ENERGETIKUM Living-Lab Forschungsgebäude am Campus Pinkafeld. energytalk - Graz am Ch. Heschl

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1 ENERGETIKUM Living-Lab Forschungsgebäude am Campus Pinkafeld energytalk - Graz am Ch. Heschl

2 MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Nearly Zero Energy Building (Niedrigstenergiegebäude) Bildquelle: ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 2

3 MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Anforderungen: ISO 7730 / EN / ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 3

4 MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Energiebereitstellung Reduktion Energiebedarf Quelle: Gira ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 4

5 MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Energiebereitstellung HT-Brennstoffzelle Reduktion Energiebedarf? Quelle: Gira Quelle: ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 5

6 MOTIVATION - Ausgangslage RAHMENBEDINGUNGEN WÄRMESPEICHER Betonanteil im Büro- und Wohnbau: ~0,4-0,8 m³/m² Wärmekapazität Beton: ~2200 kj/m³k bei 100m² NFL C ~ MJ/K Wasserspeichervolumen ca Liter ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 6

7 MOTIVATION - Anforderungen RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER Bauphysik Wetterdaten Ausrichtung Innere Lasten Lindmeier I., Heschl Ch., Gneist M., Nikolics M., Velikovsky R. (2011). Instationäre Simulation der thermischen Behaglichkeitsparameter im Sommerfall mit CFD. Kongressbeitrag zur enova 2011 Behaglichkeitsparameter v, T Air, T rad, T op ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 7

8 MOTIVATION Einfluss Fassade RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER Strahlungstemperatur Quelle: ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 8

9 MOTIVATION - Anforderungen RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER Süd West Lindmeier I., Heschl Ch., Gneist M., Nikolics M., Velikovsky R. (2011). Instationäre Simulation der thermischen Behaglichkeitsparameter im Sommerfall mit CFD. Kongressbeitrag zur enova 2011 ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 9

10 MOTIVATION - Anforderungen RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER mittlere operative Raumtemperatur 24 Temperatur in C Uhrzeit in h Lindmeier I., Heschl Ch., Gneist M., Nikolics M., Velikovsky R. (2011). Instationäre Simulation der thermischen Behaglichkeitsparameter im Sommerfall mit CFD. Kongressbeitrag zur enova 2011 ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 10

11 MOTIVATION Methode? Unsteady full 3D model 32 Multi-zone thermal model Temperatures [ C] Empirical Guidlines Temperatures [ C] One-zone thermal model Time [h] Time [h] Erforderliche Betrachtungsebene für die Speicheranwendung und systemübergreifende Integration regenerativer Energiesysteme ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 11

12 ENERGETIKUM Quelle: schwartz I architekt ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 12

13 ORIENTIERUNG ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 13

14 ENERGIEVERSORGUNG Wärmepumpe (GeoExchange + Außenluftbetrieb) Brennstoffzelle (SOFC Versuchsanlage) Fassade mit variablen Sonnenschutz Solarthermie & Photovoltaik (optional) Vollklimaanlage (optional DEC-System) ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 14

15 ENERGIEVERTEILUNG Thermisch aktive Bauteile (Heizen & Kühlen) Fußbodenheizung / -kühlung Multilayer Bauteilaktivierung der Decke Luftversorgung über zentrale Vollklimaanlage zonale Verteilung mit variabler Luftwechselzahl ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 15

16 Monitoring Energieströme Erdwärmetauschersysteme thermisch aktivierte Bauteile (Simulationsräume, etc.) Zu- und Abluftenthalpieströme Elektrische Versorgung (Nutzerprofile) Lüftungsventilatoren, Befeuchtung etc. Wärmepumpe, Rückkühler etc. Pumpenergien für EWT, TABS etc. Temperatursensoren EWT 90 Stk. Temperatursensoren TABS 180 Stk. Zustand Sonnenschutz (innen & außen) Spectroradiometer Wetterstation.. ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 16

17 Regelungstechnik Offenes System mit eigenen Unterstationen für die Simulationsräume im OG Einbindung der Monitoring-Sensorik Engineering Toolset und Matlab-Schnittstelle zur Implementierung eigener Algorithmen Schnittstellen zur Brennstoffzellenintegration Steuerung Sonnenschutz Energiemanagement für GeoExchange LoadShift ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 17

18 ZUSAMMENFASSUNG Full-Scale Versuchsanlage mit realen Nutzerverhalten Speichertechnologien Regelung- und Steuerung / Gebäudeautomation / Fassade Integration Mikro-KWK Anlagen auf Brennstoffzellenbasis Methodenentwicklung Weiterentwicklung Auslegung- und Dimensionierungsmethoden Beschreibung Nutzerverhalten Regelungs- und Steueralgorithmen.. Dissemination / forschungsgeleitete Lehre Rückführung der Ergebnisse / Methoden in die Lehre Hohes Umsetzungspotenzial bereits im Planungsprozess ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 18

19 ENERGETIKUM in progress ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 19