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Urban heat island in the subsurface and geothermal potential in urban areas

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Urbanisierung der letzten hundert Jahre führte zu Veränderungen der Umwelt, wie zum Beispiel die Temperatur des Untergrundes. Die Entwicklung des Stadtklimas wurde bisher hauptsächlich als von Atmosphären verursacht betrachtet. Dabei wurden bei Messungen der Oberflächentemperaturen häufig ein Anstieg der Untergrundstemperatur in städtischen Regionen verglichen zu ländlichen Regionen festgestellt. Allerdings beeinflussen nicht nur Faktoren auf der Erdoberfläche das Stadtklima, sondern auch Faktoren des Untergrundes. Der größte Teil der anthropogenen Wärme gelangt in den städtischen Untergrund, wodurch die Temperatur des Untergrundes und somit auch des Grundwasserleiters steigt. Beide sind geeignete thermische Speicher. In der jetzigen Zeit stellt sich die geothermische Energie als zunehmend populär heraus, weil es eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlicher fossiler Energieresourcen gibt. Daher ist eine Bestimmung des Potenzials der geothermischen Energie in dicht besiedelten städtischen Regionen notwendig. In der Arbeit wurde in Köln eine umfassende Feldstudie durchgeführt. Die Ergebnisse weisen auf eine Erhöhung der Bodentemperaturverteilung im Stadtkern um bis zu 5 Grad Celsius hin. Die fallspezifische Wärmemenge in städtischen Grundwasserleitern und verfügbaren Kapazitäten der Raumerwärmung wurden quantifiziert. Anhand der Ergebnisse kann gezeigt werden, dass beispielsweise durch ein Absenken der Temperatur des 20 m dicken Grundwasserleiters um 2 Grad Celsius ein Plus an geothermischer Energie gewonnen werden kann, mit dem die Stadt Köln für 2,5 Jahre beheizt werden kann. Daneben wird nachgewiesen, dass das geothermische Potential anderer Städte, wie Shanghai oder Tokio, den Wärmebedarf für Jahrzehnte bereitstellen könnte. In der Studie werden verschiedene Arten von oberflächennaher Geothermiesystemen vorgestellt, mit welchen die geothermische Energie in städtischen Grundwasserleitern gewonnen werden kann. Um sowohl die Effekte der Urbanisierung und des Grundwasserflusses auf die Temperaturentwicklung des Kölner Untergrundes zu untersuchen als auch das Verständnis der Dynamik von UHI verursachten Energieflüssen zu verbessern, wurden zwei- und dreidimensionale numerische Modelle mit gekoppeltem Grundwasserfluss und Wärmetransport entwickelt.

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Bücher, Broschüren

Johanna Sophie Matzat
Die Energiewende in den eigenen vier Wänden
Umweltsoziologie, Band 8
Alltägliche Heizpraktiken im Wandel
2020, 576 S., 227 mm, Softcover
Nomos

 

 

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Daniel Fehrenbach
Modellgestützte Untersuchung des wirtschaftlichen Potenzials sektorgekoppelter Wärmeversorgung in Wohngebäuden im Kontex
Produktion und Energie, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion und Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Band 35
Dissertationsschrift
2019, 544 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Bei der Erreichung der Energie- und Klimaziele der Bundesregierung kommt der Transformation der Energieversorgung des Wohngebäudesektors eine wichtige Rolle zu. Diese Arbeit untersucht das wirtschaftliche Potenzial der sektorgekoppelten Wärmeerzeugertechniken Mikro-KWK und Wärmepumpen zur Flexibilisierung der Elektrizitätsversorgung. Zu diesem Zweck werden zwei optimierende energiewirtschaftliche Analyseinstrumente entwickelt und angewendet: ein integriertes Energiesystemmodell zur Langfristplanung der Energieversorgung der Wohngebäude in Deutschland aus gesamtwirtschaftlicher Perspektive und ein Entscheidungsmodell zur Energieversorgung einzelner Wohngebäude unter gegebenen wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen aus einzelwirtschaftlicher Perspektive. Der kombinierte Einsatz dieser komplementären Analyseinstrumente zeigt in der Szenarioanalyse ein Spannungsverhältnis zwischen gesamtwirtschaftlich optimaler Systemplanung und Investitionsanreizen für Entscheider bei der Energieversorgung von Wohngebäuden auf. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit zusätzlicher Maßnahmen zur Erreichung der energie- und klimapolitischen Ziele der Bundesregierung.

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Erik Merkel
Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystems und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland
Produktion und Energie, Band 21
Dissertationsschrift
2018, 434 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Die Arbeit befasst sich mit der Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystem und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland bis zum Jahr 2050. Das Untersuchungsziel besteht neben einer Analyse der zeitlichen Veränderung der Teilenergiesysteme insbesondere darin, das Potenzial von Technologien an der Schnittstelle von Elektrizität und Wärme zu identifizieren sowie die Entwicklung vor dem Hintergrund der energie- und klimapolitischen Ziele im Wärmesystem der Wohngebäude zu bewerten. Der entwickelte Ansatz ermöglicht es erstmalig, neben einer Analyse der Entwicklung des Wärmesystems der Wohngebäude, die auf einer Vielzahl von Szenarien basiert, auch die Erreichung dessen energie- und klimapolitischen Ziele zu bewerten.

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Paul Steinbach
Das Ordnungsrecht der Wärmewende
Europäische Hochschulschriften, Reihe 2, Rechtswissenschaft, Band 5956
Bestandsaufnahme, Bewertung, Tendenzen. Dissertationsschrift
2017, XXVI, 287 S., 210 mm, Softcover
Peter Lang Ltd. International Academic Publishers

 

 

Das Buch behandelt mit der Wärmewende einen bislang rechtswissenschaftlich vernachlässigten Aspekt der Energiewende. Auch in der Wärmeversorgung hat sich im vergangenen Jahrzehnt ein spezieller Normenbestand zur Förderung des Einsatzes erneuerbarer Energien sowie zur Steigerung der Energieeffizienz entwickelt. Der Autor hinterfragt dessen Rolle und Besonderheiten. Dabei stellt er die bundes- und landesrechtlichen Instrumente der Wärmewende nebst ihren unionsrechtlichen Bezügen systematisch dar. Ferner werden kompetenzrechtliche Zusammenhänge analysiert und die Steuerungsleistung des derzeitigen Rechtsrahmens bewertet. Abschließend wagt der Autor einen Ausblick auf die zukünftige Rechtsentwicklung.

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Philipp Münzel
Simulative Potentialanalyse zur Bewertung der Kältetechnik und der Abwärmenutzung in einem Industriebetrieb
Produktion und Energie, UPP Umweltgerechte Produkte und Prozesse, Band 10
2015, LVII, 196 S., 21 cm, Softcover
kassel university press

 

 

Das Ziel der Arbeit ist es, eine Vorgehensweise für die Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen von Energieeffizienzprojekten auf eine Prozesskette zur Herstellung eines Sitzgestells für Personenkraftwagen (PKW) zu entwickeln. Die Prozesskette umfasst dabei die Fertigungsschritte: 1. Umformen (Pressen), 2. Fügen (2.1 Metall Aktivgas- und 2.2 Laserstrahlschweißen), 3. Kathodisches Tauchlackieren (KTL), 4. Endmontage sowie teilweise haustechnische Anlagen, die als Zentralanlagen ausgeführt sind (z. B. Kältetechnik). Beim betrachteten Unternehmen handelt es sich um eine weltweit tätige Firma aus der Branche der Automobilzulieferindustrie. Die Bewertung der Energieeffizienzprojekte erfolgt durch den Vergleich verschiedener Simulationsdurchgänge. Ergebnis und Vergleichsgrundlage der Simulation ist dabei die jeweilige Energiekennlinie der Prozesse im zeitlichen Verlauf. Neben der elektrischen Energie soll in den Bereichen der kathodischen Tauchlackierung sowie des Blockheizkraftwerkes (BHKW) auch die chemische Energie (Erdgas) sowie bei den Schweißanlagen die zentrale Kühlung mit betrachtet und simulativ abgebildet werden.

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Forschungsberichte

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Dieter Baum, Heinz Klewe
Oertliche Energieversorgungskonzepte. Tl.2. Begleitdokumentation der Realisierungsphase in Wuppertal
1986, 190 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Begleitdokumentation gliedert sich in zwei Teile, wobei der erste den Aufbau und die Umsetzung des Energieversorgungskonzeptes in Wuppertal zum Inhalt hat. Einleitend wird die Stadt mit ihren siedlungsstrukturellen Merkmalen, ihren stadtentwicklungspolitischen Zielvorstellungen, ihrer bestehenden Energieversorgung und mit ihrer Konzeption fuer eine zukuenftige Energieversorgung vorgestellt. Die anschliessende Chronologie der beiden Modellprojekte fuehrt in zeitlicher Abfolge die Ereignisse auf und gibt Auskunft, in welcher Vielzahl groessere und kleinere Arbeitsschritte notwendig waren, um unter den gegebenen Wuppertaler Bedingungen ein Energieversorgungskonzept aufzubauen und die beiden quartiersbezogenen Projekte aus der Planungs- in die Realisierungsphase ueberzuleiten. In den der Chronologie folgenden Kapiteln drei und vier werden die Projekte - soweit bisher moeglich - detailliert in ihrer technischen Konzeption und Ausfuehrung sowie in ihrer inhaltlichen Ausrichtung dargestellt. Fragen der Organisation und Abstimmung zwischen Stadtverwaltung und Energieversorgungsunternehmen sowie der internen Verwaltungskoordination und Aufgabenverteilung sind Gegenstand des fuenften Kapitels. Im zweiten Teil dieser Begleitdokumentation werden die Ergebnisse aus der Untersuchung entsprechend den bereits vorgestellten zentralen Fragestellungen als Ergebnisschwerpunkt gegliedert und formuliert.

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K. Biasin, K. Leisen
Kleinschwimmhalle Schwalmtal. Ergebnisse messtechnischer Untersuchungen zur rationellen Energieverwendung. Abschlußbericht
Titel des Kurzberichts: Hallenbad in Schwalmtal. Energ durch Wärmerückgewinnung und Umweltenergienutzung.
1986, 102 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Energieverbrauch eines Hallenbades kann durch den Einbau von Abwaerme und Umweltwaerme nutzenden Anlagen auf 40 % des entsprechenden Verbrauchs eines konventionell ausgestatteten Hallenbades gesenkt werden. Diese Aussage ist das Ergebnis der messtechnischen Untersuchung im Hallenbad von Schwalmtal, die im Auftrag des BMFT und er Kommission der EG in den Jahren 1983 bis 1985 durchgefuehrt wurde. Das Bad hat eine Beckenoberflaeche von 270 qm und verbrauchte im Betriebsjahr 1985 543 MWh elektrische Energie und 127 MWh Waerme von einem Heizkessel. Vier verschiedenartige Einzelanlagen bilden den Kern der energietechnischen Konzeption des Bades: 1. Eine Anlage zum Waermerueckgewinn aus Dusch-, Becken- und Filterspuelwasser, 2. Eine Anlage zum Waermerueckgewinn aus der Abluft der Schwimmhalle und Duschraeume, 3. Drei Anlagen zum Waermerueckgewinn aus der Fortluft der Nebenraeume, 4. Eine Waermepumpenanlage mit Energieabsorber zum Gewinn von Umweltwaerme. Die Konzeption ist sehr einfach auf bestehende und neu zu errichtende Hallenbaeder uebertragbar. Mit ihr wird der heute uebliche hohe Heizoel- und Erdgasverbrauch nahezu vollstaendig durch rueckgewonnene Waerme, Umweltwaerme und das Waermeaequivalent der eingesetzten elektrischen Energie zum Betrieb konzeptionstragenden Anlagen ersetzt. Im Abschlussbericht werden die einzelnen Anlagen beschrieben, die Ergebnisse der messtechnischen Untersuchungen zusammengefasst und die Anlagen wirtschaftlich bewertet. (-z-)

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Rainer Friedrich, Thomas Mueller, Rudi Wartmann
Energie und Umwelt. Grundlagen zur Entwicklung oertlicher und regionaler Energieversorgungskonzepte. Region Schwarzwald-Baar-Heuberg
1985, 120 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In dem vorliegenden Bericht werden Ansaetze und Vorschlaege erarbeitet, wie die Energieversorgung in der Region Schwarzwald-Baar-Heuberg weiterentwickelt werden kann. Damit sollen den Entscheidungstraegern bzw. Verbrauchern in der Region konkrete ortsbezogene Entscheidungshilfen an die Hand gegeben werden, aus denen hervorgeht, welche Optionen zur Versorgung in Frage kommen und welche Vor- und Nachteile diese Optionen haben. Es wurde bewusst darauf verzichtet, unter den Alternativen eine "optimale" auszuwaehlen, da dies von der subjektiven Wichtung der verschiedenen energiepolitischen Ziele und daher von der subjektiven Praeferenzstruktur der Entscheidungstraeger abhaengt. Vielmehr sollen die Entscheidenden befaehigt werden, ihre Entscheidungen bei genauer Kenntnis aller Alternativen und deren Vor- und Nachteile selbst treffen zu koennen. Neben den Moeglichkeiten der Energieversorgung wurden auch die Moeglichkeiten zur Energieeinsparung untersucht. Ein Schwerpunkt wurde auf die Berechnung der Emissionswirkungen der verschiedenen Optionen gelegt. (-z-)

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Rainer Friedrich, Thomas Mueller, Rudi Wartmann
Energie und Umwelt. Grundlagen zur Entwicklung oertlicher und regionaler Energieversorgungskonzepte. Region Bodensee-Oberschwaben
1985, 120 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In dem vorliegenden Bericht werden Ansaetze und Vorschlaege erarbeitet, wie die Energieversorgung in der Region Bodensee-Oberschwaben weiterentwickelt werden kann. Damit sollen den Entscheidungstraegern bzw. Verbrauchern in der Region konkrete ortsbezogene Entscheidungshilfen an die Hand gegeben werden, aus denen hervorgeht, welche Optionen zur Versorgung in Frage kommen und welche Vor- und Nachteile diese Optionen haben. Es wurde bewusst darauf verzichtet, unter den Alternativen eine "optimale" auszuwaehlen, da dies von der subjektiven Wichtung der verschiedenen energiepolitischen Ziele und daher von der subjektiven Praeferenzstruktur der Entscheidungstraeger abhaengt. Vielmehr sollen die Entscheidenden befaehigt werden, ihre Entscheidungen bei genauer Kenntnis aller Alternativen und deren Vor- und Nachteile selbst treffen zu koennen. Neben den Moeglichkeiten der Energieversorgung wurden auch die Moeglichkeiten zur Energieeinsparung untersucht. Ein Schwerpunkt wurde auf die Berechnung der Emissionswirkungen der verschiedenen Optionen gelegt. (-y-)

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Rainer Friedrich, Thomas Mueller, Rudi Wartmann
Energie und Umwelt. Grundlagen zur Entwicklung oertlicher und regionaler Energieversorungskonzepte
1985, 131 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In dem vorliegenden Bericht werden Ansaetze und Vorschlaege erarbeitet, wie die Energieversorgung in der Region Franken weiterentwickelt werden kann. Damit sollen den Entscheidungstraegern bzw. Verbrauchern in der Region konkrete ortsbezogene Entscheidungshilfen an die Hand gegeben werden, aus denen hervorgeht, welche Optionen zur Versorgung in Frage kommen und welche Vor- und Nachteile diese Optionen haben. Es wurde bewusst darauf verzichtet, unter den Alternativen eine "optimale" auszuwaehlen, da dies von der subjektiven Wichtung der verschiedenen energiepolitischen Ziele und daher von der subjektiven Praeferenzstruktur der Entscheidungstraeger abhaengt. Vielmehr sollen die Entscheidenden befaehigt werden, ihre Entscheidungen bei genauer Kenntnis aller Alternativen und deren Vor- und Nachteile selbst treffen zu koennen. Neben den Moeglichkeiten der Energieversorgung wurden auch die Moeglichkeiten zur Energieeinsparung untersucht. Ein Schwerpunkt wurde auf die Berechnung der Emissionswirkungen der verschiedenen Optionen gelegt. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Lehmkuhl, Volker
Holzbau auf dem Vormarsch? Serielle Sanierung.
DW Die Wohnungswirtschaft, 2021

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Grab, Herbert
Ein Hebel für die Energiewende. Wärmepumpen in Quartiersprojekten.
Quartier : Fachmagazin für urbanen Wohnungsbau, 2020

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Schmauß, Robert
Extrem energieeffizient. Brennstoffzellen. (kostenlos)
DW Die Wohnungswirtschaft, 2020

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Unger, Florian
Die Mischung macht's. Nachhaltige Wärmeversorgung. (kostenlos)
DW Die Wohnungswirtschaft, 2020

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Hartwig, Holger
Eine klimafreundliche Alternative. Wärmepumpen-Technologie für Mehrfamilienhäuser. (kostenlos)
DW Die Wohnungswirtschaft, 2020

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