Konzeptstudie und -entwurf zur Realisierung einer Null-Energie-Sauna

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein besonders geeignetes Konzept einer "Null-Energie- Sauna" systematisch zu erarbeiten und dieses abschließend zu detaillieren. Eine "Null-Energie- Sauna" beschreibt eine Sauna, die vollständig aus erneuerbaren Energien betrieben werden kann. Das heißt, dass die gesamte Energie für das Aufheizen und den Betrieb der Sauna aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Die Kernkomponente bzw. das "Herzstück" der "Null-Energie-Sauna" bildet der thermische Energiespeicher. Dieser ermöglicht eine Nutzung unabhängig vom aktuellen Energieangebot aus erneuerbaren Energien. Darüberhinaus soll die "Null-Energie-Sauna" aus möglichst langlebigen Komponenten aufgebaut sein, die besonders nachhaltig und umweltfreundlich sind. Das Konzept der "Null-Energie-Sauna" wird systematisch mittels einer Konzeptstudie erarbeitet. Diese gliedert sich in die drei Teilpakete der Komponentengrundlagen und -recherche, der Konzeptstudie sowie der Konzeptdetaillierung. Das finale Konzept wird sowohl durch die direkte Gegenüberstellung verschiedener Komponenten, als auch durch eine Nutzwertanalyse erarbeitet. Die Nutzwertanalyse besteht aus dem Aufstellen von Bewertungs-Kriterien, der Gewichtung dieser Kriterien gegeneinander sowie der Bewertung der Erfüllung der Kriterien durch die aufgestellten Konzepte. Die Konzeptdetaillierung umfasst die Angabe aller erforderlichen Komponenten für eine "Null-Energie-Sauna" sowie deren wichtigsten technischen Eigenschaften. Die Konzeptdetaillierung bildet die Grundlage für den späteren Aufbau eines Anschauungs- und Demonstrationsobjekts einer "Null-Energie-Sauna". Das ausgewählte Konzept besteht aus einem Druckwasserspeicher als Wärmespeicher. Als Wärmeträgerfluid wird Wasser unter Druck verwendet. Die thermische Energie wird durch einen Vakuumflachkollektor mittels Solarthermie bereitgestellt. Über einen Rippenrohrwendel-Wärmeübertrager wird die thermische Energie aus dem Solarkreis an das Wasser im Druckwasserspeicher übertragen. Der Solarkreis stellt einen separaten Druckwasserkreislauf dar. Der Wärmeeintrag vom Druckwasserspeicher in die Sauna erfolgt über einen Rippenrohrschlangen-Wärmeübertrager durch den das Wasser aus dem Wärmespeicher als Wärmeträgerfluid strömt. Der Wärmespeicher wird nicht vollständig mit Wasser befüllt. Dadurch entsteht ein Hohlraum in dem sich Wasserdampf befindet. Durch die Expansion des Wasserdampfs in die Sauna kann die Saunaluft befeuchtet werden. Neben dieser Möglichkeit zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit kann weiterhin die Lufttemperatur in der Sauna variiert werden. Es lassen sich somit verschiedene Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten in der Sauna einstellen. Das ausgearbeitete Konzept der "Null-Energie-Sauna" ermöglicht im Winter ein einmaliges Saunieren pro Woche.