Geissler, Achim

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Geissler
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Achim
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Geissler, Achim

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Autor:in: Hall, Monika ×

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    Publikation
    FlexiCluster – Energetische Flexibilität von Arealen
    (Bundesamt für Energie BFE, 06.09.2024) Hall, Monika; Geissler, Achim
    Ziel 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 Arbeitsbericht
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    Publikation
    Gravity ventilation for interior bathrooms
    (IOP Publishing, 01.12.2023) Hall, Monika; Gerber, Vincent; Geissler, Achim [in: Journal of Physics: Conference Series]
    Based 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 Zeitschrift
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    Publikation
    Determine the heat demand of existing buildings with machine learning
    (IOP Publishing, 01.12.2023) Hofmann, Joachim Werner; Amoser, Christian; Geissler, Achim; Hall, Monika [in: Journal of Physics: Conference Series]
    The 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 Zeitschrift
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    Publikation
    Potential-estimation of thermal micro-grids in urban areas based on heat load and building clustering
    (IOP Publishing, 2023) Hall, Monika; Bereuter, Pia; Geissler, Achim [in: Journal of Physics: Conference Series]
    As 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 Zeitschrift
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    Publikation
    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, Frank [in: SustainDesign user friendly and resilient design with appropriate technology]
    Über 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
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    Publikation
    Comparison of flexibility factors and introduction of a flexibility classification using advanced heat pump control
    (MDPI, 13.12.2021) Hall, Monika; Geissler, Achim [in: Energies]
    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.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Comparison of flexibility factors for a residential building
    (IOP Publishing, 18.11.2021) Hall, Monika; Geissler, Achim [in: Journal of Physics: Conference Series]
    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.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Load Control by Demand Side Management to Support Grid Stability in Building Clusters
    (MDPI, 01.10.2020) Hall, Monika; Geissler, Achim [in: Energies]
    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.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
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    Publikation
    Smarte Gebäude - netzdienlich oder nicht?
    (Brenet, 04.09.2020) Hall, Monika; Geissler, Achim; Bichsel, Jürg; Sattler, Michael [in: 21. Status-Seminar Erneuern! Sanierungsstrategien für den Gebäudepark]
    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.
    04B - Beitrag Konferenzschrift
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    Publikation
    Energetische Flexibilität von Gebäuden
    (Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.06.2020) Hall, Monika; Geissler, Achim
    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.
    05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht