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Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.
Energy saving ordinances requires that buildings must be designed in such a way that the heat transfer surface including the joints is permanently air impermeable. The prefabricated roof and wall panels in lightweight steel constructions are airtight in the area of the steel covering layers. The sealing of the panel joints contributes to fulfil the comprehensive requirements for an airtight building envelope. To improve the airtightness of steel sandwich panels, additional sealing tapes can be installed in the panel joint. The influence of these sealing tapes was evaluated by measurements carried out by the RWTH Aachen University - Sustainable Metal Building Envelopes. Different installation situations were evaluated by carrying out airtightness tests for different joint distances. In addition, the influence on the heat transfer coefficient was also evaluated using the Finite Element Method (FEM). The combination of obtained air volume flow and transmission losses enables to create an "effective heat transfer coefficient" due to transmission and infiltration. This summarizes both effects in one value and is particularly helpful for approximate calculations on energy efficiency.
Die Anforderungen an das energiesparende Bauen sind mit der Einführung der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2009 auch im Industrie- und Gewerbebau deutlich verschärft worden. Einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung liefert die Minimierung des Transmissionswärmetransfers. Analysiert man Gebäudehüllen in Metallleichtbauweise stellt man fest, dass eine Erhöhung der Wärmedämmstärke allein noch nicht zielführend ist, zusätzlich sind Wärmebrückeneffekte zu berücksichtigen und deren Einflüsse auf die Wärmetransmission zu reduzieren. Neben der Bedeutung für die Energieeinsparung ist eine wärmetechnisch optimierte Detailausbildung auch erforderlich, um einen ausreichenden Feuchteschutz (Vermeidung von Tauwasser und Schimmelpilz) zu realisieren und so Schäden zu vermeiden. Ein wichtiges Hilfsmittel stellt hierzu der vom Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau (IFBS) herausgegebene Wärmebrückenatlas der Metall-Sandwichbauweise dar.
ETHICS is concerned with evaluating, measuring and making improvements in the thermal and energy performance of steel-clad and steel-framed buildings. It addresses basic building physics performance at a laboratory and full-scale level, and the preparation of design guidance for commercial, industrial and residential buildings. It includes the development of design tools to assist users in assessing whole-building performance, and calibrates these tools against whole-building measurements, which will be obtained from this research. Opportunities for renewable energy and other energy-saving features will be assessed. This project focuses on objectives that are of particular interest for the design of new steel constructions regarding energy efficiency. ETHICS investigates the as-built performance by on-site tests regarding air tightness and heat transfer properties of the building envelope and by monitoring the energy consumption and thermal comfort of selected up-to-date steel buildings. As energy efficiency is a key requirement for design and construction of buildings in the future, this project provides well-founded scientific data, which prove the high energy performance of current steel constructions and work out details for further improvements to maintain and extend the position of steel products in the construction sector.