Effiziente Gebäude- und Anlagentechnik

Der größte Anteil unseres Energieverbrauchs wird zum Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten unserer Geräte benötigt. Die Entwicklung und Umsetzung innovativer Ideen für Neu- und Altbau sowie für industrielle Prozesse ist für eine wesentliche Reduktion unserer CO²-Emissionen unabdingbar. Mit Partnern aus Planung, Industrie und Gebäudebetrieb werden neue Produkte entwickelt, neue Konzepte erarbeitet und umgesetzt sowie unter anderem Demonstrationsgebäude mit unserer Messtechnik auf Herz und Nieren geprüft.

Projekte

Bistro

Bauwerksintegrierte thermische Speicherung für das Lastmanagement von Stromnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energiequellen

Projektlaufzeit: September 2013 - Juni 2017

Mit dem Fortschreiten der Energiewende werden die Stromnetze zunehmend mit fluktuierenden erneuerbaren Energieträgern durchdrungen. Dies bedingt die dringende Notwendigkeit zur Bereitstellung kostengünstiger Stromspeicher oder entsprechender Lastmanagement-Optionen.

Im Rahmen dieses Vorhabens untersucht das Solar-Institut Jülich der FH Aachen gemeinsam mit seinen Forschungspartnern Viessmann, DuPont de Nemours, RWTH Aachen und Infrawest die Option der Energiespeicherung durch mit Wärmepumpen beheizte und mit thermischer Speicherfähigkeit ausgestattete Gebäude als Schnittstelle zwischen Strom- und Wärmemarkt. Dabei soll die Energiespeicherfähigkeit mit integrierten Latentwärme-Speichermaterialien deutlich erhöht werden. Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert die Einbeziehung folgender Aspekte: Anpassung der Niedertemperaturwärmequelle, vorausschauende Regelung und gebäudeseitiges Lastmanagement, thermische Behaglichkeit, benötigte und zulässige Temperaturniveaus. Es wird ermittelt, wie Strombezugspreise an das Über- beziehungsweise Unterangebot angepasst werden müssen, so dass eine Refinanzierung der Zusatzinvestitionen erreicht wird.

Bei erfolgreichem Projektabschluss steht dem Markt ein System zur Verfügung, mit dem einerseits eine hohe negative Regelleistung (ca. 5 GW bei 1 Million Anlagen) dezentral aktiviert und andererseits eine passive Speicherkapazität von einigen 100 GWh zum Ausgleich von Schwankungen der erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt werden kann.

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

 
 

Coolplan

Berechnungs- und Auslegungstool zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit thermisch angetriebenen Kältemaschinen und umschaltbaren Wärmepumpensystemen

Projektbeginn: 1.12.2013


Für die Kühlung von Gebäuden ist grundsätzlich eine Vielzahl von Technologien und Systemen verwendbar. Bei der Planung dieser Kühlsysteme sind Simulations- und Planungswerkzeuge notwendig, um das vielfältige Angebot an konventionellen und innovativen Kühltechnologien abbilden und vergleichen zu können. Aber insbesondere zu thermisch angetriebenen Kältemaschinen fehlen bislang geeignete Werkzeuge. Mit thermisch angetriebenen Prozessen sind sowohl mit solarer Wärme angetriebene Kältemaschinen (Solare Kühlung) gemeint als auch jene, die durch Abwärme, bspw. von Blockheizkraftwerken, angetrieben werden. Daneben existieren mit reversiblen Wärmepumpen weitere energieeffiziente Kühltechnologien, die passiv und/oder aktiv betrieben werden können. Weil bislang geeignete Planungs- und Berechnungstools fehlen, wird ein objektiver Technologievergleich mit Blick auf Effizienz und Wirtschaftlichkeit erschwert. Einen Beitrag zur Schließung dieser Lücke leistet das Projekt Coolplan.

Weiterführende Links:

http://www.enob.info/de/software-und-tools/projekt/details/auslegung-und-bewertung-von-kuehlsystemen/

Projektpartner:

 

Coolplan-AIR

Fortentwicklung und Feld-Validierung eines Berechnungs- und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen und innovativer Anlagentechnik

Projektbeginn: 01.03.2017

Für die Kühlung von Gebäuden ist grundsätzlich eine Vielzahl von Technologien und Systemen verwendbar. Bei der Planung dieser Kühlsysteme sind Simulations- und Planungswerkzeuge notwendig, um das vielfältige Angebot an konventionellen und innovativen Kühltechnologien abbilden und vergleichen zu können. Weil bislang geeignete Planungs- und Berechnungstools fehlen, wird ein objektiver Technologievergleich mit Blick auf Effizienz und Wirtschaftlichkeit erschwert. Einen Beitrag zur Schließung dieser Lücke leistet das Projekt "Coolplan-AIR".

Hauptziel des Projektes ist es, das im Vorgängerprojekt "Coolplan" entwickelte Planungstool für effiziente Technologien zur Kühlung von Gebäuden, die auf flüssigen Wärmeträgern basieren, auf luftgestützte Systeme zu erweitern. Hierzu zählen unter anderem VRF-Multisplit-Systeme, adiabate Kühlsysteme und Luft-Luft-Wärmepumpen. Daneben werden innovative Anlagen zur solaren Kühlung integriert und es sollen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld erfolgen.

Projektpartner:

Dessert

Entwicklung von Konzepten, Komponenten und Systemlösungen für die Nutzung von Gebäuden als dezentrale Schnittstelle zwischen Wärme- und Strommärkten mit hohem Anteil erneuerbarer Energietechniken

Projektlaufzeit: Januar 2014 - Dezember 2017

Der steigende Einsatz von Technologien der Erneuerbaren Energien zur Deckung des Energiebedarfs erfordert die Entwicklung von technischen Lösungen für ein effizientes, flexibles sowie kostengünstiges Erzeugungs- und Lastmanagement.

Ein interdisziplinärer Forschungsverbund bestehend aus dem Solar-Institut Jülich und den Fachbereichen Energietechnik, Elektro- und Informationstechnik sowie Bauingenieurwesen der Fachhochschule Aachen widmet sich der Herausforderung, Gebäude mit Wärmepumpen (WP) beziehungsweise Blockheizkraftwerken (BHKW) und thermischer Speicherfähigkeit auszustatten. So fungiert sie als Schnittstelle zwischen Strom- und Wärmemarkt und trägt zum Ausgleich von Fluktuationen im Stromnetz bei.

Das zu entwickelnde Konzept umfasst neben Erzeugermanagement und Gebäude-Lastmanagement auch die Mensch-Maschine-Kommunikation. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit Überkapazitäten im schwankenden Energieangebot aus Erneuerbaren Quellen effizient zu nutzen und das Stromnetz durch die Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung zu stabilisieren. Am Beispiel eines fiktiven Referenzgebäudes (Hardware-in-the-loop, Simulation) wird das Potenzial des Konzepts ermittelt, wobei insbesondere der Entscheidungsspielraum für den Betreiber im Wirkungsgefüge von BHKW, Wärmepumpe und Speicherfähigkeit unter Berücksichtigung der Wetter- und Nutzungsprognose sowie der Anforderungen aus dem Stromnetz aufbereitet und dargestellt wird.

Projektförderung:

 

Energie-Audits

Durchführung von Energie-Audits nach EDL-G

Das SIJ führt Energie-Audits nach EDL-G durch. Dazu verfügt das Solar-Institut Jülich neben erfahrenem Fachpersonal auch über eine umfangreiche messtechnische Ausstattung, die neben der Standardanalyse auch Detailuntersuchungen zu individuellen Fragestellungen ermöglichen. Dazu zählen Temperatur- und Luftfeuchtelogger, Prandtl-Rohre zur Luftvolumenstrommessung, Clamp-on Ultraschall-Durchflussmessgeräte, Stromzangen mit Datenlogger, Beleuchtungsstärkesensoren, Leuchtdichtekamera, Behaglichkeitsmessmast und viele mehr.

Projektpartner:

Messdatenaufnahme in einer Papierfabrik

Exairgie

Nutzung der Wärme des Abwassers zur Versorgung von Wärmepumpen in Einfamilienhäusern

Projektlaufzeit: 01.03.2007 - 31.12.2010

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Konzepts, die Wärme der im Abwasserkanal enthaltenen Luft über eine Wärmepumpe zu Heizzwecken zu nutzen. Dabei soll die in der Luft enthaltene Enthalpie über einen Wärmetauscher an den Solekreis übertragen werden. Nach der Analyse des thermischen Angebots der Kanalluft und der Vermessung des Energieinhalts wird eine Geruchsfilter- und Gasanalyse durchgeführt. Hierbei wird das Explosionsrisiko der Kanal-Abluft sowie deren Keimbelastung erforscht.
Anschließend wird ein Filter unter geruchstechnischen Gesichtspunkten entworfen. Zuletzt wird eine Pilotanlage in einem Einfamilienhaus installiert und über eineinhalb Jahre vermessen und optimiert

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Programm FHProfUnt

 
 

Gtom

Gebäudetomograph - Messsystem für schnelle und genaue energetische Analysen von Gebäudehüllen für Gebäude und Quartiere

Projektlaufzeit: 01.11.2016 - 31.10.2019

Dieses Verbundprojekt zielt darauf, die Grundlagen für ein Fernerkundungsmess- und Analysesystem zu legen, mit dem Gebäudehüllen analysiert, Schwachstellen identifiziert und Ursachen für erhöhte Energieverluste erkannt werden können. Auf diese Weise soll eine genaue Planung von Sanierungsmaßnahmen an Gebäuden und perspektivisch an Gebäudegruppen ermöglicht werden, wobei eine Optimierung des Ressourcenverbrauchs und die Minimierung der Amortisationszeit im Zentrum steht.

Die beteiligten DLR-Institute für Solarforschung, Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Methodik der Fernerkundung und Optische Sensorsysteme besitzen langjährige Erfahrung im Bereich der Sensortechnik und in der Analyse komplexer Energiesysteme. Das Solar-Institut Jülich seinerseits hat jahrelange praktische Erfahtung in der energetischen und bauphysikalischen Beurteilung von Gebäuden und der Planung von Sanierungsmaßnahmen. Die Ausstattung und die Erfahrungen des Solar-Institutes Jülich werden mit dem Ziel in das Vorhaben eingebracht, das zu entwickelnde Messsystem hinsichtlich Umfang und Genauigkeit der erfassten Daten zu untersuchen und eine umfangreiche Datengrundlage zur Validierung zu generieren.

Gefördert durch:

  • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 6. Energieforschungsprogrammes der Bundesregierung mit dem Förderschwerpunkt "Energieoptimierte Gebäude und Quartiere"
Luftbildkamera MACS HALE b) Oblique-DOM (digitales Oberflächenmodell), texturiertes Oblique-DOM, 3D-Punktwolke c) geometrische und semantische 3DGebäudekonstruktion d) 3D Modell tecturiert mit Thermaldaten, Quelle: DLR

Motorenprüfstand

Intelligente Abwärmenutzung in Kombination mit einem effizienten und zuverlässigen Abgasreinigungssystem sind Schlüssel zu einer innovativen Abgastechnologie

Seit dem Sommer 2016 steht dem Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen auf dem Campus Jülich ein, dem neusten technischen Standard entsprechender, Diesel-Motorenprüfstand für die Forschung und Entwicklung zur Verfügung.

Auf dem Motorenprüfstand wird aktuell ein aufgeladener 4-Zylinder-Diesel-Motor (55,4 kW) der Firma Deutz vermessen und in verschiedenen Forschungsvorhaben eingesetzt.

Die Vermessung von Abgasen (chemische Zusammensetzung, Analyse fester Bestandteile), Leistungsbestimmung von Motoren sowie Kraftstoff-Verbrauchsmessungen komplettieren einen multifunktionalen Dieselmotorenprüfstand. Die am neuen Dieselmotorenprüfstand durchgeführten Forschungsprojekte mit dem Schwerpunkt "Innovative Diesel-Partikel-Filter, Mischer für die selektive katalytische Reduktion und Komponenten zur Wärmerückgewinnung" stärken vor allem den erklärten Forschungsschwerpunkt "Mobilität" der Fachhochschule Aachen. Durch den besonderen individuellen Aufbau des Prüfstandes ist auch der Betrieb mit alternativen Kraftstoffen möglich.

Gefördert durch:

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen

PWP

Prozessübergreifendes Wärmemanagement in Produktionsanlagen - am Beispiel der Papierfabrik von UPM in Hürth

Projektlaufzeit: 01.09.2011 - 30.06.2015

Ziel des Projektes ist eine umfassende Steigerung der Energieffizienz der Papierfabrik. Die notwendige neuartige Technologie soll vorbildlich für die gesamte Papierindustrie und andere Produktionszweige sein. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein von UPM patentiertes und innovatives Wärme-Wasser-Speichersystem in die bestehende Großanlage integriert. Dieses soll die im Produktionsprozess bis dato nicht genutzte Wärmemenge umfassend und gegebenenfalls zeitlich entkoppelt zurückgewinnen. Neben der Einsparung von Energie ist mit erheblichen Einsparungen im Frischwasser - und Abwasserbereich zu rechnen. Darüber hinaus kann die Abwassertemperatur deutlich gesenkt werden. Das Projekt verbindet so den Umweltschutz mit der Steigerung der Konkurrenzfähigkeit der Produktionsstätte. 

Das Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen führt die wissenschaftliche Analyse und Optimierungsrechnungen durch und unterstützt die Partner UPM, Pöyry und Wallstein.

Gefördert durch:

  • Europäische Union
  • Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Zuluftanlage auf dem Dach der Papierfabrik

QatDLR

Innovative Energieversorgung für Qatar und die arabische Halbinsel

Projektlaufzeit: August 2012 - Juni 2015

Die Realisierung einer innovativen Energie- und Wasserversorgung von Gebäuden und gewerblichen Anlagen erfordert die Erarbeitung von Möglichkeiten und Rahmenbedingungen. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Green Building Council (Emirat Katar) bearbeitet das SIJ diese Fragestellung zur Steigerung der Energieeffizienz in Gebäuden.

Im Vordergrund steht dabei die Unterstützung konkreter Projekte, wie etwa das Baytna Passivhaus. Das SIJ erarbeitet Konzepte zur Erhöhung der Energieeffizienz im Gebäude- und Anlagenbereich. Hierzu werden auf der Grundlage von Gebäudeanalysen sowie dynamischen Simulationsrechnungen und Messungen von Energieströmen und Medientemperaturen der Energieverbrauch und die Energieeffizienz ausgewählter Objekte analysiert. Basierend auf dynamischen Gebäude- und Anlagensimulationsmodellen werden  Optimierungslösungen entwickelt, die zu einer deutlichen Reduktion im Energieverbrauch führen. Die Machbarkeitsstudien betreffen, angesichts des vorherrschenden Klimas, vorrangig die Gebäudekühlung und berücksichtigen lokale Randbedingungen, Anforderungen des allgemeinen thermischen Komforts und verfügbare Technologien. Möglichkeiten zur Nachrüstung gebäudeintegrierter erneuerbarer Energiequellen haben Vorrang vor einem Neubau oder der Totalsanierung.

Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Projektpartner:

 
 

Science College Overbach

Schüler heizen ihre Schule - Die Passivhausschule - LOW-EX-Versorgung und Technik Verfahren

Das Science College Overbach (SCO) wurde als Bildungszentrum für Wissenschaft, Kommunikation und Innovation vom Orden der Oblaten des Heiligen Franz von Sales in Jülich-Barmen im Jahr 2009 errichtet (1640 m2 HNF). Die Neubauten des SCO verfolgen unter energetischen Gesichtspunkten drei wesentliche Ziele: ein Energiekonzept bestehend aus hohem Wärmedämmstandard, innovativen Fassadenelementen und LOW-EX-Versorgungskonzept; der Schulkörper selbst dient als Lehrobjekt, das eine angenehme Lernathmosphäre bietet und effiziente Technik erfühlbar und erfahrbar macht; Innovative Komponenten wie Vakuumdämmung, elektrochrome Scheiben und Tageslichtsysteme kommen zum Einsatz.
In einer integralen Planungsphase (Bauherr, Planer, Betreiber, wiss. Begleitung) werden die wichtigsten Planungsentscheidungen getroffen. Während der bauphase werden qualitätssichernde maßnahmen durchgeführt. Die Monitoring-Phasen umfassen die Betriebsoptimierung und eine nachhaltige Einbettung in die Nutzung.

Eine anschauliche Übersicht über das Projekt findet sich hier: http://www.science-college.fh-aachen.de/.

Partner:

  • Orden der Oblaten des Heiligen Franz von Sales
  • Ingenieurbüro für Umweltfragen
  • HAHN HELTEN + ASSOZIIERTE
  • Ingenieurbüro INCO GmbH
 

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