Hall, Monika
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Comparison of flexibility factors and introduction of a flexibility classification using advanced heat pump control
With the increasing use of renewable energy, the energy flexibility of buildings becomes increasingly important regarding grid support. Therefore, there is a need to describe this flexibility in a concise manner. For the characterization of building energy flexibility, flexibility factors can be used. The comparison of a selection of existing flexibility factors shows that they are not easy to use or understand for designers and users. A simplification is necessary. The aim of this study is to introduce a flexibility classification that is easy to understand and shows in an easy way if a building already uses the lowest energy cost level or if further improvement is possible. The classification expresses the annual energy costs in colored classes: green (class A) for lowest up to red (class D) for highest level. Basically, the flexibility classes can be derived for any metric of interest, in this paper examples are shown for energy costs and CO2eq emissions. The results given are based on the simulation of load management scenarios with different penalty signals applied for the heat pump operation of a residential building.
Airtight - Luftdichtheit von neuen Gebäuden
Das Projekt besteht aus drei Teilen: Durchführung von Luftdichtheitsmessungen an 28 neuen Einfamilienhäusern, einem Workshop «Luftdichtheit» mit Experten sowie thermischen Gebäudesimulationen gekoppelt mit einer zonalen Strömungssimulation. Alle gemessenen Gebäude liegen deutlich unter den Anforderungen der SIA 180 für natürliche und mechanische Lüftung. Die Simulationen an einem Einfamilienhaus zeigen, dass der Heizwärmebedarf mit zunehmender Undichtheit zunimmt. Dies ist eine Folge der grossen Temperaturunterschiede zwischen innen und aussen sowie höheren Windgeschwindigkeiten im Winter. Handlungsbedarf zum Thema Luftdichtheit besteht in der Klärung der Verantwortung für die Planung, Ausführung und Abnahme der Luftdichtheit sowie der Schnittstellenkoordination zwischen den Gewerken.
Energetische Flexibilität von Gebäuden
In diesem Projekt werden verschiedene Aspekte zum Thema «Energetische Flexibilität von Gebäuden» untersucht. Die Schwerpunkte liegen auf der Berechnung des Eigenverbrauchs, der Nutzung der thermischen Gebäudemasse zur flexiblen Laufzeitverschiebung der Wärmepumpe, das netzdienliche Lastmanagement für drei Quartiertypen, dem Einsatz von Flexibilitätskenngrössen und dem Thema Eigenverbrauch versus Netzdienlichkeit.
Energieetikette im GEAK
Das zentrale Element im GEAK ist die zweiteilige Energieetikette, die die Effizienz des Gebäudes für die Gebäudehülle (Heizwärmebedarf) und den Gesamtenergiebedarf anschaulich darstellt. Wissenswertes über die Berechnung der Etikette und deren Klassengrenzen werden vorgestellt. Ebenso wird beschrieben, welche Parameter einen Einfluss auf die Etikette haben.
Comparison of flexibility factors for a residential building
Buildings that are able to shift their loads without comfort restraints are important for the ongoing transformation of the power supply. This flexibility potential can be expressed in flexibility factors. The usefulness of four factors is investigated based on load control for the heat pump of a small apartment building according to electricity prices (high/low tariffs, spot market prices), CO2eq emissions share in the grid and a restricted operation period during daytime. The calculation methodology of the presented flexibility factors GSC, RIP, FF and FI is very different. RIP and FF are preferable because they have defined valid ranges which makes them easier to understand. Current electricity prices force the heat pump operation mainly into the night. The optimization of CO2eq emissions encourages operation mainly during the day. The optimization goals costs or CO2eq emissions thus lead to opposing heat pump operation times and can currently therefore not both be met simultaneously.
Load Control by Demand Side Management to Support Grid Stability in Building Clusters
Increasing numbers of photovoltaic systems and heat pumps in existing building clusters can lead to an overload of the associated substations of the electric grid. Based on a multi-agent-based simulation of three building cluster types the impact of building flexibility in regard to the residual substation load is studied. Each building announces its available flexibility, e.g. “heat pump can be switched off/on”. A cluster master coordinator evaluates the incoming offers and decides which offers are accepted in regard to the substation’s capacity utilization. The goal is to honour the substation’s limit by shifting the residual load. This paper presents results from three typical urban building clusters for different penetration scenarios in regard to heat pumps, photovoltaic systems, batteries and electric vehicles. It is shown that in the studied building clusters a high penetration of heat pumps and photovoltaic systems can violate the existing substation’s limits, regardless of the efforts by the master coordinator. Batteries of typical capacities cannot reduce the peak residual load. The load shifting options of the master coordinator are limited.
Multi-agent based simulation of smart building cluster for electric grid stabilization
With the increasing number of photovoltaic systems and heat pumps in buildings existing substations of the electric grid could be overloaded. A multi-agent based simulation of a building cluster studies the impact of building flexibility in regard to the residual substation load. Each building announces its available flexibility, e.g. "heat pump can be switched off/on". A master coordinator evaluates all incoming offers and decides which offers are accepted. This reduces the residual load at the substation. This paper presents results from a study of the impact at the substation of a smart urban building cluster with different penetration scenarios of heat pumps, photovoltaic systems, batteries and electric vehicles. It is shown that a high penetration of heat pumps and photovoltaic systems violates the substation's limits for the studied building cluster. Batteries cannot reduce the peak utilization. The master coordinator's load shifting options are limited.
Luftdichtheit zwischen Wohnungen in Mehrfamilienhäusern
Gemäss SIA 180:2014 muss nicht nur die thermische Gebäudehülle luftdicht ausgeführt sein, sondern situationsbedingt auch die Dichtheit zwischen verschiedenen Nutzungszonen z.B. Wohnungen in Mehrfamilienhäusern sichergestellt werden. Nur bei wohnungsweisen Luftdichtheitstests kann festgestellt werden, ob einzelne Wohnungen in einem Luftverbund stehen oder nicht. In diesem Projekt wird das Vorhandensein und ggf. die Art von Undichtigkeiten («Leckagewege») zwischen einzelnen Wohnungen an fünf Mehrfamilienhäuser untersucht (drei Neubauten und zwei Bestandsbauten).
Smarte Gebäude - netzdienlich oder nicht?
Die Laststeuerung nach Strompreisen (Hoch-/Niedertarif, Spotmarktpreise), CO2-eq-Emissionen bzw. dem Eigenverbrauch wird für die Wärmepumpe eines kleinen Mehrfamilienhauses untersucht. Die Ergebnisse werden anhand von vier verschiedenen Flexibilitätskenngrössen dargestellt. Die Berechnungsmethodik der vorgestellten Kenngrössen GSCabs, RIP, FF und FI ist sehr unterschiedlich. Somit sind auch die Wertebereiche, die eine Kenngrösse annehmen kann bzw. Zielwerte, die eine hohe Flexibilität anzeigen, sehr verschieden. Dies macht die Vergleichbarkeit der Kenngrössen schwierig. Die vorgestellten Flexibilitätskenngrössen zeigen jedoch grundsätzlich dieselben Tendenzen an, so dass jede Kenngrösse genutzt werden kann. Die Ziele von Netz- und Gebäudebetreiber widersprechen sich nicht. Es muss jedoch entschieden werden, ob der Fokus auf einer Netzentlastung bei tiefen Stromkosten oder auf der Reduktion der CO2-eq- Emissionen liegt.
30% oder 80% Eigenverbrauch?
Infolge der steigenden dezentralen Stromerzeugung wird der Eigenverbrauch immer wichtiger. Die Eigenverbrauchsrate sollte daher bestimmt werden. Je nach zeitlicher Auflösung der Gebäudebilanzierung kommt man jedoch zu unterschiedlichen Ergebnissen. Welche Zeitschritte sind für die Praxis sinnvoll? Die Ergebnisse zeigen, dass zur Bestimmung der Eigenverbrauchsrate und dem Autarkiegrad eine zeitliche Auflösung der Daten von einer Stunde ausreichend ist. Der Fehler ist mit dieser Auflösung gegen über 1 min Werten nicht sehr gross. Wird eine Batterie eingesetzt, spielt die Auflösung von 1, 15 oder 60 min keine Rolle mehr.