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Microlaboraufbau für Bauteilaktivierung 2.0

Das Gebäude als intelligenter Systembaustein in künftigen Siedlungssystemen und Speicher für Stromnetzanforderungen der Zukunft

Forschungsprojekt zur Kombination von Wärmepumpentechnologien mit aktivierbaren Speichermassen (Bauteilaktivierung) und zur Technologieentwicklung im mehrgeschossigen Wohnbau

Bauteilaktivierung mit Wärmepumpen als zukünftige Stromspeichertechnologie

Die Bauteilaktivierung, d.h. die Nutzung speicherwirksamer Massen in Gebäuden  zur Speicherung von Energie, aber auch für Heizen und Kühlen bietet eine äußerst effiziente und nachhaltige Form der thermischen Konditionierung von Gebäuden und schafft durch großflächige und niedere Vorlauftemperaturen eine hohe Behaglichkeit. Die in Salzburg durchgeführten Forschungsprojekte haben dazu beigetragen, dass sich dieses System in der Baupraxis immer stärker durchsetzt, vielfach noch als technische Pionierprojekte.

Neue Energietechnologien, wie das System der Wärmepumpen, das thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (Erdreich, Luft, Grundwasser etc.) aufnimmt und durch Antriebsenergie zu Heizwärme mit höherer Temperatur skaliert (Kraft- Wärme Prozess, praktisch Umkehrung des Kühlschrankprinzips) werden durch wachsende Effizienz- und Wirkungsgrade immer stärker eingesetzt.

Hinzu kommt ein Wandel im Bereich des Strommarktes, der durch stark wachsende, jedoch schwankende Anteile an erneuerbarem Strom (Sonnen- und Windenenergie) verstärkt Speichertechnologien erforderlich macht. Denn große Mengen an Strom stehen oftmals dann zur Verfügung, wenn sie nicht benötigt werden. Die Speichermöglichkeit von Pumpspeicherkraftwerken ist begrenzt, Speichertechnologien wie Batteriesysteme sind technisch bei weitem noch nicht ausgereift und wirtschaftlich einsetzbar, auch Systemkopplungen, wie „power to gas" sind vielfach noch im Prototypenstadium.

Hohes Potential in weitgehend unerforschtem Bereich des mehrgeschossigen Wohnbaus

Physische Baumassen über kostengünstige Rohrsysteme energetisch zu erschließen um sie als Speicher und über die großen Flächen als Niedertemperaturheiz- oder Kühlkörper zu nutzen, eröffnen das Feld für völlig neuartige Technologiesysteme. Das Gebäude wird damit zu einem intelligenten Systembaustein in künftigen Siedlungssystemen und ein wichtiger und einfacher Speicher für die Stromnetzanforderungen der Zukunft. Die bauliche Planung, Ausführung und Umsetzung diese Technologiesysteme könnten zu einem großen Teil als neue Wertschöpfungsmöglichkeit in der heimischen Wirtschaft liegen.

Betrachtet man den Stand der Forschung und Technologieentwicklung, so wird die Bauteilaktivierung in Büro-, Gewerbe- und Gemeindebauten bereits erfolgreich eingesetzt. Das Gemeindezentrum in Hallwang, die Landesschulen in Bruck an der Glocknerstraße und Kleßheim und einige Gewerbebauten sind Leuchtturmprojekte aus der Praxis. Im Wohnbau gibt es erste Erfahrung mit Bauteilaktivierung bei Einfamilienhäusern.

Im großvolumigen Wohnbau, wo ein hohes Ausmaß an speicherwirksamen Massen vorhanden wäre, wird die Technologie aufgrund der Komplexheit (viele Bewohner, unterschiedlichstes Nutzerverhalten, andere Raum- und Gebäudeanforderungen etc.), Systemträgheit und des fehlenden Erfahrungswissens aus Pilotprojekte noch kaum eingesetzt. Die Kombination von Bauteilaktivierung und Wärmepumpentechnologien im mehrgeschossigen Wohnbau kann noch als weitgehend unerforschtes Feld bezeichnet werden, obwohl in dieser Kombination ein enormes Potenzial für ein neuartiges Energiesystemmanagement steckt.

Digitales MicroLabor als wissenschaftlicher Prototyp

Genau hier setzt das Forschungsprojekt an und soll durch Forschungsarbeiten zu wichtigen Fragen für die Planung, Regelung und Steuerung sowie Auslegung derartiger technologiekombinierter Systeme in Gebäuden Grundlagenwissen und eine methodische Evidenz schaffen. Mit wissenschaftlichen Methoden und mit der Erschließung unterschiedlichster Daten für die Rechenmodelle sollen wissenschaftsgetriebene Kraft- Wärme- Speichermodelle erarbeitet werden, die sich durch verschiedene Technologiearten, -auslegungen und Systemkombinationen, aber auch unterschiedliche Gebäudetypologien (Mischbau, mineralischer Bau etc.) auszeichnen werden. Daraus soll ein digitales Micro- Labor als wissenschaftlicher Prototyp aufgebaut werden, mit dem dann Versuche zu verschiedenen Fragestellungen und zu detaillierten dynamischen Anlagensimulationen erfolgen können.

Bauvorhaben in Kuchl als Demoprojekt

Die gemeinnützige Wohnbaugenossenschaft „Die Salzburg" hat sich für diesen Forschungszweck bereit erklärt, ein Bauvorhaben in Kuchl als Demonstrator zur Verfügung zu stellen und mit einer entsprechenden Sensorik auszustatten. Für das Micro-Labor soll dieser Demonstrator genutzt werden, um erstmals Realtimedaten zu integrieren und über ein Monitoring den wissenschaftlichen Prototyp zu validieren und damit eine bessere Evidenz
zur Technologiekombination in der Anwendung zu erhalten. Hierfür wird im Projekt das Sensorik- und Messparameterkonzept, die Mess- und Datenschnittstellen sowie die Integration in das Big Data Konzept erarbeitet und durch Versuchsreihen und Szenarien getestet. Mit Projektende soll das Labor softwaretechnisch soweit aufgebaut sein, um auch Realtime- Daten aufnehmen zu können. Das erste Monitoringprogramm soll dann mit der Wohnanlage in Kuchl erprobt werden.

Mit dem im Projekt protypisch aufgebauten Micro-Labor soll mit Projektende ein digitales Simulations- und Validierungswerkzeug vorhanden sein, in dem einerseits Ideen zu neuartigen Gebäude- und Anlagensystemen nach Stand der Wissenschaft entwickelt, simuliert, verbessert und evaluiert, insbesondere im Kontext komplexer mehrgeschossiger Wohnbauten, oder auch weitere Forschungsprojekte aufgesetzt werden können. Andererseits soll das Micro-Labor soweit aufgebaut werden, dass Monitoringgebäude datentechnisch angebunden werden können, oder auch sukzessive Datenreihen von anderen Quellen integrierbar werden, um daraus ein intelligentes lernendes System für diese neue Energie- und Gebäudetechnik zu schaffen.

 

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