Motivation

Die Motivation, das Projekt COOL-QUARTER-PLUS in Angriff zu nehmen gründet auf dem stetigen und unaufhaltsam ansteigenden Kühlbedarf des weltweiten Gebäudebestandes. Das rasante Wachstum der Städte und deren Verdichtung und Versiegelung kombinieren sich mit den Auswirkungen des Klima¬wandels zu massiven Treibern dieser Entwicklung. Passive urbane und gebäudebezogene Kühlkonzepte sind integrale Bestandteile von Lösungsansätzen, stoßen jedoch mittlerweile auch in Mitteleuropa an ihre Grenzen und urbane Hitzeinseln breiten sich aus. Der massiv ansteigende Verkauf dezentraler Kühlgeräte ist eine Folge dieser Entwicklung. Diese weisen jedoch oftmals schlechte Wirkungsgrade und einen hohen Lärmpegel auf, verursachen unbehagliche Zugerscheinungen und werden im Erscheinungsbild der Gebäudefassaden zunehmend zum Problem. Der damit verbundene und auch rasant steigende Energieeinsatz steht der gebotenen Reduktion der Treibhausgasemissionen und der Implementierung von Plus-Energie-Quartieren, diametral gegenüber.

Ziel

Das Ziel von COOL-QUARTER-PLUS ist, der aktuell laufenden Fehlentwicklung in Richtung ineffizienter Einzelgeräte, abgestimmte Kühlkonzepte auf Quartiersebene entgegenzusetzen. Der Fokus liegt dabei auf Büro- und Forschungsquartieren, weil in diesen, quartierszentrale Maßnahmen, aufgrund von Eigentümerstruktur und zentralem Betriebsmanagement, eine höhere Umsetzungs-wahrscheinlichkeit aufweisen, als in heterogenen Wohn- bzw. Mischquartieren.

Methode

Die Methode nutzt Daten eines realen Forschungsquartiers um das Simulationsmodell eines Referenz-Quartiers aufzustellen und energietechnisch zu validieren. Darauf aufbauend werden dezentrale und quartierszentrale Kühlkonzepte entwickelt und in dynamischen Simulationsmodellen abgebildet. Einzelne Kühlkonzepte werden zudem mit den Methoden der Ökobilanz und der Lebenszykluskosten¬berechnung bewertet.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass die Vernetzung der PV-Anlagen im Referenz-Quartier deutliche Vorteile gegenüber gebäudebezogenen Einzelanlagen generiert. Unterschiedliche zur Verfügung stehende Installationsflächen und unterschiedliche Kühlbedarfe können sich zwischen den einzelnen Gebäuden ausgleichen, wodurch ein höherer Anteil der generierten elektrischen Energie im Quartier genutzt werden kann. Die thermische Koppelung der Kühlgeräte zu einem Quartiers-Kühlnetz ist in diesen Zusammenhang differenzierter zu betrachten. Gebäude verbindende Kühlnetze verursachen sowohl einen finanziellen und ökologischen Aufwand und zudem im Betrieb thermische Verluste. Ob sich dieser Aufwand energietechnisch, ökonomisch und ökobilanziell lohnt, hängt von der jeweiligen Konfiguration und Betriebsweise ab. Die energietechnisch effizientesten Energiesysteme sind jene, die die die beiden Funktionen, Kühlen und Heizen umfassen, und diese im Rahmen eines Gesamtkonzeptes im Wechselspiel betreiben.

Ein weiterer Aspekt des Projekts ist den Kühlbetrieb möglichst bedarfsorientiert zu gestalten. Dazu werden Machine Learning-Modelle zur Vorhersage des Energiebedarfs und des thermischen Verhaltens von Räumen entwickelt. Darauf aufbauend wird eine nutzerzentrierte Optimierung implementiert, die den Energieverbrauch minimiert und gleichzeitig die Nutzer:innen aktiv einbindet um deren Komfort¬bedürfnisse zielgerichtet zu berücksichtigen.

Projektleitung

Institut für Wärmetechnik, TU Graz

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• Institut für Softwaretechnologie, TU Graz
• Institut für Elektrische Anlagen und Netze, TU Graz
• Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie, TU Graz
• EQUA Solutions AG
• simulation services technical solutions GmbH
• TB-Starchel Ingenieurbüro GmbH

Institut für Wärmetechnik
Technische Universität Graz
Dr. Thomas Mach
Inffeldgasse 25b
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873 7814
E-Mail: thomas.mach@tugraz.at
Web: www.iwt.tugraz.at