Das im Jahr 2017 fertiggestellte Freiburger „Rathaus im Stühlinger“ ist Europas größtes Netto-Nullenergie-Gebäude. Die Nettogrundfläche von 22.650 m2 bietet Platz für 840 Beschäftigte. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Stadt Freiburg mit dem Fraunhofer ISE, DS-Plan GmbH und der badenova zeigt die Auswertung der Daten des ersten Betriebsjahres (2018), dass das Ziel fast erreicht wurde. Die dynamischen Lastprofile von Bedarf und Erzeugung im Betrieb werden zeitlich hoch aufgelöst erfasst und hinsichtlich Eigenbedarfsdeckung und Lastflexibilisierung analysiert. Für die Energiegewinnung haben die Architekten auf Photovoltaik (PV) in der Fassade, PV und (abgedeckte) photovoltaisch-thermische (PVT-)Kollektoren auf dem Dach, Grundwasser-Wärmepumpen, Grundwasser- Wärmetauscher und Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung gesetzt. Die PVT-Kollektoren decken einen Teil des Wärmebedarfs der Kantine. Der Anteil der Gebäudeautomation an der Effizienz des Gebäudes ist schwer zu quantifizieren, denn ein Großteil der Effizienzmaßnahmen beruht auf passiven Maßnahmen: einer hochgedämmten Gebäudehülle, Niedertemperatur Heizsystemen oder der passiven Kühlung über Grundwasser. Die Stadt Freiburg setzt zur Steuerung, Erfassung und Optimierung ein Energiemanagementsystem ein. In Verbindung mit der Gebäudeautomation ist das Energiemanagementsystem zur fortlaufenden Kontrolle der Effizienzkennwerte der Einzelkomponenten wichtig, insbesondere in Hinblick auf die Effizienz der Wärmepumpen. Erst damit kann der optimale Betrieb des Gesamtsystems hergestellt und dauerhaft gewährleistet werden. Die Gebäude und Raumautomation sind regelbasiert. Die Ansteuerung der Betonkernaktivierung ist prädiktiv, zusätzlich wird auf Wetterprognosen (Vorhersage der Außentemperatur) zurückgegriffen. Gebäude mit eigener Stromerzeugung speisen nicht nur Strom in das Netz ein, sondern können ihren Strombezug zur Wärme- und Kältebereitstellung auch an die Bedürfnisse der Netze anpassen. In Zukunft können solche Gebäude daher eine netzdienliche Rolle spielen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung der PCM-Speicher und des Energie-Verteilsystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innogration GmbH durchgeführt. Die Bundesregierung plant, bis zur Mitte des Jahrhunderts einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Neben dem effizienten Heizen eines Gebäudes wird das Kühlen immer wichtiger, sodass neue nachhaltige Lösungen gefordert sind. Im Rahmen des geplanten Projektes soll ein Wärmespeicher- und Energieerzeugungssystem für Gebäude erforscht und entwickelt werden, um die Gebäudebeheizung und -kühlung sicherzustellen, Überhitzungen zu vermeiden und überschüssige Wärmeenergie im tages- und jahreszeitlichen Zyklus zu speichern bzw. verfügbar zu machen. In Verbindung mit Flächenheizungen und Bauteilaktivierungen lässt sich so eine klimaneutrale Energieversorgung des Heiz-/Kühlsystems bei gleichzeitig hohem thermischen Komfort der Gebäude erreichen. Die Innovation des angestrebten Ziels besteht darin, dass die Energieerzeugung in autarken 'Energiepfählen' stattfindet, sodass im Gebäude selber eine aufwändige Haustechnik vermieden werden kann. Die Besonderheit besteht ferner darin, dass zur Energiespeicherung Speichersysteme auf verschiedenen Temperaturniveaus verwendet werden. Dies soll durch die Anwendung von PCM-Material und Peltier-Elementen ermöglicht werden. Über eine intelligente Steuer- und Regeltechnik soll die Wärmeenergie optimal eingesetzt oder gespeichert werden, sodass über den kompletten Jahresverlauf hinweg möglichst wenig Energie von Netzanbietern benötigt wird.
Das Projekt "Betriebsführung und Regelung der thermoaktiven Bauteilsysteme (TABS) in der Gebhard-Müller-Schule in Biberach an der Riß" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine Analyse der momentanen Betriebsweise der Betonkerntemperierung der Gebhard-Müller-Schule in Biberach a. d. Riß durchgeführt, ein Gebäudemodell eines Ausschnittes der Schule in TRN-SYS erstellt und Tests von Regelstrategien an diesem Modell durchgeführt. Zu den getesteten Regelstrategien gehörten das UBB-Verfahren, das im Programm TRNSYS umgesetzte UBB-Verfahren und eine energiegesteuerte Be-/Entladestrategie. Bei der Betriebsanalyse standen insbesondere die pro Tag in die TABS eingeladenen bzw. den TABS pro Tag entzogenen Energien im Fokus, da sie als Grundlage für die Implementierung einer energiegesteuerten Be-/Entladestrategie dienen sollten. Anhand der Simulationen mit dem Gebäudemodell konnte ein Vergleich des UBB-Verfahren mit dem im Programm TRNSYS umgesetzten UBB-Verfahren durchgeführt werden, der zeigte, dass die Umsetzung in TRNSYS bessere Ergebnisse liefert. Dies konnte durch die Umsetzung des Verfahrens in TRNSYS beseitigt werden
Das Projekt "Planung unterschiedlicher Heizwärmezuführungen im Rahmen des Neubaus des Sportinternats des Olympiastützpunktes und Neubaus einer Sporthalle für die Akademie des Sports" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LandesSportBund Niedersachsen e.V. durchgeführt. Der LandesSportBund Niedersachsen e.V. plant auf seinem Gelände in Hannover die Erweiterung des Sportinternats um einen Neubau sowie die Neuerrichtung einer Dreifeldsporthalle im Passivhausstandard. Bei jedem Passivhaus-Bauvorhaben stellt sich die Frage, welche Art der Wärmeverteilung zum Einsatz kommen soll. Gewöhnlich muss bereits im Vorfeld eine Variante ausgewählt werden, die letztendlich realisiert werden soll. Die anschließende Nutzerakzeptanz bestätigt die Variante oder es muss evtl. nachgebessert werden. Ein direkter Vergleich der Systeme bezüglich der Nutzerakzeptanz und der Wirtschaftlichkeit in einem identischen Gebäude in Abhängigkeit von Investition und Energiekosten konnte bisher nur simuliert werden. Bei dem Bauvorhaben des LandesSportBundes Niedersachsen hat man die Möglichkeit, innerhalb eines Gebäudes mit vergleichbarem Nutzerverhalten mehrere Varianten zu installieren, um im Nachhinein die Systeme miteinander vergleichen zu können. Die Machbarkeit und potenziell gute Energieeffizienz des Konzepts wurden nachgewiesen. Die Funktion der Betonkernaktivierung unterstützt den Komfort und entlastet die Heiz- und Kühlenergieerzeuger zu Spitzenlastzeiten. Angesichts des geringen Wärme/Kältebedarfs pro Fläche ist es nötig, die Auslegung der einbetonierten Lüftungselemente anzupassen: die thermisch effektive Länge des Lüftungsrohrs muss reduziert werden. Da die Erschließung der Räume lüftungstechnisch vom Flur her erfolgt, müssen die ersten Meter im Raum isoliert werden, oder zumindest der Kontakt zum Betonbauteil verhindert werden. Die ursprüngliche Planung wurde aus diesem Grund angepasst, so dass das Rohr jetzt in der abgehängten Decke des Badezimmers bis fast zum Zimmer geführt wird und nicht wie ursprünglich vorgesehen bereits im Vorflur in der Betondecke verlegt wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Steuer- und Regelungstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CuroCon GmbH durchgeführt. Die Bundesregierung plant, bis zur Mitte des Jahrhunderts einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Neben dem effizienten Heizen eines Gebäudes wird das Kühlen immer wichtiger, sodass neue nachhaltige Lösungen gefordert sind. Im Rahmen des geplanten Projektes soll ein Wärmespeicher- und Energieerzeugungssystem für Gebäude erforscht und entwickelt werden, um die Gebäudebeheizung und -kühlung sicherzustellen, Überhitzungen zu vermeiden und überschüssige Wärmeenergie im tages- und jahreszeitlichen Zyklus zu speichern bzw. verfügbar zu machen. In Verbindung mit Flächenheizungen und Bauteilaktivierungen lässt sich so eine klimaneutrale Energieversorgung des Heiz-/Kühlsystems bei gleichzeitig hohem thermischen Komfort der Gebäude erreichen. Die Innovation des angestrebten Ziels besteht darin, dass die Energieerzeugung in autarken 'Energiepfählen' stattfindet, sodass im Gebäude selber eine aufwändige Haustechnik vermieden werden kann. Die Besonderheit besteht ferner darin, dass zur Energiespeicherung Speichersysteme auf verschiedenen Temperaturniveaus verwendet werden. Dies soll durch die Anwendung von PCM-Material und Peltier-Elementen ermöglicht werden. Über eine intelligente Steuer- und Regeltechnik soll die Wärmeenergie optimal eingesetzt oder gespeichert werden, sodass über den kompletten Jahresverlauf hinweg möglichst wenig Energie von Netzanbietern benötigt wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung von textilen 3-D-Kanalstrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VISIOTEX GmbH durchgeführt. Vor dem Hintergrund einer klima- und umweltverträglichen Energieversorgung strebt die Bundesregierung eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an. Im Gebäudesektor kann thermische Solarenergie hier einen wesentlichen Beitrag leisten. Das geplante Verbund-Forschungsvorhaben verfolgt den Ansatz, multifunktionale Niedertemperatur-Bauteile in Form von Wänden, Decken oder Böden für Neu- und Altbauten zu entwickeln, die mechanische (z.B. tragende Wand), thermisch aktive (von Fluid durchströmt), thermisch passive (Wärmedämmung) sowie gestalterische Funktionalität (Struktur, Farbe, Beschichtung) aufweisen. Basis ist ein Ultrahochleistungsbeton (Ultra High Performance Concrete, UHPC), der per se bereits zu sehr filigranen, Material sparenden und gleichzeitig hochfesten Bauteilen führen kann. Das geplante Projekt wird als Basis gesehen, die die grundsätzliche Machbarkeit sowohl theoretisch als auch praktisch unter Beweis stellen soll. Es wird angestrebt, im Rahmen des Projekts funktionsfähige Muster etwa der Größe 1-2 m2 herzustellen. Diese sind als Grundlage für eine anschließende Prototypenentwicklung zu verstehen. Erkenntnisse aus Grundlagenuntersuchungen anderer Institutionen zum Thema UHPC, die in den unten genannten Projekten bereits durchgeführt werden, können das hier angestrebte anwendungsorientierte Projekt ergänzen.
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 "Monitoring des Neubaus der Gebhard-Müller-Schule des Kreisberufsschulzentrums Biberach" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme durchgeführt. Der Neubau zur Erweiterung des Kreis-Berufsschulzentrums in Biberach wurde mit einem hohen energetischen Standard geplant und gebaut. Durch ein Mess- und Evaluierungsprogramm in den ersten Betriebsjahren wurde die Einhaltung der Planungswerte überprüft und das Betriebsverhalten des Gebäudes optimiert. In der zweiten Projektphase (2008-2011) soll das Intensivmonitoring der Evaluierungsphase in ein Langzeitmonitoring überführt werden, welches der Betreiber selbst durchführen kann. Ziel ist die Etablierung eines betreibereigenen Gebäude-Energie-Controllingsystems, um die erreichten positiven Ergebnisse des Intensivmonitorings langfristig zu sichern bzw. um ggf. Fehlentwicklungen beim Energieverbrauch aufzudecken und mit geeigneten Maßnahmen gegenzusteuern. Um die energetische Zielsetzung des Gebäudes - Jahresheizwärmebedarf von 27 kWh/(m2a) ( 3-Liter Haus ) - zu erreichen, wurde ein guter baulicher Warmeschutz (hoch wärmegedämmte und möglichst luftdichte Gebäudehülle) sowie eine mechanische Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung umgesetzt. Das Raumkonditionierungskonzept wird durch eine thermische Bauteilaktivierung (TABS) zur direkten geothermischen Kühlung sowie zur Heizung (ohne zusätzliche Heizkörper) mittels Wärmepumpen und Holzpellet-Spitzenlastkessel komplettiert. Seit dem Jahr 2009 wird - im Gegensatz zum Intensivmonitoring - in den Gebäudebetrieb nicht mehr wesentlich eingegriffen, sondern die Betriebsführung dem Betriebspersonal überlassen. Nach einem Anstieg des Jahresheizwärmeverbrauchs im Jahr 2009 erfolgte über 2010 ein Rückgang auf den niedrigsten Wert im gesamten Monitoringzeitraum im Jahr 2011. Das ursprüngliche Planungsziel eines 3-Liter-Hauses wurde im Jahr 2011 mit einem spezifischen Jahresheizenergieverbrauch von (witterungsbereinigt) rund 23 kWh/(m2a) deutlich unterschritten. Die positive Verbrauchsentwicklung wurde nicht zuletzt durch eine frühzeitige Offenlegung von Verbrauchskennzahlen durch das Langzeitmonitoring und das damit einhergehende Bemühen des Betriebspersonals zur Verbrauchsoptimierung erreicht. Für die Auswertung von manuell abgelesenen Verbrauchsdaten, die vom Betriebspersonal parallel zur wissenschaftlichen Messtechnik erfasst werden, wurde im Rahmen des Projekts eine Excel-Anwendung entwickelt. Förderprogramm BMWI-Forschungsinitiative EnOB - Energieeffizientes Bauen, Forschungsakzent Energieeffiziente Schule
Das Projekt "Teilvorhaben: Fertigung Wärmerohre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MPG Wärmetechnik GmbH durchgeführt. Derzeit kommt es vermehrt im Sommer und während der Übergangszeit zu einer Überwärmung der Gebäude, da die aktuellen Vorschriften des Wärmeschutzes primär auf eine Verringerung des Heizenergiebedarfs abzielen. Um die zulässigen Temperaturbereiche einzuhalten, müssen technische Anlagen für das Kühlen eingesetzt werden. In der Regel benötigen die Systeme z.B. thermische Bauteilaktivierungen (TBA) jedoch eine gewisse Pumpleistung, um die Kühlmittel durch Leitungen im Bauteil zu transportieren. Zur Kälteerzeugung werden im Allgemeinen elektrisch angetriebene Kältemaschinen eingesetzt. Der hierfür insgesamt notwendige Primärenergiebedarf ist erheblich. Ein Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die Kühlung durch eine passive Wärmeabfuhr mittels Wärmerohren energetisch effizienter zu machen. Des Weiteren soll auch die Abwärme aus der Kühlung möglichst passiv und unter Nutzung von Synergieeffekten bei gleichzeitiger Einbindung erneuerbaren Energien im Gebäudebereich gestaltet werden. In allen Systemen wird es für eine effiziente Nutzung erforderlich sein, eine vorausschauende Regelung (z.B. auch zur Lastverschiebung) zu erforschen.
Das Projekt "Unterauftrag von IGS/TU Braunschweig - EVA - Evaluierung von Energiekonzepten - Durchführung von Arbeitsplatzbefragungen zur Ermittlung der Nutzerzufriedenheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Industrielle Bauproduktion, Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau durchgeführt. Im Rahmen des Projektes werden Bürogebäude in Deutschland, die in den letzten 10 Jahren erbaut wurden, über 3 Jahre hinweg untersucht. Im Mittelpunkt der Bearbeitung steht die energetische Performance der Gebäude. Neben einer Bewertung der End- und Primärenergieverbräuche sollen detaillierte Messungen Aufschluss geben über die Effizienz innovativer Technologien wie z.B. Betonkernaktivierung, Erdsonden und passive Lüftungskonzepte. Vom fbta werden umfangreiche Nutzerbefragungen durchgeführt, um Akzeptanz und Komfort der Konzepte zu bewerten. Im Einzelnen sollen dabei folgende Fragen beantwortet werden: - Was sind - gebäudeübergreifend - die wichtigsten Parameter für eine hohe Zufriedenheit im Gebäude / am Arbeitsplatz? - Gibt es Unterschiede in den individuellen Zufriedenheitsparametern von Nutzern und können sie in Verbindung mit der Architektur / dem Gebäudekonzept gesetzt werden? Existieren Unterschiede in den Zufriedenheitsparametern zwischen Sommer und Winter? - Wie wichtig sind einzelne Komfortkriterien für die allgemeine Zufriedenheit mit dem Arbeitsplatz? Gibt es mit dem Energiekonzept direkt verbundene Gebäudemerkmale, die von Nutzern besonders positiv bewertet werden? Bislang wurden Befragungen in 16 Gebäuden - in der Regel jeweils einmal im Winter und einmal im Sommer - durchgeführt mit einer Rücklaufquote von etwa 80 Prozent, so dass über 1000 ausgefüllte Fragebögen für die Auswertung zur Verfügung stehen. Während der Befragungen werden Raumtemperaturen gemessen; zusätzlich stehen Klimadaten und zum Teil weitere Raumklimadaten für die Auswertung zur Verfügung.