Energetische Flexibilität von Gebäuden, Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW

In diesem Projekt werden verschiedene Aspekte zum Thema energetische Flexibilität von Gebäuden untersucht. Es wird das Planungsinstrument «EnerFlex» entwickelt, welches auf Stundenbasis die Eigenverbrauchsrate und den Autarkiegrad bestimmt. «EnerFlex» ist die Basis für das Tool «PVopti», welches seit 2017 für den Minergie-Nachweis verwendet wird.

Um den Eigenverbrauch zu erhöhen ist es das Ziel, die Laufzeit der Wärmepumpe auf den Tag zu beschränken. Dies ist im Wohnbereich besser umzusetzen als im Bürobau, da im Bürobau die internen Lasten eine sehr grosse Rolle spielen. Im Winter führen hohe interne Lasten zu kürzeren Laufzeiten. Im Sommer verlängern hohe interne Lasten die Laufzeiten, da mehr bzw. länger gekühlt werden muss. Es wird ein Diagramm entwickelt, aus dem die Wärmepumpenlaufzeit für Wohnen in Abhängigkeit von dem Heizwärmebedarf und der Wärmespeicherfähigkeit abgeleitet werden kann.

Zeitschrittintervalle und Gewichtungsfaktoren haben einen grossen Einfluss auf die Energiebilanz. Zeitschritte mit maximal 60 min ergeben ausreichend genaue Ergebnissen. Wird eine Batterie eingesetzt, liefern 1- und 60-min Zeitschritte dieselben Ergebnisse. Symmetrische und unsymmetrische Gewichtungsfaktoren führen zu unterschiedlichem Gebäudedesign und unsymmetrische Faktoren zur Notwendigkeit von grösseren PV-Anlagen.

Eine Vergrösserung des Warmwasserspeichers von einem Tages- auf einen 2-3 Tagesspeicher ist nicht sinnvoll, da die Erhöhung der Eigenverbrauchsrate und des Autarkiegrads sehr gering ausfällt.

Erste Untersuchungen zum Peakshaving mit einer Batterie (Kapazität eine kWh pro kWp installierte PV-Leistung) zeigen, dass die Dauer des Peakshavings und die verschiebbare Energiemenge stark von dem Verhältnis zwischen Jahresertrag und -bedarf abhängt.

Für eine Areal-Simulation wird ein Areal mit Ein- und Zweifamilienhäusern zusammengestellt und die Eigenverbrauchsrate und der Autarkiegrad pro Haus bestimmt. Als nächster Schritt sollen über einen Agenten die Wärmepumpen an- und ausgeschaltet bzw. die Batterien ge- und entladen werden, um die Netzbelastung zu glätten.

Das Projekt ist in das Projekt der Internationale Energieagentur IEA EBC Annex 67 "Energy Flexible Buildings" eingebunden (www.iea-ebc.org).

Die Ziele von IEA Annex 67 sind:

1. Development of common terminology, a definition of "energy flexibility in buildings" and a classification method
2. Investigation of user comfort, motivation and acceptance associated with the introduction of energy flexibility in buildings
3. Investigation of the energy flexibility potential in different buildings and contexts, and development of design guidelines, control strategies and algorithms
4. Investigation of the aggregated energy flexibility of buildings and the potential effect on energy grid
5. Demonstration of energy flexibility through experimental and field studies.

Auf der Webseite (www.annex67.org) können die Publikationen des Annexes heruntergeladen werden. Diese beinhalten auch eine Annex 67 Version von PVopti.

Eckdaten des Projekts

Publikationen

• Hall M., Geissler A.:
  "Comparison of Flexibility Factors and Introduction of A Flexibility Classification Using Advanced Heat Pump Control" Energies 2021, 14 (24), 8391
  https://doi.org/10.3390/en14248391
• Hall M., Geissler A.:
  "Energetische Flexibilität von Gebäuden – Beitrag zum IEA Annex 67"
  FHNW, BFE-Schlussbericht SI/501240-01, 2020
• Hall M. and Geissler A.:
  “Load Control by Demand Side Management to Support Grid Stability in Building Clusters”
  Energies, vol. 13, no. 19, pp. 1–15, 2020
  https://doi.org/10.3390/en13195112
• Hall M., Geissler A.:
  "Smarte Gebäude - netzdienlich oder nicht?"
  21. Status-Seminar "Erneuern! Sanierungsstrategien für den Gebäudepark", 03.-04. September 2020, Aarau (CH)
  DOI 10.5281/zenodo.3900180
• Hall M., Geissler A., Wache H.:
  "Multi-agent based simulation os smart building cluster for electric grid stabilization."
  Journal of Physics: Conference Series 1343 (2019) 01 2070
  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1343/1/012070
• Hoffmann, C., Hall, M., Geissler, A.:
  "Quantifying Thermal Flexibility of Multy-Family and Office Buildings"
  Building Simulation & Optimization 2018, Cambridge (GB), 11.-12. September 2018, p. 1-7,
  http://hdl.handle.net/11654/26562
• Hall, M., Hoffmann, C., Geissler, A.:
  "Energetische Flexibilität durch Nutzung der thermischen Gebäudemasse"
  20. Status-Seminar "Forschen für den Bau im Kontext von Energie und Umwelt", 07.-08. September 2018, Zürich (CH), http://hdl.handle.net/11654/26564
• Hall M., Burger B.:
  "PVopti - hourly-based design tool for determin personal consumption"
  22 Internationale Passivhaustagung, 9.-10.03.2018, München
• Hall, M., Geissler A.:
  "Impact of different energy balancing methods on Net Zero Energy Buildings"12. Advanced Building Skins 2-3. Oktober 2017, Bern CH, www.//irf.fhnw.ch
• Hall M., Geissler A.:
  "Different balancing methods for Net Zero Energy Buildings - Impact of time steps, grid interaction and weighting factor"
  Energy Procedia 122 (2017), S. 379-384, CISBAT 6.-8. Sep. 2017, Lausanne CH
  https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.422
• Burger B., Hall M.:
  "PVopti – hourly based energy balance for building design"
  Energy Procedia 122 (2017), S. 769-774, CISBAT 6.-8. Sep. 2017, Lausanne CH
  https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.394
• Hall M.; Burger B.; Geissler A.:
  "Entwicklung eines Planungsinstruments zur Bestimmung der Netzinteraktion von Gebäuden"
  brenet 19. Status-Seminar, Zürich, 8./9. September 2016,
  http://hdl.handle.net/11654/23355
• Hall M.: Energetische Flexibilität von Gebäuden, Jahresbericht 2016
• Hall M.: Energetische Flexibilität von Gebäuden, Jahresbericht 2017
• Hall M.: Energetische Flexibilität von Gebäuden, Jahresbericht 2018
• Hall M.: Energetische Flexibilität von Gebäuden, Jahresbericht 2019
• Factsheet 2015