Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SchwörerHaus KG durchgeführt. Im Rahmen dieses Verbund-Forschungsvorhabens soll ein modernes und nachhaltiges Heizungskonzept für energieeffiziente Gebäude entwickelt werden, die durch eine saisonale Speicherung, basierend auf thermochemischer Wärmespeicherung, eine möglichst vollständige Wärmeversorgung ermöglicht. Dieses Heizungskonzept, das die Basis für eine zukünftige nicht fossile Wärmeversorgung nicht nur im Neubaubereich darstellt. soll am Beispiel des neuen innovativen Gebäudetyps Flying Spaces der Schwörer Haus KG erarbeitet werden. Die geplante Technik lässt sich gut mit der erprobten Luftheizungstechnik von Schwörer Haus kombinieren. Vom Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart (ITW) wird die benötigte Speichertechnologie entwickelt und das Solarkonzept auf Basis von numerischen Simulationsstudien erarbeitet. Vakuumröhren-Luftkollektoren, die horizontal auf dem Gebäudedach montiert werden, liefern die benötigte Wärme zur Beladung des thermo-chemischen Speichers. Die Integration des Konzepts in die Gebäudetechnik wird durch die Schwörer Haus KG entwickelt. Auf dem Freigelände des ITW soll ein Gebäude aufgebaut werden, in dem die zu entwickelnde Technik implementiert und messtechnisch untersucht werden soll. Durch ein Monitoring zunächst der bestehenden Heiztechnik und anschließend der neu entwickelten solaren Heiztechnik sollen die energetischen Vorteile nachprüfbar gemacht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: ökologische Modellierung zur Lebenszyklusanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Akustik und Bauphysik, Lehrstuhl für Bauphysik, Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung durchgeführt. Die zentrale Aufgabe des Teilprojekts ist die Entwicklung eines frei verfügbaren Softwaretools zur ökologischen lebenszyklusbasierten Bewertung innovativer Konzepte zur thermischen Energiespeicherung in Gebäuden. Es soll Entscheidungsträgern eine wissenschaftlich fundierte Hilfestellung bei der Auswahl des, im Sinne einer ganzheitlichen ökologischen Betrachtung, geeignetsten thermischen Speicherkonzepts bieten. Mit Hilfe der Methode der Ökobilanz wird eine Entscheidungsgrundlage für Fragestellungen bezüglich des Primärenergieeinsatzes und der Klimarelevanz geliefert. Grundlage für das Softwaretool ist die Erarbeitung der Ökobilanzen (LCA) von Systemen zur Speicherung thermischer Energie in Gebäuden. Dabei werden sowohl die Speichermaterialien selbst und die zugehörigen Komponenten als auch ihre Einbettung in Gebäudeenergiekonzepte analysiert. Die Auswahl und Simulation der Systeme findet durch die Projektpartner statt. Sensible, latente, sorptive und thermochemische Speicherkonzepte für zentrale sowie gebäudeintegrierte Anwendung werden hierbei untersucht und energetische Kennzahlen durch Simulation auf Material- und Gebäudeebene ermittelt. Die im Softwaretool dargestellten Umweltprofile berücksichtigen Herstellung, Nutzung und Lebensende, also den gesamten Lebenszyklus der Wärmespeichermaterialien. Das ökologische Profil beinhaltet die Wirkungskategorie 'Treibhauspotential' (GWP) sowie den fossilen und regenerativen Primärenergiebedarf. Sie werden sowohl als Umweltprofil in Analogie der Darstellung von Umweltproduktdeklarationen als auch in Bezug auf die potentiellen Einsparungen in Form einer energetischen und ökologischen Amortisationsdauer in Zyklen angegeben. Zusätzlich werden Materialeigenschaften und eine technische Kurzbeschreibung des Systems dargestellt. Das Softwaretool ermöglicht es dem Anwender, Speichermaterialien, Speicherkomponenten und Speicherkonzepte zur thermischen Energiespeicherung in Gebäuden für verschiedene Gebäudetypen und Klimaregionen auf Basis fundierter ökologischer Analysen zu bewerten und zu vergleichen. Zusätzlich können eigene Materialien und Konzepte sowie Gebäude bewertet werden, sofern diese den Rahmenbedingungen des Projekts entsprechen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung und Charakterisierung metallischer Trägerstrukturen für Adsorptionsmaterialien in chemischen Wärmepumpen und Wärmespeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Die Nutzung von chemischen oder Sorptionswärmepumpen ist bislang eine kaum verwendete Möglichkeit, fossile Energieträger durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme zu substituieren. Kernprobleme in der Anwendung sind momentan die Gewährleistung eines ausreichenden Wärme- und Stofftransportes sowie die Vermeidung von Agglomerationen der Arbeitsmedien. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung neuer Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen, die mit Metallsalzen als reaktives Arbeitsmedium beladen werden. Das Teilprojekt am Fraunhofer IFAM Dresden beschäftigt sich vor allem mit der Auslegung, Auswahl und Herstellung der porösen metallischen Trägerstrukturen sowie der wärme- und strömungstechnischen Charakterisierung der Metall-Metallsalz-Verbünde. Die Metallstrukturen werden dabei pulver- bzw. schmelzmetallurgisch hergestellt. Die Trägerstrukturen werden charakterisiert und optimiert, sodass eine gezielte Nutzung der Metall-Metallsalz-Verbünde in Wärmepumpensystemen ermöglicht wird. Einen wesentlichen Bestandteil bilden dabei Simulationen zum Verständnis der auftretenden physikalischen Effekte. Nach Festlegung der Spezifikationen für die untersuchten Materialien (AP 1) durch alle Projektpartner werden Vorversuche an flachen Material- und Strukturproben durchgeführt, die das IFAM-DD herstellt und geometrisch sowie thermisch und strömungstechnisch charakterisiert (AP 2). Die Bestimmung der Sorptionsisothermen der einzelnen Hydratstufen der Salze (AP 3) dient als Basis für spätere Auslegungsrechnungen. Hauptarbeitspunkt des Projektes ist die Synthese und Charakterisierung der Trägerstrukturen (AP 4) sowie die Analyse der Verbünde (AP 6) von verschiedenen Metallen und Salzen. Diese Ergebnisse werden zur iterativen Optimierung der Metallsalzsynthese und der Trägerstrukturen verwendet. Abschließend wird das Zusammenspiel der Komponenten an einem Versuchsmuster demonstriert.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik durchgeführt. Im Rahmen dieses Verbund-Forschungsvorhabens soll ein modernes und nachhaltiges Heizungskonzept für energieeffiziente Gebäude entwickelt werden, die durch eine saisonale Speicherung, basierend auf thermochemischer Wärmespeicherung, eine möglichst vollständige Wärmeversorgung ermöglicht. Dieses Heizungskonzept, das die Basis für eine zukünftige nicht fossile Wärmeversorgung nicht nur im Neubaubereich darstellt, soll am Beispiel des neuen innovativen Gebäudetyps Flying Spaces der SchwörerHaus KG erarbeitet werden. Die geplante Technik lässt sich gut mit der erprobten Luftheizungstechnik von SchwörerHaus kombinieren. Vom ITW wird die benötigte Speichertechnologie entwickelt und das Solarkonzept auf Basis von numerischen Simulationsstudien erarbeitet. Vakuumröhren-Luftkollektoren, die horizontal auf dem Gebäudedach montiert werden, liefern die benötigte Wärme zur Beladung des thermo-chemischen Speichers. Die Integration des Konzepts in die Gebäudetechnik wird durch die SchwörerHaus KG entwickelt. Auf dem Freigelände des ITW soll ein Gebäude aufgebaut werden, in dem die zu entwickelnde Technik implementiert und messtechnisch untersucht werden soll. Durch ein Monitoring zunächst der bestehenden Heiztechnik und anschließend der neu entwickelten solaren Heiztechnik sollen die energetischen Vorteile nachprüfbar gemacht werden. Numerische Simulationsmodelle werden erarbeitet um die jährl. Energieeinsparung zu berechnen.
Das Projekt "Teilprojekt: Optimierung von Kessel- und Turbinenkomponenten PP4F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GE Boiler Deutschland GmbH, Standort Stuttgart durchgeführt. In diesem Vorhaben wird die technische Umsetzbarkeit von hochflexiblen, energieeffizienten und emissionsarmen Kohlekraftwerken für die zukünftige Stromerzeugung untersucht. Diese Kraftwerke mittlerer Leistung müssen neben einem hohen Wirkungsgrad über den gesamten Lastbereich eine hohe Betriebsflexibilität (Kaltstart, Warmstart, Heißstart, Lastwechsel, Mindestlast etc.) aufweisen und höchste Emissionsanforderungen auch für Spurenelemente erfüllen. Für die Umsetzbarkeit dieser Anforderungen werden alle Komponenten und Prozesse des Kraftwerks betrachtet und technische Konzepte für die Umsetzbarkeit erarbeitet. Für die Komponenten im Wasserdampfkreislauf (Dampferzeuger, Turbine usw.) werden von General Electric (GE) Berechnungen und APROS Simulationen (Dampferzeuger) zur Bewertung verschiedener Maßnahmen zur Steigerung der Dynamik und Effizienz durchgeführt. Hierbei wird dem Einsatz optimaler Werkstoffe sowie optimierte Berechnungsmethoden für besonders beanspruchte Bauteile eine besondere Bedeutung beigemessen und wichtige Ergebnisse und Erkenntnissen aus abgeschlossenen bzw. laufenden Werkstoffforschungsprogrammen insbesondere HWT I, HWT II und HWTII Add-on zugrunde gelegt. Durch die Integration von thermischen oder thermo-chemischen Speichern bestehen weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Flexibilität. Hierzu werden von GE Integrationsmöglichkeiten verschiedener Speichertechnologien mituntersucht und bewertet. Gemeinsam mit anderen Partnern bewertet GE die in den einzelnen Arbeitspaketen erarbeiteten Maßnahmen und technische Verbesserungskonzepte. Als Kriterien für die Bewertung werden die technische Machbarkeit, wirtschaftliche und ökonomische Risiken sowie Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz zugrunde gelegt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Evaluierung einer Technologie zur Herstellung von Adsorbern aus Metall-Metallsalz-Verbundmaterial" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH - Abteilung Forschung und Entwicklung durchgeführt. Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Herstellungstechnologie zur Verbindung der untersuchten Metall-/Metallsalz-Verbünde mit dem Wärmeübertrager. Im Projekt werden verschiedene Verfahren (Weiten der Rohre, Löten) zur Anbindung der Metallstrukturen an Rohre mit und ohne Lamellenbleche untersucht und analysiert. Im Ergebnis sollen Aussagen zur thermischen Leistungsfähigkeit des gesamten Wärmeübertragers sowie zur thermischen und mechanischen Stabilität des Aufbaus getroffen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll ein Versuchsmuster eines Adsorber-Wärmeübertragers für eine Wärmepumpe konstruiert und gefertigt werden. In experimentellen Untersuchungen wird die Funktionalität des Versuchsmusters mit verschiedenen Temperaturen getestet. Aus den Ergebnissen werden wichtige Kenngrößen wie die spezifische Leistungsdichte und erreichbare Werte für den COP abgeleitet.
Das Projekt "Kraftwerkstechnik (Lastflexible und teillastfähige Kraftwerke) - Thermische und thermochemische Energiespeicher in Kraftwerken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg durchgeführt.
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: Feuchtluftsolarkollektor mit saisonaler thermo-chemischer Energiespeicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Architektur, Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen durchgeführt. Entwicklung eines offenen Absorptionssystems zur solaren Gebäudebeheizung mit (1) Luftkollektor zur sommerlichen Soleregeneration und winterlichen Feuchtlufterzeugung, (2) Flüssigkeit-Luft Wärmetauscher und (3) saisonalem Solespeicher. Integration in vorh. Prototypen. Einjährige Be- und Entladungsphase. Vorbereitung einer Firmengründung, Patentstrategie, Kontakte zu Investoren und Beta Kunden WP 1: Planung (10/08 - 01/09) -Systemauslegung-Konstruktionszeichnungen Komponenten; WP 2: Umbau des vorhandenen Prototypen (02-04/09) -Umbau von Speicher, Wärmetauscherschacht und Kollektor; WP 3 Systemjustierung (05 - 09/09) -Systembetrieb,-Optimierungen Hard- und Software; WP 4 Monitoring (Ab 05/09) -Messdatenerfassung-Analyse der thermischen Vorgänge, Aufbau v. Kontrollregeln und Nutzerschnittstellen WP 5, Gründungsvorbereitung (10/08 - 03/10)-Nationale Umsetzung PCT Anmeldung - Business Plan- Kontakte zu möglichen Kapitalgebern und ersten Beta Kunden; WP 6, Marketing (08/09 - 03/10) -Artikel in Fachzeitschriften -Pressemitteilungen, -Workshops für Investoren -Fachtagungen -Website, Projektbroschüre und Infofilm
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesamtkoordination und Beiträge zum Speicherkonzept A - Kaskadierender Sorptionsspeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fachgebiet Strömungsmaschinen (FSM) durchgeführt. Die Energie- und Leistungsdichte von Sorptionsspeichern sollen durch neue Adsorbenzien, neue Komposite für verbesserten Wärme- und Stofftransport und durch neue Systemkonzepte deutlich erhöht werden. Am KIT-FSM wird das Konzept eines mit einer Sorptionswärmepumpe kaskadierend betriebenen Adsorptionsspeichers untersucht. Zielwert ist eine effektive Energiedichte von 180 kWh pro Kubikmeter bei einem nutzbaren Temperaturhub von 30 K. Am KIT-TFT wird ein Beschichtungsverfahren für Adsorbentien auf Wärmeübertragerstrukturen entwickelt. Hierzu soll ein grundlegendes Verständnis der rheologischen Eigenschaften der verwendeten Schlicker, der Beschichtung und Trocknung, der Kinetik und der Adsorptionsdynamik geschaffen werden. Das KIT-FSM übernimmt die Gesamtkoordination (AP5) des Vorhabens MAKSORE und arbeitet an der Systemmodellierung und -simulation des kaskadierenden Sorptionsspeichers (AP A.3). Als aussichtsreich identifizierte Systemkonfigurationen werden in AP 4 einer detaillierten techno-ökonomischen Bewertung unterzogen. Das KIT-TFT konzentriert sich in AP A.1 auf das Beschichtungsverfahren für flache sowie strukturierte Substrate. Hierfür werden in AP A.1.2 die benötigten Schlicker hergestellt, charakterisiert und optimiert, in AP A.1.3 wird ein geeignetes Beschichtungswerkzeug entwickelt und evaluiert, und in AP A.1.4 wird der Trocknungsschritt näher untersucht. Für den gesamten Adsorptionsprozess werden die einzelnen Teilprozesse charakterisiert und modelliert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Energetische Simulationen und Validierung (TRNSYS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Softwaretools, das Entscheidungsträgern eine wissenschaftlich fundierte Hilfestellung bietet, bei der Auswahl geeigneter thermischer Speichermethoden und -materialien, i. S. einer lebenszyklusorientierten, ganzheitlichen ökologischen Betrachtung. Im Rahmen des Vorhabens werden gängige und neuartige Speichermaterialien bzw. -konzepte zur Wärme- und Kältespeicherung für Gebäude aus ökologischer Sicht untersucht. Mit Hilfe der Methode der Ökobilanz wird eine Entscheidungsgrundlage für Fragestellungen bezüglich des Primärenergieeinsatzes geliefert. Dazu werden im Rahmen des Projektes sensible, latente, sorptive sowie thermochemische Wärmespeicherkonzepte und entsprechende Materialien betrachtet. Für jeden Wärmespeicher werden von den Projektpartnern verschiedene Einsatzszenarien definiert, um sowohl Anwendungsfelder so umfassend wie möglich abzubilden als auch größtmögliche Vergleichbarkeit der verschiedenen Konzepte zu gewährleisten. Neben dem Verhältnis von Primärenergieeinsatz (in Herstellung, Nutzung und Lebensende) der Wärmespeichermaterialien in Relation zu potenziellen energetischen Einsparungen durch deren Einsatz, interessiert ebenfalls der Einfluss von externem Equipment wie Wärmetauscher, Containment oder Reaktoren auf die ökologische Gesamtbilanz.
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