Geissler, Achim

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Geissler
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Geissler, Achim

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    Quantifying Thermal Flexibility of Multy-Family and Office Buildings
    (University of Cambridge, 11.09.2018) Hoffmann, Caroline; Hall, Monika; Geissler, Achim [in: Building Simulation & Optimization 2018]
    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.
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    Fensterlüfter in Wohngebäuden (Sanierung und Neubau) - Die Sichtweise der Nutzer
    (07.09.2018) Hoffmann, Caroline; Primas, Alexander; Geissler, Achim; Huber, Heinrich [in: 20. Status-Seminar "Forschen für den Bau im Kontext von Energie und Umwelt"]
    In diesem Paper geht es um passive Fensterlüfter (ohne Ventilator) im Zusammenhang mit einer Abluftanalge in bereits errichteten Gebäuden. Die Veröffentlichung konzentriert sich auf die Auswertung von Gebäudebegehungen und Nutzerbefragungen (280 Nutzer in 28 Gebäuden).
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    Energetische Flexibilität durch Nutzung der thermischen Gebäudemasse
    (06.09.2018) Hall, Monika; Hoffmann, Caroline; Geissler, Achim [in: 20. Status-Semianr "Forschen für den Bau im Kontext von Energie und Umwelt"]
    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.
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    The impact of different energy balancing methods on Net Zero Energy Buildings
    (03.10.2017) Hall, Monika; Geissler, Achim [in: 12th Conference on Advanced Building Skins]
    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.
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    Energy refurbishment of historic districts. A techno-economic and environmental analysis of a case study
    (Advanced Building Skins, 11.10.2016) Menn, Claudio; Geissler, Achim [in: Advanced Building Skins]
    A techno-economic and environmental analysis of proposed energetic refurbishment measures combined with energy supply variants for a historic district in Switzerland (303 entities; 64’546 m2 energy reference area (AE)) is given. The economic evaluation is based on the Net Present Value (NPV) method and the environmental impact is quantified in “eco-points” (German: “Umweltbelastungspunkte” (UBP)) and equivalent CO2 emissions. Data for the analysis is provided by the Swiss building certification (German: “Gebäudeenergieausweis der Kantone” (GEAK)) and secondary literature. A total of three variants, V I through V III is analysed. The results show how current limit values for heating demand can be met with energetic refurbishment measures (including aerogel-super-insulation materials) which conform to requirements of the regional monument protection. It is found that a local heat distribution system based on a Brine/Water Heat Pump (B/W HP) (V I) can reduce the environmental impact for heating, hot water, ventilation, auxiliary energy (HWVA) from currently 1.8 tons CO2 eq per capita and annum (p.c.a.) (1.5 Million UBP’s p.c.a.) for the fossil fuel based system to 118 kg CO2 eq p.c.a. (325 thousand UBP’s p.c.a.). The environmental impact of a central wood chip plant (Combined heat and power (CHP)) in V II or a district heating based system in V III is slightly higher than in V I. Negative NPV (for a 30 years’ time frame) is found for all three mentioned energy supply systems in combination with energetic refurbishment measures (V I: -147.- CHF/m2 AE, V II: -125.- CHF/m2 AE, V III: -98.- CHF/m2 AE). However, it can be shown that reducing the energetic refurbishment costs by one third leads to a positive NPV for all three variants mentioned. Furthermore, the NPV-results do not differ significantly between the variants and should therefore not be the sole basis for decision-making. A sensitivity analysis shows a great impact of materials’ lifetime on the NPV. Therefore, reliable estimates for e.g. aerogel-super-insulation materials are important data for a NPV evaluation. Furthermore, the environmental impact was calculated for HWVA, only. This system boundary should be extended to domestic electricity consumption, embodied energy in insulation materials and PV in further research. Keywords: aerogel-super-insulation, historic district, energetic refurbishment, energy supply variants, sustainability assessment
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    Passive window ventilation openings for building refurbishment
    (Advanced Building Skins, 10.10.2016) Hoffmann, Caroline; Geissler, Achim; Huber, Heinrich [in: Advanced Building Skins]
    A thorough building refurbishment generally includes window replacement and thermal insulation of the opaque building envelope. However, quite often only a window replacement is done and the building envelope is left uninsulated. This could lead to mould problems, because of the reduced air change. A possible solution can be the integration of passive window ventilation openings (PWVO). This paper deals with two questions: Firstly, can PWVO guarantee the necessary ventilation rate to avoid moisture damage? Secondly, how do PWVO compare to a ventilation system with heat recovery in terms of heating demand?
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    "Warum stimmt das nie?. Fragen beim Einsatz der SIA 380/1 als Prognoseinstrument bei Bestandsgebäuden (Wohnen)"
    (08.09.2016) Hoffmann, Caroline; Geissler, Achim; Carisch, Lara [in: Brenet 19. Status Seminar]
    Bei der Energieanalyse von unsanierten Bestandsgebäuden wird typischerweise der Systemnachweis gemäss SIA 380/1 zur energetischen Einordnung des Gebäudes und als Prognoseinstrument für den Heizwärmebedarf (Nutzenergie) und die Bewertung möglicher Sanierungsmassnahmen eingesetzt. Oftmals gibt es Abweichungen zwischen Heizwärmeverbrauch und tatsächlichem Bedarf. Das vorliegende Paper zeigt auf, dass diese Abweichungen nicht einem einzigen systematischen Fehler zuzuordnen sind. Vielmehr ist es eine Vielzahl von Gründen, die zu den Abweichungen führt. Die Analyse wird anhand von 33 realen Gebäuden durchgeführt und durch eine Literaturrecherche ergänzt.
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    Entwicklung eines Planungsinstruments zur Bestimmung der Netzinteraktion von Gebäuden
    (Brenet, 09/2016) Hall, Monika; Burger, Bastian; Geissler, Achim; Gaegauf, Christian [in: Brentet Status Seminar]
    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.
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    Hochhäuser als Nullenergiegebäude - ist das möglich?
    (Brenet, 09/2016) Hall, Monika; Geissler, Achim; Gaegauf, Christian [in: Brentet Status Seminar]
    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.
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    Gebäudeintegration von gebrauchten Batterien als Second-Life Stromspeichersysteme. Eine techno-ökonomische und ökologische Bewertung
    (2016) Menn, Claudio; Geissler, Achim; Kim, David Pascal [in: Status-Seminar «Forschen für den Bau im Kontext von Energie und Umwelt»]
    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 technischer, ökonomischer und ökologischer 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“) 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 eine 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) Speicher-kapazität. 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 beträgt dabei 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 von 0.34 – 0.60 % im Jahre 2035 und 1.3 – 2.0 % im Jahre 2050 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 Ta-rifsystemen, die einen höheren Anreiz zur Stromspeicherung geben. Dabei ist in der Betrach-tung des Umweltnutzens von Second-Life BES die rasante Entwicklung von alternativen Bat-terietechnologien stärker zu berücksichtigen. In this paper, the results from a techno-economic and ecological analysis of the extended usage of batteries from electric vehicles in residentials as Second-Life Battery Energy Storage (BES) are given. The Net Present Value (NPV) and the ecological benefits of Second-Life BES are assessed in the framework of the energy perspectives 2050 of the Swiss federal government. The results show no positive NPV25 (time frame investigated: 25 years) for a typical singlefamily house (SFH) with varying PV and Second-Life BES sizes (1 to 30 kWp and kWh), given the framework conditions of 2015 and an assessed range of 800-6400 battery Cycle Life (CL). For a PV-Second-Life BES system with at least 4800 CL, an optimal size of 2 kWh (≈ 10.7 Wh/m2 energy reference area (AE)) and 3 kWp (≈ 16 Wp/m2 AE) result for Second-Life BES and PV respectively. Compared with these findings, a typical multi- family house (MFH) yields a NPV25 of 1300 to 1500 CHF on average, provided that 4800-6400 CL are available. A system size of 14 kWp (≈ 13 Wp/m2 AE) and 5 kWh (≈ 4.7 Wh/m2 AE) are found to be optimal here. The comparison of Second-Life BES with Conventional (C)-BES systems generally shows a cost advantage of Second-Life BES for all assessed system sizes for MFH. The Levelized Cost of Electricity (LCOE) (averaged value of the energy scenarios) for the Second-Life BES are 57 Rp./ kWh and 49 Rp./ kWh for 4800 CL and 6400 CL respectively. This means a cost advantage of 110 % for 4800 CL and 80 % for 6400 CL compared to C-BES. A sensitivity analysis shows that base costs (case, cabling, AC/DC inverter and installation) and the electricity price are most effective parameter to enhance the profitability of Second-Life BES systems. Based on the Swiss energy policy scenarios, a 0.34 to 0.60 % contribution to the yearly CO2 reduction objectives in the year 2035 and 1.3 – 2.0 % in the year 2050, respectively, can be achieved by the substitution of C-BES with Second-Life BES. This result implies a usage of the material potential of Second-Life BES provided by electric vehicles in Switzerland. Furthermore, a 14 % substitution rate of the nominal capacity of C-BES with Second-Life BES is assumed. The development of tariff-schemes which give more incentives for BES and the consideration of alternative BES-technologies are subject of further research.
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