Forschungsdatenblätter

HAUSHEBUNG IN UEBERSCHWEMMUNGSGEBIETEN AM BEISPIEL DES ELBE- DORFES BROCKWITZ

Bedingt durch den Klimawandel treten in Deutschland extreme Hochwasserereignisse immer häufiger auf. Als Schutzmaßnahme gegen die dadurch entstehenden Wasserschäden werden seit Jahrhunderten Deiche errichtet. In urbanen Bereichen ist dies, aufgrund hoher Baukosten, des hohen Platzbedarfs und der nicht immer vorhandenen Akzeptanz eines Deichbauwerks, oft nicht möglich. Eine bevorzugte Alternative sind statische Ersatzsysteme wie freistehende Spundwände. Während diese weniger Platz benötigen, sind sie aber oftmals nicht mit der Orts-, Freiraum- und Landschaftsplanung oder dem Denkmalschutz in urbanen Gebieten zu vereinbaren.

 

 

So ist auch in dem Dorf Brockwitz, das allein in den letzten Jahren dreimal ein Extremhochwasser der Elbe erlebte, der Bau einer Hochwasserschutzeinrichtung wirtschaftlich und ökologisch fraglich. Neben der Weitläufigkeit des Landschaftsraums ist nur ein Teil des Dorfes direkt von den Überschwemmungen betroffen.

Das Projekt „Haushebung in Ueberschwemmungsgebieten am Beispiel des Elbe-Dorfes Brockwitz" wird deshalb die Umsetzung des „Hebungsverfahrens" für im Überschwemmungsgebiet liegende einzelne Häuser bzw. Häusergruppen untersuchen.

ENERGY HARVESTING IM WOHNGEBÄUDE –

VORENTWICKLUNG EINES NANO-BHKWS

In Deutschland wird Strom in relativ wenigen großen Kraftwerken erzeugt. Ein wichtiger Aspekt der Energiewende ist es, diese konventionelle Stromerzeugung durch eine Vielzahl kleinerer Erzeugungseinheiten abzulösen. Ein bekanntes Beispiel dafür sind Photovoltaikanlagen. Weniger bekannt sind Nano-BHKWs, die auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung basieren. Diese Zentralheizungen für Wohngebäude erzeugen neben Wärme auch elektrischen Strom. 

 

Durch die hohen Anschaffungskosten ist der so erzeugte Strom jedoch teurer als der, der vom Energieversorger bezogen wird. Im Forschungsprojekt „Energy Harvesting im Wohngebäude – Vorentwicklung eines Nano-BHKWs“ soll untersucht werden, welche wirtschaftlichen Vorteile ein Nano-BHKW auf Basis thermoelektrischer Generatoren (TEG) gegenüber bisher auf dem Markt verfügbaren Systemen hat.

 

 

BUILDING INFORMATION MODELLING FÜR ENERGETSCH OPTIMIERTE GEBÄUDE

Die Digitalisierung hat eine Vielzahl von Branchen Grundlegend verändert. Um in der Baubranche die Wertschöpfung, Arbeitsproduktion und Qualität zu erhöhen ist auch in dieser Branche eine Digitalisierung des Planens, Bauens und Betriebs von Bauwerken erforderlich. Diese Digitalisierung wird unter dem Begriff Building Information Modeling (BIM) zusammengefasst.

 

 

Für weite Teile der Bauindustrie ist das Arbeiten mit BIM-basierten Methoden jedoch neu und stellt insbesondere mittelständische Unternehmen vor eine große Herausforderung. Im kooperativen Vorlaufforschungsprojekt soll Building Information Modelling für energetisch optimierte Gebäude weiterentwickelt und erprobt werden.

LAST- UND STROMSPEICHER-MANAGEMENT IN ZELLULAREN ENERGIESYSTEMEN

Erneuerbare Energien nehmen eine immer größer werdende Rolle bei der Elektrizitäts- und Energieversorgung ein. Vor allem der aus PV-Anlagen gewonnene Solarstrom unterliegt wetterabhängigen starken Schwankungen. Zusammen mit den typischen Lastprofilen von Kälte- und Wärmepumpen, zur Wärmeversorgung, steigt die Belastung der Verteilernetze. Die Netze müssen zeitgleich genauso viel Strom zur Verfügung stellen, wie verbraucht wird. Um dies zu ermöglichen muss entweder der Stromerzeuger oder die Nachfrage gesteuert werden. Die Steuerung der Nachfrage (Lastenmanagement) ist dabei wirtschaftlich sinnvoller.

 

 

Aktuelle Last- und Energiemanagementsysteme ermöglichen bereits einen Datenaustausch in Echtzeit zwischen den Komponenten eines Systems (Batterie, Wechselrichter, Schaltgeräte). Darüber hinaus können die einzelnen Systeme mit Energieanlagen, wie PV- und Windanlagen, und anderen Stromerzeugern kommunizieren.
Im Projekt soll eine modellprädiktive Regelung entwickelt werden, die es ermöglicht weitere Informationen, wie Wetterdaten, in das Last- und Energiemanagement einfließen zu lassen.

FORSCHUNGSSCHWERPUNKT ENERGIEEFFIZIENTE GEBÄUDE

Eine wesentliche Maßnahme, um dem Klimawandel und seinen Folgen zu begegnen, ist die Verringerung des Kohlenstoffdioxidausstoßes. Im Gebäudebereich kann dies durch die Erhöhung der Energieeffizienz der Systeme und die Reduktion des Gebäudeenergiebedarfs erreicht werden. Allein im Gebäudebetrieb wird über ein Drittel der Endenergie verwendet, weswegen die Verbesserung der Energieeffizienz der Gebäude und Gebäudetechnik eine wichtige Säule der Energiewende darstellt. Bislang fehlt es jedoch an nachhaltigen und wirtschaftlichen Systemansätzen, die eine effiziente Energieversorgung und einen nachhaltigen Gebäudebetrieb gewährleisten.

Am Energie Campus Nürnberg (EnCN) der Technischen Hochschule Nürnberg arbeitet ein interdisziplinäres Forscherteam gemeinsam an Systemlösungen für den Bau und Betrieb energieeffizienter Gebäude. Das Team vereint Kompetenzen aus den Bereichen Gebäudetechnik, Elektrotechnik, Bauphysik und Werkstofftechnik. In ihren Forschungsarbeiten werden Komponenten, Verfahren, Prozesse und Werkstoffe für energetisch kostenoptimierte Gebäude und
Gebäudesysteme entwickelt. Durch den Forschungsschwerpunkt Energieeffiziente Gebäude sollen auch zukünftig derartige Lösungen erarbeitet und vertieft werden.

ENTWICKLUNG EINES MULTIFUNKTIONALEN FASSADENELEMENTES MIT HOHEM VORFERTIGUNGSGRAD

Rund ein Viertel der Energie in Deutschland wird in privaten Haushalten verbraucht. Der größte Teil wird dabei für die Heizung der Wohnräume verwendet. Für die Energiewende ist es daher notwendig, die Energieeffizienz im Gebäudesektor zu erhöhen und verstärkt erneuerbare Energien einzusetzen. Die Fassade übernimmt als Abschluss der Gebäudehülle eine ganze Bandbreite an
Funktionen. 

 

 

Sie dient u. a. als Witterungsschutz, stellt Wärme- und Schalldämmung sicher und bildet somit eine wichtige Voraussetzung für die Schaffung eines angenehmen Innenraumklimas. Im Verbundprojekt Fassade³ wird deshalb ein modulares, vorgefertigtes Fassadenelement entwickelt, das mehrere Funktionen vereint.

ENTWICKLUNG EINER INNOVATIVEN MOBILEN AUFBEREITUNGSANLAGE FÜR BOHRSPÜLLÖSUNGEN AUS HORIZONTALSPÜLBOHRUNGEN

Um Leitungen für die Gas- und Wasserversorgung sowie die Strom- und Datenversorgung zu verlegen, wird seit vielen Jahren die grabenlose Rohrverlegung im gesteuerten Horizontalspülbohrverfahren angewendet. Im Gegensatz zu konventionellen Tiefbauarbeiten, bei denen Rohrgräben erzeugt werden, entstehen bei der Horizontalspülbohrung wesentlich geringere Überschüsse an verdrängtem Bodenmaterial. Dadurch ergeben sich weitreichende finanzielle und umwelttechnische Vorteile. Zur Kühlung des Bohrkopfs und Stabilisierung des Bohrkanals, wird eine sogenannte Bohrspüllösung durch den Bohrkanal gepumpt, diese besteht im Wesentlichen aus Wasser, Bentonit (feinkörniges Tonmaterial) und Additiven. Des Weiteren nimmt die Spülung das Bodenmaterial auf und transportiert es weg von der Bohrstelle.

Während eines Bohrvorhabens wird die Bohrspülung mehrfach einem Recyclingprozess unterzogen. Mit zunehmender Verwendung verliert die Bohrspüllösung ihre bohrtechnischen Eigenschaften und muss letztendlich entsorgt werden. Bislang wurde die verbrauchte Bohrspüllösung über landwirtschaftliche Nutzflächen oder Deponien entsorgt. Aufgrund der wachsenden Horizontalbohrbranche und einer sich verändernden Gesetzeslage, wie z.B. in Niedersachsen, wird die Entsorgung jedoch immer kostspieliger und zunehmend schwieriger. Mögliche Schadstoffbelastungen der Bohrspüllösungen treten dabei verstärkt in den Vordergrund der politischen Diskussion. Nach dem Stand der Technik sind keine geeigneten Verfahren für die ordnungsgemäße Trennung von fester und flüssiger Phase der Bohrspüllösungen verfügbar.

MODELLING OPTIMIZATION OF ENERGY EFFICIENCY IN BUILDINGS FOR URBAN SUSTAINABILITY  

With the increasing demand for more energy efficient buildings, the construction and energy service industries are faced with new challenges. Buildings are often not able to uphold the energy performance and savings predicted by the selected and applied energy efficiency measures. This so called “performance gap” is attributed to a variety of factors. For one, the predictions tend to be unrealistically low whilst actual energy performance is usually unexpectedly high. Current modelling techniques are unable to represent realistic use and operation of buildings. 

 

Even the most detailed modelling and simulation programs still contain many simplifying assumptions, which lead to gaps between predicted and real consumption. The current simulation tools do not accurately incorporate the impact of occupant behaviour on the energy performance of buildings.

Therefore, MOEEBIUS introduces a holistic energy performance optimization framework that enhances current modelling approaches for passive and active building elements and delivers innovative simulation tools.

GENERALSANIERUNG UND UMBAU DES LUITPOLDHAUSES FÜR DIE STADTBIBLIOTHEK NÜRNBERG - MONITORING UND WISSENSCHAFTLICHE BEGLEITUNG

Das 1911 errichtete Luitpoldhaus im Herzen der Nürnberger Altstadt beherbergt seit 2012 die neue Zentralbibliothek. Nach weitgehender Zerstörung in den 1950er Jahren wurde das wieder aufgebaute Luitpoldhaus 2007, zum Zwecke der Zentralisierung der Stadtbibliothek, der Musikbibliothek sowie der Bibliothek mit wertvollen Altbeständen und Sondersammlungen, generalsaniert, umgebaut und erweitert.

Im dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten Projekt 

„Generalsanierung und Umbau des Luitpoldhauses für die Stadtbibliothek Nürnberg – Monitoring und wissenschaftliche Begleitung“ hat das Institut für Energie und Gebäude (ieg) der TH Nürnberg im Rahmen der Generalsanierung ein Datenermittlungskonzept zur Messdatenvisualisierung entwickelt, welches erhebliche Einsparungen im Wärme- und Stromverbrauch realisiert und auch auf andere nationale und internationale energetische Konzepte übertragbar ist. Die wissenschaftliche Begleitung hat dabei einige Optimierungspotenziale offenbart.