Hall, Monika

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    Publikation
    Nullenergiegebäude - die nächste Generation energieeffizienter Bauten (IEA EBC annex 52 /IEA SHC task 40)
    (Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 20.11.2014) Hall, Monika; Binz, Armin; Pfirter, Martin
    Das Thema „Nullenergiegebäude“ ist durch die Diskussion über die Anforderungen an Niedrigstenergiegebäude im Rahmen der EU-Richtlinie und der Schweizer Energiestrategie 2050 seit einigen Jahren stark im Fokus. Damit die Anforderungen an ein „nearly zero energy building“ definiert werden können, ist zuerst die Frage nach der „Null“ zu klären. Die Bilanzierung von Nullenergiegebäuden scheint auf den ersten Blick einfach, jedoch bei näherer Betrachtung ist die "Null" nicht eindeutig. Eine Definition für Nullenergie wird gegeben. Bislang gibt es keine Obergrenze für den Verbrauch von Nullenergiegebäuden. So kann ein Nullenergiegebäude sehr viel Energie verbrauchen, solange es im Jahresmittel genügend erneuerbare Energie umwandelt. Auch die Höhe der Netzinteraktion (Im-/Export) wird bei einem Nullenergiegebäude nicht bewertet, obwohl durch die grossen PV-Anlagen ein grosser Austausch mit dem Netz stattfindet.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht
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    Publikation
    Netzbelastung durch Nullenergiegebäude (Schlussbericht Netzbelastung durch Nullenergiegebäude)
    (11/2014) Hall, Monika; Geissler, Achim
    Üblicherweise speisen Gebäude mit Photovoltaikanlagen einen Grossteil des Ertrags in das öffentliche Stromnetz ein. Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, bietet es sich bei gut gedämmten Gebäuden an, die Laufzeit der Wärmepumpe auf die Tageszeit zu limitieren. Dabei muss der thermische Komfort gewährleistet bleiben. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes auf die operativen Temperaturen in Abhängigkeit von verschiedenen Laufzeiten der Wärmepumpe mit einer thermischen Gebäudesimulation untersucht und mit Messwerten von einem kleinen Mehrfamilienhaus validiert. Es wird gezeigt, dass auch bei einem sehr gut gedämmten Gebäude eine mittlere bis hohe Wärmespeicherfähigkeit vorhanden sein muss, damit die Laufzeit der Wärmepumpe ohne Komforteinbusse auf die Tagesstunden limitiert werden kann. Mit einem Leichtbau ist die gewählte Strategie nicht möglich. Die lange tägliche Sperrzeit bedingt, dass gegenüber dem kontinuierlichen Betrieb die operative Temperatur grösseren Schwankungen unterworfen ist. Das Niveau und die Breite des zulässigen Temperaturbandes müssen mit den normativen Anforderungen für die Behaglichkeit abgestimmt sein. Die Diskussion über normative Behaglichkeitsanforderungen versus energetische Flexibilität des Gebäudes muss lanciert werden.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht
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    Publikation
    Gleichzeitigkeit von PV-Ertrag und Verbrauch an einem Mehrfamilienhaus mit Elektromobilität
    (05.09.2014) Hall, Monika; Dorusch, Falk
    Die detaillierte Erfassung der Energieflüsse an einem Mehrfamilienhaus mit Elektromobilität und einer grossen Photovoltaikanlage zeigt, wann welcher Energieverbraucher wieviel Elektrizität bezieht. Hie-raus 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 Tages-stunden limitiert (10-19 Uhr für den Heizbetrieb, 13-17 Uhr den Betrieb für Warmwasser). Die Auswer-tungen 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 er-höht 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 Leicht-bauten 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. Based on a small, well insulated multi-family dwelling with included e-car and large PV installation the load with the highest potential for increasing self-consumption is evaluated. The monitoring shows that the heat pump has the highest potential for increasing self-consumption. The run-time schedule of the heat pump is limited to daytime hours as a proof of concept. At noon the heating of domestic hot water suspends the run-time schedule for heating (10-19 Uhr heating, 13-17 Uhr domestic hot water). This increases the self-consumption and decreases the net interaction and also shaves the peak electricity export at noon. The thermal comfort does not decrease, hereby. Thermal simulations show that the chosen strategy is possible for heavy and light weight construction, also. The favorite temperatures of the tenants are ensured. At this building is a heating period of 5 h sufficient to reach an average temperature of 20 degrees in all three flats.
    06 - Präsentation
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    Publikation
    Optimierung des Eigenverbrauchs, der Eigendeckungsrate und der Netzbelastung von einem Mehrfamiliengebäude mit Elektromobilität
    (Wiley, 06/2014) Hall, Monika; Dorusch, Falk; Geissler, Achim [in: Bauphysik]
    An einem kleinen, gut gedämmten Mehrfamilienhaus mit Elektromobilität und einer grossen Photovoltaikanlage wird untersucht, welche Verbraucher sich für die Steigerung des Eigenverbrauchs eignen. Für die Gesamtbilanzierung des Gebäudes wird an Hand der Messdaten die Eigendeckungs- und Eigenverbrauchsrate detailliert betrachtet. Verschiedene Bilanzzeiträume und Bilanzierungszeitschritte werden gegenübergestellt. Je kürzer der Bilanzzeitraum und die Zeitschritte gewählt werden, desto geringer sind die Eigendeckungs- und -verbrauchsraten. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Diskussion über die Anforderungen an die Gleichzeitigkeit in Gebäudestandards und normativen Berechnungsvorschriften der Gesamtenergiebilanzierung von Gebäuden.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    „Performance Gap“ in der Schweiz – Brisanz, Ursachen und Einflüsse auf die Differenz von geplantem Energiebedarf und gemessenem Verbrauch in Gebäuden
    (2014) Hall, Monika; Struck, Christian; Benz, Michael; Dorer, Victor; Frei, Beat; Ménard, Martin; Moosberger, Sven; Sagerschnig, Carina; Oerhounig, Kistina [in: Brentet Status Seminar]
    Traditionell beschreibt der „Performance-Gap“ die Differenz der Planungszielgrössen, z.B. Jahresenergieverbrauch und Überhitzungsstunden, zwischen Gebäudekonzept während der Planungsphase sowie gebauten und genutzten Gebäude. Diese Differenz kann erheblich sein. Besondere Brisanz erhält das Ausmass des „Performance-Gap“ bei der Planung und dem Betrieb von Null- bzw. Plusenergiegebäuden und der Gewährleistung der gewünschten Performance während des Anlagenbetriebes. Der vorliegende Beitrag thematisiert das Ausmass des „Performance-Gap“ in der Schweiz anhand von sieben dokumentierten Fallstudien. Das vorhandene Datenmaterial zeigt, dass die Gründe für den Performance-Gap vor allem in der Nutzung, Regelungstechnik und im Detailierungsgrad des genutzten Simulationsmodelles zu suchen sind. Die Review zeigt, dass es zur Gewährleistung einer ewünschten Energiebilanz auch während der Betriebsphase, drei Dinge braucht: (1) die Betrachtung der Variabilität in der Gebäudenutzung, Spezifikation und Bauqualität schon während der Planungsphase; (2) ein erweiterbares Modell des Gebäudes und der Gebäudetechnik, sowie (3) kontinuierliches Betriebsmonitoring während der Gebäudenutzung.
    04 - Beitrag Sammelband oder Konferenzschrift
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    Publikation
    Two Years of Experience with a Net Zero Energy Balance - Analysis of the Swiss MINERGIE-A Standard
    (Elsevier, 09/2013) Burger, Bastian; Hall, Monika; Geissler, Achim [in: Energy Procedia]
    With the net zero energy balance for heating, domestic hot water, ventilation and auxiliary energy, the Swiss MINERGIE-A Standard is a major step towards standardized, economically feasible net zero energy buildings. Not only the zero energy balance but also the requirement for limited embodied energy is a new challenge for architects and designers. In the two years since the launching of the Standard and the writing of this paper, approx. 240 buildings have been certified or pre certified. The new standard is widely accepted and its challenges are appreciated in the building sector. A cross analysis shows that a wide range of different energy concepts and embodied energy strategies are possible in the scope of the Standard. The wide variety of options is one of the main findings of the rollout of this new zero-balanced standard.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Taking the step towards Net Zero Energy Buildings - How will that affect the energy use from a life cycle perspective?
    (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), 2013) Hall, Monika; Berggren, Björn; Wall, Maria [in: CISBAT]
    An important measure for climate change mitigation is reduction of energy use in buildings worldwide. There are today a growing number of buildings for which the design principle has been to achieve a Zero Energy Building (ZEB) or Net Zero Energy Building (Net ZEB). It is today generally assumed, when the energy use of a building is discussed from a LifeCycle perspective, that energy use in the operational phase of buildings accounts for 70-90% of energy used during its life cycle. However, a natural consequence is that for Net ZEBs the relative share of energy use related to building operation will decrease. Some might argue that the energy savings achieved related to building operation of a Net ZEB is lower compared to the increased energy use for production, maintenance and demolition. This study analyzes the change of embodied energy compared to the decrease of the energy use related to building operation; by literature review and detailed analysis of eleven case studies, taking the step from a low energy building to a Net ZEB.
    04 - Beitrag Sammelband oder Konferenzschrift
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    Publikation
    One Year Minergie-A—Switzerlands Big Step towards Net ZEB
    (David Publishing Company, 01/2013) Hall, Monika [in: Journal of Civil Engineering and Architecture]
    The first available label standardizing a zero-balanced type of building is the Swiss Standard Minergie-A. The Standard prescribes an annual net zero primary energy balance for heating, domestic hot water and ventilation. Electricity consumption for appliances and lighting is excluded. Additionally, Minergie-A is the first standard worldwide which includes a requirement in regard to embodied energy. Based on an analysis of 39 Minergie-A buildings, this paper shows that a wide range of different energy concepts and embodied energy strategies are possible in the scope of the label. The basis of all Minergie-A buildings is a well-insulated building envelope. However, the step from the Swiss Standard Minergie-A to a Net ZEB (net zero energy building) standard which includes electricity consumption for appliances and lighting is not a very big one. Increasing the size of the photovoltaic system is sufficient in most cases. Anyway, some of the Minergie-A buildings evaluated are also Net ZEBs. In this paper, it is also shown that the net zero balance during the operational phase of Net ZEBs clearly outweighs the increased embodied energy for additional materials in a life cycle energy analysis.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Energieflüsse eines Mehrfamilienhauses unter der Lupe
    (AZ Medien AG, 12.10.2012) Dorusch, Falk; Hall, Monika; Dott, Ralf [in: HK-Gebäudetechnik]
    Ein detailliertes Monitoring der Energieflüsse ermöglicht Einblicke in die Energiebilanz eines Mehrfamilienhauses mit Elektromobilität in Rupperswil. Dank eines 15-minütigen Messwerterfassungsintervalls können Aussagen zur Gleichzeitigkeit von solarer Energieerzeugung und Stromverbrauch getroffen und Potenziale zur Lastverschiebung aufgezeigt werden.
    01B - Beitrag in Magazin oder Zeitung
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    Publikation
    One year Minergie-A - Switzerlands big step towards Net ZEB
    (20.08.2012) Hall, Monika
    The worldwide discussion concerning the reduction of energy consumption and of greenhouse gas emission in the building sector has led to the design of low (Passive house), nearly or net zero energy buildings. The first available label standardizing a zero-balanced type of building is the Swiss standard Minergie-A. Additionally, Minergie-A is the first standard worldwide which includes a requirement in regard to embodied energy. The common Minergie-A building is very well insulated, features a heat pump and generates renewable energy on-site by photovoltaic panels. The difference between Minergie-A and Net ZEB is that the net zero energy balance of Minergie-A excludes plug-loads and lighting. The comparison of life cycle energy shows that the life cycle energy of a Net ZEB is much lower than for Minergie-A. Concerning the life cycle energy, a Net ZEB is preferable.
    04B - Beitrag Konferenzschrift