Ausgangssituation/Motivation

Um Europa bis 2050 in eine zirkuläre, klimaneutrale und nachhaltige Gesellschaft überzuführen, ist eine Transformation des gesamten Energiesystems über alle Sektoren hinweg erforderlich. Für die Dekarbonisierung der Wärme (50% des österreichischen Endenergiebedarfs) und der Stromversorgung (25%) werden nicht nur hocheffiziente Erzeugungstechnologien und die Integration erneuerbarer Quellen benötigt, sondern vor allem ausreichende Speicherkapazitäten, um die zeitliche Asynchronität zwischen Angebot aus fluktuierenden, erneuerbaren Energiequellen sowie Überschussenergiepotentialen und Nachfrage über Stunden, Tage bis hin zu saisonalen Zeiträumen zu überbrücken. 

Für den Ausstieg aus fossilen Energieträgern und eine gelingende Wärmewende sind thermische Energiespeicher daher unerlässlich. Die Errichtung von Speicherinfrastruktur ist allerdings meist mit immensen Investitionskosten, und damit mit hohem Investitionsrisiko verbunden. Zusätzlich erzeugt der Bau von Speichern selbst wieder Treibhausgasemissionen, auch aufgrund der i.d.R. eingesetzten Materialien wie etwa Beton und/oder Stahl.

Des Weiteren bindet der Speicherbau auch Flächen und trägt daher zum Bodenverbrauch bei. Daher ist die duale Nutzung bereits bestehender wasserfassender Infrastruktur als thermischer Speicher ein entscheidender Zugang zur ressourcenschonenden Erschließung von Speicherkapazitäten. Ein solches größtenteils unerschlossenes thermisches Speicherpotential liegt in Löschwasser- und Sprinklerbecken, die im Brandfall das Lösch- und Sprinklerwasser für diverse Nichtwohngebäude wie z.B. Logistikzentren, Möbelhäuser, Einkaufszentren, Hotels, Bürogebäude, Fertigungsbetriebe o.Ä. bereitstellen.

Diese Sprinkler- und Löschwasserbecken, die größtenteils ein Wasservolumen zwischen 400 bis 600 m³ umfassen, werden typischerweise als unterirdische quaderförmige Stahlbetonbecken oder oberirdische zylindrische Stahltanks ausgeführt. Dieses Wasser bleibt bis zum Brandfall ungenutzt.

Würde dieses Lösch- und Sprinklerwasser thermisch aktiviert (z. B. Anhebung der Temperatur um 25 K, von 15 auf 40 °C), so ergibt sich neben der primären Funktion (Brandschutz) eine zusätzliche energetische Funktion ohne weiteren Flächenverbrauch, große monetäre Aufwände, Errichtungszeiten oder CO2-Emissionen durch den Bau.

Das schlummernde Speicherpotential ist in der Abbildung für unterschiedliche Randbedingungen dargestellt, je größer das Becken oder der mögliche Temperaturhub, desto größer ist das Speicherpotential.

Aufgrund der weiten Verbreitung von Löschwasser- und Sprinklersystemen in unterschiedlichsten Gebäudetypen hat diese Idee ein sehr hohes Verbreitungspotential und bietet die Möglichkeit sowohl für maßgeschneiderte Energiekonzepte auf Gebäude- bzw. Quartiersebene (Insellösung) als auch für die Nutzung als Energiespeicher für Fernwärmenetzbetreiber (Fernwärme- und Fernkältelösung) im Rahmen einer Anbindung an das Fernwärmenetz.

Inhalte und Zielsetzungen

Im Projekt DUO-TES soll aufbauend auf dem Ansatz der thermischen Aktivierung bestehender Löschwasser- und Sprinklerbecken ein neuartiges, besonders kosteneffizientes Speicherkonzept entwickelt werden.

Dazu werden Adaptionskonzepte für die Umsetzung von Maßnahmen zur Kavitationsvermeidung der Sprinkler- und Löschwasserpumpen entwickelt, Wärmedämmmaßnahmen basierenden auf detaillierten Simulationen untersucht, sowie Materialuntersuchungen (Haltbarkeit, Dampfdiffusion, Permeabilität) durchgeführt, um diese Becken ohne negative Auswirkungen bei der Brandbekämpfung als Wärmespeicher zu nutzen.

Ein Schwerpunkt in diesem Projekt liegt auf der Entwicklung eines Exergie-optimierten Ansatzes zur effizienten Integration von Löschwasser- und Sprinklerbecken als thermische Speicher in Fernwärme- und Kältenetze bei Temperaturdiskrepanz zwischen Speicher und Netz. Ergänzende Kostenanalysen der Konzepte sowie Be- und Entladestrategien sichern die Praxistauglichkeit und belegen die wirtschaftlichen Vorteile der Doppelnutzung.

Methodische Vorgehensweise

Durch die Zusammenarbeit mit Partnern aus Brandschutz, Technologieentwicklung, Anlagenbau und einem Energieversorger wird die gesamte Wertschöpfungskette für diese innovative Entwicklung abgedeckt. Dadurch ist die Verbindung von Praxis, Forschung, Simulation, Normung und Betrieb gewährleistet.

Erwartete Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts sollen Anforderungskataloge an Brandschutz erstellt, Anlagen- und Bautechnik definiert werden, konkrete Konzepte zur Integration von Löschwasser- und Sprinklerbecken als thermische Energiespeicher ausgearbeitet, modelliert und simuliert werden, mögliche Risiken bewertet und die tatsächlichen energetischen, ökonomischen und ökologischen Einsparungen quantifiziert und mit anderen Speicherkonzepten verglichen werden.

Project management

AEE – Institute for Sustainable Technologies

Project or cooperation partners

• GET - Güssing Energy Technologies GmbH
• IBS - Institut für Brandschutztechnik und Sicherheitsforschung m.b.H.
• KGT Gebäudetechnik GmbH
• WIEN ENERGIE GmbH

AEE – Institute for Sustainable Technologies
Gerald Zotter
Feldgasse 19
A-8200 Gleisdorf
Tel.: +43 (664) 187 56 08
E-Mail: g.zotter@aee.at
Web: www.aee-intec.at