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1 energy plus

2 90% power generation Burning

3 global warming up The average rise of temperature of 2 C leads to irreversible and hardly controllable impacts on the climate of the planet The adherence of the 2 C ambition needs: Limit the emission up to 700 Mrd. tons CO 2 until 2050 (budget) Industrial nations: 80 95% CO 2 reduction required max. 25% of the detected fossile replacements may be combusted worldwide the actual rate of consumption will consume the budget in 2030 The 2 Celsius challenge

4 Burning fossils The control of the fire

5 energy supplier by using fire

6 Coal-fired power plant Energy supply today: fossil, centralized and oligopolistic

7 types of renewable energies future energy supply : renewable

8 Smart Grids e-energy Marktplatz der Zukunft MUC Smart Meter Smart Grids Erzeugung Virtuelles Kraftwerk Handel Übertragungsnetze Verteilungsnetze Nahwärmenetze Transit Smart Home IKT Speicher MUC = Multi Utility - Verbrauch e-mobility local and collective Quelle: deenet; Hoppe-Kilpper; 2010

9 cultural goals Fossils are the past

10 cultural goals the future is electricity.

11 Integrable renewables in buildings Cost development of Photovoltaics

12 Examples of building added photovoltaics Technology drives architecture

13 Examples of building integrated photovoltaics architecture has to drive technology

14 aspects of performing architecture Standort Geologie Klima Versorgungslogistik Gebäudehülle Wärme Solare Erträge Haltbarkeit Technische Gebäudeausrüstung Nutzungsorientiert Energie sparend Wartungsfreundlich haltbar Kraftwerk Gebäude produziert möglichst mehr Energie als es verbraucht Betrieb Monitoring Performing architecture

15 acting in concert user operator client consulting engineer architect Integral planning process

16 CO 2 -neutral factory Unser großes Ziel ist eine zu 100% dezentrale, regenerative und damit umweltverträgliche Energieversorgung. Photovoltaikanlagen, in denen unsere Wechselrichter den erzeugten Gleichstrom in netzüblichen Wechselstrom wandeln, vermeiden maßgeblich den Ausstoß von CO 2 -Emissionen. Deshalb möchten wir natürlich schon bei der Herstellung unserer Wechselrichter einen Beitrag zum Klimaschutz leisten und einen Trend zu CO 2 - neutralen Fabriken initiieren. Günther Cramer, Vorstandssprecher SMA

17 CO 2 -neutral factory CO 2 -neutrality by avoiding and compensating emissions implementation of CO 2 - monitoring as a basis of a continuing process of optimisation maximum reduction of energy demand of the industrial production and the building 100% Supply of the energy demand by renewables Null balancing of the unavoidable rest of CO2-emissions by using renewables out of local sources Effizienz Emissionen in t CO 2e Erneuerbare Energien CO2-neutrality Ist Zustand Plan Zustand Plan Zustand + Erneuerbare Energie Kompensation

18 CO 2 -neutral factory Roof mounted solar energy plant solar-rooflights Solar roof delivery Solar roof over terrace Building concept

19 CO 2 -neutral factory cafeteria offices rooms for employes powerstation Inverter assembling delivery manufacturing electronic system components layout

20 CO 2 -neutral factory Generation of energy (PV) Office gallery Building services appliance Line network Office gallery Production technic/lighting factory Layering

21 CO 2 -neutral factory S tunden mit hohen Temperaturen [ h ] Z.B. Behaglichkeitsuntersuchung S tunden über 24 C S tunden über 26 C S tunden über 28 C 0 Basis Variante ohne Kühlung ohne innere Lasten frühe Kühlung Lüftung mit Aussenluft frühe Lüftung mit Aussenluft Lüftung mit Lamellen f. Lüftung mit Lamellen Design of thermal environment: computer-aided simulation

22 CO 2 -neutral factory Thermal insulation standard of a low energy building Optimized transparency of the facades Effective sun shading Hermitically sealed shell Design of thermal environment : Gebäudehülle

23 CO 2 -neutral factory Büro-/Technikebene Produktionsebene Unterschreitung des aus den Berechnungen sich ergebenden Spitzenlastbedarfs bei der Anlagenbemessung Hocheffektive Wärmerückgewinnung Adiabate Kühlung der Fortluft Raumkonditionierung der Produktionsebene Temperaturschichtung im Hallenvolumen reduziert Kühlbedarf Kühlung der Büros mit Heiz- /Kühldecke Kaltluftüberströmung aus den Büros schafft angenehmes Mikroklima auf den Emporen Design of thermal environment : Lüftung/Temperierung

24 CO 2 -neutral factory Optimized daylight factor of the rooflights (50% opake, light transmission 40%) Simple spatial modell of the building Vereinfachtes räumliches Modell der Halle D [%] Breite Länge Länge Design of thermal environment : daylight

25 CO 2 -neutral factory high luminance intensity up to 1000 Lux as one of the main loads optimizing the luminance intensity by computer aided simulation in the planning process Use of lights with highest efficiency Daylight controlled lighting beneath rooflights and near the facade Design of thermal environment : Lighting

26 CO 2 -neutral factory roof spaces are completely used for energy production Use of fermentation gas cogenerator with linked absorption heat pump for cooling Design of thermal environment : energy production

27 CO 2 -neutral factory Use of renewables for electricity an heat production (fermentation gasco-generator, PV-plant with 1,1 megawatt capacity Link of cogeneration and absorption heat pump Use of waste heat of pressurised air and electrical test plant Use of cold and heat storage district heating used for additional heat requirement eco-electricity used for additional electricity requirements prospective use of additional local renewable electricity plants Periodic Monitoring of energy consumption and CO2-balance Klimadesign: energy supply

28 CO 2 -neutral factory Design of thermal environment : energy-flow-diagramm

29 CO 2 -neutral factory Das Bauen der Zukunft wird ein ressourcenschonendes und wirtschaftlich optimiertes Bauen unter Einbeziehung aller lokalen Randbedingungen sein. Schon heute ist die Steigerung der Energieffizienz durch Maßnahmen der Energieeinsparung und der rationellen Energieumwandlung wirtschaftlich. Architekt, Energiedesigner und Fachingenieure können mit diesem Wissen gemeinsam ein ganzheitliches zukunftsorientiertes Konzept für die Gebäudehülle und technik entwickeln. M. Norbert Fisch, Univ.-Prof. Dr. Ing.

30 Helios pulls the sun waggon

31 Klima:aktiv haus Effizienzhaus CO 2 neutrales Haus Niedrig-Energie-Haus KFW 60 Nullenergie-Haus KFW Effizienzhaus x Plusenergie-Haus z e r o - e m i ss i o n Minergiestandard KFW 40 netto-plusenergybuilding, operated of the electricity network X-Liter-Haus Passivhaus Energylabels

32 Energetic credit not from grid feeding in (qualitative) 3 Netto Plus energybuilding 2 Netto zero energybuilding 1 1. Building according to EnEV e.g. low energybuilding primary energy demand 100 kwh/(m²a) 3. Netto plus energybuilding Definition: balanced on one year the energy production out of renewable sources on the site is higher than the energy consumption of the building for heating, cooling, ventilation, lighting and electric drive Consumption of energy (qualitative) Definition of netto-plusenergy

33 Danger of floodwaters built on stilts in the flooding area of the Fulda

34 Größte Gebäudetiefe im Nutzungsschwerpunkt Seminarräume mit Nord Orientierung Erschließungsflur hinter PV- Fassade 2. floor: plantroom 1.floor: seminar rooms ground floor: foyer Floor plan thick centre

35 Inclination of facades with facade integrated PV Inclination of the roof with roof mounted PV-plants Inclination of the roof of the plantroom with roof-integrated PV section optimized exposition and integration of photovoltaics

36 architectural structure a trapezoid hollow.

37 architectural structure on sloping columns

38 architectural structure with a carrying centre

39 architectural structure expanding to the sun.

40 Solar Academy the foyer the landscape running through

41 energydesign: north- and southfacade with controlled transparency

42 North facade: proportion of glass optimized.

43 North facade.for views to surrounding landscape and solar movers

44 Southfacade: ready-made glas-glas-pv-modules.

45 Southfacade: view to the pv-generator

46 Southfacade: with shadow play depending on the intensity of sunshine and solar altitude

47 Optimisation of glas-modules: thermal influences and solar output

48 Optimisation of glas-modules: different layer-structures

49 Impressions of PV-facade: foyer

50 Impressions of PV-facade: detail

51 Impressions of PV-facade: views and reflections

52 Surplus: balance of electrical demand and output of lectrical production

53 Surplus: hybrid supply concept monthly balances

54 Energy flow diagram

55 Solar Academy SMA, Kassel ca. 150 (2010) kw P, el 60 kw p 30 kwp 60 kwp ca. 70 kw el ca. 230 kwh Hybrid energy concept: (Quelle: energydesign)

56 Convenience: cooling duct with capillary heat exchanger

57 Monitoring: online-data of building services management system

58 Display: Welcome on Sunny-Island

59 Display: Online-data of building performance

60 Display state of charge of the batteries

61 Mille Grazie! Fully Charged

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