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Additive Fertigung zur Unterstützung der Dekarbonisierung von Energiewandlungssystemen, Teilvorhaben: Synchrotron-basierte Materialcharakterisierung additiv gefertigter Strukturen

Szenarien zur Renovierung von Europas Gebäudebestand bis 2050

Diese Studie im Auftrag von Eurima, dem europäischen Verband der Dämmstoffhersteller, analysiert und vergleicht mögliche Szenarien für die Sanierung des europäischen Gebäudebestands. Die unterschiedlichen Sanierungspfade werden dabei nicht nur in Hinblick auf ihre Leistungen in Energieeffizienz und CO2-Effizienz verglichen, sondern auch hinsichtlich der zu erwartenden Kosten oder Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass ein sogenannter oberflächlichen Sanierungspfad, d.h. eine hohe Frequenz an Renovierungsarbeiten, die jedoch nur ein Mindestmaß an Energieeffizienz umsetzen, keinesfalls ausreichen, um das EU-Ziel eines nahezu CO2-neutralen Gebäudebestands bis 2050 zu verwirklichen. Laut Studie würde eine solche Lösung nicht genügend Energie einsparen und darüberhinaus keine substantiellen wirtschaftlichen Vorteile bieten. Würden hingegen umfassende Effizienzverbesserungen mit einer erweiterten Nutzung von Erneuerbaren Energien kombiniert ( deep renovation track), ließen sich nicht nur die geplanten Mengen an CO2 einsparen. Ein solches Maßnahmenpaket erreicht im Vergleich außerdem den niedrigsten Energieverbrauch und zeigt das größte Potenzial für die Schaffung neuer Arbeitsplätze. Klare Leitlinien und geeignete Politikinstrumente für einen solchen umfassenden Sanierungspfad zu entwickeln, ist daher für die EU von vitaler Bedeutung, um ihre langfristigen Klimaziele für den Gebäudesektor zu erreichen.

Leistungssteigerung bei der Querstrommikrofiltration durch Dean-Wirbel

Druckgetriebene Filtrationsprozesse, wie z.B. die Querstrommikrofiltration, sind in ihrer Leistungsfaehigkeit durch Effekte wie Fouling und Konzentrationspolarisation bzw. Deckschichtwachstum beschraenkt. Ziel der hier genannten Arbeit ist es, durch eine gezielte Induzierung von Stroemungsinstabilitaeten in Form von Sekundaerstroemungen das Deckschichtwachstum an der Membran zu limitieren, somit hoehere Filtratfluesse zu erzielen und den Filtrationsprozess insgesamt effizienter zu betreiben. Die Stroemungsinstabilitaeten werden durch die Stroemungsfuehrung in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen aufgrund von Zentrifugalkraeften erzeugt. In Technikumsversuchen mit Latex- und Hefesuspensionen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Filtratfluss durch den Einsatz von Dean Wirbeln gegenueber der Filtration mit geraden Kapillarmembranen um bis zu 140 Prozent steigern laesst, die Effizienz des Prozesses kann bei gleichem spezifischen Filtratfluss sogar um bis zu 400 Prozent hoeher sein. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine intensive theoretische Betrachtung des Filtrationsprozesses. Mit Hilfe einer CFD-Software werden die hydrodynamischen Vorgaenge untersucht und in Hinblick auf den Deckschichtaufbau analysiert. Die Berechnung mehrphasiger Stroemungen und der Ablagerungsmechanismen von Partikeln soll in Zukunft durch die Simulation des dynamischen Deckschichtaufbaus in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen erfolgen und zur Optimierung von Filtrationsmodulen hinsichtlich der Hydrodynamik herangezogen werden.

Energetische Querschnittserhebung deutscher Theaterspielstätten und Monitoring des Opern- und Schauspielhauses Köln mit Schwerpunkt Komfortuntersuchungen

Vorhabenziel: Das Forschungsprojekt bearbeitet zwei Schwerpunkte: Die energetische Querschnittsanalyse von deutschen Theaterspielstätten und das Intensivmonitoring des denkmalgeschützten, aktuell in Sanierung befindlichen Opern- und Schauspielhauses Köln nach seiner Wiedereröffnung 2015. Ziel ist die Analyse von 10- 15 charakteristischen Gebäuden für ein Benchmarking der durch ihre Frequentierung stark öffentlich wahrgenommenen Theaterspielstätten. Detaillierte vergleichende Angaben zu Energiekennwerten, Wirtschaftlichkeit, Lebenszykluskosten und Nutzerzufriedenheit wurden für den Gebäudetypus bislang nicht erhoben, diese erfasst das Forschungsprojekt u.a. mit dem Schwerpunkt Komfortuntersuchung im Monitoring. Arbeitsplanung: Für die energetischen Querschnittsanalysen werden Berechnungen mit den Bilanzierungswerkzeugen TEK-Tool und EnerCalc, sowie Kurzzeitmessungen und Nutzerbefragungen durchgeführt. Für das Intensivmonitoring des Opern- und Schauspielhauses wird ein Messkonzept erarbeitet, welches in Phase 2 mit Messungen, Nutzerbefragung, Auswertungen und Optimierungen umgesetzt wird. Ein mögliches Überführen in ein Langzeitmonitoring wird vorbereitet. Geplante Ergebnisverwertung: Das im Forschungsprojekt erarbeitete Energie-Benchmarking für den Gebäudetypus Theaterspielstätten ermöglicht den Häusern eine Positionierung im Bereich Energie und die Identifizierung von Hochverbrauchern. Die erarbeiteten Kennwerte des Gebäudetypus Theaterspielstätten sollen über den Normenausschuss die Nutzungsrandbedingungen für Theater- und Veranstaltungsbauten der DIN 18599 weiter optimieren helfen. Die erfassten Daten erweitern die EnOB-Datenbank um Theaterspielstätten. In die Forschungsarbeiten werden Studierende einbezogen, ein fachübergreifendes Studienmodul 'Optimierung von Sanierungskonzepten mittels Monitoring' wird entwickelt. Die Bilanzierungswerkzeuge TEK und EnerCalc werden über die Lehre weiter verbreitet und die den Entwicklern gespiegelten Erfahrungen mit TEK helfen die Werkzeuge weiter zu optimieren.

Mit Sensoren für eine saubere Fahrweise

Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird. Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet. Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert. Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)

Energierelevante Typenpruefung fuer Oel- und Gasheizkessel mit Geblaesebrenner

Ziel sind genauere Aussagen ueber das energetische Verhalten von Heizkesseln mit Geblaesebrenner. Es wird ein Berechnungsmodell verwendet, das anhand der Daten der Typenpruefung den Nutzungsgrad des Kessels bestimmt. Der Weg ueber das Berechnungsmodell erspart einen grossen Teil der sonst erforderlichen Messungen. Das Projekt testet vorgeschlagene Modelle aufgrund von Pruefstandsmessungen verschiedener Kesseltypen und entwickelt sie weiter.

Errichtung einer hocheffizienten Holzvergasungsanlage (Heatpipe-Reformer) und dessen Einbindung am Standort der Biomassehof Achental GmbH & Co. KG

Die agnion Operating GmbH & Co. KG wurde im Juni 2010 als Projektgesellschaft gegründet, um die mit dem Vorhaben geplante Holzvergasungsanlage zu betreiben. Am Standort des Biomassehofes Achental in Grassau (Bayern) wird eine hocheffiziente Holzvergasungsanlage mit der neuartigen Heatpipe-Reformer Technologie errichtet. Heatpipes sind hocheffiziente Wärmeübertrager mit großer Leistungsdichte. Der Heatpipe-Reformer ermöglicht es, holzartige Biomasse in ein heizwertreiches Synthesegas umzuwandeln. Dazu wird die Wärme aus der Wirbelschichtbrennkammer durch Heatpipes in den Wirbelschichtreformer gleitet. Dort erfolgt die Reaktion der Biomasse mit Wasserdampf zu Synthesegas. Das Synthesegas wird als Brennstoff in einem eigens für dieses Vorhaben entwickelten Gasmotor in Strom und Wärme umgewandelt. Die erzeugte Wärme wird in das Wärmeversorgungsnetz vor Ort, der erzeugte Strom in das nationale Netz eingespeist. Im Vergleich zu einer konventionellen Wärme- und Stromerzeugung können mit dem Vorhaben jährlich 1.500 t CO2-Emissonen und 600.000 t Heizöl eingespart werden. Die geplante Anlage zeichnet sich durch eine wesentlich höhere Effizienz der Brennstoffausnutzung im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen zur Verbrennung holzartiger Produkte aus. Einsatzmöglichkeiten eröffnen sich nicht nur bei der Errichtung neuer, vor allem dezentraler Anlagen in Städten und Gemeinden, sondern auch beim Ersatz bestehender Anlagen.

Effizienzsteigerung biologischer Abluftbehandlungsverfahren durch Kombination mit alternativen Verfahren zur Abluftreinigung von biologischen Abfallbehandlungsanlagen sowie mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen

Abluftemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen zum Zweck der Komposterzeugung werden über die TA Luft geregelt. Dabei hat sich die Kombination aus Wäscher und Biofilter zur Abluftbehandlung mit dem Ziel der Staubabscheidung und Geruchsminderung weitgehend bewährt. Hauptsächliches Augenmerk liegt dabei auf der Begrenzung von Geruchsemissionen. Neben Anforderungen an die Begrenzung von geruchsintensiven Stoffen wird die effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 nach Nr. 3.1.7 TA Luft zur Einhaltung der festgeschriebenen Grenzwerte gefordert. Bei der mechanisch-biologischen Behandlung von Siedlungsabfällen hat sich in Untersuchungen und Praxiserfahrungen der letzten Jahre gezeigt, dass der Biofilter nicht ausreicht, um die Abluft zu reinigen und die Anforderungen der TA Luft an eine effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 zu erfüllen. Mit in Kraft treten der 30. BImSchV sind für mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsanlagen weitergehende bzw. alternative Abluftreinigungsverfahren notwendig, so dass sich ein neuer Stand der Technik auf dem Gebiet der Abluftreinigung abzeichnen wird. Untersucht werden alternative Abluftreinigungsverfahren zur Behandlung der Emissionen von biologischen Abfallbehandlungsverfahren sowie mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsverfahren. Das Projekt wird in Kooperation mit einem Industriepartner durchgeführt. Neben der Bilanzierung der quantitativen Emissionen sollen deren potenzielle Umweltauswirkungen auf Basis einer ökobilanziellen Abschätzung ermittelt werden, um die unterschiedlichen Systeme miteinander vergleichen zu können.

Energetische Sanierung von Großwohnsiedlungen - Vertiefende Modellprojekte der Umsetzung integrierter Stadtteilentwicklungskonzepte

In den Großwohnsiedlungen der 1950er bis 1980er Jahre leben bundesweit rund fünf Millionen Menschen. Mit dem vom BMVBS ausgelobten Wettbewerb Energetische Sanierung von Großwohnsiedlungen auf der Grundlage integrierter Stadtteilentwicklungskonzepte sollten Impulse gesetzt werden für die Weiterentwicklungder Großsiedlungen auf der Basis integrierter Stadtteilentwicklungskonzepte und unter Einbeziehung energetischerAspekte. Im Juli 2009 fand die Preisverleihung zu dem Wettbewerb statt. Aufbauend auf den Wettbewerb startete im Frühjahr 2010 das Forschungsprojekt Vertiefende Modellprojekte der Umsetzung integrierter Stadtteilentwicklungskonzepte mit acht Modellprojekten, die sich selbst verpflichteten, Teilziele ihres Wettbewerbsbeitrags bis 2012 umzusetzen. Folgende Modellprojekte wurden ausgewählt und im Rahmen des Forschungsprojektes über zwei Jahre begleitet und untersucht: - WOGEWA, Konzeptgebiet Waren West, Waren Müritz - GESOBAU AG, Konzeptgebiet Märkisches Viertel, Berlin - SBV eG, Konzeptgebiet Fruerlund-Süd, Flensburg - VBW GmbH, Konzeptgebiet Innere Hustadt, Bochum - wbg GmbH, Konzeptgebiet Parkwohnanlage West, Nürnberg - VOLKSWOHNUNG GmbH, Konzeptgebiet Rintheimer Feld, Karlsruhe - WOBAU MAGEBURG GmbH, Konzeptgebiet Neu-Reform, Magdeburg - Pro Potsdam GmbH, Konzeptgebiet Drewitz, Potsdam. Die Projekte bilden ein breites Spektrum an Gebietstypen, Problemlagen, Akteurskonstellationen und Ansätzen der Immobilieneigentümer hinsichtlich energetischer Sanierungsmaßnahmen und der Aufwertung des Stadtteilsab. Zum Beginn des Forschungsprojektes war die Umsetzung der integrierten Konzepte in einzelnen Modellprojekten bereits vorangeschritten, andere standen noch ganz am Anfang des Prozesses. Bis Ende 2012 sind in allen begleiteten Konzeptgebieten wesentliche Maßnahmenbündel umgesetzt worden, die dazu beitragen die Energieeffizienz zu verbessern und die Zukunftsfähigkeit der Quartiere zu sichern. Voraussetzung war ein von allen Unternehmen zum Ausdruck gebrachtes hohes Vertrauen in die Entwicklungsfähigkeit ihrer Siedlungen. Das strategische Portfoliomanagement differenziert dabei nicht nur die Lage des Siedlungstypus auf dem jeweiligen lokalen Wohnungsmarkt, sondern bezieht auch energetische Erneuerungsstrategien in die Unternehmensentscheidungenmit ein.

Durchführung eines Klimaschutz- und Energie-Effizienz-Netzwerkes 'EEN Sachsen

Das wirtschaftliche Potential für mehr Klimaschutz und Energieeffizienz in deutschen Unternehmen ist riesig. Mit derzeit rentablen Technologien können erhebliche Energiekosten eingespart, die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt und Treibhausgas-Emissionen vermindert werden. Klimaschutz- und Energieeffizienz-Netzwerke mit 10 bis 15 Unternehmen bieten ein optimales Preis- Leistungsverhältnis, um die vorhandenen Potentiale zu heben. Noch ist dieser Ansatz in Deutschland wenig verbreitet. Dies soll sich in Zukunft ändern. Mit Fördermitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Rahmen der Klimaschutzinitiative wird die Wirtschaft in den nächsten Jahren beim Aufbau regionaler Kompetenzen und beim Aufbau von bis zu 30 Netzwerken unterstützt. Dabei werden neu entstehende Netzwerke bezuschusst und deren Arbeit laufend wissenschaftlich begleitet. Moderatoren und beratende Ingenieuren werden in Hinblick auf die Netzwerkarbeit weitergebildet und elektronische Berechnungshilfen für Energieeffizienz-Investitionen und Investitionen in erneuerbare Energien verbessert und neu entwickelt.

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