Das Haus der Zukunft - Umgang mit Energie
Creators: name: Bodenmann, Daniel
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2020
Subjects: Akkumulator
Batterie
Biodiversität
Biogas
Blockheizkraftwerk
Dachbegrünung
Energiestrategie 2050
Erneuerbare Energie
Fassadenbegrünung
Fussbodenheizung
Heizungssystem
Kohlendioxid-Ausstoss
Kohlendioxid-Bindung
Kontrollierte Wohnungslüftung
Photovoltaik
Pumpspeicherkraftwerk
Sauerstoffproduktion
Smart-Grid
Solarthermie
Wärmepumpe
Warmwasserbereitung
621.04: Energietechnik
690: Hausbau und Bauhandwerk

description: Die vorliegende Arbeit befasst sich hauptsächlich mit dem Thema Energie, dazu wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Es wurde ein Konzept erarbeitet, welches aus einem Zusammenschluss erneuerbarer Energien und verschiedenen Technologien besteht, aber auch der Natur ihren Platz zugesteht. Dieses Konzept wird mittels technischer Zeichnungen dargestellt, anschliessend wurden, durch Berechnungen und Simulationen, die dazugehörigen Werte der verschiedenen Systeme und Anlagen ermittelt. Das Konzept besteht aus zwei Gebäudekomplexen die Platz für zirka 12'000 Personen bieten, sie sind mit einer Fassaden- und Dachbegrünung ausgestattet und von einem Pumpspeicherkraftwerk, welches durch einen Wald kaschiert wird, umgeben. Es wurde darauf geachtet, dass verschiedene Anlageteile des Gesamtprojekts multifunktionell sind, das heisst Energie produzieren, Platz für die Natur lassen und den Bewohnern als Naherholungsgebiet dienen. Die Gebäudekomplexe besitzen verschiedene Photovoltaikanlagen, welche in den oberen Südfassaden integriert wurden, sich auf den Süddächern oder auf dem Pumpspeicherkraftwerk befinden. Die tagsüber durch die Photovoltaik erzeugte Energie, wird in den Gebäuden etagenweise mittels Akkus/Batterien gespeichert und für die Nacht verfügbar gemacht. Energieüberschüsse, welche mehrheitlich durch die Photovoltaikanlage des Pumpspeicherkraftwerkes erzeugt wurden, werden in diesem als potentielle Energie gespeichert. Das heisst am Tag wird Wasser mittels «Solarstrom» hochgepumpt und in der Nacht mittels Turbinen wieder in elektrische Energie umgewandelt. Die zwei Gebäudekomplexe A+B, sind jeweils in drei Häuser für rund 2'000 Personen gegliedert und besitzen ein eigenes, von den anderen Häusern unabhängiges, Heizungs-/Kühlungs-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem. Dieses System besteht aus Wärmepumpen und sorgt dafür, dass die Heizung/Kühlung, Kontrollierte Wohnungslüftung, sowie die Warmwasserbereitung pro Haus möglichst «klimaneutral» betrieben werden. Dazu wird das aufbereitete Hausabwasser, welches noch Restwärme besitzt, in einen grossen Brauchwassertank geleitet, wo ihm diese mittels Wärmepumpen entzogen und an den Hauptpufferspeicher des Warmwasserbereitungssystems abgegeben wird. Das nun kalte Brauchwasser wird in einen zweiten, extrem grossen unterirdischen Tank geleitet. Dort entzieht es im Winter der Umwelt Energie in Form von Wärme, respektive gibt diese im Sommer ab. Dieser Tank dient als Wärmequelle/senke für die Wärmepumpen des saisonalen Pufferspeichers, sowie als Wärmequelle für den Pufferspeicher der Warmwasserbereitung. Dadurch kann die benötigte Wärmeenergie für das Heizungs-/Kühlungs- und Lüftungssystem saisonal gespeichert und genutzt werden. Die beiden Pufferspeicher dienen dazu, da die Gebäudekomplexe relativ gross sind, die Wärme- und Kälteenergie zwischen zu speichern. Der Transport und die Verteilung der Energie wird mit Klimawärmepumpen bewerkstelligt, bei welchen der Kältekreis umgekehrt werden kann, dadurch kann die Energie, je nach Saison an das modular aufgebaute Heizungs-/Kühl-, Lüftungs- und Warmwasserbereitungssystem abgegeben, respektive aufgenommen werden. Die Warmwasserbereitung wird ganzjährig durch die Solarthermie und in der Wintersaison, durch ein Blockheizkraftwerk unterstützt. Das Blockheizkraftwerk wird mit Biogas, welches aus den biogenen Abfällen der Bewohner erzeugt wird, betrieben.
description: The present paper deals primary with the topic of energy, for this was a literature research carried out. A concept was developed, which results form a combine of renewables energies and different technologies, but also lets nature take its place. This concept is presented by technical drawings, subsequently, the corresponding values of the various systems and facilities were determined through calculations and simulations. The concept consists of two building complexes, which have space for 12’000 people, they are covered with a green façade and roof and surrounded by a pumped storage power station, which is hided through forest. Care was taken, to ensure that different parts of the overall project are multifunctional. That means, that they produce energy, leave space for nature and serve the inhabitants as local recreation area. The building complexes have various photovoltaic systems, which are integrated in the upper south façade and are located on the south roofs, or on the pump storage power plant. The energy, which is produced by the photovoltaic systems during the day, is stored with accumulators/batteries and made it available for the night, that for the whole building floor by floor. Energy surpluses, which are mostly generated by the pump storage power plant, are stored in it as potential energy. This means, that during the day water is pumped up using «solar power», and at night it is converted back into electrical energy with turbines. The two building complexes A+B are divided into three houses, with space for 2’000 persons and each of them has their own heating/cooling, ventilation and hot water preparation system, independent of the other houses. This system consists of heat pumps and ensures, that the heating/cooling, controlled domestic ventilation and hot water preparation system is as climate neutral as possible. For this purpose, the treated domestic waste water, which still has residual heat, is fed into a large service water tank, where the residual heat is extracted by heat pumps and transferred to the main buffer tank of the hot water preparation system. The now cold process water is led into a second very large underground tank, there it extracts in the winter energy from the environment, in the form of heat, or releases it in summer. This tank serves as a heat source or a heat sink for the heat pumps of the seasonal buffer storage, and as a heat source for the buffer tank of the hot water preparation. This allows, the required thermal energy for the heating/cooling and ventilation system, to be stored and used seasonally. The fact that the building complexes are very large, the two buffer storage tanks are used, to store the heating and cooling energy temporarily. The transport and distribution of the energy is done with climate heat pumps, in which the cooling circuit can be reversed. This means that, depending on the season, the energy can be supplied to, or absorbed by the modular heating/cooling, ventilation and hot water preparation system. The hot water preparation system is supported around the year, by solar thermal energy. In the winter season, the hot water preparation system is supported by a cogeneration unit. The cogeneration unit is operated with biogas, which is produced from the biogenic waste of the residents.