Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau
Dauerhafte URI für die Sammlunghttps://irf.fhnw.ch/handle/11654/10
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Publikation 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 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 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 ZeitschriftPublikation Schwerkraftlüftung - Monitoring Mehrfamilienhaus Eidgenossenweg(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 22.05.2023) Hall, MonikaZur Belüftung der innenliegenden Bäder wird auf bedarfsgesteuerte Abluftventilatoren verzichtet und stattdessen eine Schwerkraftlüftung eingesetzt. Die Schwerkraftlüftung (Schachtlüftung) ist anhängig von der Druckdifferenz über die Gebäudehülle und daher nicht regelbar und die Belüftungseffizienz der innenliegenden Bäder ist saisonal verschieden. Im Winter und den Übergangsjahreszeiten ist der Luftaustausch ausreichend, um die Bäder zu entfeuchten. Im Sommer, wenn die Temperaturdifferenz zwischen innen und aussen gering ist, muss die Belüftung der innenliegenden Bäder unterstützt werden, z.B. über geöffnete Fenster in anderen Räumen.05 - Forschungs- oder ArbeitsberichtPublikation Einfluss der Luftdichtheit auf den Heizwärme‐ und Klimakältebedarf bei neuen Einfamilienhäusern(Ernst & Sohn, 06.04.2023) Hall, MonikaDie Luftdichtheit von Gebäuden hat einen Einfluss auf den Lüftungswärmestrom und damit auf den Heizwärme- und Klimakältebedarf. Der unkontrollierte Luftstrom durch Leckagen gewinnt mit zunehmendem Dämmniveau an Bedeutung. Um den Einfluss der Luftdichtheit bei hohem Dämmstandard auf den Heizwärme- und Klimakältebedarf zu untersuchen, werden verschiedene Szenarien mit einer thermischen Gebäudesimulation betrachtet. Zusätzlich werden an 28 neuen Einfamilienhäusern Luftdichtheitstests durchgeführt, um die Luftdichtheit von Standardneubauten zu bestimmen. Die Simulationen bestätigen, dass der Heizwärme- und Klimakältebedarf mit zunehmender Undichtheit zunimmt. Infolge der großen Temperaturdifferenz zwischen innen und außen sowie höheren Windgeschwindigkeiten im Winter ist der Einfluss der Luftdichtheit auf den Heizwärmebedarf größer als auf den Klimakältebedarf im Sommer. Die ermittelte Luftdichtheit der gemessenen Gebäude weist im Mittel ein q50 = 0,8 m3/(h · m2) auf, was ein sehr guter Luftdichtheitswert ist. Ihr Heizwärmebedarf wird sich durch die Undichtheiten voraussichtlich um ca. 3 % bis 6 % gegenüber einem dichten Gebäude mit q50 = 0,6 m3/(h · m2) erhöhen. Der Klimakältebedarf wird sich um ca. 1 % bis 2 % reduzieren.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Neuerungen im GEAK Tool(05.05.2022) Hall, MonikaNeuerungen im GEAK Tool für V.6.0.0.: Wechsel SIA 380/1:2009:2016, Neuerungen im Bereich Heizung und Warmwasser und Einführung von CO2-Etiketten.06 - PräsentationPublikation Schwerkraftlüftung – Low-tech Lüftung für innenliegende Bäder in einem Mehrfamilienhaus(Brenet, 12.09.2022) Hall, Monika; Geissler, Achim; Gerber, Vincent; Sattler, Michael; Bichsel, Jürg; Rudel, Roman; Steiger, Olivier; Tillenkamp, FrankÜber ein detailliertes Monitoring wird die Wirksamkeit der Schwerkraftlüftung in acht innenliegenden Bädern in einem Mehrfamilien Neubau bestimmt. Jeweils vier Bäder liegen übereinander. Jedes Bad verfügt über ein eigenes Zu- und Abluftrohr. Frischluft wird auf Kellerhöhe gefasst und die Fortluft auf Firsthöhe abgegeben. Weil bei der Schwerkraftlüftung der Luftaustausch auf Grund von Druckunterschieden am Gebäude erfolgt, ist er nicht bzw. kaum steuerbar und saisonal unterschiedlich. Daher erfolgt das Monitoring über ein komplettes Jahr, um das Verhalten in allen Jahreszeiten zu erfassen. Die Messungen zwischen März und Juli 2022 zeigen, dass sich die rel. Luftfeuchtigkeit der Bäder im Mittel zwischen ca. 45-65 % bewegt. Fallbetrachtungen zeigen, dass kurzzeitige hohe Feuchtebelastungen (bis ~98 % bei einem Duschvorgang) nach ca. 30 min bei offener Badezimmertüre und mindestens einem geöffneten Fenster und entsprechender, geöffneter Zimmertüre wieder auf ca. 60 % reduziert sind (manuelle Fensterlüftung, Juni). Bei einer geschlossenen Badezimmertüre dauert es infolge der Schwerkraftlüftung ca. 2.5 Stunden, um nach zwei Duschvorgängen auf 60 % rel. Luftfeuchtigkeit zu sinken (März). Letztgenannter Fall zeigt, dass durch die Schwerkraftlüftung eine ausreichende Feuchteabfuhr erfolgt.04B - Beitrag Konferenzschrift