title: The Decarbonization Potential of Space Heating Systems in Residential Buildings: A Vienna Case Study
Creators: name: Oktay, Mert
Publisher: name: TU Wien
Year: 2021
Subjects: subject: Dekarbnonisierung
subject: Heizsysteme
subject: Erneuerbarer Energy
subject: Simulation
subject: Decarbonization
subject: Heating systems
subject: Renewable energy
subject: Simulation

description: Der Klimawandel aufgrund von Treibhausgasemissionen bedroht Leben, Lebensräume und Volkswirtschaften. Um diese Risiken zu mindern und den drohenden Gefahren des Klimawandels vorzubeugen, wurde 2015 das Klimaabkommen in Paris von fast allen Ländern der Welt unterzeichnet. Dieses Abkommen zielt darauf ab, die Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren, um die globale Erwärmung zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist jedoch eine tiefgreifende Dekarbonisierung in allen Sektoren erforderlich. Dabei ist die Raumheizung besonders wichtig, da der Gebäudesektor nach wie vor einer der größten CO2 Emissionsquellen ist. Daher wurde in dieser Masterarbeit eine Fallstudie für den vierten Wiener Gemeindebezirk, Österreich, durchgeführt, um das Dekarbonisierungpotenzial verschiedener Raumheizungssysteme im urbanen Maßstab aufzuzeigen. Zu diesem Zweck wurde die Bottom-up Methode der urbanen Gebäudeenergiemodellierung angewendet. Dafür wurden repräsentative Gebäude ermittelt und kalibriert. Anschließend wurden die Energiesimulationen mit alternativen Heizsystemen durchgeführt. Luftwärmepumpe, Erdwärmepumpe und Fernwärme wurden in Bezug auf bestehende Berichte und Forschungen als die am besten geeigneten und umweltfreundlichsten Alternativen zu den weit verbreiteten Erdgasheizungen angesehen. Bezüglich dieser Alternativen wurden drei Szenarien für den Vergleich des Potenzials zur aktuellen Situation erstellt. Danach wurden die simulierten Heizenergiewerte der einzelnen Standorte hochskaliert und monatlich in CO2-äquivalente Emissionen berechnet, um das Potenzial auf städtischer Ebene zu erkunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Umstellung der Raumheizung, insbesondere auf Erdwärmepumpen, ein enormes Potenzial zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Dekarbonisierung hat, während die Wirkung der Fernwärme unter Berücksichtigung der aktuellen Bedingungen begrenzt ist. Mit dem aktuellen Erzeugungsmix aus Strom und Wärme in Wien liegen die Dekarbonisierungspotenziale der Erdwärmepumpe (wo möglich), der Luftwärmepumpe und der Fernwärme bei 61%, 55% bzw. 22%. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse kann empfohlen werden, dass Wärmepumpensysteme eingesetzt werden, um die ehrgeizigen Dekarbonisierungsziele zu erreichen.
description: Climate change due to greenhouse gas emissions threatens lives, habitats, and economies. In order to mitigate these risks and prevent the impending danger of climate change, the Paris Agreement was signed by almost all countries in the world in 2015. That agreement aims to reduce emissions of greenhouse gasses to limit global warming. However, to accomplish that goal, deep decarbonization in all sectors is required. In this endeavor, space heating is particularly important, as the building sector is still one of the largest sources of CO2 emissions. Hence, in this master thesis, a case study was conducted for the 4th district of Vienna, Austria, to indicate the decarbonization potential of different space heating systems on the urban scale. For this purpose, the bottom-up urban building energy modeling method was employed at the district scale. Initially, representative buildings were determined and calibrated. Then the energy simulations were performed with alternative heating systems. Air source heat pump, ground source heat pump, and district heating were considered the most appropriate and environmentally friendly alternatives to the heavily existing natural gas boiler systems regarding the reports and research. Concerning these alternatives, three scenarios were created for the comparison of the potential with the current situation. Afterward, these simulated individual site heating energy values were scaled up and converted monthly to CO2 equivalent emissions to explore the potential at the urban level. The results show that the electrification of space heating, especially the ground source heat pump, has tremendous potential for site energy consumption reduction and decarbonization, whereas the effect of the district heating is actually limited. With the current generation source mix of electricity and district heating in Vienna, the decarbonization potentials of the ground-source heat pump (where possible), air-source heat pump, and district heating are 61%, 55%, and 22%, respectively. In light of these findings, it can be suggested that heat pump systems can be deployed to achieve the ambitious decarbonization targets.