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Energetischer Zustand des Hamburger Gebäudebestandes - Flächendeckende Erhebung und Kartierung

Für die Freie und Hansestadt Hamburg erstellte Ecofys eine umfangreiche Studie zum aktuellen Wärmebedarf des Gebäudebestandes. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde die Hamburger Gebäudetypologie aktualisiert und um eine Typologie für Nicht-Wohngebäude erweitert. Zur Ermittlung des Ist-Zustandes und der Bedarfsentwicklung wurden zahlreiche Datensätze zu energetischen Kennwerten, Modernisierungsstand, Sanierungsstand, Energieverbräuche, Versorgungsstruktur, etc. in ein geographisches Informationssystem (GIS) eingepflegt. Die Ergebnisse der Auswertungen lassen nicht nur Rückschlusse auf den Ist-Zustand und die Bedarfsentwicklung zu, sondern sind ein wesentliches Instrument für die strategische Planung der künftigen Wärmeversorgung und die Möglichkeiten der Energieeinsparung im Gebäudebereich.

EnEff:Stadt: Ganzheitlich-ressourceneffiziente Betrachtung von Stadtquartieren, Teilprojekt: Lebenszyklusbasierte energetische, ökologische und kostenbezogene Bewertung von Gebäuden und Stadtgrün in Stadtquartieren

EnOB: Bauphysikalische Bewertung von Fassaden- und Dachbegrünungen, Teilvorhaben: Entwicklung standardisierter Messverfahren und Kenngrößen zur Berücksichtigung von Bauwerksbegrünung in der energetischen Auslegung von Gebäuden sowie die Bewertung des thermischen Einflusses

EnEff:Stadt - TEK-EKG: Thermisches / Elektrisches Anlagen-EKG von Gebäuden und Quartieren, Schwerpunkte: Schnittstellen, praxisnahe Messungen, Regelungen und Optimierungen

Durch das Forschungsvorhaben soll ein Werkzeug, das Thermisch / Elektrische Anlagen-EKG (TEK-EKG), zur energetischen Beurteilung von Versorgungsstrukturen geschaffen werden. Das Werkzeug setzt sich aus einem Plug&Play - fähigen Kurzzeitmesssystem mit zeitsynchronisierter Messung therm. und elektr. Kenngrößen und einer nachgelagerten Analysesoftware zusammen. Die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend für eine Optimierung der Versorgungsstruktur mit der Zielgröße Erhöhung der Energieeffizienz unter wirtschaftlichen Randbedingungen genutzt. Zunächst ist das Messsystem des TEK-EKG zu entwickeln und geeignete Sensoren zu identifizieren. Im Anschluss wird das TEK-EKG an der TU Dresden (TUD) gefertigt (Hardware + Software) sowie umfangreich getestet. YADOS unterstützt diesen Prozess insbesondere bei der Schnittstellendefinition, da hier eine Kompatibilität zur Zentrale von YADOS gegeben sein muss. Im Anschluss ist die Analysesoftware zu entwickeln.

Forschungsinitiative Zukunft Bau - Forschungscluster 'Energieeffizientes und klimagerechtes Bauen', Weiterentwicklung von Verfahren für die Bewertung der Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Rahmen der EnEV-Methode einschließlich der Festlegung von Mindestanforderungen - Teilprojekt 1: Wartung von Beleuchtungsanlagen

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung genauerer Bewertungsansätze für die Beurteilung der Energieeffizienz von Belechtungsanlagen (künstliche Beleuchtung und Versorgung mit Tageslicht), die für eine normative Umsetzung geeignet sind. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen dazu geeignet sein, in die entsprechenden rechtlichen Verordnungen einzufließen. Ausgangslage: Die Wartung von Beleuchtungsanlagen hat einen signifikanten Einfluss auf den Beleuchtungsenergiebedarf. Bei der Planung von Beleuchtungsanlagen und ihrer energetischen Bewertung muss die Wartung daher hinreichend genau in Abhängigkeit relevanter Einflussgrößen, wie erwartete Verschmutzung der Räume sowie Lampenwechselintervalle, vorgesehen werden. Der für die energetische Bewertung maßgebliche so genannte Wartungsfaktor kann bis dato nur ungenau bestimmt werden, bzw. die publizierten Werte stellen sich in der Praxis als deutlich zu hoch heraus. So werden pauschal Werte von 0,67 empfohlen, wogegen sich in der Praxis durchaus Werte zwischen 0,8 und 0,9 nachweisen lassen. Dies entspricht einer Unschärfe in der energetischen Bewertung von etwa 40Prozent, was in der Praxis einer entsprechenden energieineffizienten und klimaschädlichen Überinstallation gleichkommt. Aufgabenstellung des Teilprojektes war die Messung und Bestimmung von Wartungsfaktoren für verschiedene Nutzungsarten, die Ermittlung repräsentativer Standardwerte sowie die Entwicklung eines einfachen Ermittlungsverfahrens des Wartungsfaktors für die Praxis. Konzept: Zunächst wurde eine Analyse des vorliegenden CIE-Schrifttums bezüglich des bisherigen Berechnungsverfahrens durchgeführt. Neben Messungen im Projektzeitraum an Referenzanlagen (auch an Anlagen, die von an dem Projekt assoziierten Herstellern installiert wurden) wurden geförderte EnOB-Vorhaben (speziell aus dem Solarbau-Monitor-Programm) hinzugezogen. Bei gegebener Datenverfügbarkeit dieser Vorhaben wurde aus aufgezeichneten Beleuchtungsstärken und Wartungsinformationen der Anlagen die Abnahme des Lichtstroms über die Zeit erfasst und in die Ermittlung der einfachen Kennwerte und eines einfachen Ermittlungsverfahrens mit eingekoppelt. Ergebnisse: Die im Rahmen dieses Teilprojektes durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für den Wert des Wartungsfaktors bezüglich sehr sauberer Räume wie Nichtraucherbüros ein Wert von 0,9 und sauberer Räume wie Büros und Schulklassen ein Wert von 0,8 eingesetzt werden kann. Der methodische Ansatz und die festgelegten Systemkennwerte ermöglichen, den Wartungsfaktor für künstliche Beleuchtungsanlagen vereinfacht zu ermitteln. Derartig bereitgestellte Standardwerte des Wartungsfaktors können unmittelbar in dem Verfahren der DIN V 18599 zur Ermittlung der elektrischen Bewertungsleistung genutzt werden. Die elektrische Bewertungsleistung hat einen direkten Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf für die Beleuchtung.

Validierung der überarbeiteten DIN V 18599

Die Vornormenreihe DIN V 18599:2016 in der neuen Fassung stellt ein Verfahren zur Gesamtenergiebilanzierung von Wohn- und Nichtwohngebäuden bereit. Die Berechnung von Nutz-, End- und Primärenergiebedarf für Heizung, Lüftung, Klimatisierung (einschließlich Kühlung und Befeuchtung), Trinkwarmwasserversorgung sowie Beleuchtung und Hilfsenergie für Gebäude werden in der Norm beschrieben. Das Institut für GebäudeEnergetik validiert gegenwärtig die neue Fassung der Vornorm mit geeigneten Methoden. Hierbei werden Folgewirkungen von Änderungen identifiziert und die Berechnungsergebnisse auf Plausibilität überprüft.

EnOB: EnTool-CoSim, Entwicklung der Kopplungstechnologie von Komplexmodellen für Bauteil-, Raum- und Gebäudesimulation mit Modelica-basierten Anlagen-, Regelungs- und Nutzermodellen, Teilprojekt: Anwendungsszenarien und Demonstration

Instationäre energetische Bewertung von Wärmepumpen- und Mikro-KWK Systemen, Teilprojekt: TUD - Testszenarien und Versuchsstand Mikro-KWK Systeme

Zur energetischen Versorgung von Gebäuden werden zunehmend Wärmepumpensysteme und Systeme auf Basis der KWK Technologie eingesetzt. Feldtests zeigen jedoch, dass die durch Rechenverfahren prognostizierten Nutzungsgrade nicht erreicht werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, realitätsnahe Testszenarien zu entwickeln, mit denen die genannten Technologien realistisch eingeschätzt werden können. Das Forschungsvorhaben zielt dabei besonders auf das von der Bunderegierung im IEK Programm formulierte Ziel der 'Effizienzsteigerung' innerhalb der energetischen Versorgung von Gebäuden ab. Die Arbeiten sollen als Grundlage für die Entwicklung einer späteren normativen Anwendung gesehen werden. Die Arbeitsplanung (AP) sieht vor, in AP 1 und 2 an der TU Dresden sowie an der RWTH Aachen zwei funktional identische Versuchsstände zur Nutzungsgradbestimmung von Wärmepumpen und KWK-Systemen aufzubauen. Die Versuchsstände werden dabei so konstruiert, dass sie mit einem numerischen Simulationsprogramm gekoppelt werden können. In einem zweiten Schritt (AP2) erfolgt die Inbetriebnahme, die gleichfalls eine Ringmessung zwischen den beiden Institutionen beinhaltet, um sicherzustellen, dass die Einrichtungen unabhängig von der Versuchseinrichtung vergleichbare Ergebnisse erzielen. Im dritten Schritt (AP3) werden Testszenarien und Gebäudemodelle / Nutzerprofile entwickelt, wobei die Gebäudegröße, das Nutzerverhalten sowie die wärmetechnische Ausstattung der Liegenschaften mit betrachtet werden und mit dem Prüfverfahren des IGE Stuttgart abgestimmt. AP4 Umfasst die messtechnische Analyse, AP5 die Entwicklung eines energetischen Berechnungsverfahrens zur Bewertung von Wärmepumpen und Mikro-KWK Systemen. Am Beispiel ausgewählter Geräte sollen das Konzept der umgesetzten Emulation und die Vorteile der Vorgehensweise bei der Nutzungsgradbestimmung aufgezeigt werden. Der Schwerpunkt der Arbeiten der TU Dresden liegt in der Untersuchung und Bewertung von Mikro-KWK Systemen.

Instationäre energetische Bewertung von Wärmepumpen- und Mikro-KWK Systemen, Teilprojekt RWTH: Testszenarien und Versuchsstand Wärmepumpensysteme

Zur energetischen Versorgung von Gebäuden werden zunehmend Wärmepumpensysteme und Systeme auf Basis der KWK-Technologie eingesetzt. Feldtests zeigen jedoch, dass die durch Rechenverfahren prognostizierten Nutzungsgrade nicht erreicht werden. Ziel des Verbundvorhabens (mit TU Dresden, IGE Stuttgart) ist es daher, realitätsnahe Testszenarien zu entwickeln, mit denen die genannten Technologien realistisch eingeschätzt werden können. Das Forschungsvorhaben zielt dabei besonders auf das im 6. EFP-Programm formulierte Ziel der 'Effizienzsteigerung' innerhalb der energetischen Versorgung von Gebäuden ab. Die Arbeiten sollen als Grundlage für die Entwicklung einer späteren normativen Anwendung gesehen werden. Die Arbeitsplanung (AP) sieht vor, in AP 1 und 2 an der TU Dresden sowie an der RWTH Aachen zwei funktional identische Versuchsstände zur Nutzungsgradbestimmung von Wärmepumpen und KWK-Systemen aufzubauen. Die Versuchsstände werden dabei so konstruiert, dass sie mit einem numerischen Simulationsprogramm gekoppelt werden können. In einem zweiten Schritt (AP2) erfolgt die Inbetriebnahme, die gleichfalls eine Ringmessung zwischen den beiden Institutionen beinhaltet, um sicherzustellen, dass die Einrichtungen unabhängig von der Versuchseinrichtung vergleichbare Ergebnisse erzielen. Im dritten Schritt (AP3) werden Testszenarien und Gebäudemodelle / Nutzerprofile entwickelt, wobei die Gebäudegröße, das Nutzerverhalten sowie die wärmetechnische Ausstattung der Liegenschaften mit betrachtet werden und mit dem Prüfverfahren des IGE Stuttgart abgestimmt. AP4 umfasst die messtechnische Analyse, AP5 die Entwicklung eines energetischen Berechnungsverfahrens zur Bewertung von Wärmepumpen und Mikro-KWK Systemen. Am Beispiel ausgewählter Geräte sollen das Konzept der umgesetzten Emulation und die Vorteile der Vorgehensweise bei der Nutzungsgradbestimmung aufgezeigt werden. Der Schwerpunkt der Arbeiten der RWTH Aachen liegt in der Untersuchung und Bewertung von Wärmepumpensystemen.

EnOB: EnTool-CoSim, Entwicklung der Kopplungstechnologie von Komplexmodellen für Bauteil-, Raum- und Gebäudesimulation mit Modelica-basierten Anlagen-, Regelungs- und Nutzermodellen, Teilvorhaben: Technologieentwicklung - Simulationsmaster zur Kopplung von Functional-Mockup-Units (FMU)

In dem Verbundprojekt wird eine Kopplungstechnologie für Komplexmodelle aus der Bauteil-, Raum- und Gebäudesimulation mit Modelica-basierten Anlagen-, Regelungs- und Nutzermodellen entwickelt. Sie erlaubt die Kopplung von Simulationsmodellen unterschiedlicher Modellkomplexität und berücksichtigt dabei die erforderliche Ergebnisgenauigkeit sowie die Wirtschaftlichkeit in der Anwendung. Die Technologie basiert auf dem bereits standardisierten Functional -Mockup-Interface (FMI) für Co-Simulation. Berechnungsgeschwindigkeit und Ergebnisauswertung werden optimiert im Hinblick auf die Kopplung spezialisierter Komplexmodelle zur energetischen/bauklimatischen Gebäudesimulation mit Modellen für Anlagenkomponenten, für Regelungen und für das Nutzerverhalten, die in der Sprache Modelica beschrieben sind. Der Schwerpunkt von Fraunhofer IIS/EAS liegt im Arbeitspaket 'Technologientwicklung - Simulationsmaster'. Stellvertretend für eine Vielzahl von in der Gebäudesimulation eingesetzten Tools wird eine effektive Kopplung der drei Tools Delphin, Therakles und Nandrad mit SimulationX erarbeitet. Dies wird in folgenden Arbeitsschritten erreicht: Zunächst werden Anwendungsszenarien definiert, die das zu erwartende Einsatzgebiet weitgehend abdecken. Für die Gebäudesimulatoren Delphin, Therakles und Nandrad werden Möglichkeiten zum Export von Funktional-Mockup-Units (FMU) geschaffen. Die Analyse der numerischen Eigenschaften der FMU ist Grundlage für die Entwicklung neuer Masteralgorithmen, die an den Szenarien erprobt und optimiert werden. Zudem ist Fraunhofer IIS/EAS am Arbeitspaket 'Anforderungen an die Kopplungstechnologie' beteiligt.

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