Energieoptimierte Gebäude

Das ZAE Bayern entwickelt energiesparende Konzepte und zukunftsweisende Technologien für energieeffiziente Gebäude (z.B. evakuierte Dämmsysteme, Funktionsschichten, Raumtemperierung mit PCM). Diese innovativen Technologien werden über den gesamten Entwicklungsprozess vom Labormuster bis hin zum fertigen Produkt charakterisiert und optimiert sowie im Rahmen von Demonstrationsprojekten im Bestand oder als Neubauten messtechnisch evaluiert (Monitoring).

In diesen Gebäudekonzepten wird das Zusammenwirken von Gebäudegeometrie, effizienter Gebäudehülle, Versorgungstechnik, Tageslichtnutzung und Verschattung, sowie weiterer innovativer Komponenten betrachtet und Synergien optimiert, um so CO2-arme, hochkomfortable Gebäude zu erstellen.

Besondere Expertise in diesem Themenbereich besitzt das ZAE Bayern im Bereich evakuierter Dämmsysteme sowie bei der Entwicklung und thermischen Charakterisierung von Latentwärmespeichermaterialien (PCM).

Multifunktionale Fassadenelemente mit adaptiven Bauteilen wie eine Schaltbare Wärmedämmung (SWD) und Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) bieten ein enormes Potenzial um solare Energie als Wärme oder elektrischen Strom in Gebäuden zu nutzen. Konzepte für multifunktionale Fassaden werden vom ZAE Bayern entworfen, entwickelt und demonstriert.

Die Aktivitäten dieses Hauptforschungsthemas sind in den nationalen Forschungsförderschwerpunkt des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) "Energieoptimiertes Bauen (EnOB)" eingegliedert.

Forschungsgebiete

Ziel dieses Forschungsthemas ist die Entwicklung von Komponenten, Technologien und Konzepten für energieoptimierte Gebäude sowohl im Neubau als auch im Bestand. Ziel dabei ist die Anpassung der wärmetechnischen und optischen Eigenschaften für den entsprechenden Anwendungszweck. Auf diese Weise lassen sich Materialien mit extrem niedriger, extrem hoher oder sogar schaltbarer Wärmeleitfähigkeit entwickeln.

Neben Materialien ist die Entwicklung und der Test von energieeffizienten Komponenten, beispielsweise aus Bereichen der Heiz-, Kühl-, Tageslicht- oder Sonnenschutztechnik, ein weiterer Forschungsschwerpunkt. Die Entwicklung erfolgt meist anwendungsnah in enger Kooperation mit Partnern aus der Industrie.

Ergänzend dazu können am ZAE Bayern durch Gebäudesimulation schnell und wirtschaftlich verschiedene Komponenten, Szenarien und Regelstrategien im Vorfeld analysiert werden. Dabei werden zur Erhöhung der Flexibilität die Standard-Softwaretools wie TRNSYS, ESP-r oder Radiance um selbst entwickelte Programmen oder Add-Ons (Erweiterungen) ergänzt.

Abschließender Bestandteil der Forschungsaktivitäten ist die Demonstration am realen Gebäude. Dabei hat das ZAE Bayern eine umfangreiche Expertise zur Entwicklung und zum Einsatz von maßgeschneiderten Monitoring-Systemen. Dabei dient das Energy Efficiency Center in Würzburg als Pilotgebäude, in dem zahlreiche Innovationen des ZAE Bayerns unter realen Nutzungsbedingungen getestet werden. Dies wird hier durch das Monitoring von über 2000 Datenpunkten, kombiniert mit einer mehrmonatigen zeitaufgelösten Nutzerbefragung realisiert.
Des weiteren werden die Entwicklungen auch in zunehmenden Maße von LC-Analysen begleitet.

Forschungsschwerpunkte
  • Innovative Gesamtkonzepte für Neubau und Sanierung
  • Modellierung und Simulation (thermisch, lichttechnisch)
  • Evakuierte Dämmungen (VIP) und Verglasungen (VIG), Phasenwechselmaterialien (PCM)
  • Passive Infrarot Nachtkühlung (PINC)
  • Gebäudeleittechnik und Energiemanagement, präemptive Regelung
  • Tageslicht- und Kunstlichtmanagement
  • Natürliche und mechanische Lüftung
  • Gebäudeintegration von solaraktiven Systemen und Speichern
  • Monitoring & Demonstration
  • LC-Analyse von Komponenten und Gebäuden
Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Stephan Weismann
+49 931 70564-338
stephan.weismann@zae-bayern.de

Dr. Bastian Büttner
+49 931 70564-338
bastian.buettner@zae-bayern.de

Die zentralen Forschungsthemen der Arbeitsgruppe Solar-Hybride Systeme (SHS) bestehen in der Entwicklung adaptiver und multifunktionaler Fassaden unter verstärkter Nutzung von Solarenergie zur hocheffizienten Strom- und Wärmegewinnung und deren optimalen architektonischen und technischen Einbindung in die Gebäudehülle und in die Gebäudetechnik. Dabei steht die Fassade mit all ihren architektonischen und bauphysikalischen Ansprüchen und Werten im Vordergrund. Zentrales Ziel der Aktivitäten ist es, ein hohes Maß an Synergieeffekten in einer hochfunktionellen Fassade zu erzielen, die architektonische, bauphysikalische und wirtschaftliche spezifische Vorteile aufweisen.

Forschungsschwerpunkte
Material- und Bauelemententwicklung
  • Dünnschicht-PV auf Zellebene (organische PV, Hybrid-Perowskit-PV)
  • multifunktionale Gebäudekomponenten mit schaltbarer Wärmedämmung (SWD)
Charakterisierung von Materialien und Bauteilen
  • Elektrische/Optische/thermische Messmethoden zur Untersuchung mikroskopischer und makroskopischer Kenngrößen
  • Monitoring an Testständen und Gebäudefassaden
Entwicklung hybrider Technologien
  • PV-Speicher auf Zellebene
  • Bauteilintegration thermischer, elektrischer Speicher
  • Gebäudeintegrierte Photovoltaik
Modellierung und Simulation
  • Numerische Simulation von Gebäudekomponenten
  • Modellentwicklung von Bauelementen
Ansprechpartner

Dr. Andreas Baumann
Gruppenleiter SHS
+49 931 70564-342
andreas.baumann@zae-bayern.de

Dipl.-Ing. Constantin Römer
Stellv. Gruppenleiter SHS
+49 931 70564-321
constantin.roemer@zae-bayern.de

Projekte

foto monitoring

Im Jahr 2014 wurde das Projekt „Betriebsoptimierung, Monitoring, Entwicklung von interdisziplinären Steuerungs- und Regelungskonzepten am Energy Efficiency Center“ (kurz MoniResearch) gestartet. Kurzfristiges Ziel dieses Projekts ist der Start des Intensivmonitoring in enger Abstimmung mit dem EnOB-Begleitforschungsteam. Mittelfristige Ziele sind die Durchführung eines Langzeitmonitorings und die Entwicklung von Steuerungs- und Regelungsstrategien für einen energetischen und wirtschaftlichen Optimalbetrieb. Langfristiges Ziel ist der Abschluss und die Auswertung der Monitoringphase, eine weitere Fortsetzung des Monitorings sowie die Optimierung des Wissenstransfers.

Dabei wird vom ZAE Bayern ein integrales Monitoring etabliert, das weit über die Ziele des F&E-Projekts MoniResearch hinausgeht:
Zusätzlich zu den ca. 1500 Datenpunkten des Monitorings durch die Gebäudeautomation werden in neun mit spezieller zusätzlicher Messtechnik ausgestattenen Monitoring-Räumen zusätzliche Messdaten zu Temperaturen (Raumluft, Decke, Wand), Wärmestrome, Wärme-/Kältemengen und Beleuchtungsstärken kontinuierlich und automatisch erfasst. Ein repräsentativer Teil der Monitoringdaten wird hier online dargestellt.

Einzigartig am EEC ist zusätzlich die automatisierte regelmäßige Befragung der Nutzer per PopUp Fenster auf den PCs: Hier wird der Nutzerkomfort zeitaufgelöst erfasst, was die Analyse von Ursachen zwischen Komfort oder Diskomfort ermöglicht.

Darüberhinaus wird die Fassade des EEC regelmäßig bezüglich ihrer Wärmedämmeigenschaften überprüft. Hier kommen beispielsweise vom ZAE Bayern entwickelte in situ Messmethoden zum Einsatz.

Energy-Efficiency-Center | Monitoring

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Stephan Weismann
+49 931 70564-338
stephan.weismann@zae-bayern.de

foto energy-efficiency-center

Das Forschungs- und Experimentiergebäude beinhaltet Büroräume, Labor- und Technikumsräume sowie die entsprechende Infrastruktur für Forschungsaktivitäten des ZAE Bayern in Würzburg. Weiterhin sind ein Seminar- bzw. Tagungsraum und ein Info Center integriert, welcher aktuelle Forschungs- und Entwicklungsergebnisse aus dem Förderprogramm des BMWi "Forschung für Energieoptimiertes Bauen (EnOB)" anschaulich erläutert.

Das mit Forschungsgebäude verbundene Projektziel ist ein von Fachleuten und anderen Personengruppen genutztes Demonstrationsgebäude mit möglichst vielen sich ergänzenden Innovationen, die vor Ort vom ZAE Bayern entwickelt, demonstriert und evaluiert werden.

Durch diese bundesweit einzigartige Synthese aus Entwicklung, Test, Demonstration und Präsentation sowie begleitenden Aus- und weiterbildungskonzepten würde die anwendungsnahe Energieforschung eine nachhaltige Resonanz in der Öffentlichkeit erzeugen.

www.energy-efficiency-center.de/
foto ZAE Bayern Umweltstation

Der Eigenbetrieb der Stadt Würzburg DIE STADTREINIGER erstellt derzeit den Neubau der Umweltstation der Stadt Würzburg. In einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt werden hier folgende Innovationen realisiert:

Die Heizung aber auch Kühlung des Gebäudes erfolgt über ein innovatives Eisspeichersystem. Zum Beheizen des Gebäudes kommt eine Wärmepumpe zum Einsatz, die als Kältesenke einen Wasser-/Eisspeicher nutzt. Bei milderem Klima wird der Eisspeicher mit Umweltwärme wieder aufgetaut oder die Kälte zum Kühlen des Gebäudes genutzt. Diese noch neue Technik wird durch ein vom ZAE Bayern maßgeschneidertes Monitoring-System überwacht und im Betrieb optimiert. Teilaspekte des Monitorings sollen als Live-Visualisierung später in der Umweltstation diese Technologie veranschaulichen.

Weiterhin wird in der Umweltstation erstmalig in Bayern Recycling Beton verbaut. Anstatt auf Bauschuttdeponien zu lagern wird hier das Abbruchmaterial abgerissener Gebäude wiederverwendet. Das Projekt wird dazu von der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg begleitet. Im laufenden Bauprozess der Umweltstation wird vom ZAE Bayern unterstützend eine Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment – LCA) der Umweltstation durchgeführt um detailliert aufzuzeigen wie viel äquivalentes CO2 in den Phasen Bau, Betrieb und Rückbau emittiert oder eingespart wird.

DBU-Projekt: AZ 33520/02

Ansprechpartner

Dipl.-Ing (FH) M.-Eng. Ronny Kastner
+49 931 70564-313
ronny.kastner@zae-bayern.de

ZAE Bayern

Wir arbeiten an der Schnittstelle zwischen erkenntnisbasierter Grundlagenforschung und angewandter Industrieforschung. Unter dem Leitbild „Exzellente Energieforschung – Exzellente Umsetzung“ realisieren wir komplette Innovationspakete, die auf Synergien zwischen Erzeugung, Speicherung und Effizienzmaßnahmen bauen.

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