title: Modellierung und Optimierung eines Systemdesigns für die Wärmeversorgung eines Schwimmbads
title: mit Fokus auf erneuerbare Energien
titleType: Subtitle
Creators: name: Hirsch, Viktor
Publisher: name: FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Year: 2024
Subjects: subject: 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik

description: Schwimm- und Hallenbäder in Deutschland haben einen durchschnittlichen Heizwärmebedarf von 2,4 GWh, wobei der Großteil dieses Bedarfs bei modernen Anlagen auf Niedertemperatur-Heizkreise entfällt. Ein kleinerer Anteil entfällt auf Hochtemperatur-Heizkreise. Trotz des Potenzials für den Einsatz erneuerbarer Energien werden viele öffentliche Schwimmbäder weiterhin mit fossilen Energieträgern wie Öl und Gas beheizt. Dabei bieten sich insbesondere Wärmepumpen im Niedertemperaturbereich und Biomassekessel im Hochtemperaturbereich als sinnvolle Alternative an. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit der Modellierung und Optimierung eines nachhaltigen Heizsystems für ein modernes Schwimmbad. Für drei Szenarien werden Modelle unter Verwendung von gemischt-ganzzahliger linearer Programmierung (MILP) erstellt, um die Systeme unter Berücksichtigung des Anlagenbetriebs kostenoptimal zu dimensionieren. Eines der Szenarien stellt ein Bestandssystem mit fossilen Erzeugungsanlagen dar, wohingegen zwei Szenarien alternative Heizungssysteme mit erneuerbaren Energien abbilden. In diesen alternativen Heizungssystemen werden Luft/Wasser-Wärmepumpen, Booster-Wärmepumpen und Hackgutkessel betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass durch den Einsatz erneuerbarer Energien sowohl die Gesamtkosten als auch die CO2,eq-Emissionen signifikant reduziert werden können. Die Grundkonzeption eines Heizungssystems hat dabei starken Einfluss auf die CO2,eq-Emissionen. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse werden die modellierten und optimierten Szenarien durch Veränderung betriebsrelevanter Parameter auf deren Robustheit überprüft, wobei sich zeigt, dass vor allem schwankende Gas- und Strompreise einen starken Einfluss auf die Gesamtkosten haben.
description: Swimming baths in Germany have an average heating requirement of 2.4 GWh, with the majority of this requirement being met by low-temperature heating circuits in modern facilities. A smaller proportion is accounted for by high-temperature heating circuits. Despite the potential for the use of renewable energies, many public swimming pools are still heated using fossil fuels such as oil and gas. Heat pumps in the low-temperature range and biomass boilers in the high-temperature range are therefore particularly useful alternatives. This work therefore deals with the modelling and optimisation of a sustainable heating system for a modern swimming bath. Models are created for three scenarios using mixed-integer linear programming (MILP) in order to dimension the systems in a cost-optimised way, while taking system operation into account. One of the scenarios represents an existing system with fossil-fuelled generation plants, while two scenarios depict alternative heating systems with renewable energies. In these alternative heating systems, air/water heat pumps, booster heat pumps and wood chip boilers are considered. The results show that the use of renewable energies can significantly reduce both total costs and CO2,eq emissions. The basic design of a heating system has a strong influence on the CO2,eq emissions. As part of a sensitivity analysis, the modelled and optimised scenarios are checked for their robustness by changing parameters relevant to operation, which shows that fluctuating gas and electricity prices in particular have a strong influence on the total costs.