Zeitschrift EE

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„Das technische Verständnis der Systeme und Prozesse ist essentiell“

Reinhard Pertschy

Meinen ersten Kontakt zu AEE  INTEC hatte ich im Jahr 2000, als ich zusammen mit Waldemar Wagner, dem Leiter des Bereichs Messtechnik, ein Datenaufzeichnungssystem für das Monitoring von Passivhäusern entwickelte. Damals arbeitete ich bei Bernecker + Rainer, einer Firma für Industrieautomation. Ein paar Jahre später war ich der Meinung, genug Zeit in der Automatisierungstechnik verbracht zu haben, und ich wollte mich mit Prozessen vor der Automatisierung beschäftigen. Daher entschied ich mich für eine Veränderung, kündigte und startete an der FH Pinkafeld mit dem Studium „Energie- und Umweltmanagement“ und „Gebäudetechnik und Gebäudemanagement“. Während des berufsbegleitenden Studiums machte ich mich selbstständig und kam so wieder in Kontakt mit AEE  INTEC, um das Datenaufzeichnungssystem weiterzuentwickeln. Diese Zusammenarbeit endete schließlich mit einer Anstellung bei AEE  INTEC im Bereich Messtechnik und auch mein Studium habe ich inzwischen mit der Masterarbeit „Hardware-in-the-Loop für thermische Solarkollektorfelder“ abgeschlossen. Hardware-in-the-Loop ermöglicht dabei eine Kombination von Simulation und realer Anlage.

Abbildung: Porträt

Der Bereich Messtechnik arbeitet mit allen Bereichen von AEE  INTEC intensiv zusammen. Meine Schwerpunkte liegen in der Programmierung, der elektrischen Planung und Konzeption, sowie der Steuerungs- und Regelungstechnik. Momentan befasse ich mich mit der Vermessung von nachhaltigen Gebäuden, Monitoring von solaren Großanlagen, Steuerungs- und Regelungsentwicklung von Laboranlagen sowie Hardware-in-the-Loop. Das technische Verständnis der Systeme und Prozesse ist dabei essentiell und so kann ich meine Erfahrung aus der Automatisierungstechnik und aus meinem Studium ideal kombinieren.

Der Einstieg bei AEE  INTEC wurde mir durch die Vereinbarkeit von Beruf, Familie und Studium ermöglicht. Ich schätze die große Motivation der Kollegen, nicht das minimal notwendige, sondern das maximal mögliche aus den Projekten herauszuholen. Nicht zuletzt wegen der gegenseitigen Unterstützung im Team der Messtechnik fühle ich mich bei AEE INTEC sehr wohl.

Abbildung: Discgolfanlage mit 15 Bahnen in Graz Mariatrost. Beim Discgolf muss eine Frisbee mit möglichst wenigen Würfen in einen Korb geworfen werden.

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ACR - Kooperationspreis 2017 an Kulmer Holz-Leimbau GmbH und AEE  INTEC

Kulmer Holz-Leimbau GmbH und AEE  INTEC erhielten am 3.10.2017 bei der ACR-Enquete in der WKO Sky Lounge in Wien einen ACR - Kooperationspreis für die Entwicklung von vorgefertigten Fassadenelementen.

Abbildung: ACR/APA-Fotoservice/Schedl, Fotograf: Ludwig Schedl

Ein fertiges Fassadenelement ist rund 2,8 m hoch und 10 m breit, kann aber auf bis zu 3 m mal 13,6 m vergrößert werden. Das Fenster ist ebenso integriert wie auch Photovoltaik und die gesamte Haustechnik. Wie in einem Baukastensystem können die Elemente von außen an ein mehrstöckiges Wohnhaus Stück um Stück aufgesetzt und angeschlossen werden. Der Kern der Innovation ist die integrierte Technik, die eine umfassende Sanierung des Gebäudes in kürzerer Zeit und mit über den Lebenszyklus gerechnet deutlich niedrigeren Kosten als eine herkömmliche Sanierung ermöglicht. Der größte Vorteil ist aber, dass keine Stemmarbeiten notwendig sind und die Bewohnerinnen und Bewohner ihre Wohnungen für die Zeit der Sanierung nicht verlassen müssen.

Ein besonderes Augenmerk legten die Projektpartner bei der Entwicklung auf Synergieeffekte durch die einfache Integration von einzelnen Gebäudetechnikelementen, von aktiven Solartechnologien und Wärmepumpen über Lüftungstechniken bis hin zu Ver- und Entsorgungssträngen, sowie auf hohe Effizienz in der Versorgung, hohe Anteile erneuerbarer Energieträger und ansprechende Architektur. Nach dynamischen Simulationen verschiedener Konzepte wurde ein Haustechnikkonzept mit fassadenintegrierter Kleinstwärmepumpe und PV-Modul schließlich in einer Testfassade umgesetzt und verschiedenen Tests unterzogen.

Sämtliche Tests und Berechnungen zeigten, dass die Kopplung von Bau- und Gebäudetechnik in vorgefertigten Fassadenelementen ein hohes Potenzial besitzt, herkömmliche Sanierungsabläufe entscheidend zu vereinfachen, Kosten zu reduzieren und den Primärenergiebedarf deutlich zu senken. Das Potenzial dieses Sanierungsansatzes ist alleine im Geschoßwohnbau enorm, wenn man bedenkt, dass 75 Prozent aller Gebäude in Österreich älter sind als 35 Jahre.

Weitere Projektpartner waren Vaillant GmbH, Nussmüller Architekten ZT GmbH, TBH Ingenieur GmbH sowie die TU Graz, Labor für Bauphysik. Das Projekt wurde im Rahmen des Forschungs- und Technologieprogrammes e!MISSION.at des österreichischen Klima- und Energiefonds gefördert.

Weitere Informationen

http://www.acr.ac.at/newsletter/newsletterartikel-detail/acr-kooperationspreis-2017-fassade-mit-integrierter-haustechnik-1/
https://www.youtube.com/watch?v=4kqMSD7ZbF8

AEE INTEC ist Mitglied des Forschungsnetzwerks Austrian Cooperative Research

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Energiegewinnung aus ammoniumhaltigen Reststoffströmen

In unterschiedlichen Reststoffen wie Produktionsabwässern, kommunalen Abwässern oder Gärresten sind große Mengen von Ammonium (in Form von Stickstoffsalzen) gebunden. Mangels effizienter Rückgewinnungstechnologien geht der darin mitgeführte Wasserstoff ungenutzt verloren. Mit dem Projekt soll erstmals der Grundstein für eine energieeffiziente, wirtschaftliche, industrielle Anwendung zur Rückgewinnung und energetischen Verwertung von Ammoniak aus flüssigen Abfallprodukten gelegt werden.

Foto: fotolia.de

Im Rahmen des Projektes „Ammonia-to-Power“ werden ein Vakuum-Membrandestillationsverfahren zur Ammoniakgasgewinnung und eine Ammoniak-Brennstoffzelle (Ammoniak SOFC-solid oxid fuel cell) entwickelt. Mit der Vakuum-Membrandestillationstechnik zur Ammoniakabtrennung wird erstmals eine Technologie verfügbar sein, um aus flüssigen Abfallprodukten Ammoniak als Gas nutzbar zu machen. Die SOFC-Brennstoffzelle ist die einzige bekannte Technologie mit der es möglich ist, aus Ammoniak effizient Energie zu gewinnen.

Eine optimierte Membrandestillationanlage im Labormaßstab mit genauen Kenntnissen über Prozessparameter wie Durchfluss, Temperaturen, Energieverbrauch etc. und die Entwicklung eines optimierten Vakuum-Membranmodul mit geeigneten Betriebsparametern werden untersucht. Der abgetrennte Ammoniak soll in weiterer Folge in einer SOFC in elektrische und thermische Energie umgewandelt werden. Darauf aufbauend wird eine 5kW Kraft-Wärmekopplungsanlage aufgebaut, die ausschließlich mit Ammoniak als Brennstoff betrieben wird. Die kombinierte Nutzung von Strom und Wärme ergibt sehr hohe Nutzungsgrade, die Verwendung von Brennstoffzellen ermöglicht hohe elektrische Wirkungsgrade im niedrigen elektrischen kW-Bereich.

Weiters wird für zwei konkrete Anwendungsfälle, eine kommunale Kläranlage und einen ASFINAG-Autobahnrastplatz, ein technisches Konzept einer Real-Scale Anlage ausgearbeitet. Auf den Entwicklungen und Konzepten aufbauend wird eine technoökonomische Bewertung der neuen Technologie erfolgen.

Auftraggeber
Klima- und Energiefonds

Projektpartner
AEE  INTEC (Koordinator), AVL LIST GmbH, Technische Universität Graz – IWT (Institut für Wärmetechnik)

Ansprechperson
Dipl.-Ing. Christian Platzer, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Logo Klima- und Energiefonds

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Numerisches Verfahren zur präzisen Berechnung des solaren Eintrags durch transparente Gebäudeflächen

Vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung und in Anbetracht der Tatsache, dass in der EU der Gebäudesektor mit 40% Endenergieverbrauch der Sektor mit dem größten Energieverbrauch ist, wird eine möglichst genaue, physikalisch korrekte energetische Beschreibung von Gebäuden immer wichtiger, da diese ein essentielles Werkzeug zur Steigerung der Energieeffizienz darstellt. Die derzeit zur Berechnung des solaren Eintrags angewendeten Modelle sind relativ ungenau, wohingegen im Zuge der heute üblichen hohen Dämmstandards und der stark gestiegenen Glasflächenanteile in Gebäuden die Bedeutung des solaren Eintrags signifikant zugenommen hat. In der Heizperiode kann der solare Eintrag maßgeblich zur Reduktion des Energieverbrauchs beitragen, in der warmen Jahreszeit zeigen sich häufig Überhitzungssituationen und wachsender Kühlenergiebedarf.

Abbildung

Einschlägige Normen verwenden zur Berechnung von beschatteten Glasflächen Verfahren, die auf stark vereinfachenden Annahmen basieren und deshalb zu ungenauen bzw. zum Teil sehr fehlerhaften Ergebnissen führen. Die alternative Bestimmung des Energiedurchlasses auf empirischem Weg ist nicht praktikabel, da diese sehr aufwändig ist und nur für spezifische Einzelsysteme angewendet werden kann.

Grundlegende Ziele des Projekts „Radi-Cal“ im Rahmen einer industrienahen Dissertation sind daher einerseits die Verbesserung der energetischen Beschreibbarkeit von Gebäuden und andererseits die Entwicklung eines Tools, das es z. B. Herstellern von Sonnenschutzsystemen oder Glasfassaden ermöglicht, die energetische Wirkung ihrer Systeme auf einfache Weise zu planen, zu evaluieren und zu optimieren. Dazu wird eine physikalisch fundierte, universell anwendbare und genaue Berechnungsmethodik zur Beschreibung des solaren Eintrags entwickelt, die auf transparente und kohärente Weise bestehende Ansätze erweitert und kombiniert, exakte Geometrien und optische Eigenschaften aller Oberflächen berücksichtigt und auf moderne numerische Verfahren wie Monte-Carlo-Raytracing zurückgreift. Dadurch sollen praxisrelevante, virtuelle Messungen ermöglicht werden. Mit Hilfe eines im Rahmen des Projekts entwickelten Software-Tools werden die Funktionstüchtigkeit, Validität und Zweckmäßigkeit des Verfahrens nachgewiesen und potentielle Anwendungsbereiche aufgezeigt. Außerdem wird eine innovative Schnittstelle konzipiert, um die Berechnungsergebnisse in dynamische Gebäudesimulationen oder Energieeffizienz-Berechnungsprogramme integrieren zu können.

Die neue Berechnungsmethodik soll möglichst unmittelbar im Rahmen der geforderten normativen Nachweise und Gebäudesimulationen zur Anwendung gelangen. Der Fokus liegt auf der Berechnung von beweglichen und statischen Beschattungseinrichtungen, bzw. der Berechnung des solaren Energieeintrags aller aktiv, passiv oder eigenverschattenden Fenster oder Glasfassaden. Das Verfahren kann jedoch auch für eine Vielzahl an Aufgabestellungen in verwandten Bereichen z. B. Solarthermie, Photovoltaik, opaken Fassaden, etc. eingesetzt werden.

Auftraggeber
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft im Rahmen des Programms „industrienahe Dissertation“

Ansprechperson
Dipl.-Ing. Daniel Rüdisser, d.rüDiese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Betreuer
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. tech. Michael Monsberger, Integrated Building System, Institut für Baubetrieb und Bauwirtschaft, TU Graz
Dipl.-Ing. Dr. Karl Höfler, AEE  INTEC
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Optimierte Regelungsstrategien für Solargroßanlagen zur Fernwärmeeinspeisung

Ziel des Projekts „scaled BIG SOLAR control (sBSc)“ ist die Entwicklung optimierter Regelungsstrategien und -software für den kosteneffizienten Betrieb großer Solaranlagen mit Absorptionswärmepumpen und saisonalem Speicher zur Fernwärmeeinspeisung.

Abbildung. Quelle: SOLID/ René Prohaska

Bezüglich Systemkonzept und Komponenten orientiert sich das Projekt am Projektvorhaben „BIG Solar Graz“. Dieses Projekt sieht eine Großsolaranlage, einen Saisonspeicher, sowie Absorptionswärmepumpen und eine Nachheizung zur Einbindung in das Fernwärmenetz von Graz vor. Das Systemdesign ist äußerst innovativ und in der geplanten Größenordnung bisher weltweit einmalig.

Die Regelung solcher Solarsysteme ist eine der größten Herausforderungen für deren zuverlässigen und kosteneffizienten Betrieb. Dabei muss das Risiko von Störungen und Ausfällen minimiert und die Regelung in Bezug auf die Energiebereitstellung wirtschaftlich und technisch optimiert werden. Des Weiteren stellt die Einbindung von Absorptionswärmepumpen aufgrund vielfältiger Vernetzungen mit anderen Systembereichen eine komplexe Aufgabe dar. Um das Umsetzungsrisiko für „BIG Solar“-Projekte zu reduzieren und den optimalen Betrieb zu gewährleisten, ist es essentiell, vorab das entsprechende Regelungswissen aufzubauen.

Dazu wird eine Testanlage im Labormaßstab installiert, bei welcher die wesentlichen Komponenten und die hydraulische Verschaltung von „BIG Solar Graz“ in kleinem Maßstab repräsentativ nachgebaut bzw. simuliert werden. Die Realisierung erfolgt nach dem Hardware-in-the-Loop-Prinzip, wobei eine Absorptionswärmepumpe angeschafft wird und Speicher/Kollektorfeld und Nachheizung simuliert werden. Die Regelung des Teststandes wird in Hinblick auf die Regelungsaufgaben von „BIG Solar Graz“ implementiert und optimiert. Die optimierten Regelungsstrategien, die Regelungssoftware und das generierte Know-how werden anschließend auf „BIG Solar Graz“ und vergleichbare Projekte angewendet.

Auftraggeber
SFG (Steirische Wirtschaftsförderung) aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)

Projektpartner
S.O.L.I.D Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH (Koordinator), AEE  INTEC

Ansprechperson
Dipl.-Ing. Christoph Moser, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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