Zur Beschreibung der Interaktion unterschiedlicher Teilnehmer eines Wärme-Smart-Grids mit einer thermisch aktivierten Infrastruktur des Siedlungswasserbaus ist der Aufbau einer Simulationsumgebung erforderlich, die zum einen den Wärme- bzw. Kältebedarfsprofilen auf der Gebäudeseite, zum anderen den Wärmetransportmechanismen innerhalb des Wärmenetzes und der thermisch aktivierten Bauteile im Untergrund Rechnung trägt. Darüber hinaus sind die Grundlagen zur Ausgestaltung des Wärmeverbundnetzes zu entwickeln und zu konkretisieren. Hierzu zählen die Einbindung von stündlich aufgelösten Wärme- bzw. Kältebedarfsprofilen von unterschiedlichen möglichen „Teilnehmern“ eines Wärmeverbundes, sowie die Ausgestaltung eines thermisch und hydraulisch adaptierten Netzes der Siedlungswasserwirtschaft.
Zunächst werden saisonale Wärme- und Kältebedarfskennlinien entwickelt. Dabei wird zum einen auf anerkannte Standards zurückgegriffen (z.B. VDI 4655: Referenzlastprofile von Ein- und Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen), zum anderen werden transiente Gebäudesimulationen durchgeführt. Das Ergebnis bilden Bedarfsprofile, die eine direkte Nutzung in der Entwicklung eines städtebaulichen Konzeptes (AP 4) ermöglichen und somit eine jahreszeitliche Wärmebilanz für ein gewähltes Stadtquartier und die dort geplanten Nutzungseinheiten (Gebäude) widerspiegeln.
Um eine ausgeglichene Wärmebilanz für ein Stadtquartier zu erreichen, sind unterschiedliche Betriebszustände einzustellen, mit denen Wärme- oder Kälteenergie von den Gebäuden weg oder zu den Gebäuden hin transportiert werden kann.
- Lieferbetrieb: Transport von Wärme- bzw. Kälteenergie vom Entstehungsort (Gebäude) in Richtung Netzinfrastruktur;
- Transportbetrieb: Transport von Wärme- bzw. Kälteenergie innerhalb des Wärmeverbundnetzes;
- Speicherbetrieb: Ein- und Ausspeicherung von Wärme- bzw. Kälteenergie in das den Kanal umgebene Erdreich;
- Bereitstellungsbetrieb: Transport von Wärme- bzw. Kälteenergie aus der Netzinfrastruktur in Richtung Nutzer (Gebäude);
- Entzugsbetrieb: Direkte Nutzung der thermischen Energie aus dem Wasser und Nutzung der geothermischen Energie.
Innerhalb des AP 1 werden die Grundtypen eines thermisch aktivierten Kanalnetzes entwickelt, die grundsätzlich die zuvor beschriebenen Betriebsmodi möglich machen. Dies erfolgt auf dieser Basis die Erstellung von thermisch-hydraulisch gekoppelten dreidimensionalen Berechnungsmodellen der thermisch aktivierten Hybridkanäle.
Des Weiteren wird das quartierbezogene Wärmeverbundnetz als Gesamtmodell simuliert. Dies beinhaltet sämtliche Zuleitungen zu den thermisch aktivierten Hybridkannälen sowie das gesamte Kanalnetz des betrachteten Stadtquartiers C1. Die Abbildung des Wärmeverbundnetzes erfolgt auf der Basis einer objektorientierten Modellierungssprache für physikalische Modelle (z.B. Simulink, Modelica, TRNSYS o.ä.). Hierzu werden die einzelnen Teilnehmer des Wärmeverbundes, haustechnische Anlagenteile (Wärmepumpen usw.), das unterirdische Rohrleitungsnetz sowie die thermisch aktivierten Hybridkanäle als Einzelbausteine modelliert und in gegenseitige Interaktion gesetzt.
Am Ende des AP 1 steht die Entwicklung eines Werkzeugs zur Auslegung eines Wärmeverbundnetzes auf der Basis einer thermisch aktivierten Infrastruktur des Siedlungswasserbaus. Mit Hilfe dieser Anwendung wird es im Zuge der städtebaulichen Planung für ein Ingenieurbüro des Siedlungswasserbaus, der Haustechnik o.ä. möglich sein, die Machbarkeit der Errichtung eines Wärmeverbundnetzes unter Verwendung von thermisch aktivierten Hybridkanälen zu bewerten. Damit ist die Über-tragbarkeit des interdisziplinär zunächst anwendungsorientiert (Rosensteinviertel Teilfläche 1C) entwickelten Konzeptes auf beliebige andere Stadtquartiere im Sinne der Transdisziplinarität möglich.
Den Abschluss des AP 1 bildet die Zusammenstellung der jahreszeitlichen Wärmebilanz des Stadtquartieres basierend auf den Simulationsergebnissen in AP 1, eine Bewertung der Umweltverträglichkeit in Zusammenarbeit mit dem AP 2 sowie die Erstellung einer Ökobilanz im Sinne eines Screenings.
