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low THERM - high FLEX. Energieflexibilisierungs- und Temperaturabsenkungspotentiale in der Wärmeversorgung von Bestandsgebäuden zur stärkeren Integration erneuerbarer volatiler Energiequellen

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[Quelle: https://d-nb.info]

Diese Arbeit untersucht Möglichkeiten zur Einsparung von Treibhausgasen (THG) im Nichtwohngebäudebestand. Quantifiziert werden die Potentiale der Strategien „Temperaturabsenkung“ (TAS) und „Energieflexibilisierung“ (FLEX) unter Berücksichtigung von thermischen Komfortanforderungen. Dabei wird TAS über Deckenheizsysteme und FLEX über die aktive Nutzung der Gebäudespeichermasse erreicht. Vor dem Hintergrund der Notwendigkeit, zukünftig verstärkt erneuerbare Energien zu nutzen, sind die Strategien TAS und FLEX ein wichtiger Baustein zur Dekarbonisierung von Gebäudeenergiesystemen. Obwohl die Sanierung des Gebäudebestands als ein zentraler Schlüssel zur Erfüllung der Energie- und Klimaziele angesehen wird, konzentrieren sich bisherige Ansätze vorrangig auf Wohngebäude im Neubaubereich. Deshalb fokussiert diese Arbeit auf den Nichtwohngebäudebestand und sucht insbesondere alternative Sanierungskonzepte für Gebäude, für die die Umsetzung „herkömmlicher“ Strategien des energieeffizienten Bauens (z. B. außenliegender Wärmeschutz) problematisch ist. Bislang liegt kein Instrumentarium vor, das es Planern ermöglicht, den Einfluss verschiedener Sanierungsoptionen im Gebäudebestand zur Umsetzung der Strategien TAS und FLEX auf das THG-Einsparpotential abzuschätzen. Diese Lücke füllt diese Arbeit. FLEX und TAS tragen auf unterschiedlichen Wegen dazu bei, THG-intensive Energieträger in der Versorgung von Gebäuden zu ersetzen. Energieflexibilität ist in Energieversorgungssystemen, die zunehmend auf volatilen, d. h. wetterabhängigen, erneuerbaren Energien beruhen, eine wichtige Gebäudeeigenschaft. Sie ermöglicht es Gebäuden, im Stromnetz vorhandene Überschüsse an erneuerbaren Energien zu speichern und damit in Zeiträumen, in denen das erneuerbare Angebot nicht ausreicht, auf den Bezug fossiler Energien zu verzichten. Heizsysteme im unsanierten Gebäudebestand beruhen in der Regel auf hohen Systemtemperaturen. Um jedoch erneuerbare Wärme, die häufig auf einem deutlich niedrigeren Temperaturniveau vorliegt, effizient in Gebäudeenergiesysteme einbinden zu können, sind Niedertemperatur-Flächenheizsysteme erforderlich. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Untersuchung des THG-Einsparpotentials von TAS und FLEX anhand eines generischen Modellraums. Sie erfolgt durch Variation gebäudespezifischer Einflussparameter in Sensitivitätsanalysen. Das zentrale Ergebnis stellt dar, dass selbst bei unsanierter Gebäudehülle durch den Einsatz flexibel betriebener Deckenheizsysteme in Kombination mit einer Wärmepumpe eine Senkung der THG-Emissionen um ca. ein Drittel gegenüber einer Referenzvariante mit Heizkörpern und einem erdgasbetriebenen Kessel möglich ist. Die in diesem ersten Schritt gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend in einer Fallstudie genutzt. Für die Sanierung des Architekturgebäudes auf dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt wurden zwei Varianten mit unterschiedlicher Qualität der Gebäudehülle untersucht. Es zeigt sich, dass allein durch Anwendung der Strategien der TAS und FLEX bei unveränderter Gebäudehülle die jährlichen THG-Emissionen für den Raumwärmebedarf um ca. ein Viertel abgesenkt werden können. Nach einer moderaten Ertüchtigung des baulichen Wärmeschutzes steigt das jährliche Einsparpotential sogar auf bis zu 82 %, wobei sowohl die Anforderungen des Denkmalschutzes als auch des thermischen Komforts erfüllt werden. Die Untersuchungsergebnisse belegen die Wirksamkeit der Strategien TAS und FLEX zur THG-Einsparung im Gebäudebestand für ein Gebäude, das mit ausschließlich „konventionellen“ Strategien nur bedingt sanierbar wäre.

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Bücher, Broschüren

Jürgen Bonin
Wärmepumpen
Fehler vermeiden bei Planung, Installation und Betrieb
2., überarb. Aufl.
2018, 154 S., 114 überw. farb. Abb. u. 3 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Praxisband "Wärmepumpen" bietet fachkundige Unterstützung bei der Planung, Installation und Ausführung von Wärmepumpenanlagen. Aufgrund seiner langjährigen Erfahrungen aus Entwicklung, Projektierung und Begutachtung von Wärmepumpenanlagen weiß der Fachmann Jürgen Bonin, welche Fehler im Alltag speziell unter Zeitdruck häufig gemacht werden. Deshalb konzentriert sich der Autor besonders auf die Analyse dieser Planungs- und Ausführungsfehler sowie auf das Erkennen häufiger Ursachen und Fehlerquellen. Anhand von Praxisbeispielen werden Vermeidungsstrategien aufgezeigt und Handlungsempfehlungen für Planer und Installateure ausgegeben. Die zweite Auflage wurde an den aktuellen Stand der Technik angepasst.

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Rolf Schmidt
Welche Heizung braucht das Haus?
Systeme der Heiz- und Lüftungstechnik im Vergleich
3., erw. Aufl.
2013, 82 S., zahlr. Abb., Tab.,
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Notwendige CO2-Reduzierungen und vor allem ständig steigende Energiepreise stellen diese Frage für den Bauherrn und Hauseigentümer ganz nach vorne. Am Beispiel eines gebauten Referenzhauses werden für Neubau und Altbau auf der Grundlage der EnEV 2009 und nach den Förderkriterien der Kreditanstalt für Wiederaufbau praxisnah Gas-, Wärmepumpen- und Holzheizungen kombiniert, berechnet und miteinander verglichen. Die berechneten energetischen Werte, die Investitions- und Verbrauchskosten sind in vergleichenden Darstellungen anschaulich zusammengefasst. Erweitert wurde die 3. Auflage um das Kapitel "Stellenwert und Systeme der Wohnungslüftung". Auf Grundlage der DIN 1946-6 werden geeignete lüftungstechnische Maßnahmen nach Funktion und Kosten bestimmt und gegenübergestellt. Das Buch stellt eine Planungshilfe dar, mit der neben Architekten und Planern auch interessierte Bauherren in der Lage sind, die dargestellten Anlagenkombinationen bei Ihren eigenen Planungen energetisch und wirtschaftlich zu bewerten und die für Ihr Haus optimale Haustechnik auszuwählen.

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Thomas Braun, Jörg Franke
Baustoff-integrierte Flächenheizung (BiFH)
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3177
2019, 109 S., 114 Abb. u. 22 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Forschungsarbeiten bestanden darin, mit Hilfe eines kaltaktiven Atmosphärendruckplasmas und Metallpulver eine Heizstruktur additiv auf Oberflächen im wohnlichen Umfeld aufzutragen. Ziel war es, die elektrische Flächenheizung bereits in Gipskartonplatten oder alternativen typischen Baustoffen zu integrieren und die aufgedruckten Strukturen dabei als elektrische Widerstandsheizung einzusetzen. Aufgrund der zahlreichen Vorteile wurde dafür die Plasma-Coating-Technologie verwendet, welche es erlaubt, auf einer Vielzahl von Materialien elektrisch leitende Strukturen in beliebiger Form aufzubringen. Mit Hilfe von Plasma und Metallpulver bestehend aus Mikro- bzw. Nanopartikeln kann eine dauerhafte Verbindung auf einem dreidimensionalen Basismaterial entstehen. Dadurch ist die Integration einer Heizung direkt am Baumaterial in nur einem Arbeitsschritt, innerhalb weniger Sekunden, möglich.

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Martin Köhrer, Peter Hennig, Daniel Yanev
Die Zusatzheizung - Nutzung ergänzender Heizsysteme im Gebäudebereich
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2019, 169 S., 41 Abb. u. 54 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Trotz ihrer weiten Verbreitung (ca. 11 Mio. in Deutschland) ist der Einfluss von sekundären Heizsystemen auf die Gebäudeenergiebilanz bisher wenig erforscht. Insbesondere der Energieverbrauch dieser Heizsysteme sowie der Gesamtverbrauch von Gebäuden mit Zusatzheizungen sind nicht mit Zahlen belegt. Ebenfalls wurde bislang noch nicht festgestellt, ob der Gesamt-Endenergiemehrverbrauch von Gebäuden mit und Gebäuden ohne Zusatzheizungen gleich ist. Anhand von Datenanalysen wurden zu den Aspekten Höhe des Zusatzheizungsverbrauchs; Substitutionseffekt (Verdrängung des primären Heizsystems durch Nutzung von Zusatzheizung); Mehrverbrauch von Gebäuden mit Zusatzheizung gegenüber Gebäuden ohne Zusatzheizung; Minderung des Primärenergieverbrauchs durch Nutzung von Zusatzheizung, Aussagen für Ein- und Zweifamilienhäuser getroffen.

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Raphael Lechner, Nicholas O'Connell, Thorsten Meierhofer, Markus Brautsch
Entwicklung, Umsetzung und Bewertung optimierter Monitoring-, Betriebs- und Regelstrategien für Blockheizkraftwerke. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3058
2018, 182 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Projekts war die Untersuchung des Potentials zur wirtschaftlichen und energetischen Verbesserung bestehender BHKW-Anlagen durch die Umsetzung optimierter Monitoring-, Betriebs- und Regelstrategien. Hierfür wurden vier BHKW-Anlagen unterschiedlicher Konfiguration und Leistungsklasse ausgewählt. Das Energiemonitoring erwies sich als geeignetes Instrument zur Identifikation von Schwachstellen und Optimierungspotentialen in der Betriebsweise und Regelung von BHKW-Anlagen, die sich insbesondere in der Übergangszeit und im Sommerbetrieb zeigten. BHKW-Anlagen mit mehreren Modulen und modulierendem Betrieb erfordern dabei eine besonders sorgfältige Abstimmung.

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Martin Kriegel, Michael Klemke, Bahar Saeb Gilani
Entwicklung einer Regelung für Flächenheizsysteme zur Minderung der Pumpenergie, zur bedarfsgerechteren Beheizung und zur einfacheren Systemintegration verschiedener Heizflächen. Abschlussbericht
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2016, 178 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In Anbetracht steigenden Hilfsenergiebedarfes zur Wärmeverteilung in Gebäuden wurden in diesem Forschungsprojekt Untersuchungen, basierend auf der intermittierenden Zufuhr von Wärme, durchgeführt. Der Heizwassermassenstrom und damit der elektrische Energiebedarf kann mit steigender Vorlauftemperatur und zunehmender Temperaturspreizung über die Flächenheizung reduziert werden. Zusätzlich kann die Aufheizzeit nach dem Absenken der Raumtemperatur verkürzt werden.

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Markus Brautsch, Raphael Lechner
Effizienzsteigerung durch Modellkonfiguration in BHKW-Anlagen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2840
2013, 245 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen eines zweijährigen Forschungsvorhabens wurden am IfE Modellkonfigurationen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und CO2-Bilanz von Blockheizkraftwerken entwickelt. Blockheizkraftwerke (BHKW) zeichnen sich durch eine hohe Energieeffizienz aus, da bei der gekoppelten Stromerzeugung die Abwärme nicht wie bei konventionellen Kraftwerken ungenutzt an die Umgebung abgeführt wird, sondern z.B. für Heizzwecke oder als Prozesswärme in Industriebetrieben eingesetzt wird. Bestehende Anlagen nutzen ihre wirtschaftlichen und ökologischen Potentiale jedoch oftmals nicht voll aus, da sie nicht mehr dem Stand der Technik entsprechen, eine ungünstige Betriebsweise aufweisen oder nicht auf die aktuellen gesetzlichen Rahmenbedingungen abgestimmt sind. Vor diesem Hintergrund wurden vom IfE über einen Zeitraum von zwölf Monaten zunächst die realen Betriebsdaten von 18 bundesweit ausgewählten Blockheizkraftwerken (darunter eine Brennstoffzelle und sieben Anlagen in Bundesliegenschaften) erfasst und energetisch, wirtschaftlich und ökologisch bewertet. Dabei zeigte sich bei der Mehrzahl der Anlagen Potential die Kosten und CO2-Emissionen zu senken, z.B. durch Ersatz veralteter BHKW-Module mit modernen und effizienteren Aggregaten, Erweiterung um zusätzliche Module oder Umstellung auf einen regenerativen Brennstoff. Anhand der real existierenden Anlagen wurden daraufhin alternative Modellkonfigurationen entwickelt, die beispielhaft Möglichkeiten zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Minderung der Treibhausgasemissionen darstellen. Die Spanne der Modellkonfigurationen reicht dabei von einfachen nichtinvestiven Maßnahmen, wie z.B. die Optimierung der Wartungstermine oder die Umstellung von Erdgas auf Biomethan, über die Nachrüstung von Systemen zur Abgasnachverstromung bis hin zum Umbau des gesamten Energiesystems, z.B. auf Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen können die spez. Energiekosten der untersuchten Systeme im Mittel um ca. 9,0 Prozent und die CO2-Emissionsfaktoren für die Strom- und W

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Borke, Alexandra
Arbeitsfördernd und sparsam im Verbrauch. Fußbodenheizungen können auch in Industriehallen für ein gesundes Arbeitsumfeld sorgen (kostenlos)
IKZ Haustechnik, Magazin für Gebäude- und Energietechnik, 2022

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Fischer, Manuel (Bearbeiter)
Kühlen mit der Fussbodenheizung. Aspekte und Risiken beim aktiven und passiven Kühlen
HK Gebäudetechnik, 2022

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Suhre, Ralf
Stillschweigende Abnahme. Heizungsanlage wird drei Monate nach Fertigstellung konkludent abgenommen
Sanitär + Heizungstechnik, 2022

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Royl, Peter; Xiao, Jianjun
Abbau von Aerosolen in einem Wohnhaus mit Frischluftheizung. Untersuchungen zur Effizienz komplexer Lüftungssysteme (kostenlos)
Bauen plus, 2022

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König, Klaus W.
Monovalentes Wärmenetz überzeugt im Betrieb. Warum auf einen zweiten Heizkessel verzichtet werden kann
Bauen plus, 2022

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