Das Institut für Energietechnik und Energiewirtschaft (IEE) beschäftigt sich in Lehre und Forschung mit der Gebäudeklimatik, dem solaren Bauen unter Anwendung von aktiver Solartechnik (Solarthermie, Photovoltaik), passiver Solartechnik (Wärmeschutzfenster, Gebäudemasse etc.) sowie Wärme- und Stromspeichern unter besonderer Berücksichtigung von Energieeffizienz und Behaglichkeit im Gebäude. Dabei werden die Bauphysik und die Anlagentechnik (Heiz- und Kühltechnik, Lüftung etc.) und damit das ganze Gebäude bezüglich Energieeffizienz und Behaglichkeit unter Anwendung von Gebäudemonitoring und dynamischen Simulationsrechnungen analysiert und optimiert.
In Deutschland ist der Gebäudebereich für über 40% des Energieverbrauches verantwortlich, bezogen auf die Welt ist dieser Anteil teilweise noch höher. Allein 85 % der Energie werden für die Gebäudeheizung sowie die Warmwasserbereitung für private Haushalte in Deutschland benötigt. Damit das Ziel der Bundesregierung erreicht wird, den Gebäudebestand bis zum Jahr 2050 auf einen nahezu klimaneutral Baustandard zu bringen, muss der Bedarf an Primärenergie um 80 Prozent gesenkt werden. Die zentralen Bausteine beim solaren Bauen sind eine an das lokale Klima angepasste Gebäudehülle, passive Solartechnik (Wärmeschutzfenster, Gebäudemasse etc.), in das Gebäude intgrierte aktive Solartechnik (Solarthermie, Photovoltaik) mit dazu abgestimmtem Wärme- und Stromspeicher. Über eine intelligente Regelung (SMART HOME) werden diese Bausteine mit den weiteren technischen System zum gesamten Gebäudesystem verknüpft. Ulm ist seit Jahren Spitzenreiter der Solarbundesliga, und in dieser Stadt steht mit dem Bürogebäude ENERGON eines der größten Bürogebäude im Passivhaus Standard. Dieses bereits seit Oktober 2002 fertiggestellte Gebäude dient der THU für Lehre und Forschung und wird bis heute wegen des innovativen Energiekonzepts (z.B. Kühlung durch 39 Erdsonden) von Besuchern aus der ganzen Welt besichtigt. Die Forschung an der THU unterstützt Stadt und Land bei innovativen Konzepten zum klimaneutralen Bauen.
Insbesondere im Bereich Niedertemperatur-Solarthermie besitzt die THU eine lange Tradition in Lehre und angewandter Forschung. Die solarthermischen Systeme werden untersucht, optimiert und z. B. mit einem Schichtlanzen-Speichersystem integriert, unterstützt durch komplexe dynamische Simulationsrechnungen und durch Messkampagnen.
Ansprechpartner:
Institut für Energie- und Antriebstechnik
Prof. Gerhard Mengedoht
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(Bildnachweis: „Software AG – Stiftung")
Aktuelle Projekte
Employability enhancement in the field of renewable energies, on the basis of closer collaboration between university and industry (EURYDICE)
Projektleiter: Prof. Dr. Marc-Oliver Otto
Projektlaufzeit: 01.01.2020 - 01.04.2024
Mittelgeber: EU
Programmname: EAC/A03/2018 Capacity Building EU
Projektbeschreibung:
Gemeinsam mit drei europäischen und drei technischen Universitäten in Südafrika wird in diesem Projekt darauf abgezielt, in Südafrika den Wandel in der Energieversorgung herbeizuführen. Im Projekt EURYDICE geht es darum, ein neues Energiekonzept zu entwickeln, das auf Basis der Gegebenheiten vor Ort erneuerbare Energien erschließt und nutzt. Es werden die Auswirkungen auf die regionale Industrie und Wirtschaft ebenso erforscht, wie die Investitionsnotwendigkeiten in Verteilnetze und andere Infrastrukturmaßnahmen (neue Investitionen, Beschäftigung, neue Bildungskonzepte,…). Basierend auf der Infrastruktur in den Off-Grid-Regionen soll ein Ausbildungs- und Nutzungskonzept entwickelt werden, auf dem eine möglichst selbständige und nachhaltige Energieversorgung möglich ist.
Primärenergetisches, thermisches und lichttechnisches Langzeitverhalten eines großen Passivhauses (ENERGON)
Projektleiter: Prof. Gerhard Mengedoht
Projektlaufzeit: 01.07.2022 - 31.12.2023
Mittelgeber: Stiftung
Projektbeschreibung:
Das Energon als Büro-Passivgebäude soll in seinem primärenergetischen und gebäudeklimatischen Langzeitverhalten weiter analysiert und durch Einsatz geeigneter Simulationssoftware bezüglich eines Einsatzes in anderen Klimaregionen der Erde bewertet werden. Durch eine umfassende Zusammenführung und Auswertung aller bisher erfassten Messdaten und Erkenntnisse soll eine abschließende Einordnung des Gesamtprojekts sowie eine Analyse der Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf vergleichbare Objekte weltweit erfolgen.
Abgeschlossene Projekte
Nachhaltige und sichere Mobilität sowie regenerative Energiegewinnung und -versorgung von Gebäuden – Travelling Conference
Projektleiter: Prof. Dr. Marc-Oliver Otto
Projektlaufzeit: 01.11.2018 - 31.03.2019
Mittelgeber: Bund – BMBf
Programmname: Vernetzungs- und Sondierungsreisen deutscher Hochschulen und Forschungseinrichtungen (Travelling Conferences)
Projektbeschreibung:
Das Ziel der Travelling Conference war, Konferenzen an drei
internationalen Standorten (Singapur, Mandalay / Myanmar und Daegu /
Südkorea) durchzuführen und gemeinsame Forschungsthemen im Bereich der
erneuerbaren Energien zu diskutieren. Dort wurden insbesondere
innovative und individuelle Konzepte als Basis für zukünftige
Forschungszusammenarbeit erarbeitet.
Am Solar Energy Research
Institute Singapore (SERIS) wurde das Thema Photovoltaik-Versorgung für
die Energiewende besprochen und gemeinsame Forschungsideen entwickelt.
In Korea war das Hauptthema der Diskussionsrunden die Zuverlässigkeit
der Stromnetze und Ansätze, wie diese über Digitale Netze erhöht werden
kann. An der Mandalay Technological University (MTU) wurden Gespräche
über klimaspezifische Themen im Bereich Gebäudetechnik, wie Kühlung von
Gebäuden sowie Green-Campus-Projekte, geführt und gemeinsame
Forschungsfragen besprochen.
Monitoring
eines Einfamilienhauses (KfW Effizienzhaus 40) mit Luft-Wärmepumpe,
Photovoltaik-Anlage, Hausautomation und Batteriespeicher WPBATSYST-PV
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Mengedoht
Projektlaufzeit: 01.03.2016 - 28.02.2018
Mittelgeber: UNW
Projektbeschreibung:
Unter den Rahmenbedingungen der
Energiewende in Deutschland ist es entscheiden, dass das sogenannte
”Nullenergiehaus” bzw. ”Effizienzhaus Plus Haus” nicht nur auf
dem Papier sondern auch in der Realität funktioniert. Dazu sind weitere
Energieeinspa-rungen nötig, die jedoch nur durch eine Verbesserung der
Gebäudehulle und der Anlagentechnik allein kaum real erreichbar sind.
Ein hohes Potenzial steckt in einer intelligenten, kostengünstigen und
stromeffizienten Hausautomation mit Langzeit-Monitoring-Option.
Durch die Möglichkeit, die Jalousie- und Rollladensteuerung,
Heizwärmeerzeugung, Heizwärmeverteilung, Nutzung von Photovoltaik-Strom
sowie die Verwendung von Wetterprognosen innerhalb eines Systems zu
verwalten und zu regeln, kann dieses System als ”Hausmanager” fur den
energieeffizienten Betrieb eines Neubaus dienen. Weiterhin wird
untersucht, wie Luft-Wärmepumpen bei Einfamilienäusern optimiert werden
können, damit errechnete Jahresarbeitszahlen (JAZ) auch realistisch in
die Praxis umgesetzt werden. Dabei sind grundlegende Informationen über
den Effizienzverlauf einer Wärmepumpe (Entwicklung des COPs in den
jeweiligen Betriebsphasen Start, Teillastbetrieb, Vollastbetrieb) zu
gewinnen um die Auswirkung auf die Energie-effizienz durch häufiges
Takten bewerten zu können. Dies beeinflusst wesentlich die Entscheidung
des zugehörigen Speicher-systems: Ist es sinnvoller nur einen reinen
Trinkwasserspeicher zu installieren oder sollte eine Pufferung des
Heizungswasser möglich sein? Die sinnvolle Einbindung
der Photovoltaik-Anlage in das Gesamtsystem wird ein weiterer
Schwerpunkt des Projektes sein. Potenzial steckt hier in einer eventuell
realisierbaren Sollwertveränderung bei überschüssigem selbst erzeugtem
Strom zur Zwischenspeicherung und Netzentlastung. Es soll ermittelt
werden, mit welchem realistischen Eigenverbrauchsanteil beim
Betrieb einer Luft-Wärmepumpe in Verbindung mit einer PV-Anlage zu
rechnen ist. Zudem soll das Energiekonzept durch einen Stromspeicher
ergänzt werden.
Intelligentes Heimenergiemanagement iHEM
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Mengedoht; Prof. Dr. Walter Commerell
Projektlaufzeit: 01.07.2014 - 31.12.2017
Mittelgeber: Bund – BMWi
Projektbeschreibung:
In Zeiten eines Energieversorgungsnetzes, das zunehmend erneuerbare Energien integriert, ist es von großer Bedeutung, diese Energiequellen in ihrer Gesamtheit zu betrachten und passende Lösungen für eine zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung im Gebäudebereich zu entwickeln. Das Projekt iHEM setzt hierbei konkret auf Photovoltaik und Solarthermie im Zusammenspiel mit einer Mikro-KWK und Speichern für thermische sowie elektrische Energie im Privathaushalt. Es werden dazu komplexe Simulationsmodelle von Bestandsgebäuden und Neubauten entwickelt. Durch die Verknüpfung eines Gebäudesimulationsmodells mit weiteren Modellen, wie z.B. Solarthermie- und PV-Anlage, Wärmespeicher, Akku, Brennstoffzelle, etc. zu einer Gesamtsystemsimulation, ist unter Angabe eines definierten Szenarios und zugehörigen Betriebsmodus das Energieversorgungssystem dimensionierbar. Weiter können durch die Simulation Kennzahlen wie z.B. Autarkie- und Eigenverbrauchsquote ermittelt werden, die den Vergleich sowie Benchmarking verschiedenster Energiesystem-Konstellationen ermöglichen. In diesem Kontext wird in Ehingen an der Donau ein Demonstratorsystem bestehend aus Wärme- und Stromspeicher, Solarthermie- und PV-Anlage zusammen mit einer Mikro-KWK (Brennstoffzelle) aufgebaut und durch ein umfangreiches Monitoring System ergänzt.
Veröffentlichungen
2020
Hwang, Junhwa; Suh, Dongjun; Otto, Marc-Oliver:
Forecasting Electricity Consumption in Commercial Buildings Using a Machine Learning Approach,
in: Energies, Special Issue Smart Forecasting of Building and District Energy Management, 2020, 13(22), 5885, MDPI, 2020, Seiten 28.
DOI: https://doi.org/10.3390/en13225885
ISSN: 1996-1073
bis 2019
Wening, J.; Schäfer, C.; Heinzl, A.; Neth; F.; Müller, M.; Mengedoht, G.; Commerell, W.; Lünsdorf, O.; Schimpe, M.; Zobel, M.; Blank, M.; Gerster, J.: Schlussbericht „Intelligentes Heimenergiemanagement (iHEM)“, Forschungsvorhaben gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), FKZ 0325303A-M, 20.06.2018
Mengedoht, Gerhard; Stern, Katharina, Poster über den Projektanteil der Hochschule Ulm am iHEM Forschungsprojekt anlässlich vom 1. Kongress "ENERGIEWENDEBAUEN - Forschung zu effizienten Technologien und intelligenten Konzepten für die Strom- und Wärmewende" in Berlin vom 30. - 31.01.2017
Mengedoht, G.; Commerell, W.; Schmidt, S.; Tuzcu, M.; “Gebäudesimulationen für ein Heimenergiemanagement im Kontext zu verschiedenen Gebäudetypologien mit Solarenergienutzung”, Tagungsband der ASIM Fachtagung Simulation Technischer Systeme und Grundlagen in Modellbildung und Simulation, 2017, Ulm, ISBN 978-3-901608-50-6, p. 222-224
Narayanan, M., Mengedoht, G., Commerell, W.; „Design of simulation model for novel solar thermal storage tank“, Tagungsband der ASIM Fachtagung Simulation Technischer Systeme und Grundlagen in Modellbildung und Simulation, 2017, Ulm, ISBN 978-3-901608-50-6, p. 18-23
Stephan, Wolfram, Mengedoht, Gerhard, et al.: Highlights des Abschlussberichtes der 3-Liter-Haus-Schule in Marktoberdorf - Ist naerco ein Modell für die Zukunft ? Vortrag zum 4. Workshop Energieeffiziente Schulen Workshop, Rostock, 14.06.2016
Stephan, Wolfram, Mengedoht, Gerhard, et al., Abschlussbericht - BMWi Verbundprojekt Energieoptimiertes Bauen EnEff Schule - Wissenschaftliche Begleitung zum Projekt Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting "NAERCO", Juni 2015, 286 Seiten, www.naerco.de
Mengedoht, G.: Energiewende selber machen II, Solares Bauen und Sanieren, vom Passivhaus zum Sonnenhaus, Vortrag bei Veranstaltung vom Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND), Ulm 16.04.2015
Mengedoht, G. "Solares Bauen und Sanieren" Vom Passivhaus zum Sonnenhaus - ein Praxisbeispiel zur eigenen Energiewende, Vortrag Im Rahmen der "Ringvorlesung Nachhaltigkeit" an den Ulmer Hochschule, Ulm, 05.06.2014
Lindemann, G., Mengedoht, G., Seiffert, T.: Passive House Office Building EnerGon, A Large Passive House wiith Geothermal Cooling, Congreso Nacional de Geotermia y Eficienca Energetica, Pontevedra, Spain, 12.06.2014
Lindemann, G., Mengedoht, G., Seiffert, T.: Passive House Office Building EnerGon, A Large Passive House wiith Geothermal Cooling, VIII Jornada de la divulgación de las energgias renovables y eficienca energética, Ourense, Spain, 17.06.2014
Stephan, W., Mengedoht, G.: Gymnasiums Marktoberdorf Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting, Posterbeitrag, ENOB-2014, Symposium, Essen, März 2014
Mengedoht, G.: "Energieeffizienz und Behaglichkeit im Gebäude, Aktuelles zum Heizen & Kühlen von Gebäuden in Zeiten der Energiewende", Vortrag im Rahmen der Vortragsveranstaltung Forschung Hautnah an der Hochschule Ulm durch die IHK Ulm, Ulm, 11.04.2013
Lindemann, G., Mengedoht, G., Seiffert, T.: "Realisation and Operation of a Large Passive House, Construction details and nine years operation experience of the Energon Ulm", Workshop on building and civil water, energy and work, installation and maintanance, A Coruña, Spain, 19.04.2013
Lindemann, G.; Mengedoht, G: "Solares Bauen und Sanieren - vom Passivhaus zum Sonnenhaus", Vortrag bei einer Vortragsreihe der Donauhochschule zur Nachhaltigkeit, Ulm, 12.12.2013
Lindemann, G.; Mengedoht, G.; Stephan, W.: "Energetische Sanierung des Gymnasiums Marktoberdorf, Sanierungsphase, Übergang in den Regelbetrieb", Vortrag beim BMWI EnOB Workshop Energieeffiziente Schulen "Werkstatt", Olbersdorf, Sachsen, 25.10.2012
Lindemann, G.: Seiffert, T.; Mengedoht, G.: Passive House Office Building EnerGon, 7 Years of Operation under Changing Terms of Use”, 10th International Conference on Heat Engines and Environmental Protection, The Role of Renewables in Energy Generation, Balatonfüred, Hungary, 23–25 May, 2011
Mengedoht, G.: "Wie heize und kühle ich Gebäude nach der deutschen Energiewende ? Eine riesige Chance für das Handwerk" Vortrag bei der Handwerkskammer Ulm, 22.11.2011
Mengedoht, G., Stephan W.: "Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting, NAERCO", Zwischenbericht zum BMWI-Projekt NAERCO, Nürnberg, Ulm, 28.02.2011
Stephan, W.; Mengedoht, G.: „Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting – NAERCO, Prognose und Garantie von Energieverbrauch und Komfort“, Vortrag und Veröffentlichung anlässlich des BMWI Symposiums „Energieeffiziente Schulen“ mit dem Untertitel „EnEff:Schule – Plusenergie- und 3-Liter-Haus-Schulen als BMWi – Leuchtturmprojekte“ am 21. und 22. 04.2009 an der Hochschule Biberach
Mengedoht, G.; Lindemann, G. „Passivhaus Bürogebäude Energon Ulm" Poster anlässlich des BMWI-EnOB Symposium „Auf dem Weg zu Nullenergie-Gebäuden" im Int. Congress Center in Dresden am 01. und 02.10.2008
Mengedoht, G.: „ENERGON, „The future in advanced low-energy office buildings“, Vortrag am 28.11.2005 im Rahmen des Symposiums „Kooperationsnetz der nachhaltigen Energien der Donauhochschule Ulm“ an der Fachhochschule Ulm
Mengedoht, G.: Hausladen, G. Dynamische Gebäudesimulationen, Das sommerliche Verhalten von Bürogebäuden“, Technik am Bau (TAB), März 2002
Hausladen, G.; Mengedoht, G.: „Anlagentechnische Kenngrößen für den Lufttransport in RLT-Anlagen sowie Herleitung eines Bewertungsverfahrens zur Begrenzung des Energiebedarfes von RLT-Anlagen unter Anwendung von Aufwandszahlen“, Bericht für das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen im Rahmen des Forschungsvorhabens „Energieeinsparverordnung; Untersuchung differenzierter Ansätze zur energetischen Bewertung von Gebäuden mit Anlagen zur Raumluftkonditionierung“, April 2000
Mengedoht, G.: „Untersuchungen an einem Testzellen-Gebäude zum Einsatz von Simulationsrechnungen bei der Planung von Büro-Gebäuden mit transparent wärmegedämmten Massivwand-Fassaden“, Dissertation an der Universität Karlsruhe (TH), 1995
