2015-09, Menn, Claudio, Geissler, Achim, Kim, David Pascal, Dorusch, Falk

In vorliegendem Beitrag wird die Untersuchung der Nachnutzung von gebrauchten Batterien aus der Elektromobilität als Second-Life Stromspeicher (engl.:“Battery Energy Storage“ (BES)) in Gebäuden hinsichtlich technischen, ökonomischen und ökologischen Kriterien beschrieben. Basierend auf energiepolitischen Szenarien der Schweiz (Energieperspektiven 2050) werden eine Nettokapitalwert (engl.: „Net Present Value“ (NPV))- Analyse und eine Ökobilanzierung durchgeführt. Die Ergebnisse zu einem typischen Einfamilienhaus mit variierenden PV und Second-Life BES Systemgrössen (1-30 kWp und kWh) zeigen keinen positiven NPV25 (Investitionszeitraum 25 Jahre) gegeben Rahmenbedingen aus dem Jahre 2015 und einer betrachteten Anzahl CL (engl.: „Cycle Life“ (CL)) von 800-6400. Für ein Second-Life BES mit mindestens 4800 CL resultiert eine optimale nutzbare Speicherkapazität von 2 kWh (≈ 10.7 Wh/m2 Energiebezugsfläche (AE)). Die optimale Systemgrösse der PV-Anlage beträgt dabei 3 kWp (≈ 16 Wp/m2 AE). Demgegenüber zeigt die Gesamtsystem-Betrachtung (PV inkl. Second-Life BES) eines typischen Mehrfamilienhauses ein NPV25 von durchschnittlich 1300-1500 CHF gegeben einer Anzahl CL von 4800-6400. Die optimalen Systemgrössen betragen hierzu im Durchschnitt der betrachteten Szenarien 14 kWp (≈ 13 Wp/m2 AE) und 5 kWh (≈ 4.7 Wh/m2 AE) Speicherkapazität. Der Vergleich von Second-Life BES zu herkömmlichen Stromspeichern (engl.: „conventional“ (C)) zeigt beim MFH nahezu bei allen untersuchten Systemgrössen einen Kostenvorteil für Second-Life BES. Die Stromgestehungskosten des Second-Life BES betragen 57 Rp./ kWh bei 4800 resp. 49 Rp./ kWh bei 6400 CL (gemittelt zwischen den untersuchten Szenarien). Der Kostenvorteil gegenüber C-BES ist hierzu 110 % resp. 80 %. In einer Sensitivitätsanalyse werden die Basiskosten (Gehäuse, Verkabelung, Wechselrichter und Installation) und der Strompreis als Parameter mit grösstem Effekt auf die Profitabilität von BES identifiziert. Basierend auf energiepolitischen Szenarien der Schweiz kann mit einer Substitution von C-BES durch Second-Life BES im Jahre 2035 0.34 – 0.60 % und im Jahre 2050 1.3 – 2.0 % zum jährlichen Reduktionsziel der CO2-Emissionen beigetragen werden. Voraussetzung dafür ist die Nutzung des verfügbaren Materials aus der Elektromobilität. Zudem liegt dieser Rechnung eine Substitutionsrate der Nennkapazität von C-BES Systemen mit Second-Life BES von 14 % zugrunde. Ein Anschlusspunkt für nachfolgende Forschungsarbeiten liegt in der Gestaltung von Tarifsystemen, die einen höheren Anreiz zur Stromspeicherung geben. Zudem ist in der Betrachtung des Umweltnutzens von Second-Life BES die rasante Entwicklung von alternativen Batterietechnologien stärker zu berücksichtigen.

2014-07-05, Pietsch, Constanze, Hollender, Juliane, Burkhardt-Holm, Patricia, Dorusch, Falk

Abstract The world-wide distribution and high bioaccumulation potential of pentachlorophenol (PCP) in aquatic organisms imply a high toxicological impact in aquatic systems. Firstly, our investigations show that, similar to mammalian cell lines, PCP can be metabolized to tetrachlorohydroquinone (TCHQ) in the permanent cell line derived from rainbow trout liver cells (RTL W-1). Moreover, we demonstrate that PCP as well as its metabolite TCHQ is capable of influencing the viability of these cells. Three cell viability assays were performed to assess possible cellular targets of these substances. Thus, the toxicity of the PCP-derivative TCHQ was shown for the first time in a fish cell line. Further investigations revealed the involvement of ROS in the cytotoxicity of PCP and its metabolite TCHQ. The observation of oxidative stress due to PCP or TCHQ exposure does provide a plausible explanation for the increased cytotoxicity of higher concentrations of both substances and implies possible mechanisms underlying these observations. In addition, antioxidants such as ascorbic acid and quercetin modulate the detrimental effects of PCP and TCHQ whereby both compounds exacerbate the cytotoxic effects of high PCP and TCHQ concentrations.

2013-09-05, Dorusch, Falk, Fregnan, Franco

The Swiss federal Office of Public Health has committed the FHNW Institute of Energy in Construction to strengthens the cooperation of all actors in Radon prevention and protection in the German-speaking part of Switzerland. Radon as important problem of in-house air quality should be implemented in teaching of Architects and Civil Engineers.

2015-04-22, Dorusch, Falk, Hall, Monika

Durch eine automatische, in Abhängigkeit des Kohlendioxidgehalts (CO2) der Raumluft geregelte Fensterlüftungsanlage kann die Raumluftqualität in Schulgebäuden verbessert werden. Der vorliegende Schlussbericht fasst die Ergebnisse der Untersuchungen zur Effektivität einer automatisierten Fensterlüftung am Schulhauskomplex Ilgen A und B in Zürich-Hottingen zusammen. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die automatische Fensterlüftung auf die Raumluftqualität sowie den thermischen Komfort der Klassen- und Gruppenräume in den Schulhäusern A und B hat. Der zeitliche Fokus der Untersuchungen liegt dabei auf den Zeiträumenzwischen 20.08.2012 und 28.02.2013 sowie zwischen 17.06.2013 und 21.06.2013. Raumluftqualität Anhand der Daten zum CO2-Gehalt und zur Raumlufttemperatur wird die Raumluftqualität, die während der Unterrichtszeiten vorherrscht, für die Sommer-, Herbst- und Wintersaison separat bewertet. Es zeigt sich ein saisonal verschiedenes Bild: • Während der Sommermonate erreicht die Raumluft in beiden Schulgebäuden in fast allen Räumen eine gute bis ausreichende Qualität. • Mit Beginn der Heizperiode tritt eine Verschlechterung ein, die insbesondere in den Wintermonaten zu hohen CO2-Gehalten in den Räumen der oberen Stockwerke beider Schulhäuser führt. • Während der Wintersaison wird folgende Raumluftcharakteristik beobachtet: Schulhaus A: Der Raum mit der besten Raumluftqualität weist in mehr als 75% der Unterrichtszeit CO2-Gehalte unterhalb von 800 ppm auf. Ein Raum fällt durch eine hohe CO2-Belastung auf. In diesem Raum werden in 27% der Lektionen mehr als 1500 ppm CO2 in der Raumluft gemessen. In den sieben weiteren Räumen werden vorwiegend CO2 -Gehalte zwischen 800 und 1500 ppm gemessen. Schulhaus B: Ein Raum erreicht in mehr als 75% der Unterrichtszeit akzeptable CO2 -Gehalte unterhalb von 800 ppm. Vier Räume sind stark belastet und weisen in 57 bis 68% der Lektionen mehr als 1500 ppm CO2 in der Raumluft auf. In den 14 verbleibenden Räumen werden überwiegend CO2 -Gehalte zwischen 800 und 1500 ppm beobachtet. Analyse der Anlagenfunktion Die Analyse der Messwerte der automatischen Fensterlüftungsanlage ergibt keinen Zusammenhang zwischen der Öffnungsweite der Fenster und dem CO2-Gehalt des jeweiligen Raumes. Ebenfalls ist den Messwerten kein Zusammenhang zwischen der Öffnungsdauer mit dem CO2-Gehalt zu entnehmen. Es ist derzeit ungeklärt, ob die Fensteröffnungsweite proportional zum CO2-Gehalt geregelt wird. Optimierungspotential Um die CO2-Gehalte der hoch belasteten Räume während des Unterrichts auf Werte unterhalb der physiologisch bedenklichen Schwelle zu senken sind folgende Massnahmen denkbar: • die Aktivierung des CO2-proportionalen Lüftungsbetriebs, • die Verlängerung der Stosslüftungsdauer am Morgen und in den Pausen, • das Herabsetzen der CO2-Schwellenkonzentration, ab der die Fenster geöffnet werden, • ein genaues Anpassen der Öffnungsweiten an die Druck- und Anströmsituation (Luv/Lee), • der Einbau von Überströmöffnungen in Räumen ohne Querlüftmöglichkeit, • das Umplatzieren von Sonnenschutzstoren. Die Überwachung der Funktionsfähigkeit der Anlage ist derzeit sehr zeitaufwändig. Für einen schnellen Überblick über alle Räume ist es im Moment notwendig, die CO2- und Temperaturverläufe aller Räume einzeln aufzurufen. Zur Vereinfachung der Funktionskontrolle würden sich folgende Instrumente anbieten: • ein in der Steuersoftware programmiertes Übersichtstableau zur schnellen Erfassung der aktuellen Betriebssituation, der Raumluftqualitäten und der Raumlufttemperaturen, • die Etablierung eines qualitativen Bewertungsindikators z.B. in Form einer Raumluftampel für CO2 und Temperatur in den einzelnen Räumen.

2014-06, Hall, Monika, Dorusch, Falk, Geissler, Achim

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.

2012-10-12, Dorusch, Falk, Hall, Monika, Dott, Ralf

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.

2014-09-05, 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.

2013-12-06, Dorusch, Falk