Energieeffizientes Bauen und Erneuerbare Energie. Visionen, Forschung, Leistung

Transkript

1 Energieeffizientes Bauen und Erneuerbare Energie Visionen, Forschung, Leistung Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher Universität Innsbruck Institut für für Konstruktion und aterialwissenschaften Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie

2 Zukünftige Herausforderungen Klimawandel Begrenztheit der fossilen Energieträger Wirtschaftliche Unsicherheit Chance Universitätsstandort Innsbruck: Behandlung von Querschnittsmaterien: Interfakultäre Zusammenarbeit Technik, Naturwissenschaften, Geographie, Sozialwissenschaften, edizin, Philosophie

3 Energieautarkie Österreich 2050 Feasibility Study Randbedingungen: Potentiale Erneuerbarer Energieträger aus Österreich (Biomasse, Wasser, Wind, Sonne, Umweltwärme, tiefe Geothermie) Tages.- und wochenmäßiger Stromaustausch mit Nachbarländern (Saisonspeicherung in Österreich, europäischer Kontext) Konstante landwirtschaftliche Fläche für Nahrungs- und Futtermittelproduktion Keine fossilen Energieträger und keine Kernenergie Rucksack an Import von Nahrungsmittel- und Gütern wird nicht berücksichtigt (ca. 44 % des heutigen Verbrauchs an fossiler Energie). Betrachtete Sektoren: Gebäude, obilität und Produktion (Industrie) Keine ökonomische Analyse 2 Szenarien Konstant-Szenario: Konstante Energiedienstleistung bis 2050 (beheizte m² Gebäudefläche, Pkm, tkm, konstante Bruttowertschöpfung der Industrie) Wachstums-Szenario: Anstieg der Energiedienstleistung um 0,8 %/a (ca. 40 % Anstieg von 2008 bis 2050) => keine Einschränkung der Bedürfnisse Energieautarkie 2050, Lebensministerium, 26.Jänner 2011

4 Energieautarkie Österreich erneuerbar/energieautarkie/energieautarkie/energieautarkie- 2050_Endbericht/Energieautarkie%202050_Endbericht.pdf Leitung, Gesamtmodell Wolfgang Streicher, Universität Innsbruck, Institut für Konstruktion und aterialwissenschaften, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen Bereich Industrie/Produktion Hans Schnitzer, ichaela Titz, TU Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik Bereich Gebäude Florian Tatzber, Richard Heimrath, Ina Wetz, TU Graz, Institut für Wärmetechnik Bereich Verkehr Stefan Hausberger, TU Graz, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Andrea Damm, Karl Steininger, Universität Graz - Wegener Center for Climate and Global Change Bereich Energiewirtschaft Reinhard Haas, Gerald Kalt, TU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Energy Economics Group Stephan Oblasser, Landesenergiebeauftragter Tirol Review ichael Cerveny, Andreas Veigl, ÖGUT, Wien Consulting artin Kaltschmitt, Universität Hamburg-Harburg Energieautarkie 2050, Lebensministerium, 26.Jänner 2011

5 Energieautarkie 2050, Lebensministerium, 26.Jänner 2011

6 Annähernde Ausschöpfung der Potenziale bei Wachstums-Szenario Starke Steigerung bei PV, Wind, Solarthermie, Umweltwärme, tiefe Geothermie Erhöhung der Leistung der Pumpspeicherkraftwerke um 85 bzw. 130 % Energieautarkie 2050, Lebensministerium, 26.Jänner 2011

7 Thermische Sanierungen von Wohngebäude im Konstant Szenario 100% 90% 80% 70% 60% 50% Sanierte Nutzfläche Ø 70 kwh/m².a Sanierte Nutzfläche Ø 40 kwh/m².a Gesamt saniert Gesamt unsaniert 40% 30% 20% 10% 0% Quelle: Energieautarkie Österreich 2050, Streicher et al Juni 2011 Energieautarkie für Österreich Jahr

8 Ergebnisse: Gebäude Ca. 50 % Energieeinsparung => hochwertige Sanierung alter Gebäude, neue Gebäude als Passivhäuser Umstieg auf Solarthermie, Wärmepumpe; Einsparung beim Haushaltsstrom (Biomasse wird speziell im Wachstums-Szenario primär für Verkehr und Industrie benötigt) 30. Juni 2011 Energieautarkie für Österreich

9 Resümee Energieautarkie für Österreich ist theoretisch auch ohne Einbuße an Energiedienstleistung möglich Die bereits angenommenen Effizienzsteigerungen bedürfen eine umfassende Änderung des Energiesystems und der Form der Energiedienstleistungen Der Handlungsspielraum ist relativ klein, da die Potentiale der Erneuerbaren Energieträger weitgehend genutzt werden müssen Die Elektrizitätsversorgung ist immer im Europäischen Kontext zu sehen Um Energieautarkie bis 2050 zu erreichen sind politische Rahmenbedingungen bereits heute zu setzen Zur Erreichung der Energieautarkie sind fachübergreifenden gemeinsame Anstrengungen notwendig. Die Volluniversität Innsbruck kann hier mit ihren verschiedenen Fachrichtungen eine wichtige Rolle übernehmen. Energieautarkie 2050, Lebensministerium, 26.Jänner

10 Thesen zum energieeffizienten Bauen Die gängigen Sünden Das falsche Gebäude am falschen Ort Sukzessive Planung statt integrale Planung Falsche Ausrichtung des Gebäudes Geringe Wärmedämmung Zu große Verglasungsflächen Fehlende bauliche und variable Verschattung Fehlende Speichermassen Falsche oder fehlende Lüftung Zu komplexe energieintensive Haustechnik Ungünstige Baustoffe Fehlende Einschulung / Betreuung Intelligente Gebäude brauchen KEINE (oder nur wenig) künstliche Intelligenz, da sie in sich intelligent sind Arbeitsbereich: Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie 10

11 Lehre AB Energieeffizientes Bauen Bauphysik Univ.- Prof. Wolfgang Feist 15 itarbeiter 10 itarbeiter seit 2008 seit 2009 Gebäudetechnik u. Erneuerbare Energie Univ.- Prof. Wolfgang Streicher Bac + aster Bauing 2 VU Physik Aufbaukurs 2 VO Bauphysik 1 2 UE Bauphysik 1 3 VU Bauphysik 2 2 VU E-Konzepte im Hochbau 2 VO Akustik und Sensorik Doktorat Bauing 2 VU thermische Simulation Haustechnikbauteile 2 VU Simulation von Energieströmen in Gebäuden,. aster Domotronik 2 VU Thermodynamik 3 VO Gebäudetechnik 1 2 VO Alternat. E-Konzepte 1 VO Photovoltaik 2 PJ Erneuerbare Energien 2 VU Gebäude- und Anlagensim. 2 VO Gebäudetechnik 2 2 UE Gebäudetechnik 2 2 VU Rohrhydraulik 2 VU Konstruktive Bauphysik 3 VU Nachhaltige Gebäudesanierung 1 SE Reflexion der Praxistätigkeit Bac echatronik 2 VU GL der Physik 2 VU Thermodynamik Bac Architektur 1 VO Ökologie 2 PS Bauphysik prakt. Dimens.

12 Fakultät für Bauingenieurwissenschaften Universität Innsbruck DOOTRONIK das einzigartige asterstudium an der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften Das Studium setzt sich die intelligenten Vernetzung der Haus-, Energie- und Kommunikationstechnik insbesondere für große Gebäude zum Ziel. - Kompetentes Anwenden und Weiterentwickeln von Technologien zum sparsamen und effizienten Einsatz der benötigten Energie im Gebäudebereich - Nutzbarmachung des vorhandenen Potenzials an erneuerbaren Energien. Das asterstudium DOOTRONIK an der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften der Universität Innsbruck Ziele: AbsolventInnen verfügen über Kompetenzen aus den Bereichen Bauphysik, Haustechnik, Energie- und Wärmetechnik, Steuerungs-, Regelungs-, Prozessund esstechnik, Informatik, Automatisation, Robotik, Elektrotechnik und Elektronik asterstudium als exzellente Grundlage für die Berufspraxis asterstudium als Voraussetzung für die Tätigkeit als Ingenieurkonsulent asterstudium als Grundlage für ein Doktoratsstudium (Dr.techn.) Zielgruppe: AbsolventInnen der Bachelorstudien Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Elektrotechnik und aschinenbau sowie echatronik und Physik Struktur des asterstudiums: Interdisziplinär: Elektrotechnik Elektronik aschinenbau Bauingenieurwissenschaften Informatik 9 Pflichtmodule (65 ECTS-AP) 7 Wahlmodule (25 ECTS-AP ) im 3. Sem. 1 asterarbeit (27.5 ECTS-AP) im 4. Semester 1 Pflichtmodul Defensio (2.5 ECTS-AP) im 4. Semester Absolventinnen und Absolventen des asterstudiums Domotronik wird der akademische Grad aster of Science ( Sc ) verliehen

13 Forschung AB Energieeffizientes Bauen Forschungsthemen: Energieeffizienz und Nachhaltigkeit im Bauwesen Bauphysik (Wärme, Feuchte, Schall) Passivhaus-Komponenten für Neubau und Sanierung Heizung,- Lüftungs- und Klimatechnik Erneuerbare Energieträger Laboreinrichtung Flexible Wärmequellen- und Wärmesenkenanlage (in Bau) Kamin, Gasanschluß (in Bau) Außenprüfstand für Solaranlagen, Kühltürme etc. (in Planung) Klimamessstation 2 Passys-Testzellen (Außen- und Hot-Box Tests von 2,7*2,7 m Fassadenelementen Akustikprüfstand für Testkomponenten bis 3,8*2,7 m Deckenprüfstand (thermisch und Akustik) in Aufbau Wärmeleitfähigkeitsmessung mit Ein- und Zweiplattengerät Anschluss an Wärmesenke zum Auskühlen des Speichers Regelung der Vorlauftemperatur Regelung des assenflusses über Drehzahlregelung oder otorgesteuerates Strangregulierventil Zur Wärmequelle Umschschaltventil von Voreinsttellung auf Versuchsträger Voreinstellung von P des Versuchsträgers Zur Wärmesenke, Voreinstellung von T des Versuchsträgers Druckloser Verteiler Wärmequellenanlage alle Rohre in Edelstahl bzw. Kupfer, essing, Speicher?? Sicherheitsgruppe Ausdehnungsgefäß Sicherheitsventil m 3 Warmwasser Speicher 5m3 Umwälzpumpe 20 m3/h m 3 2*15 kw mit Thermostat 1*15 kw leistungsregelbar über Steuerung 2 Abgänge Wärmequelle 30 kw, 1 bar, 5 m3/h 2 Abgänge 10 kw, 0,5 bar, 2 m3/h 4 obile Einheiten Anschluss über Flex- Schläuche, für Quelle und Senke verwendbar 2* 30 kw, 2*10 kw bei T max 5 K

14 Forschungsprojekte Lehrstuhl Streicher ultifunktionelle Fassaden K-Projekt PPF, wiss. Leitung (laufend) LichtAusFassade (abgeschlossen) Solare Klimatisierung Solar Cooling onitor (laufend), Solar Cooling Opt (laufend) Kunststoffeinsatz im Bereich Solarthermie SolPol 1 und 2 (laufend) Grundlagenprojekt Temperatureigensicherer Kollektor Sonnenkollektoren (laufend) Fassadenkollektorentwicklung mit den Firmen TISUN und Rieder Baueilaktivierung vorgefertigter Betondecken (laufend) Fortschrittliche Wärmespeicher (IEA SHC Task 42) (laufend) Biomasse- Nahwärmenetze, Dissertationsstipendium (laufend) Studien zur Energieversorgung Energieautarkie Österreich 2050 (KLIEN, Lebensministerium, abgeschl.) Wörgl Fit4Set (Kooperation mit 4 weiteren Lehrstühlen der UIBK) Arbeitsbereich: Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie 14

15 Beispiel SolPol 2 Leitung AP-01: OHC-Collector (Overheating Control) 5 (4) Industrie Partner (AGRU, Engel, Greiner, Schöfer, Sunmaster) Solar 4 Wissenschaftliche Partner (Universität Innsbruck, Universität Linz (Projektleiter, drei Institute, AEE- INTEC, Kunstuniversität Linz UFG-ID (Design) Aufsetzen von Simulationswerkzeugen (Kollektormodellierung), Detailstudien mit CFD/Wärmeleitung Labortests von Prototyp Kollektoren oder Kollektorteilen. System Simulation (SHWwin, TRNSYS) Upper glass plate Lower glass plate Interspace Upper absorber area Lower absorber area Interspace Ambience Q ugp_amb_k Q sol_abs_a Q isp_uin_k Q sol_abs_r Upper insulation Lower insulation Q oap_iap_l Q oap_isp_ K Q sol_glass Q sol_glass_a Q sol_abs Q uaa_isp_k Qsol_glass_R Q uin_lin_l α iap_flu Q iap_flu_ K Q uaa_lgp_a Q uaa_lgp_r Q uaa_lgp Fluid Q uaa_lgp_t Q lgp_ugp_l Q glass_sky Q isp_lgp_k Q uaa_laa_l α isp _oap Q laa_isp_k Outer absorber pipe Inner absorber pipe Upper cover Lower cover α ugp_amb α isp _lgp α uaa_isp α laa_isp α isp_uin α acc Arbeitsbereich: Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie Ambience close to cover Q uco_lco_l Q acc_k 15

16 Software Tools Lehrstuhl Streicher TRNSYS FLUENT/CFX (heat transfer + CFD in collector) EES POLYSUN ETEONOR ATLAB FORTRAN (TRNSYS ) Energieausweistools: Allplan ETU Ecotech Sankey Zeichenprogramm Arbeitsbereich: Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie 16

17 Laborausstattung in Bau Flexible Wärmequellen- und Wärmesenkenanlage zur thermischen und hydraulischen Vermessung beliebiger Elemente der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (in Bau) Wärmequellenanlage alle Rohre in Edelstahl bzw. Kupfer, essing, Speicher?? 2 Abgänge (1 Wasser/1 Sole) 30 kw, 1 bar, 5 m3/h 2 Abgänge (1 Wasser/1 Sole) 10 kw, 0,5 bar, 2 m3/h x Abgänge Feist Wärmesenkenanlage alle Rohre in Edelstahl bzw. Kupfer, essing, Speicher?? Umwälzpumpe 20 m3/h Wiederaufheizung 2*15 kw mit Thermostat Kaltwassersatz 50 kw 70 kw bei Kühlturm Kälteleistung DT 5K regelbar Umwälzpumpe 20 m3/h Anschluss an Wärmesenke zum Auskühlen des Speichers Druckloser Verteiler Sicherheitsgruppe Ausdehnungsgefäß Sicherheitsventil Warmwasser Speicher 5m3 Umwälzpumpe 20 m3/h 2*15 kw mit Thermostat 1*15 kw leistungsregelbar über Steuerung Sicherheitsgruppe Ausdehnungsgefäß Sicherheitsventil Druckloser Verteiler Frost schutz schaltung min +5 C händisch Sole speicher kalt 5m3 1*15 kw leistungsregelbar über Steuerung Umschalten auf Kühlturm direkt Bypass Kühlturm direkt Regelung der Vorlauftemperatur Regelung des assenflusses über Drehzahlregelung oder otorgesteuerates Strangregulierventil m 3 m 3 2 Abgänge Wärmequelle 30 kw, 1 bar, 5 m3/h 2 Abgänge 10 kw, 0,5 bar, 2 m3/h Regelung der Vorlauftemperatur Regelung des assenflusses über Drehzahlregelung oder motorgesteuerates Strangregulierventil m 3 m 3 Sicherheitsgruppe Ausdehnungsgefäß Sicherheitsventil Zur Wärmequelle 2 Abgänge Sole 2 Abgänge Kaltwasser Umschschaltventil von Voreinsttellung auf Versuchsträger Voreinstellung von P des Versuchsträgers Zur Wärmesenke, Voreinstellung von T des Versuchsträgers 4 obile Einheiten Anschluss über Flex- Schläuche, für Quelle und Senke verwendbar 2* 30 kw, 2*10 kw bei T max 5 K Zur Wärmesenke Umschschaltventil von Voreinsttellung auf Versuchsträger Voreinstellung von P des Versuchsträgers Zur Wärmequelle Voreinstellung von T des Versuchsträgers 4 obile Einheiten Anschluss über Flex- Schläuche, für Quelle und Senke verwendbar 2* 30 kw, 2*10 kw bei T max 5 K Arbeitsbereich: Energieeffizientes Bauen / Gebäudetechnik und Erneuerbare Energie 17

18 Vielen Dank und auf gute Zusammenarbeit