Bei der Weiterentwicklung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) bzw. des BNB-Kriteriensteckbriefs 'Innenraumlufthygiene' wurde für den Aspekt 'Kohlendioxidgehalt' eine Lücke an praxisorientierten Planungsinstrumenten und Bewertungsgrundlagen für Räume erkannt, die teilweise oder ausschließlich über Fenster be- und entlüftet werden. Dies gilt insbesondere für Räume mit hohen Personenzahlen wie beispielsweise Unterrichtsräume und Besprechungszimmer. Hieraus erwächst der Bedarf an Informationen und anschaulichen Handlungsempfehlungen zu funktionierenden Lüftungskonzepten sowie einem transparenten CO2-Berechnungstool als Planungs- und Bewertungsinstrument im Sinne des Nachhaltigen Bauens.
Ausgangslage:
Um den zukünftigen Anforderungen an ganzheitlich optimierte Gebäude gerecht zu werden, hat das Bundesbauministerium für Bundesgebäude den Leitfaden Nachhaltiges Bauen und das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) entwickelt; er ist seit Oktober 2013 für Bundesbauten verpflichtend und wurde zuletzt 2017 überarbeitet. Hinsichtlich der Innenraumlufthygiene werden im Kriterium BNB 3.1.3 insbesondere Verunreinigungen der Innenraumluft durch Schadstoffe aus Bauprodukten und durch Kohlendioxidemissionen der Raumnutzer betrachtet. Weiterhin werden die mikrobiologische und die geruchliche Situation thematisiert.
Die abgestufte Bewertung der CO2-Konzentration des Kriteriensteckbriefs BNB 3.1.3 orientiert sich an den Raumluftqualitätsklassen der DIN EN 13779 und berücksichtigt die Anforderung der Arbeitsstättenrichtlinie ASR A3.6 'Lüftung' und den AIR-Richtwert, wonach eine CO2-Konzentration von 1.000 ppm als 'hygienisch unbedenklich' gilt. Für die Bewertung der CO2-Konzentration wird auf folgende Normen bzw. Rechenansätze verwiesen:
- Luftvolumenströme durch offene Fenster nach DIN EN 15242
- CO2-Konzentration im Raum nach Recknagel/Sprenger bzw. nach VDI 6040-2.
Fachdiskussionen und Praxiserfahrungen zeigen, dass insbesondere bei Räumen mit einer hohen Personenzahl Probleme hinsichtlich des Kohlendioxidgehalts in der Innenraumluft und ggf. des thermischen Komforts aufgrund nicht optimaler Raumlüftung bestehen. Das betrifft insbesondere die Fensterlüftung und die hybride Lüftung, aber auch die mechanische Lüftung.
Die Einhaltung der Anforderungen aus der 2012 neu eingeführten Arbeitsstättenrichtlinie ASR A3.6 'Lüftung' ist für diese Räume mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, vor allem unter gleichzeitiger Berücksichtigung des thermischem Komforts und der Nutzerfreundlichkeit. (Text gekürzt)
Der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien ist erklärtes Ziel der Bundesregierung. Das Energiekonzept von 2010 formuliert hierzu Ausbauziele, die den Nutzungsdruck auf die verfügbaren Flächen deutlich erhöhen. Um Konflikte mit anderen Raumnutzungen zu vermeiden, ist es erforderlich, die regionalen Flächenpotenziale für die Nutzung erneuerbarer Energien zu kennen. Nur so kann jeder Raum entsprechend seiner Möglichkeiten optimal genutzt werden. Gegenstand und Zielsetzung: Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung, Erprobung und Anwendung eines praxisgerechten Berechnungsmodells zur Abschätzung der regionalen Flächenpotenziale der verschiedenen EE-Sparten. Hintergrund ist dabei nicht, Vorgaben bezüglich umsetzbarer Flächenpotenziale für Bundesländer oder Regionen zu generieren. Es soll vielmehr ein Beitrag zur Methodenentwicklung und -harmonisierung geleistet werden, der eine transparente Zieldiskussion ermöglicht, die es erlaubt, die raum- und umweltverträgliche Umsetzbarkeit von Beginn an adäquat in den Entscheidungsprozess einzubeziehen. Das Modell soll die Berechnung raum- und umweltverträglicher EE-Flächenpotenziale auf Bundes-, Landes- und regionaler Ebene ermöglichen und hinreichende Einzelfallgerechtigkeit aufweisen. Die Ergebnisse der Analyse sollen die Akteure in die Lage versetzen, Handlungsempfehlungen für den weiteren Ausbau EE formulieren zu können sowie bestehende Zielsetzungen auf ihre Raum- und Umweltverträglichkeit zu prüfen. Dazu soll den Akteuren eine Methodik angeboten werden, die - im Gegensatz zu bestehenden Analyseansätzen - Raumansprüche und Raumwirkungen der einzelnen EE-Sparten in Abhängigkeit von den naturräumlichen Potenzialen sowie von den politischen, rechtlichen und insbesondere planerischen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt. Darüber hinaus wird eine flexible Anpassung des Kriterienkatalogs vor dem Hintergrund der Planungsebene sowie der regionalen Eigenschaften ermöglicht. Der Anwender soll mit dem bereitgestellten Grundgerüst der Methodik und mit den Erläuterungen zur ebenenspezifischen Anpassung eigene, regionsspezifische Auswertungen unter Verwendung eigener Restriktionskriterien durchführen können. Das Vorgehen wird anhand der Fallstudien verdeutlicht. Im Ergebnis des Vorhabens werden ein standartisierter Datenkatalog und Hinweise auf weitere, ggf. regional verfügbare Datensätze erarbeitet.
Innerhalb versorgungstechnischer Systeme (z. B. Kälteerzeugungssystemen) interagieren verschiedene Energiewandlungstechnologien, die häufig über dezentrale Regelungslogiken gesteuert werden. Deren mangelnde Abstimmung führt zu einem ineffizienten Betrieb der Gesamtsysteme. Den Verantwortlichen sind die Ineffizienzen durch falsche oder starre Sollwerte und Dimensionierungen oft nicht bewusst. Die Komplexität der Zusammenhänge und sich ständig verändernde Einflussfaktoren erschweren zusätzlich das Benchmarking und die Dimensionierung der Komponenten. Im geplanten Forschungsvorhaben wird eine KI-gestützte Optimierungslösung für Kälteanlagen aufgebaut, um eine modellgestützte Bewertung und Entscheidungshilfe für Retrofitmaßnahmen zu entwickeln. Diese Entscheidungshilfe ermöglicht die Analyse und Effizienzsteigerung der Komponenten in Abhängigkeit von den tatsächlichen Betriebsregimen der Anlagen. Entscheidungsvariablen, die im EISKIG-Vorhaben unveränderliche Parameter waren, werden nun optimiert (z. B. maximale Anlagenleistung, zulässige Betriebspunkte). Der Fokus dieses Projekts liegt ausschließlich auf der Versorgungstechnik von Rechenzentren. Zu Beginn wird der IST-Zustand des Energiesystems der Kälteversorgung im Rechenzentrum der Anwendungspartner mittels eines 'Digitalen Zwillings' beschrieben und untersucht. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf folgende Energiewandlungskomponenten der Kälteerzeugung: Pumpen, Kompressionskältemaschinen, Wärmeübertrager, Ventile, Rückkühlwerke/Kühltürme (nass, trocken, adiabat), Wärmeübergabestationen. Mit dem digitalen Zwilling lassen sich verschiedene Retrofit-Maßnahmen simulieren und hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Emissionsminderung durch Energiekosteneinsparungen bewerten. Die Anwendungspartner erhalten auf dieser Basis Handlungsempfehlungen für wirtschaftlich umsetzbare Retrofit-Maßnahmen, einschließlich der Gegenüberstellung der IST-Situation mit branchenüblichen Durchschnittswerten.
Gegenstand des Forschungsprojekts ist die wissenschaftliche Auswertung und Aufbereitung von internationalen Studien und Forschungsergebnissen zum Thema Ressourceneffizienz/Ressourcenschonung/Circular Economy. Dies beinhaltet z.B. für Deutschland relevante Forschungsaktivitäten und Veröffentlichungen des UNEP International Resource Panel (IRP), der OECD, G7 und G20. Das BMUV ist Mitglied des IRP Steuerungsausschusses (steering committee) und nimmt an den regelmäßigen IRP-Sitzungen teil. Schwerpunkt des Vorhabens beinhaltet die im Vorfeld von Sitzungen des IRP Steering Committees verfassten und versendeten wissenschaftlichen Studien auszuwerten. Es soll eine politische Bewertung der Studien vorgenommen werden, d. h. es sollen Handlungsempfehlungen für die Ausrichtung der themenbezogenen Umweltpolitik abgeleitet werden und das BMUV/UBA in der Vorbereitung von und ggfs. Teilnahme bei Sitzungen unterstützt werden (z.B. durch kurze Briefings zu den wesentlichen Inhalten mit Darstellung der Relevanz für Deutschland und Erstellen von möglichen Sprechpunkten). Übergreifendes Ziel ist einerseits das Monitoring von neuen potenziell relevanten Studien für die deutsche Ressourcenpolitik, andererseits die praktische Unterstützung des BMUVs/UBAs in der Vorbereitung der Sitzungsdokumente sowie der Auswertung von relevanten Sitzungsergebnissen.
Die Vorhersage von Klimafolgen auf den Gartenbau erfordert neue Modellierungsansätze, die die Vielfalt gartenbaulicher Kulturen und Produktionsverfahren, sowie deren besonderen Anfälligkeiten gegenüber Klima- und Wetterphänomen gerecht werden. Da konventionelle Herangehensweisen zur Klimaprognose hierfür schlecht geeignet sind, wird ein neuartiger Bayes'scher Modellierungsansatz entwickelt, der durch die Synthese bestehenden Wissens bestmögliche Prognosen und Handlungsempfehlungen erarbeitet. Die zu entwickelnde Methodik basiert auf den Prinzipien der Entscheidungsanalyse, zu deren Bausteinen partizipative Modellierung, probalistische Simulationen und eine sorgsame Berücksichtigung aller bedeutender Unsicherheiten und Risken gehören.
Mit diesem Ansatz werden Prognosen für mindestens drei für Nordrhein-Westfalen bedeutende gartenbauliche Kulturen erstellt. Vorgesehen sind Analysen für Spargel, Äpfel und Erdbeeren. Bei gutem Fortschritt können auch Zwiebeln, Kohl, Strauchbeeren, Callunen oder andere Kulturen bearbeitet werden. Dafür werden zunächst unter Einbeziehung von Experten- und Praxiswissen, sowie der Literatur, konzeptionelle Modelle übersetzt, mit Hilfe derer Simulationen durchgeführt werden können. Als Eingangsgrößen dienen sowohl Klimaprojektionen für mehrere Zeithorizonte, als auch geschätzte Bandbreiten für diejenigen Variablen, für die keine objektiven Daten zur Verfügung stehen. Diese Schätzwerte basieren auf allen verfügbaren Quellen , inklusive durch ein spezielles Trainingsprogramm im Schätzen von Wahrscheinlichkeiten geschulten Experten und Praktikern. Die Simulationsergebnisse bilden die Bandbreite der Klimawirkungen auf die modellierten Kulturen ab und erlauben es, die Auswirkungen von Anpassungsmaßnahmen zu simulieren. Zudem können mit Hilfe weiterführender Analysen bedeutsame Wissenslücken aufgezeigt werden, die im Nachgang durch gezielte Untersuchungen adressiert werden können. So erlaubt dieses Vorhaben eine Eingrenzung der zu erwartenden Klimafolgen, ein Aufzeigen bedeutender Unsicherheiten und einen Einblick in vielversprechende Anpassungsmaßnahmen.