Zeitschrift EE

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Dagmar Jähnig - Eine (kleine) Zweigstelle von AEE INTEC in Kassel/Deutschland

Ich heiße Dagmar Jähnig und arbeite seit 2002 bei AEE INTEC. Ich studierte Energie- und Verfahrens- technik an der TU Berlin, der Ecole des Mines de Saint Etienne (Frankreich) und an der Universität Wisconsin-Madison (USA). Schon zu Studienzeiten wollte ich gerne etwas im Bereich erneuerbarer Ener- gien machen, ein direktes Studium gab es in diesem Themenbereich aber noch nicht. Daher suchte ich Praktika sowie Studien- und Diplomarbeiten in die- sem Fachgebiet. Für meine Diplomarbeit verschlug es mich ans Solar Energy Laboratory der Universität Wisconsin-Madison. Mit Prof. Bill Beckman als Betreuer beschäftigte ich mich mit PV-betriebenen Umwälzpumpen für Solarthermieanlagen und konnte auch erste Erfahrungen mit dem dort entwickelten Simulationsprogramm TRNSYS machen.

Foto: AEE INTEC

Im Rahmen meines Masterstudiums ebenfalls am Solar Energy Laboratory beschäftigte ich mich dann aber hauptsächlich mit Kälte- und Klimatechnik, ohne dabei die Solarthermievorlesungen von Prof. Beckman und Prof. Duffie auszulassen (für alle, die es nicht wissen: Prof. Duffie und Prof. Beckman sind die Autoren der „Bibel“ der Solarthermie „Solar Engineering of Thermal Processes“). Nach einem weiteren knappen Jahr Arbeitserfahrung im Bereich Kältetechnik am HVAC&R Center in Madison, Wisconsin war mir klar geworden, dass ich mich in Zukunft mit Solarthermie beschäftigen wollte. Daher bewarb ich mich bei mehreren Solartechnikfirmen und konnte dann im Jahr 2000 bei der SOLVIS So- lartechnik GmbH in Braunschweig (Deutschland) als Entwicklungsingenieurin anfangen. Kurz danach kam ich mit AEE INTEC im Rahmen eines Projekts der internationalen Energieagentur (IEA SHC Task zu Solaren Kombianlagen) in Kontakt. Im Jahr 2002 ergab sich die Möglichkeit zu AEE INTEC zu wechseln, wo ich nun bereits in zahlreichen nationalen und in- ternationalen Forschungsprojekten zu einer ganzen Reihe von Themen - von solaren Kombianlagen über Parabolrinnenkollektoren und Sorptionsspeicher bis hin zu Wärmepumpen und Fassadenintegration von Haustechnik forschen konnte. Mein Schwerpunkt liegt hierbei auf Systemsimulationen, aber auch experimentelle Untersuchungen im Labor gehörten zu meinem Arbeitsbereich. An AEE INTEC schätze ich besonders die interessanten Forschungsthemen, die gute Zusammenarbeit mit den KollegInnen sowie die Möglichkeit, Beruf und Familie durch flexible Arbeits- zeiten zu verbinden.

Mit unserer inzwischen um zwei Mitglieder ange- wachsenen Familie zogen wir im Jahr 2011 nach Kassel und ich bin sehr froh über die Möglichkeit, von Kassel aus weiterhin für AEE INTEC arbeiten zu können. Über Telefon und Internet funktioniert der Kontakt mit den KollegInnen sehr gut und ich freue mich über gelegentliche Besuche in der „alten Heimat“.

Dagmar Jähnig mit Töchtern an der Südsteirischen Weinstraße Foto: privat

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Sorthermie für industrielle Prozesse - Training für die ägyptische Industrie

Solare Prozesswärme hat ein riesiges Potenzial in Ägypten. Über 70 Energieexperten werden in einer mehrphasigen Ausbildung die Themen Energie- Auditierung, thermische Energieeffizienz und solare Prozesswärme nähergebracht.

Teilnehmer des SHIP (Solar Heat for Industrial Processes)-Trainings für die ägyptische Industrie. Foto: AEE INTEC

In einem mehrjährigen Programm der UNIDO soll der Markt für solare Prozesswärme in Ägypten verbessert werden. Um das große Potenzial von solarer Prozess- wärme in Ägypten zu heben, werden unter anderem die Umsetzbarkeit im lokalen Umfeld durch best practice examples aufgezeigt und zum anderen die Expertise von lokalen Energieexperten vertieft und erweitert. AEE INTEC wird in einem mehrphasigen Trainingsprogramm Solar-Experten im industriellen Umfeld ausbilden. Die Trainingseinheiten in Kairo umfassen standardisierte thermische Energieaudits, die Evaluierung von thermischen Energiesystemen, die Entwicklung von Energieeffizienzmaßnahmen sowie spezifische Fragestellungen in Hinblick auf die Konzeptionierung von thermischen Solaranlagen im industriellen Umfeld. Mehr als 70 Teilnehmer befassen sich in Teams mit zehn realen Industriebetrieben und AEE INTEC wird die Trainingsteilnehmer mit Site Visits bei den Industriebetrieben unterstützen. Die erfolgrei- chen Absolventen der theoretischen und praktischen Trainingseinheiten sollen in einem nachfolgenden Schritt hunderte Energieaudits durchführen. Unter- stützt mittels staatlicher Subventionen soll so eine Vielzahl von Umsetzungen angestoßen werden.

Auftraggeber: United Nations Industrial Development Organisation (UNIDO)

Projektpartner: AEE INTEC (Koordinator), Conplusultra

Ansprechperson: Dipl.-Ing. Wolfgang Gruber-Glatzl, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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Industrielle Abwärmenutzung essentiell zur Erreichung der Energie- und Klimaziele

Jürgen Fluch, Anna Grubbauer

Foto: istock/Nostal6ie

Trotz des politischen Drucks ist der weltweite Energieverbrauch in den letzten zwanzig Jahren um über 30 % gestiegen. Ohne eine weitreichende Änderung der Energiepolitik ist eine weitere Steigerung des Einsatzes fossiler Brennstoffe und der damit verbundenen CO 2 -Emissionen in den kommenden Jahren nicht zu vermeiden. Der industrielle Energieverbrauch macht ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs der Gesellschaft aus. Daher sind Aktivitäten zur Förderung einer effizienten Energienutzung mit geringen Umweltauswirkungen und die Implementierung neuer Technologien zur Verbesserung der Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung. Industrielle Überschusswärme stellt eine potenzielle Ressource dar, um zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit in größeren Systemen beizutragen. Obwohl industrielle Überschusswärme bisher bereits genutzt wird, wird das Potenzial für eine noch umfassendere Nutzung als beträchtlich angesehen.

Im Rahmen des Annex 15, der im Zuge des Implementing Agreement der Internationalen Energieagentur „Industrial Energy-Related Technologies and Systems“ (IEA IETS) bearbeitet wurde, wurde ein multidisziplinärer Ansatz zur Rückgewinnung von Überschusswärme und zur integrierten Nutzung in Industriebetrieben verfolgt, um die Energieeffizienz weltweit zu optimieren. Der Ansatz basiert auf den Bedürfnissen der Industrie und kombiniert das Wissen über industrielle Technologien mit Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit.

Österreichische Ziele im internationalen Annex

Das internationale Projektkonsortium setzte sich aus Teilnehmern aus acht EU Staaten und einem Institut aus Kanada zusammen, um Inhalte und Ergebnisse aus nationalen Projekten einzubringen und ein internationales Forschungsnetzwerk aufzubauen. Das österreichische Projektkonsortium verfolgte die Ziele der verstärkten Einbindung österreichischer Forschungseinrichtungen in das internationale Netzwerk, die Partizipation an einer Plattform für den Informationsaustausch, die Initiierung internationaler Projekte im Bereich Abwärmenutzung in Industrieprozessen, Entwicklung neuer Kooperationen und Partnerschaften in Industrie und Forschung, Wissenstransfer und die Weiter- bzw. Neuentwicklung technologischer Kompetenzen sowie das Anbieten von existierendem Know-how und Wissensausbau. Zudem wurde durch das Einbringen vieler nationaler und internationaler Vorprojekte die Sichtbarkeit des Forschungsstandorts Österreich in Bezug auf Energieeffizienz und Nutzung von industrieller Überschusswärme erhöht.

Erhebung und Analyse von Überschusswärme

Ein Fokus des Annex 15 lag in der Erhebung von Methoden zur Identifikation des technischen und wirtschaftlichen Potenzials von industrieller Überschusswärme für die Nutzung in netzgebundener Wärmeversorgung oder in anderen industriellen Betrieben. Dafür wurden in den teilnehmenden Ländern die Methoden zur Ermittlung von (quantitativer) Menge und (qualitativer) Temperaturniveaus industrieller Überschusswärme sowie deren technisch und wirtschaftlich optimale Nutzungsmöglichkeiten erhoben. Dabei zeigte sich, dass sich die verschiedenen Ansätze der einzelnen Länder grob in drei Kategorien unterteilen lassen: (1) Nutzung und Verteilung einfacher Fragebögen an Unternehmen, (2) holistische und statistische Methoden basierend auf Informationen zu Industriesektoren, eingesetzter Prozess- und Versorgungstechnologien und daraus abgeleiteter Abwärmepotenziale und (3) Nutzung des vorhandenen Wissens über umgesetzte Anlagen oder "Modell"-Anlagen zur Nutzung von Überschusswärme. Durch die Arbeiten zeigte sich, dass alle drei Methoden zur Bestandsaufnahme von Abwärme relevant sind. Fragebögen scheinen jedoch am relevantesten zu sein und liefern zuverlässigere Ergebnisse in Industrien mit einer geringen Komplexität des Energiesystems (z. B. mit einfachen Wärmetauscher-Systemen und einigen großen Wärmequellen) als statistische Methoden. Diese sind zuverlässiger, je komplexer die Systeme sind und je mehr unterschiedliche Wärmequellen und Informationen dazu vorliegen. Diese sind jedoch zeitaufwendiger und damit teurer. Die Kombination dieser beiden Methoden kann eine Möglichkeit sein, die Zuverlässigkeit von Fragebogenstudien in z. B. mittelkomplexen Branchen kostengünstiger zu machen.

Rahmenbedingungen und deren Einfluss auf zukünftige Abwärmepotenziale

Neben Methoden zur Identifikation des Potentials an Überschusswärme benötigt es gesetzlicher Rahmenbedingungen und geeigneter Förderinstrumente, um die Umsetzung von Maßnahmen zu steigern und die Entwicklung neuer Technologien zur effizienten und ökonomischen Nutzung der Überschusswärme in Industrieunternehmen voranzutreiben. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts lag daher in der Erhebung und Analyse von politischen und finanziellen Instrumenten in den einzelnen Ländern und der Identifikation nötiger Anreize für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen. Aus den Arbeiten ging hervor, dass es in den einzelnen Ländern eine Vielfalt an Instrumenten gibt. In Österreich lag das Augenmerk auf der nationalen Umsetzung der EU-Energieeffizienzpolitik und ihrer Auswirkungen auf die Nutzung von Abwärme. Es zeigte sich, dass politische Instrumente im Zusammenhang mit den THG-Emissionskosten in vielen Fällen für die Nutzung von überschüssiger Wärme von Vorteil sind.

Schlussfolgerung und Ausblick

Obwohl die Nutzung von Abwärme in allen teilnehmenden Ländern grundsätzlich verbreitet ist, gibt es in diesem Bereich noch ein großes Potenzial für eine signifikante Steigerung an Projekten, der Energieeffizienz und somit der Einsparung fossiler Energieträger. Neben dem technischen gibt auch ein großes wirtschaftliches Potenzial. Dies wird durch die durchgeführten Umfragen deutlich, in denen vielversprechende Möglichkeiten identifiziert wurden. Im Zuge des Projektes hat sich gezeigt, dass in den Teilnehmerländern ähnliche Hindernisse bei der Umsetzung von Projekten zur Überschusswärmenutzung bestehen. Dazu zählen beispielsweise fehlende belastbare Informationen zu tatsächlich verfügbaren Mengen und Temperaturniveaus der Überschusswärme, Unsicherheit über Integrationsmöglichkeiten und das Zusammenspiel mit anderen Versorgungstechnologien, Unsicherheiten in der Zusammenarbeit bzw. Abhängigkeiten von Betrieben, unterschiedliche Anforderungen an die Rentabilität der Investitionen zwischen Anbieter und Nutzer, und zu hohes Investitionsrisiko aufgrund von Unsicherheiten über die zukünftigen politischen und rechtlichen Rahmenbedingungen.

Neben dem fachlichem Wissenszuwachs und der Möglichkeit, neue internationale Forschungskooperationen zu starten, wurde durch die aktive Teilnahme des österreichischen Konsortiums die Sichtbarkeit des Forschungsstandortes Österreich gestärkt und auch innerhalb Österreichs das Thema der industriellen Abwärmenutzung verstärkt platziert.

Die Ergebnisse zeigen, dass die industrielle Abwärmenutzung zentral und von wesentlicher Bedeutung für den Umstieg in ein erneuerbares Energiesystem ist. Es wird daher aktuell auf internationaler Ebene die Weiterführung der Aktivitäten im Rahmen eines weiteren Projekts vorbereitet.

Weiterführende Informationen

https://nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/technologieprogramme/iets/iea-iets-annex-15.php

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Hochentwickelte intelligente Gebäudehüllen

Foto: Kulmer Holz-Leimbau GesmbH

Im Fokus des Projektes SCIN, das im Rahmen der COIN-Programmlinie „Aufbau“ des Bundesministe- riums für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort – BMDW durchgeführt wird, steht die Entwicklung eines anwendungsbezogenen und marktreifen Dienstleistungsportfolios für Unternehmen aus der Bau- und Gebäudetechnikbranche, um die Entwick- lung von energieaktiven Fassaden zu vereinfachen, die Entwicklungszeit stark zu verkürzen und die Entwicklungskosten zu reduzieren.

In den letzten Jahren hat sich aufgrund der Bestre- bungen zur Steigerung der Energieeffizienz sowie des Anteils erneuerbarer Energieträger im Gebäu- debereich ein Trend zu neuen und komplexeren Fassadensystemen entwickelt. Gebäudehüllsysteme werden in Zukunft multifunktional verwendet und sollen zusätzlich zu den klassischen Funktionen mit- tels fassadenintegrierter aktiver Komponenten auch Energie umwandeln, speichern oder transportieren. Bei den energieaktiven Fassadensystemen werden die Eigenschaften von Bauteilen, Komponenten und Systemen jedoch von mehreren Parametern systemisch beeinflusst, etwa vom Mikroklima, der Haustechnik, dem Nutzerverhalten oder der Behag- lichkeit im Innenraum. Diese Abhängigkeiten können mit üblichen Test- und Simulationsmethoden nicht abgebildet werden.

Bisherige Entwicklungsmethoden derartiger Systeme sind überwiegend heuristischer Natur (Trial and Error) wobei meist nur selektive Aspekte oder Funktionen bewertet werden. Ein vorlaufender, umfassender Test (Prüfung), Modellierung, Bewertung und Optimierung Foto: Kulmer Holz-Leimbau GesmbH des Gesamtsystems unter Berücksichtigung aller re- levanten Wechselwirkungen und realer klimatischer sowie nutzerbedingter Rahmenbedingungen ist der- zeit praktisch nicht möglich.

Im Rahmen des SCIN Projektes arbeiten die beiden Forschungseinrichtungen AEE – Institut für Nachhal- tige Technologien und die Fachhochschule Salzburg an entsprechenden numerischen und messtechni- schen Methoden, um diese Lücke zu schießen. Diese gestatten es, unterschiedliche und wechselnde integrale Untersuchungen an energieaktiven Fas- saden durchzuführen und ermöglichen gleichzeitig fundierte Aussagen über viele entwicklungsrelevante Aspekte (z. B. Energiebedarf, Behaglichkeit, Licht- lenkung, Witterungsbeständigkeit, solarer Eintrag, Dauerfunktion, dynamisches Verhalten).

Auftraggeber: Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort

Projektpartner: AEE INTEC (Koordinator), Fachhochschule Salzburg GmbH

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

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HTL Jenbach arbeitet am Tiroler Haus der Zukunft

Bedienung der Gebäudeleittechnik mittels Tablet. Foto: ZOOM.Tirol

Die HTL-Jenbach ist seit 2016 Partnerschule der Initiative TIROL 2050 energieautonom. Um modernste bau- und gebäudetechnische Systemlösungen begreifbar zu machen, haben Schüler, Schülerinnen und Lehrpersonen der HTL Jenbach mit großzügiger Unterstützung regionaler Fachfirmen einen realen, interaktiven Gebäudeschnitt gebaut, der den bauphysikalischen und ökologischen Anforderungen eines Hauses der Zukunft gerecht wird.

Im Hinblick auf die Realisierung europäischer Klimaschutzziele spielt der Energieverbrauch der Gebäude eine zentrale Rolle. Nachhaltige Technologien und Systemlösungen werden dazu den Wärme- und Kältebedarf in Gebäuden stark reduzieren und auch entsprechend decken müssen. Ein generationenübergreifendes Denken und Handeln ist unabdingbar, um dermaßen ambitionierte Ziele erreichen und intrinsische Motivation und konkretes Verständnis generieren zu können. In der Abteilung für Energie- und Gebäudetechnik liegt der Ausbildungsschwerpunkt auf effizienter und ökologischer Energieplanung und Anlagenkonzeption. Im Zuge der Verfolgung des Trends hin zur Digitalisierung in der Planung (BIM) und automatisiertem Anlagenbetrieb konnte wiederholt festgestellt werden, dass der Bezug zur Realität in der Ausbildung äußerst notwendig ist, um den Aufbau und die Funktion moderner Systemlösungen verstehen zu können.

Ein gelungenes Projekt auf dem Weg zur Energieautonomie

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, startete im vorigen Schuljahr die Planung eines mehrstöckigen Gebäudeschnittes, der schülerzentriert auf einzigartige Weise Varianten für zukunftstaugliche Gebäude-, Bau- und Leittechnik auf höchstem Niveau visualisiert. Nach „einjähriger Bauzeit“ konnte durch die Unterstützung der Firma Lang, einem regionalen, innovativen Bauunternehmen, die Inbetriebnahme zu Beginn des Schuljahres erfolgen.

Der Gebäudeschnitt macht Detaillösungen transparent, die üblicherweise in Gebäuden bzw. im Anlagenbetrieb nach Fertigstellung unzugänglich bleiben. Bautechnische Details, vom Kellergeschoß über Erdgeschoß zum Obergeschoß und Dachgeschoß,BAUEN UND SANIEREN 28 Perimeterdämmung, Isokorb, zwei Rollladenkästen, diverse Fassadenaufbauten bis hin zur Eindeckung des Daches sind sichtbar. Programmierbare Beschattungsanlagen zeigen, wie aktiver Überhitzungsschutz in den Sommermonaten umsetzbar ist.

Neben konventionellen Fußboden- und Wandheizungssystemen, die mit funktionaler Simulation mittels LED ausgestattet sind, ist auch eine Bauteilaktivierung der obersten Geschoßdecke ausgeführt. Für Ausführungsvarianten der Wohnraumlüftung sind sowohl zentrale als auch eine dezentrale EinzelraumLösung mit Wärmerückgewinnung installiert. Diverse in die Baumassen integrierte Rohrleitungsführungsoptionen und eine Vielzahl an Luftauslassvarianten sind ersichtlich. Mono- bzw. polykristalline Photovoltaikmodule und der solarthermische Flachkollektorschnitt an der Südfassade des Gebäudeschnittes demonstrieren die Integration aktiver Solarenergienutzung mit zeitgemäßer Fassadenarchitektur. Bei der Ausführung der Gebäudeleittechnik wurde Wert auf die Umsetzung der „Industrie 4.0 – Ideologie“ (umfassende Digitalisierung und Vernetzung) gelegt. Der Betrieb der Anlagensysteme soll vorausschauend an den Bedarf der Bewohner und auch jenem der Netze angepasst sein. Erst ein zeitlich optimierter Abgleich und die Vernetzung der gebäudeeigenen Energieerzeugungs-, Energiespeicher- und Energieverbrauchsanlagen können zu einer erwarteten Gesamtenergieeffizienzsteigerung der Gebäude und einem hohen Anteil an erneuerbarer Energie führen. Aus diesen Gründen wurde für die Bedienung aller Komponenten am Gebäudeschnitt eine Miniserver-Technologie-Lösung gewählt, die zukunftstauglich und ideal auf den Wohnungsbau abgestimmt ist. Somit kann gezeigt werden, wie in einem Smart Home bereits heute die Verknüpfung von Behaglichkeit, Komfort, Energieeffizienz, Sicherheit und auch Elektromobilität umgesetzt werden kann. Die Schülerinnen und Schüler können mit Hilfe eines aufliegenden Tablets alle Funktionen der energieund gebäudetechnischen Anlagen ausführen und somit diverse Varianten und Einflüsse simulieren.

Nun liegen bereits erste Erfahrungen vor, wie sich die Integration des Gebäudeschnittes in den Unterricht umsetzen lässt. Neben der tatkräftigen Unterstützung der Schülerinnen und Schüler beim Bau im Zuge des fachpraktischen Unterrichts konnte jetzt ein Subprojekt - die Ausstattung des Gebäudes mit einem autodidaktischen Lernsystem mittels QR-Codes - im Fachtheorieunterricht abgeschlossen werden. Dafür musste für dreißig Themenbereiche in Eigenrecherche viel Know-how angeeignet, entsprechend aufbereitet und visualisiert werden.

Autodidaktisches QR-Code Lernsystem am Gebäudeschnitt Foto: HTL Jenbach

Themenübersicht für den selbständigen Wissenserwerb

Die Identifikation mit den Lehrinhalten am „Tiroler Haus der Zukunft“ und die Freude der Schülerinnen und Schüler sind deutlich spürbar, was mitunter auch auf den verpflichtenden, aktiven Einsatz des eigenen Smartphones im Unterricht zurückzuführen ist. Die Erwartungen der Projektleiter wurden jedenfalls übertroffen, insbesondere weil es mit dieser Initiative einmal mehr gelungen ist, die Faszination für Technologien zu wecken, die zur Erreichung der Energieautonomie unerlässlich sind.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Andreas Trojer ist Lehrer an der Höheren Technischen Bundeslehranstalt Jenbach und zuständig für die Energieberaterausbildung (A-Kurs) an der HTL Jenbach. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Weiterführende Informationen

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