Energieoptimierte Gebäude - EOB -

Kernkompetenzen der Arbeitsgruppe Energieoptimierte Gebäude sind Analyse und Entwicklung von Materialien und Komponenten für energieeffiziente Gebäude, die Entwicklung von Systemen, Tests direkt am Gebäude sowie Monitoring mit Betriebsoptimierung. Es besteht interdisziplinär vernetzte Expertise in den Bereichen:

  • Gebäudehülle und Gebäudetechnik
  • Wärmedämm- und Wärmespeichertechnologien
  • Entwicklung und Charakterisierung von innovativen Verglasungen
  • Innovative Energiekonzepte für Gebäude und Quartiere
  • Komplexe Monitoringvorhaben
  • Lebenszyklusanalysen
  • Energetische Bewertung und Optimierung von Begrünungssystemen
  • Durchführung von Auftragsforschung und Koordination von Forschungsprojekten

Ansprechpartner:
Gruppenleiter:
Dipl.-Phys. Stephan Weismann
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-338
Fax: +49 931 70564-600
stephan.weismann@zae-bayern.de

Stellv. Gruppenleiter:
Dr. Bastian Büttner
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-231
Fax: +49 931 70564-600
bastian.buettner@zae-bayern.de

Link zum Gruppenflyer

Leistungen & Ausstattung

Leistungen

  • Spektrale und winkelabhängige Charakterisierung aller optischen Eigenschaften wie Transmis-, Reflexions- und Absorptionsgrad von Materialien und Komponenten
  • Spektraler und temperaturabhängiger Emissionsgrad
  • Testfassade und 1:1-Messraumpaare zur Charakterisierung von Gebäudekomponenten unter Realbedingungen; Messung mit Nutzereinfluss oder programmierbaren Dummys
  • Outdoor-Messstand zur Bestimmung des Gesamtenergiedurchlassgrades (g-Wert) von Verglasungssystemen
  • Indoor-Solarsimulator zur Bestimmung des Gesamtenergiedurchlassgrades und des thermischen Verhaltens von Fassadensystemen
  • Labormessstände zur thermischen Charakterisierung von Gebäudekomponenten und -systemen mit Phasenwechselmaterialien
  • IR-Kamera zur Wärmebrückenanalyse sowie zur thermischen Qualitätskontrolle von Heiz-/Kühlsystemen sowie ganzen Fassaden
  • Hot-Box-Apparatur zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von Fenstern und Fassadenelementen
  • Klimaforschungsstation zum Test von Fassaden- und Begrünungssystemen (Wand und Dach) und Heatpipes
  • Dynamische Gebäudesimulation, LC-Analysen
  • Entwicklung von projektspezifischen Messapparaturen und (Außen-)testständen
  • Mobile Messtechnik (z. B. U-Wert-Sensor)

Projekte

green4Indoor -
Energieeffiziente Raumklimatisierung mit Pflanzen: Ressourcenschonende Konditionierung der Innenraumluft durch dezentrale Vertikalbegrünungen

Die im Projekt green4indoor angestrebten Entwicklungen zielen auf eine Optimierung von vertikalen Innenraumbegrünungssystemen ab, die die Regelung des Raumklimas unterstützen und somit eine Energieeinsparung im Gebäude ermöglichen. Die Einsatz von energie- und kostenintensiven Luftkonditionierungsanlagen in Bestandsgebäuden kann mithilfe dezentraler Befeuchtung über die Evapotranspiration der Innenraumbegrünung reduziert werden. So kann die Begrünung zur Luftbefeuchtung und -kühlung eingesetzt werden. Durch Reduktion energetischer Betriebskosten verbessert sich die Energieeffizienz des Gebäudes.

EU Logo

In der aktuellen Pandemie und mit dem bisherigen Wissen der Verbreitung des Sars-CoV-2 Virus über Aerosole scheinen hohe Luftwechselraten, die eine Aerosolverbreitung begünstigen, kritisch zu sein. Die Vertikalbegrünungen können unter dem Gesichtspunkt des Infektionsschutzes darüber hinaus als Trennwand im Innenbereich dienen.

Im abgeschlossenen Vorgängerprojekt „Berechenbare Unterstützung der Klimatisierung von energetisch hocheffizienten Gebäuden durch dezentrale, funktionale Innenraumbegrünung“ wurden bereits grundlegende Ergebnisse u. a. zu den Vorteilen der funktionalen Begrünung in Innenräumen für die Gebäudetechnik sowie die Gebäudenutzer gewonnen. Allerdings fehlen technische Einrichtungen wie z.B. geeignete Sensoren, um die Leistungen der funktionalen Begrünung zu regeln und zu automatisieren. Daher sollen verschiedene vertikale Begrünungssysteme auf ihre Eignung für Innenräume geprüft und mit einer geregelten Pflanzenbewässerung und Sensorik angepasst werden. Darüber hinaus wird eine Auswahl von Pflanzen, Substraten und zusätzlichen Verdunstungsflächen hinsichtlich ihrer Verdunstungsrate in Versuchen getestet. Die Befeuchtung und Kühlung durch Begrünungssysteme soll berechenbar und regelbar werden, um eine gezielte Befeuchtung ohne die Gefahr einer Überfrachtung der Luft sicherzustellen.

Das Projekt wird in Kooperation mit der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf durchgeführt und von der DBU (Aktenzeichen 37018/01) gefördert.

Ansprechpartner:
Dr. Michaela Reim, michaela.reim@zae-bayern.de

MOST -
Entwicklung eines hybriden Solarkollektors für photoisomerische und thermische Energiespeicherung

Im EU-geförderten Projekt MOST wird ein Gesamtsystem entwickelt, bei dem durch Photoisomerie volatil verfügbare Solarenergie langfristig und verlustfrei gespeichert werden kann, um sie anschließend zur Gebäudeheizung nutzen zu können. Das Gesamtsystem besteht aus Hybridkollektor, Speichern, Wärmeerzeugungsmodul und Verbraucher (z. B. Gebäude).

Das ZAE Bayern hat dabei die Aufgabe, einen speziellen Hybridkollektor für die Anforderungen im Projekt, die deutlich von den an handelsübliche Kollektoren gestellten abweichen, vom Funktionsmuster im Labormaßstab in mehreren Stufen zur Praxisreife zu entwickeln.

EU Logo

EU-Projekt (Förderkennzeichen: 951801)

Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. Stephan Weismann, stephan.weismann@zae-bayern.de

RENbuild -
Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung
von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft

Projektziel ist ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft. Im Fokus steht dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Kernstück des Systems ist ein PVT-Kollektor, der gleichzeitig Strom, Wärme und Kälte rein regenerativ erzeugt. Tagsüber wird Solarenergie in Strom und Wärme umgewandelt, während nachts Umweltkälte genutzt wird. Die dabei erreichten Temperaturen liegen auf moderaten Niveaus, können jedoch sehr effizient in Niedertemperaturheiz- sowie -kühlsystemen genutzt werden. Eine Wärmepumpe kann die Temperaturen weiter anheben bzw. absenken. Entsprechend angepasste und optimierte Wärme- und Kältespeicher sorgen für die Überbrückung der Fehlzeiten zwischen Erzeugung und Bedarf. Die Einbindung einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung komplettiert das Gesamtsystem. Eine intelligente Steuerung erlaubt das effiziente Zusammenspiel der Komponenten. Die Steuerung ist dabei auf eine möglichst hohe Eigennutzung ausgelegt. Die Speicher erlauben jedoch auch netzdienliche Funktionen wie z. B. Power-to-Heat oder Power-to-Cold.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03EN1009A)

Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. Felix Klinker, felix.klinker@zae-bayern.de

BIPVslim -
Entwicklung eines kompakten ultraschlanken hochintegrativen
PV-Warmfassadenelements im Passivhaus-Standard mit Hochleistungswärmedämmung und Latentwärmespeicher

Im Rahmen des Projekts BIPVslim soll eine für den Einbau in Pfosten-Riegelkonstruktionen ultraschlanke, passiv gekühlte BIPV-Warmfassade mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten von unter 0,15 W/(m2K) (Passivhaus-Standard) mit hohem Vorfertigungsgrad entwickelt werden. Dieses kompakte solaraktive Fassadenelement kann als fertiges Verbundsystem der Komponenten oder als Steckkastensystem an Fassaden von Bestandsgebäuden wie auch Neubauten für die individuelle Anpassung an verschiedene Klimazonen und Anwendungsszenarien realisiert werden. Die Multifunktionalität ergibt sich aus den einzelnen Komponenten und vereint solare Stromerzeugung bei gleichzeitiger Hochleistungswärmedämmung und latenter Wärmespeicherung. Durch die kompakte und vorfertigbare Bauweise soll ein minimaler Materialeinsatz bei gleichzeitig einfacher Installation vor Ort garantiert werden, wobei die einzelnen Komponenten sorgfältig aufeinander abgestimmt und auf die für das Gebäude spezifischen Anforderungen angepasst werden.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03EN1012A)

Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. Andreas Stephan, andreas.stephan@zae-bayern.de

FFS-VIG -
Fenster- und Fassadensysteme mit Vakuumisolierglas

Das Gesamtziel dieses Forschungsvorhabens besteht darin, hochwärmedämmende und schlanke Fenster und Fassadensysteme mit einer hybriden Verglasung bestehend aus Vakuum-Isolierglas und Vorsatzscheibe (VIG+) zu aufeinander optimierten Systemen zu entwickeln, diese zu testen und im praktischen Einsatz zu erproben.

Eine Vorsatzscheibe garantiert eine hohe Dauerhaftigkeit der Vakuum-Isolierglas-Systeme, welche im Projekt nachgewiesen werden soll, und ermöglicht das Einbringen multifunktionaler Komponenten (BIPV, schaltbare Verglasung etc.). Aufgrund der erheblichen Verbesserung des Dämmwertes halbiert sich der Wärmeverlust durch die Fensterfläche im Vergleich zu aktueller Dreifach-Isolierverglasung.

Allerdings fehlen noch effiziente Systemlösungen im Bereich thermisch und bauphysikalisch optimierter Rahmen und Fassaden, um das Potenzial auch ausschöpfen zu können. Daher ist die Entwicklung praktikabler und wirtschaftlicher Systemlösungen Rahmen/VIG+ im Projekt FFS-VIG essenziell für einen schnellen Markteintritt und eine weite Marktdurchdringung.

Weiterhin beschleunigt die im Rahmen des Projektes erfolgende Erstellung von Produktnormen (VIG und VIG+) für den europäischen Markt sowie die Erreichung von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen der entwickelten Gläser den Einsatz der Systeme in der Praxis.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03EGB0021A)

Ansprechpartner:
Dr. Bastian Büttner, bastian.buettner@zae-bayern.de

Neubau der Umweltstation Würzburg: Innovative Eisspeichertechnologie, LC-Analyse und Monitoring

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 und 33502/02

Umweltstation Würzburg - Aktuelle Monitoringdaten

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing (FH) M.-Eng. Ronny Kastner, 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.

Arbeitsgruppen - Portfolio

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