Energie: Forschung

Präzise Vorhersagen zum Energiebedarf von Wohnhäusern

Brennstoffzellenstack
An Testständen wie diesem werden bei NEXT ENERGY anwendungsspezifische Lastprofile auf Brennstoffzellenstacks übertragen. ©NEXT ENERGY

Das EWE-Forschungszentrum NEXT ENERGY befasst sich in einem thematischen Schwerpunkt mit der Entwicklung und Evaluierung detaillierter Messverfahren für die Erstellung von Referenzlastprofilen. Diese sind zum Beispiel erforderlich, um elektrische und thermische Energieflüsse in Wohngebäuden für die Auslegung der Heizungsanlage bereits vor der Installation zu berechnen.

Referenzlastprofile für den Hausenergiebedarf

Nachdem sich das Institut bereits einen Namen in der Messtechnik, speziell in der Erstellung von Zeitraffertests, gemacht hat, richtet sich der Fokus in den aktuellen Forschungsvorhaben vor allem auf die Erstellung und die Anwendung von Referenzlastprofilen für den Hausenergiebedarf. Mit den Leistungsdaten und dem Abgleich dieser Profile für KWK-Anlagen sind die Wissenschaftler in der Lage, unter standardisierten Bedingungen Vergleiche zwischen verschiedenen Anlagen zu generieren. Auch lassen sich Aussagen über die erzielbare Laufzeit pro Jahr, über die Nutzungsgrade sowie über die Stromeigennutzungs-Anteile ableiten.

Erstellen von Lastprofilen

Zur Bestimmung hochaufgelöster realer Lastprofile werden beispielsweise in Einfamilienhäusern alle erforderlichen Volumenströme, Temperaturen und elektrischen Kenndaten erfasst. ©NEXT ENERGY

In erster Linie erstellt NEXT ENERGY Lastprofile für Ein- und Mehrfamilienhäuser, perspektivisch auch bis hin zu Quartierslösungen für die dezentrale Energieversorgung. Dabei werden gemäß der VDI-Richtlinie 4655 sowohl verschiedene Tageslastgänge und Klimaregionen als auch die Bedarfsdaten der Gebäude berücksichtigt. Mit eigenentwickelten Methoden und Verfahren werden die erforderlichen spezifischen Tageslastgangprofile generiert und diese in Jahresprofile bzw. Zeitraffer überführt. Eigenentwickelte Methoden ermöglichen die Erstellung projektspezifischer Testprofile. So können zum Beispiel Betriebsweisen wie Nachtabsenkung der Raumtemperatur oder Sondernutzungszeiten wie Urlaube implementiert werden. Auf Basis der umfangreichen Messdaten konnten auch Szenarien entwickelt und validiert werden, welche die Stromerzeugung aus Photovoltaik mit berücksichtigen.

Anpassung der Datensätze aufgrund klimatischer Veränderungen

Da die unter Standardbedingungen ermittelten Normnutzungsgrade jedoch zunehmend durch neue systemische und nutzerabhängige Parameter beeinflusst werden, ist eine Weiterentwicklung der Profile dringend erforderlich: „Die bisher vorgenommenen Berechnungen stützen sich zumeist auf Daten des Deutschen Wetterdienstes aus den Jahren 1961 bis 1990. Eine Anpassung dieser Datensätze ist aufgrund klimatischer Veränderungen bereits in neue sogenannte Testreferenzjahre überführt. Diese berücksichtigen den Zeitraum von 1988 bis 2007, finden jedoch keine breite Anwendung“, erläutert Dr. Alexander Dyck, Bereichsleiter Brennstoffzellen bei NEXT ENERGY. „Zudem haben sich nicht nur die äußeren Einflüsse durch das Klima verändert, sondern auch die Gebäudetechnik. Deshalb wollen wir einen Beitrag zur Optimierung der Profile leisten, indem wir die thermischen und elektrischen Energieflüsse ermitteln, mit denen wir es im »Energiehaus 2020« zu tun haben“.

Forschung an Brennstoffzellen

Neben der Anwendung für Wohngebäude befassen sich die Wissenschaftler auch mit der Leistungsbestimmung von Brennstoffzellen-Stacks für verschiedene weitere Anwendungen, zum Beispiel für den Automobil-Sektor. „Hier geht es zum einen um die erforderliche Batteriegröße für eine Hybridisierung mit einer Brennstoffzelle, zum anderen um den Energiebedarf auf längeren Strecken“, erklärt Dyck. „Dafür sind Leistungs- und Bewegungsprofile erforderlich, die bei uns auf den Betrieb im Teststand übertragen werden. Bei entsprechenden Fragestellungen stehen wir Herstellern als Kooperationspartner zur Verfügung.“

Weitere Informationen:
http://www.next-energy.de/