterzogen.

Daher ist das Projekt in 3 Teilabschnitte gegliedert. Die Errichtung des Reallabors (=Demoobjekt), die Einbringung aller Komponenten, die entwickelt wurden und abschließend die messtechnische Begleitung der Ergebnisse bzw. die Darstellung, ob die Projektziele erreicht wurden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die gemessenen Temperaturen entsprechen annähernd den erwarteten, simulierten Temperaturen. Bereits im Winter 2010/2011 konnte in der Produktionshalle auf Heizung verzichtet werden. Es sei angemerkt, dass die Raumtemperaturen teilweise bis unter 16° Celsius gesunken sind. Langfristig sollte aber die tiefste Temperatur nicht unter 18° C fallen. Die Differenzen ergeben sich aus Fehlern bei den Materialdaten und auch Ungenauigkeiten bei den Rechenverfahren. Den allergrößten Ungenauigkeits-Beitrag lieferten aber die nicht vorhersehbaren Öffnungszeiten der Tore und Türen, vor allem im ersten Jahr. Die Einhaltung der planerisch geforderten Luftdichtheit, die Überprüfung erfolgte mittels Blower-Door-Test nach Fertigstellung, wurde mit 0,08 fachem Luftwechsel bei 50 Pascal Druckdifferenz erfüllt.

Von besonderem Interesse ist nun das thermische Verhalten des Erdreichspeichers unter der Halle. Eine 1-dimensionale Wufi-Simulation mit den gemessenen Temperaturen führt im Jänner 2011 zu einer zeitweiligen Erd-Heizleistung über die Bodenplatte von 100.000 Watt oder 6 W/m². Beim Sommerverhalten kann man sehen dass der Wärmestrom in die Bodenplatte bis 15 W/m² beträgt, also eine Kühlung in diesem Ausmaß beisteuert.

Bewährt haben sich baulich das Dichtsystem, die verstärkten und dichten Tore, das organisatorische Dichtheitskonzept mit Schleusen für die LKW Be- und Entladung, die dichten Brandrauchentlüftungen die auch zur Lüftung dienen und die Lüftungsanlagen mit WRG.

Energiebilanz

Haustechnisch wurden weitestgehend alle Verbraucher in Energiekaskaden organisiert.

Die Abwärme am Schluss der Kaskade im niedrigen Niveau wird in die Bodenplatte gespeist. Dies führt aufgrund des guten Oberflächen/Volumen-Verhältnis, des weiten Temperaturbereichs 16° - 26° C und der Dichtheit der Hülle zu einer ausgeglichenen Energiebilanz ohne eine Heizung einschalten zu müssen.

Die freie Nachtabkühlung mittels automatisiertem Öffnen und Schließen der Lüftungsöffnungen ermöglicht es im Sommer ohne Kühlgeräte in der Werkhalle auszukommen.

Ausblick

Die Belichtung durch Sheds im Süden hat sich bewährt, die Netto-Glasflächen sollten bei zukünftigen Projekten noch um ca. 50% größer sein. In diesem Fall muss zumindest teilweise milchige Verglasung eingesetzt werden. Diese Maßnahme inklusive Tageslichtsteuerung bringt weniger Stromkosten für Beleuchtung (Beispiel Fertigungshalle Obermayr Schwanenstadt).

Zum Gesamtergebnis kann festgehalten werden, dass die planerische, organisatorische und gebaute Luftdichtheit der Schlüssel zum Erfolg dieses Konzeptes ist. Die Wärmeströme ins Erdreich und zurück in die Halle sind wesentlich von der Lufttemperatur über der Bodenplatte abhängig. Bei den in Industriehallen üblichen Luftundichtheiten liegt die Lufttemperatur direkt über der Bodenplatte aufgrund der kalten Infiltrationsluft (Thermik Luft) im Schnitt geschätzte 2-4 ° C unter der mittleren Hallentemperatur. Dies bedeutet dass die Bodenplatte bei üblichem Industriestandard keinen Beitrag zur Heizung im Winter liefert da die fehlende Temperaturdifferenz dies verhindert.

Projektleiter

Herbert Gösweiner
SUN MASTER Energiesysteme GmbH

Projekt- und Kooperationspartner

• Fa. Xolar GmbH
• Fa. Hörndler Bauplanung GmbH
• ASIC- Austria Solar Innovation Center

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Herbert Gösweiner
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