Energieeffiziente Gebäude

Die Arbeitsgruppe Energieeffiziente Gebäude beschäftigt sich mit der Entwicklung und Analyse von Energieversorgungslösungen für Gebäude und Gebäudeverbünde. Der inhaltliche Bogen reicht dabei von der Entwicklung und numerischen Modellierung gebäudetechnischer Einzelkomponenten bis zu Konzeptionierung, Simulation und Optimierung komplexer energietechnischer Gesamtanlagen für die thermische Konditionierung von Gebäuden und für große Quartiere.

F&E Schwerpunkte

Numerische Simulation von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen

Ein in vielen Projekten eingesetztes Werkzeug ist die thermische Anlagen- und Gebäudesimulation. Mit den verwendeten Simulationstools (dzt. IDA ICE oder TRNSYS) wird das instationäre thermische Verhalten von Gebäuden detailliert und geometriebasiert abgebildet und analysiert. Gebäudetechnische Anlagen werden entsprechend der tatsächlichen Verschaltung über Einzel-Komponentenmodelle (Kessel, Wärmepumpen, Sonnenkollektoren, Speicher, Rohrleitungen, Ventile etc.) abgebildet und inklusive der Regelung modelliert. Mithilfe der Modelle lassen sich unterschiedliche Aufgabenstellungen bearbeiten:

  • Ermittlung des Wärme- und Kühlbedarfs
  • Berechnung von Raumtemperaturen, Luftfeuchtigkeit, Beurteilung der Behaglichkeit
  • Bewertung unterschiedlicher Konstruktionsvarianten und Gebäudeausformungen
  • Entwicklung von Regelungsstrategien (Lüftung, Verschattung, Gebäudetechnik etc.)
1 Beispiele von Gebäudemodellen in der Software IDA ICE
2 Ansicht einer gebäudetechnischen Anlagensimulation in der Benutzeroberfläche von TRNSYS

Urbane Energiekonzepte und Netze

Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe besteht in der dynamischen Modellierung und Analyse von Energiesystemen für Quartiere von thermischen Versorgungssystemen. Hierzu wurden in den letzten Jahren Lösungsansätze erarbeitet, die es ermöglichen, alle relevanten Komponenten von Quartiers-Energieversorgungssystemen (Energieerzeugung, Verteilnetz, Abnehmer) in der Simulation in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu berücksichtigen.

1 Visualisierung des Wärmebedarfs eines Versorgungsgebiets (Nageler et al., 2017)
2 Temperaturverteilung in einem Fernwärmenetz (Nageler et al., 2019)

Modellentwicklung

Bei Bedarf werden Komponentenmodelle, die in den verwendeten kommerziellen Softwarepaketen nicht oder in nicht ausreichender Detaillierung vorhanden sind, selbst erstellt. Für die Software TRNSYS wurden in den letzten Jahren z.B. ein semi-physikalisches Wärmepumpenmodell (Type 887), verschiedene Latentwärme-Speichermodelle (Type 840, Type 842 und das Eisspeichermodell Type 843) entwickelt.

Wärmepumpen-Kreisprozess (Economizer-Schaltung) im T-h Diagramm (Type 887)

Experimentelle Analysen im Labor und im Feld

Experimentelle Arbeiten umfassen den Aufbau von Funktionsmustern und die messtechnische Analyse von gebäudetechnischen Komponenten im Labor und Versuchsgebäuden sowie Langzeitmessungen/Monitorings an Feldanlagen.

Versuchsaufbau zur latenten Wärmespeicherung in einem unterkühlten Salzhydrat
Thermisch identische Versuchsgebäude am Campus der TU Graz

Referenzen

P. Nageler, G. Zahrer, R. Heimrath, T. Mach, F. Mauthner, I. Leusbrock, H. Schranzhofer, C. Hochenauer, Novel validated method for GIS based automated dynamic urban building energy simulations, Energy, Volume 139, 2017, Pages 142-154, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.07.151

P. Nageler, R. Heimrath, T. Mach, C. Hochenauer, Prototype of a simulation framework for georeferenced large-scale dynamic simulations of district energy systems, Applied Energy, Volume 252, 2019, 113469, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113469

 

Kontakt
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Arbeitsgruppe
Energieeffiziente Gebäude

Dipl.-Ing. Dr.techn.
Thomas Mach

Sekretariat
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Mo-Fr: 09:00-12:00 Uhr
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