Doppelklimakammer
Final Report Abstract
Die Forschungsarbeit des Instituts für Gebäude- und Solartechnik der Technischen Universität Braunschweig integriert die relevanten Themen einer energieeffizienten, zukunftssicheren und regenerativen Energieversorgung. Inhalte sind unter anderem die Entwicklung innovativer Energieversorgungssysteme auf der Basis von Hocheffizienztechnologien unter maximaler Berücksichtigung erneuerbarer Energien auf Gebäudeebene wie in Stadtquartieren und der energieoptimierte Betrieb der notwendigen technischen Anlagen. Dabei sind die F+E Projekte soweit möglich durch reale Pilotvorhaben begleitet, die den innovativen Anspruch umsetzen und Maßstäbe für neue Konzepte und Technologien beschreiben. Komponenten und Anlagensysteme für diese Vorreiter zum Klimaschutz zu entwickeln und zu testen, ist Aufgabe des neuen „Klima- und Anlagenteststands“. Das Großgerät bildet hierzu den Grundstein. Der ganzheitliche Ansatz bei der Entwicklung von modularen Bauelementen, Bausteinen und Konzepten spiegelt sich in der Zusammensetzung der Anlagenspezifikation wieder. So können durch die Konfiguration raumklimatische Testbedingungen generiert werden und gleichzeitig Lasten und Leistungen von erneuerbaren Anlagenkonzepten simuliert werden. Eine übergreifende Regelung und Steuerung aller integrierten Komponenten macht die Abbildung komplexer Energieversorgungssysteme möglich. Mit dem neuen Großgerät wird der Grundstein für den Anlagenteststand gelegt, der die Möglichkeit bietet, die entwickelten solarelektrischen Energieversorgungs- und Speicherkonzepte, die Qualitätsmanagementprozesse sowie die Analysewerkzeuge zu erproben, zu bewerten und unter definierten Randbedingungen zu testen. Das Zusammenspiel von solarelektrischer Energieerzeugung, Speicherung, Verbrauch und Netzeinspeisung sind in Zukunft entscheidend für die Stabilität der Stromversorgungsnetze. Die deutliche Erhöhung des Stromeigenverbrauchs durch Speicherung und Lastmanagement steht dabei im Vordergrund. Die entwickelten Regelungsstrategien lassen sich mit dem neuen Anlagenteststand implementieren sowie direkt testen und prüfen, bevor sie in Pilotprojekten zur Anwendung kommen. In Bezug auf die Qualitätsmanagementprozesse und Analysewerkzeuge kann die Erprobung in kontrolliertem Umfeld und ohne Rücksichtnahme auf Nutzer durchgeführt werden. Die Unabhängigkeit von Nutzern bietet die Möglichkeit, experimentelle Untersuchungen mit unbekanntem Ausgang durchzuführen. Dies war bisher in realen Gebäuden, auf Grund der notwendigen Rücksicht auf den Nutzer, nicht möglich. Das neue Großgerät bildet die Grundlage für den Klima- und Anlagenteststand, um die bisherigen Untersuchungen weiterzuführen. Hierzu gehörten: • Vermessung von Bauteilen (Fassadenelemente, Fenster) • Aufnahme der Betriebscharakteristik von Heizsystemen • Bewertung von dezentralen Fassadenlüftungsgeräten • Luftwechselmessungen mit Tracergastechnik, Bewertung der Effizienz von Lüftungsauslässen. Neue F+E Projekte wie solarelektrische Energieversorgungssysteme oder Qualitätsmanagementprozesse und deren Analysewerkzeuge wurden mit Inbetriebnahme des Großgerätes in den letzten drei Jahren in den Arbeitsprozess erfolgreich integriert. Der Klima- und Anlagenteststand stand im Wesentlichen für zwei Forschungsprojekte zur Verfügung. Dazu gehörten das Projekt Solar Decathlon China (August 2016 bis August 2018) sowie das Projekt Dezentrale, modulare Stromspeicher zur Eigenstromsteigerung in EffizienzhausPLUS Gebäuden (September 2016 bis August 2018). Dabei wurden folgende Schwerpunkte mit dem Klima- und Anlagenteststand bearbeitet: • Entwicklung und Bewertung eines Heiz- und Kühlschachts zur Wärme- und Kälteübergabe an den Raum unter Berücksichtigung verschiedener Luftwechselraten für warme und feuchte Klimaregionen • Entwicklung, Bau und Vermessung eines Eisspeichers und des dazugehörigen Wärmeübertragersystems • Entwicklung, Bau und Vermessung eines elektrischen Wärmepumpensystems mit Eisspeicher und Photovoltaik • Untersuchung eines Wohnungslüftungsgeräts in Kombination mit einer nachgeschalteten Luftreinigung • Leistungsermittlung von Heiz- und Kühlwänden mit Kapillarrohrmatten in einer Gipskartonplatte • Erarbeitung und Laborerprobung von Einbindungsmöglichkeiten und Betriebsstrategien von Batterien in Photovoltaikanlagen zur Erhöhung der Eigenstromnutzung • Untersuchung zum Betriebsverhalten von Batterien bei verschiedenen raumklimatischen Bedingungen. Die jeweiligen Versuche der F+E-Projekte am Klima- und Anlagenteststand konnten erfolgreich durchgeführt werden. Mit Abschluss der Arbeiten im August 2018 erfolgt nun die Berichterstellung und die Vorbereitung von Publikationen. Neben dem Einsatz des Großgeräts in Forschungsprojekten konnten auch zwei externe Partner aus der Industrie für zwei unterschiedliche Versuche gewonnen werden. Die entsprechenden Untersuchungen und Tests fanden im Jahr 2015 und 2016 statt.
Publications
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„Betriebsstrategien für EnergiePLUS- Gebäude am Beispiel der Berghalde“ Forschungsbericht der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung 15.10.2015
M. N. Fisch, Franziska Bockelmann, Thomas Wilken, Christian Kley
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„Solarer Zehnkampf - In einem Team: Studierende aus Braunschweig und China“ VDI iQ-Journal 1/2018
Thomas Wilken, Philipp Knöfler
