Geissler, Achim
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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.
Energetische Flexibilität durch Nutzung der thermischen Gebäudemasse
Aufgrund der Preisentwicklung von Strom wird es immer attraktiver, den Stromertrag der lokalen Photovoltaikanlage direkt vor Ort zu nutzen. Hierzu eignen sich grosse Strombezüger, die während der Tagesstunden Strom beziehen können, wie z.B. Wärmepumpen. Ziel ist es, die Laufzeit der Wärmepumpe auf den Tag zu beschränken. Je geringer die notwendige Laufzeit ist, desto grösser wird die Flexibilität hinsichtlich der Wahl der Laufzeitfenster. Es werden ein Mehrfamilienhaus (Fussbodenheizung) und ein Bürogebäude (Betonkernaktivierung in der Decke) untersucht. Beide untersuchten Gebäudetypen zeigen, dass die thermische Gebäudemasse ein wichtiger Bestandteil im Rahmen der energetischen Flexibilität ist. Es lässt sich aus den durchgeführten Untersuchungen ableiten, dass diese Flexibilität im Wohnbereich besser als im Bürobau zu nutzen ist, da im Bürobau die internen Lasten eine sehr grosse Rolle spielen. Im Winter wirken sich hohe interne Lasten positiv auf die Flexibilität aus, es sind kürzere Laufzeiten der Wärmepumpe (Heizmodus) möglich. Im Sommer verlängern hohe interne Lasten die Laufzeiten der Wärmepumpe (Kühlmodus), da mehr bzw. länger gekühlt werden muss.
Entwicklung eines Planungsinstruments zur Bestimmung der Netzinteraktion von Gebäuden
Es wird ein Planungsinstrument entwickelt, welches auf Stundenbasis den Eigenverbrauch, die Eigendeckung sowie den Netzbezug und die Netzeinspeisung bestimmt. Zum grössten Teil bilden SIA-Normen und Merkblätter die Grundlage für Bedarfswerte und Lastprofile. Mit dem Instrument wird der Einfluss verschiedener Parameter auf die Eigenverbrauchs- und Netzbezugsrate untersucht. Bislang können Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie Verwaltungen und Schulen damit abgebildet werden.
Sind Hochhäuser als Nullenergiegebäude machbar?
Für Einfamilienhäuser und kleine Mehrfamiliengebäude reicht in der Regel der Platz für eine entsprechend grosse Photovoltaikanlage auf dem Dach aus, um in der Jahresbilanz den Gesamtenergiebedarf durch den Photovoltaikertrag zu decken. Es stellt sich die Frage, ob grosse Gebäude, d.h. Gebäude bis zu 40 Stockwerken, mit langgestrecktem bzw. quadratischem Grundriss genügend Fläche für Photovoltaik zur Verfügung stellen können, so dass eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreicht werden kann.
Quantifying Thermal Flexibility of Multy-Family and Office Buildings
In diesem Beitrag geht es um die thermische Flexibilität von Mehrfamilienhäusern und Bürogebäuden. Speziell wird untersucht, wie es sich bei beiden Gebäudetypen auf den thermischen Komfort auswirkt, wenn das Gebäude nur tagsüber und in möglichst kurzen Zeitabschnitten beheizt und gekühlt wird.
The impact of different energy balancing methods on Net Zero Energy Buildings
To date, the building energy balance is typically based on annual values. If the annual PV-yield equals the overall annual energy demand, the building is called a Net Zero Energy Building (NZEB). Of course, this balancing approach does not take into account that PV-yield and electricity energy demand do not necessarily occur at the same time. However, Swiss standards and the building label Minergie have begun to address this issue. The Swiss standard SIA 380:2015, and the Minergie recast 2017 include self-consumption/grid-interaction in the energy balance. Currently, for the energy balance PV-yield and electricity demand are usually weighted with the same primary energy factor. Minergie 2017 retains this, but SIA 380:2015 features different (asymmetrical) primary energy factors for import from and export to the grid. This necessarily has a large impact on the resulting energy balance. The primary energy factor for import from the grid depends on the chosen type of the power mix in the grid. If this factor is higher than the primary energy factor of the PV-system, a larger PV system than when using symmetrical factors is required in order to fulfil the NZEB balance. The impact of balancing method of SIA 380:2015 and Minergie-A on a Net Zero Energy Building are discussed. It is found that the newly introduced definitions for the building energy balance have a large impact on the grid interaction.
Hochhäuser als Nullenergiegebäude - ist das möglich?
Dieser Beitrag befasst sich mit der Frage, ob Gebäude mit bis zu 40 Stockwerken eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder dem gesamten Energiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreichen können. Mit umfangreichen, simulationsbasierten Untersuchungen an je zwei Mehrfamilienhäusern und Verwaltungsbauten werden die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Nullbilanz analysiert.
Quantifying Thermal Flexibility of Multy-Family and Office Buildings
The 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.
Different balancing methods for Net Zero Energy Buildings - Impact of time steps, grid interaction and weighting factors
Adding large photovoltaic systems to buildings is becoming more and more popular. To date, the self-consumption/grid interaction is not typically part of the energy balance. The choice of symmetric or asymmetric primary energy factors has an impact on the balance. The primary energy factor for import from the grid depends on the chosen type of the power mix in the grid. If this factor is higher/lower than the primary energy factor of the on-site PV-system, a larger/smaller PV system than when using symmetrical factors is required in order to fulfil the NZEB balance.
Möglichkeiten und Grenzen von grossen Nullenergiegebäuden
Nullenergiegebäude haben üblicher Weise zwei bis vier Stockwerke. Daher interessiert die Frage, ob auch grosse Gebäude, d.h. Gebäude bis zu 40 Stockwerken, mit langgestrecktem bzw. quadratischem Grundriss genügend Fläche für Photovoltaik zur Verfügung stellen können, so dass eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreicht werden kann. Auf der Grundlage von Simulationen anhand von vier Basismodellen, je zwei Mehrfamilienhäuser und Verwaltungsbauten, werden die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Nullbilanz analysiert.