ENERGETIKUM Living-Lab Forschungsgebäude am Campus Pinkafeld energytalk - Graz am 14.01.2015 Ch. Heschl
MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Nearly Zero Energy Building (Niedrigstenergiegebäude) Bildquelle: http://www.bilgiustam.com ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 2
MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Anforderungen: ISO 7730 / EN 15251 / ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 3
MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Energiebereitstellung Reduktion Energiebedarf http://commons.wikimedia.org?? Quelle: Gira ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 4
MOTIVATION - Ausgangslage RICHTLINIE 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Energiebereitstellung HT-Brennstoffzelle Reduktion Energiebedarf? Quelle: Gira Quelle: http://www.fz-juelich.de? ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 5
MOTIVATION - Ausgangslage RAHMENBEDINGUNGEN WÄRMESPEICHER Betonanteil im Büro- und Wohnbau: ~0,4-0,8 m³/m² Wärmekapazität Beton: ~2200 kj/m³k bei 100m² NFL C ~ 90-180MJ/K Wasserspeichervolumen ca. 21.000 42.000 Liter ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 6
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
MOTIVATION Einfluss Fassade RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER Strahlungstemperatur Quelle: www.e-hoffmann.at ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 8
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
MOTIVATION - Anforderungen RAHMENBEDINGUNGEN NUTZUNG BAUTEILSPEICHER 26 25 mittlere operative Raumtemperatur 24 Temperatur in C 23 22 21 20 19 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 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
MOTIVATION Methode? Unsteady full 3D model 32 Multi-zone thermal model 30 28 Temperatures [ C] 26 24 22 Empirical Guidlines Temperatures [ C] 30 28 26 24 22 20 18 One-zone thermal model 16 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [h] 20 18 16 0 100 200 300 400 500 600 700 Time [h] Erforderliche Betrachtungsebene für die Speicheranwendung und systemübergreifende Integration regenerativer Energiesysteme ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 11
ENERGETIKUM Quelle: schwartz I architekt ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 12
ORIENTIERUNG ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 13
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
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
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
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
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
ENERGETIKUM in progress ENERGETIKUM Das Living-Lab Forschungs- und Versuchsgebäude am Campus Pinkafeld 19