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Gebäudeklimatik und Solares Bauen
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Gebäudeklimatik und Solares Bauen

Das Institut für Energie- und Antriebstechnik (IEA) 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 Hochschule Ulm 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 Hochschule unterstützt Stadt und Land bei innovativen Konzepten zum klimaneutralen Bauen.

Insbesondere im Bereich Niedertemperatur-Solarthermie besitzt die Hochschule Ulm 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

Bildnachweis: „Software AG – Stiftung"

Aktuelle Projekte


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

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.

 

Abgeschlossene Projekte

Intelligentes Heimenergiemanagement iHEM

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Mengedoht; Prof. Dr. Walter Commerell
Projektlaufzeit: 01.07.2014 - 31.12.2017

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

  • ​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
  • 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.: Hausladen, G. Dynamische Gebäudesimulationen, Das sommerliche Verhalten von Bürogebäuden“, Technik am Bau (TAB), März 2002
  • 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.; 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 
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • Stephan, W., Mengedoht, G.: Gymnasiums Marktoberdorf Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting, Posterbeitrag, ENOB-2014, Symposium, Essen, März 2014
  • 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, 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
  • 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
  • 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
  • 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

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