Das Projekt "Energieoptimiertes Bauen: Intensivmonitoring des Neubaus der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU), Hamburg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Thermofluiddynamik, Arbeitsgruppe Technische Thermodynamik M-21 durchgeführt. Die Stadt Hamburg baut im Rahmen der Internationalen Bauausstellung für die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt in der neuen Mitte Wilhelmsburg architektonisch und energetisch ambitioniert neu. Der energetische Bedarf wird minimiert u.a. durch Thermoaktivdecken und freie Nachtkühlung. Der verbleibende Bedarf soll regenerativ gedeckt werden mit Energie aus Geothermie (Erdpfähle, Sole-Wasser-Wärmepumpe) und Biogas-Blockheizkraftwerk; Strom- und Wärmespitzenverbräuche werden durch Netze (Fernwärme, Strom aus erneuerbaren Energiequellen) aufgefangen. Der Bau soll ein erster Baustein der klimaneutralen neuen Mitte Wilhelmsburg werden. Das Intensivmonitoring will, dem neuen EnOB-Leitfaden Monitoring entsprechend, den Neubau der Hamburger Behörde im Betrieb bewerten und optimieren. Aufgabe des Monitorings ist eine Überprüfung der bei der Planung hoch gesteckten Ziele (Jahresprimärenergiebedarf unter 70 kWh/m2a, Heizwärme- und Kältebedarf nahe 15 kWh/m2a, Netto-Baukosten KG 300-400 1500 €/m2, CO2-Emissionsbilanz) sowie die Ausarbeitung eines Optimierungskonzepts. Mit Systemmodellen soll der Einfluss der Verschiebung von Bilanzgrenzen bewertet werden. Ergänzende Komfortuntersuchungen dienen der Erarbeitung von Konzepten zur bedarfsorientierten Klimatisierung, die je nach Entwicklungsreife vor Ort realisiert werden. Das Projekt ist entsprechend der wissenschaftlichen und technischen Ziele in insgesamt fünf Arbeitspakete unterteilt: (1) Realisierung Monitoringkonzept, (1.1) Konzept Datenerfassung und -übertragung, (1.2) Installation Messtechnik und Messdatenerfassung, (2) Messdatenaufnahme, (3) Modellierung, (3.1) Modellerstellung, (3.2) Modellvalidierung, (4) Komfortuntersuchungen, (4.1) Energetische Bewertung von Komfortparametern, (4.2) Komfortuntersuchungen im Gebäude, (4.3.) Auswertung Nutzerinformationssystem, (5) Gesamtenergetische Bewertung, (5.1) Regelstrategien, (5.2) Sensitivitätsanlayse, (5.3) Auswertung Messdaten, (5.4) Optimierungsstrategien.
Das Projekt "Untersuchung der Möglichkeit der Ertragssteigerung von thermo-aktiven flächigen Bauteilen durch Steuerung der Grundwasserströmung mittels neuartiger Injektionskörper" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Geomechanik und Untergrundtechnik, Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen durchgeführt. Die Erdwärmenutzung mit Hilfe von erdberührenden Bauteilen stellt eine zukunftsträchtige und bereits erprobte Möglichkeit zur Deckung des Heizwärmebedarfs von Gebäuden dar. Durch die thermische Aktivierung von ohnehin abzudichtenden Bauteilen direkt im Bereich der Abdichtung kann die Wirtschaftlichkeit gegenüber nur über den Beton aktivierten Systemen deutlich gesteigert werden. In diesem Zusammenhang stellen flächige Bauteile im strömenden Grundwasser ein großes energetisches Potential dar, da sie über große erdberührende Flächen verfügen und durch die Grundwasserströmung ein zusätzliches Energiepotential vorhanden ist. Bei der Planung und Auslegung von thermo-aktiven Bauteilen im Grundwasser wird der infolge der Strömung zusätzliche Wärmetransport zum Bauteil hin i.d.R. gar nicht oder lediglich durch pauschale Ansätze berücksichtigt. Eine konkrete Nutzung des natürlichen Energiepotentials einer Grundwasserströmung findet somit derzeit nicht statt. Durch eine gezielte Steuerung des Grundwassers (durch z.B. eine Funnel-and-Gate Konstruktion) kann die Strömungsgeschwindigkeit am Bauteil erhöht werden, was zu einer Steigerung der Effizienz der Anlage führt. Im Rahmen des Projekts soll durch eine gezielte Steuerung des Grundwassers eine Ertragssteigerung für flächige thermo-aktive Bauteile erreicht werden. Das dazu erforderliche Funnel-and-Gate System soll dabei aus Injektionskörpern aus Polyurethan gebildet werden. Die Wirksamkeit des Systems soll mit Hilfe von Feld- und/oder Laborversuchen sowie mit numerischen Untersuchungen überprüft werden. Das Projekt stellt eine Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen und der URETEK Deutschland GmbH dar, sodass die jeweiligen Fragestellungen gemeinschaftlich bearbeitet werden. In diesem Zusammenhang sollen in dem Forschungsvorhaben vordergründig drei Arbeitsschwerpunkte bearbeitet werden. Im ersten Arbeitsschwerpunkt werden die umweltrelevanten Aspekte des Projekts untersucht. Dazu zählen neben der Ermittlung der Umweltverträglichkeit des nicht ausgehärteten Injektionsguts auch Untersuchungen zur Ausbreitung von Temperaturfahnen im Untergrund und zur Vermeidung von schädlichen Aufstaueffekten am Bauteil. Im zweiten Arbeitsschwerpunkt erfolgt die technische Anpassung der Injektionskörper an die besonderen Anforderungen für den Einsatz für eine Grundwassersteuerung. Im dritten Arbeitsschwerpunkt wird dann das Optimierungspotential für den Wärmeertrag durch eine Funnel-and-Gate Konstruktion aus Injektionsköpern ermittelt. Abschließend erfolgt der Transfer der Ergebnisse in die Praxis durch Ableitung von Handlungsempfehlungen.
Das Projekt "Wärme- und Kältespeicherung im Gründungsbereich energieeffizienter Bürogebäude" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik durchgeführt. Die Reduzierung von Bewirtschaftungskosten sowie die Steigerung von Energieeffizienz und Nutzerkomfort sind selbstverständliche Ziele im Planungsprozess von Bürogebäuden. Aus diesem Grundsatz heraus werden seit Mitte der neunziger Jahre in Deutschland immer mehr Bürogebäude mit Energiepfahl-, Erdwärmesonden- oder Fundamentabsorber-Anlagen zur Wärme- und Kälteversorgung realisiert. An das Erdreich gekoppelte Wärmepumpen entziehen dem Untergrund im Winter Wärme und stellen diese dem Gebäude zu Heizzwecken zur Verfügung. Das Erdreich kühlt sich ab und kann während des Sommerhalbjahres als Wärmesenke für die Gebäudekühlung genutzt werden. Die Entwicklung der Systemkonzepte erfolgt jeweils angepasst an die geologischen Verhältnisse, die Baukonstruktion sowie den Wärme- und Kältebedarf des Gebäudes. Bis heute kommt in der Planung hochkomplexe Simulationssoftware zum Einsatz. Einfache Planungsbausteine stehen für eine breite Nutzung derzeit nicht zur Verfügung. Hierzu fehlen systematische Untersuchungen von ausgeführten Anlagen. Das vom BMWi geförderte Forschungs- und Entwicklungsprojekt WKSP - Wärme- und Kältespeicherung im Gründungsbereich energieeffizienter Bürogebäude versucht diese Lücke mit Hilfe eines großen Feldversuchs zu schließen. Erste Ergebnisse der wissenschaftlichen Analyse des Betriebsverhaltens und der Energieeffizienz sowie Erkenntnisse und Erfahrungen von Planern, Bauherren und Betreibern zeigen, dass die generelle Funktionsfähigkeit dieser Anlagen gegeben ist. Geringe Erfahrungen bei Planung, Ausführung und Betrieb führen in der Praxis jedoch häufig zu Problemen. Entscheidend für den erfolgreichen Betrieb ist in der Regel nicht die Anlage zur Wärme- und Kältespeicherung an sich, sondern die sinnvolle technische und betriebliche Einbindung der Anlage in das komplexe Gesamtsystem aus Untergrund, technischen Anlagen, Gebäude und Nutzer. Entsprechend der Temperaturen im Erdreich bietet sich die Kombination mit Flächensysteme als Niedertemperaturheiz- und Hochtemperaturkühlsysteme an. Betriebsfehler haben bei Erdwärmesystemen aufgrund der im Vergleich zu konventionellen Systemen recht kleinen Temperaturspanne der Erdwärmeanlagen und der thermischen Systemträgheit häufig erhebliche und langfristige Folgen. Grundvoraussetzung für eine ausgeglichene saisonale Energiebilanz im Erdreich und somit einen dauerhaften Betrieb der Anlagen ist eine messtechnische Dokumentation der tatsächlichen Funktion von Gebäude und Anlagen zur Wärme- und Kältespeicherung im Gründungsbereich. Nur so können Abweichungen zu Planungsannahmen sowie Fehler Schritt für Schritt aufgedeckt, der Betrieb optimiert und die Einregulierungsphase verkürzt werden. Ziel ist es, die Erfahrungen des Projekts WKSP für zukünftige Projekte zu bündeln, Planungswerkzeuge zu optimieren sowie Betriebsregeln zu entwickeln. Das Projekt ist Teil des Annex 20 Projektes der International Energy Agency (IEA).
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Implementierung konsistenter Auslegungs- und Auswertungsmodelle für oberflächennahe geothermische Anlagensysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme durchgeführt. Das hier beantragte Teilprojekt 5 hat als strategisches Gesamtziel die Schaffung einer durchgängigen und konsistenten Modellbasis für die unterschiedlichen oberflächennahen geothermischen Quellensysteme. Eine solche Durchgängigkeit (z. B. zwischen Erdwärmesonden und Erdwärmekollektoren) existiert bislang nicht. Auch sind für bestimmte Systeme, wie Speichersonden, spezielle Bauformen von Erdwärmekollektoren, Speicher-Energiepfähle usw. noch keine allgemein anerkannten Modelle für die Planungspraxis verfügbar. Nur mit methodisch vergleichbaren, konsistenten Modellen und Werkzeugen können jedoch Auslegungs- und damit auch Wirtschaftlichkeitsberechnungen für alle Typen von Erdwärmesonden und anderen geothermischen Wärmequellen inkl. der zunehmend vorkommenden Systemkombinationen untereinander kompatibel und vergleichbar durchgeführt werden. Diese Modellbasis soll in einer neuen Version GEOSYST+ des an der Hochschule Biberach entwickelten Programms GEOSYST implementiert werden, wobei für Teile wie Modellrechenkerne auch die Anwendung durch Dritte in deren Simulationsumgebungen möglich sein soll, um eine möglichst große Verbreitung zu erreichen.