Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau
Dauerhafte URI für die Sammlunghttps://irf.fhnw.ch/handle/11654/10
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Publikation U-Werte von Vorhangfassaden und geneigter Verglasung(AWEL Zürich, 10/2012) Hall, Monika; Geissler, AchimWorin unterscheiden sich Vorhangfassaden aus thermischer Sicht von normalen Fassaden? Ist es für die Berechnung des U-Werts relevant? Was sind die entscheidenden Kriterien? Ein weiteres Thema im Zusammenhang mit dem Nachweis der thermischen Qualität der Gebäudehülle sind geneigte Verglasungen – zum Beispiel grosse Dachfenster oder Atrien mit Glasdächern. Wie ändert sich der Glas-U-Wert (Ug-Wert) einer Isolierverglasung in Abhängigkeit vom Neigungswinkel? Welchen Einfluss hat dies auf die Heizwärmebedarfsrechnung?01B - Beitrag in Magazin oder ZeitungPublikation FlexiCluster – Energetische Flexibilität von Arealen(Bundesamt für Energie BFE, 06.09.2024) Hall, Monika; Geissler, AchimZiel des Projektes ist es, für Areale verbesserte Aussagen über das Zusammenspiel von Gebäudelast, Nutzung lokaler Strom-/Wärmeerzeugung, dem lokalen elektrischen Verteilnetz und der jeweiligen Trafostation zu machen. Insbesondere die Residuallast an der Trafostation ist für den Netzausbau ein wichtiger Parameter, weshalb sie detailliert betrachtet werden muss. Hierzu wird das System «Areal» in Verbindung mit dem System «elektrisches Netz» detailliert simuliert. Die komplexen Strukturen werden mit einer Multi-Agent Co-Simulations Umgebung abgebildet. Die System-Architektur setzt sich aus EnergyPlus (Gebäude inkl. Haustechnik), Mosaik (Multi-Agent Co-Simulation) und Pandapower (elektrisches Netz) zusammen. Mit der erstellten System-Architektur wird der Einfluss verschiedener Steuersignale auf verschieden Gebäude- und Arealparameter untersucht. Mit der erstellten System-Architektur wird ein Areal bestehend aus acht Einfamilienreihenhäusern mit unterschiedlichen Lastprofilen abgebildet. Aufgrund der Simulationen mit der erstellten System-Architektur kann gezeigt werden, dass das gewählte Lastmanagement (Day Ahead Preise, CO2äq-Emissionen, Trafoleistung und Trafotemperatur) für den netzdienlichen Betrieb des untersuchten Areals geeignet ist, ohne dass die thermische Behaglichkeit der Bewohnenden signifikant eingeschränkt wird. Es wird aber auch deutlich, dass die Netzeinspeisung eine grosse Rolle spielt. Ohne Berücksichtigung von Kurz- bzw. Langzeitspeicher kann das Areal gerade im Sommer nur eine sehr begrenzte Flexibilität aufweisen bzw. dem Lastmanagement nur bedingt Folge leisten.05 - Forschungs- oder ArbeitsberichtPublikation Gebäudeenergieausweis in der Schweiz - Methodik des GEAK®(Ernst & Sohn, 07.04.2011) Hall, MonikaDer Gebäudeenergieausweise der Kantone GEAK® ist seit über einem Jahr in der Schweiz erfolgreich eingeführt. Anfang August 2009 wurde der GEAK® als Onlinetool aufgeschaltet und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Der GEAK® ist ein kombinierter Gebäudeenergieausweis. Der Energiebedarf wird auf der Basis der Gebäudedaten rechnerisch ermittelt und dieser mit effektiven Verbrauchsdaten validiert. Kernstück des GEAK® ist eine Energieetikette mit Doppelbewertung: Eine Klassierung nach “Effizienz Gebäudehülle” für die Beurteilung der Gebäudehülle und nach ”Effizienz Gesamtenergie” zur Quantifizierung des gesamten Gebäudes inkl. Gebäudetechnik und Elektrizitätsbedarf für Geräte und Beleuchtung. Weiter enthält der GEAK® eine Beschreibung des Ist-Zustandes der Gebäudehülle und -technik sowie Massnahmen und Empfehlungen energietechnischer Verbesserungen. Zukünftig können im Rahmen des GEAK® Plus Varianten von kostenoptimierten Sanierungsmaßnahmen detailliert zusammengestellt werden.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Gleichzeitigkeit von PV-Ertrag und Stromverbrauch an einem Mehrfamilienhaus mit Elektromobilität(05.09.2014) Hall, Monika; Dorusch, FalkDie detaillierte Erfassung der Energieflüsse an einem Mehrfamilienhaus mit Elektromobilität und einer grossen Photovoltaikanlage zeigt, wann welcher Energieverbraucher wieviel Elektrizität bezieht. Hieraus wird abgeleitet, welche Verbraucher zur Erhöhung der Gleichzeitigkeit von Produktion und Ver-brauch geeignet sind. In den Wintermonaten besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, zwischen 10 und 16 Uhr Gleichzeitigkeit zu erreichen. Die Wärmepumpe weist das grösste Einzelpotential auf, um die Gleichzeitigkeit zu erhöhen. Aus diesem Grund wird die Laufzeit der Wärmepumpe auf die Tagesstunden limitiert (10-19 Uhr für den Heizbetrieb, 13-17 Uhr den Betrieb für Warmwasser). Die Auswertungen zeigen, dass bei dem betrachteten Gebäude die Verschiebung des Wärmepumpenbetriebs in die Tagesstunden ohne Komforteinbusse möglich ist. Dabei wird der Heizbetrieb in der Mittagszeit für die Warmwassererwärmung unterbrochen. Mit dieser Strategie wird nicht nur die Gleichzeitigkeit erhöht und die Netzbelastung reduziert, sondern auch die Einspeisespitze zur Mittagszeit, insbesondere durch die Warmwassererwärmung, geglättet. Thermische Simulationen zeigen, dass die gewählte Strategie sowohl in Massiv- als auch in Leichtbauten angewendet werden kann. Die von den Mietern gewünschten Temperaturen werden erreicht. Um im Mittel eine Temperatur von 20 °C in allen drei Wohnungen sicherzustellen, reicht für fast alle Bauweisen eine Wärmepumpenlaufzeit zu Heizzwecken von 5 h aus.04B - Beitrag KonferenzschriftPublikation Dekarbonisierung und Ressourcen sparen beim Heizungsersatz(30.03.2023) Hall, MonikaDer Wechsel einer fossil betriebenen Heizung zu Erneuerbaren Energie ist unumgänglich, doch wie einfach ist der Heizungsersatz möglich? Bei dem Ersatz sollte auch auf die Treibhausgasemissionen des neuen Heizsystems für die Erstellung geachtet werden. Es stellt sich die Frage, ob es sinnvoll ist jedes Haus mit einem neuen Heizsystem zu versehen oder ob ein kleiner Wärmeverbund mit einer Zentrale für mehrere Häuser nachhaltiger ist?06 - PräsentationPublikation Potential-estimation of thermal micro-grids in urban areas based on heat load and building clustering(IOP Publishing, 2023) Hall, Monika; Bereuter, Pia; Geissler, AchimAs a result of climate change, fossil heating systems must be replaced with renewable systems. The question arises whether it makes sense for each building to have its own new heating system or whether a thermal micro-grid is possible. In this paper a model is presented which allows to aggregate buildings into thermal micro-grid clusters. All gas-heated residential buildings of Basel (Switzerland) are marked via geo-data. The heat demand of each building is determined depending on the year of construction and is then converted into the heat load. Each building then is grouped into thermal micro-grids according to a given grid load limit. The thermal micro-grids generated in this way are marked in color, so that the potential of any given city district can be easily and quickly identified. If the grid load limit is increased, the number of possible micro-grids increases, also.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Developing energy flexibility in clusters of buildings. A critical analysis of barriers from planning to operation(Elsevier, 05.10.2023) Le Dréau, Jérôme; Lopes, Rui Amaral; O'Connell, Sarah; Finn, Donal; Hu, Maomao; Queiroz, Humberto; Alexander, Dani; Satchwell, Andrew; Österreicher, Doris; Polly, Ben; Arteconi, Alessia; de Andrade Pereira, Flavia; Hall, Monika; Kırant-Mitić, Tuğçin; Cai, Hanmin; Johra, Hicham; Kazmi, Hussain; Li, Rongling; Liu, Aaron; Nespoli, Lorenzo; Saeed, Muhammad HafeezThis paper examines building energy flexibility at an aggregated level and addresses the main barriers and research gaps for the development of this resource across three design and development phases: market and policy, early planning and design, and operation. We review methodologies and tools and discuss barriers, challenges, and opportunities, incorporating policy, economic, technical, professional, and social perspectives. Although various legal and regulatory frameworks exist to foster the development of energy flexibility for small buildings, financing mechanisms are limited with a significant number of perceived risks undermining private investment. For the early planning and design phase, planners and designers lack appropriate tools and face interoperability challenges, which often results in insufficient consideration of demand response programs. The review of the operational phase highlighted the socio-technical challenges related to both the complexity of 2 deployment and communication, as well as privacy and acceptability issues. Finally, the paper proposes a number of targeted research directions to address challenges and promote greater energy flexibility deployments, including capturing building demand side dynamics, improving baseline estimations and developing seamless connectivity between buildings and districts.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Quantifying Thermal Flexibility of Multy-Family and Office Buildings(11.09.2018) Hoffmann, Caroline; Hall, Monika; Geissler, AchimThe increased feed-in of solar electricity into the grid needs to be counterbalanced by an increase in self-consumption of buildings. This presentation addresses the differences in thermal flexibility between a multi-family house and an office building and the implications to thermal comfort. It looks into the operating time of both heating and cooling and gives simplified design criteria for residential buildings. The findings of the thermal simulations suggest that it seems easier to utilize thermal flexibility in residential buildings than in office buildings. Transferred to the Swiss building stock, it is estimated that roughly 10% of the dwellings could offer some thermal flexibility to the grid.06 - PräsentationPublikation Determine the heat demand of existing buildings with machine learning(IOP Publishing, 01.12.2023) Hofmann, Joachim Werner; Amoser, Christian; Geissler, Achim; Hall, MonikaThe renovation rate of existing buildings plays a major role in the Swiss Energy Strategy 2050+. To increase this rate, there must be a simple and cost-effective method to determine the heat demand of existing buildings. In this paper, the generation of such a method, based on the Swiss cantonal building energy certificate (GEAK) database with the help of machine learning (ML), is studied. The aim of the project was to develop a ML model which allows the heat demand of existing buildings to be determined quickly with a minimal set of parameters. The comparison of the GEAK building envelope class for single family houses calculated with the new ML model and the original GEAK classes shows that approximately 62 % have the same class, 32 % differ by one class and 6 % by two classes. The ML model is a good starting point for further refinements and developments.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Gravity ventilation for interior bathrooms(IOP Publishing, 01.12.2023) Hall, Monika; Gerber, Vincent; Geissler, AchimBased on the extensive experience of a building cooperative with interior bathroom gravity (shaft) ventilation in existing apartment buildings, the replacement buildings constructed at the same location are also equipped with gravity ventilation. The aim of the project described here is to demonstrate the possibilities and limitations of gravity ventilation in one of the new replacement buildings by means of monitoring. Detailed monitoring over a complete year recorded the behaviour and effectiveness of the gravity ventilation in all seasons. In winter, gravity ventilation leads to higher air change rates in interior bathrooms than in summer. In general, humidity can be removed with gravity ventilation except in summer, when after a shower the bathroom door stays closed for 24 h. In summer when the indoor and ambient temperature is the same the gravity ventilation does not work. In this case, the interior bathroom should be ventilated by the main apartment ventilation, e.g., while the bathroom door and other room doors and windows are open at the same time. In summer, doors and windows are often open and the gravity ventilation summer problem can be viewed as negligible. Therefore, gravity ventilation is a good alternative to other ventilation systems in interior bathrooms.01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift