EnmoduS

 

EnmoduS: Energiedatengestütze Optimierung modular geplanter Shopping-Center

Shopping Center verfügen über einen hohen Energiebedarf zur Belüftung und Klimatisierung der Innenräume. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden energieeffiziente Versorgungsstrukturen unter Berücksichtigung der notwendigen Luftvolumenströme zur Bereitstellung einer guten Luftqualität untersucht.

  EnmoduS Urheberrecht: © EBC Abbildung1: Forschungskonzept  

Forschungsziel

Ein wesentlicher Teil des Energieverbrauchs von Shopping-Centern wird für die Klimatisierung verwendet. Der hohe flächenspezifische Energieverbrauch bietet ein großes Energieeinsparpotenzial, welches durch effizienten Betrieb bestehender Anlagenkonzepte auf der einen Seite und durch die Identifikation effizienter Anlagenkonzepte für zukünftige Center auf der anderen Seite abgeschöpft werden kann. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung modularer Energieversorgungskonzepte zur Planung energieeffizienter Shopping-Center der Zukunft.

  Modulbildung zur schnellen Simulation von Shopping Centern Urheberrecht: © EBC Abbildung 2: Modulbildung zur schnellen Simulation von Shopping Centern

Forschungsstrategie

Um eine Empfehlung für die Planung von energieeffizienten Shopping-Centern in Form eines Best Practice Guides zu erstellen werden bestehende Versorgungs- und Übergabesysteme in einem tiefergehenden Benchmark zur Bildung von für Shopping-Center charakteristischen Energiekennwerten analysiert und Verbrauchs- und Betriebsstrukturen momentaner Shopping-Center durch Intensivmonitoring über den gesamten Projektverlauf erfasst. Parallel dazu wird ein simulativer Modulbaukasten zur schnellen Auslegung neuartiger Gebäudeenergiesysteme entwickelt. Dabei fließen die Forschungsergebnisse der gleichzeitig laufenden Luftqualitätsuntersuchungen zur möglichen Reduktion des konditionierten Frischluftanteils mittels sensorbasierter Luftqualitäts-Regelung und der parallel dazu zu entwickelnden hoch-induktiven Luft-Wasser-Systeme zur Bereitstellung einer variablen Frischluftmenge bei simultaner Abfuhr der erforderlichen Kühllasten als Randbedingungen für eine gesamtheitliche Betrachtung des komplexen Gebäudeenergiesystems Shopping-Center in den Modulbaukasten ein.

Die zu definierenden Anlagentechnik-Module auf der einen und Gebäudezonen-Module auf der anderen Seite erlauben eine energetisch aufeinander abgestimmte Versorgung von solchen Gebäudekomplexen. Die anhand von dynamischen gekoppelten Ganzjahressimulationen vorgenommene Optimierung von Gebäudezonen-Anlagentechnik-Systemen erlaubt eine Empfehlung in Form eines Best-Practice Guides für das zukünftige Design und den Betrieb von Shopping-Centern.

 

Forschungsergebnisse

Mittels Luftqualitätsuntersuchungen werden im Arbeitspaket 3 Möglichkeiten zur Reduktion des konditi­onierten Frischluftanteils ermittelt. Wegen der hohen Emissionen von volatilen organi­schen Verbindungen (VOC) der angebotenen Shop-Produkte reicht eine reine CO2-Über­wachung für die Beurteilung der Luftqua­lität in Geschäften nicht aus. Notwendig ist vielmehr die permanente Kontrolle der VOC-Emissionen. Dazu hat das EBC mit der soge­nannten E-Nase ein Sensorsystem entwi­ckelt, mit dessen Hilfe solche Emissionen erfasst und bewertet werden. Im Rahmen des Projektes werden für fünf ausgewählte Produktgruppen (Kleidung, Schuhe, Bücher, Parfüm und Kaffee) subjektive Geruchs­bewertungen geschulter Testpersonen mit objektiven Messdaten der E-Nase korreliert (s. Abbildungen). Auf Basis der so gewon­nenen Daten kann die Geruchsintensität in einzelnen Center-Zonen künftig mithilfe der entwickelten Sensorik bewertet werden. Für die genannten Produktgruppen werden zudem die Einflüsse von Luftwechselrate, Umgebungstemperatur und relativer Luft­feuchtigkeit auf die objektiven und die subjek­tiven Daten analysiert. Im Ergebnis zeigt sich, dass Temperatur und Luftfeuchtigkeit die Intensität der Wahrnehmung erheblich beein­flussen. Der Einfluss von in der Praxis übli­chen Luftwechselraten ist hingegen geringer.

Im Arbeitspaket 4 werden für die Bereitstellung von variablen Frischluftmengen bei gleichzeitiger Abfuhr der erforderlichen Kühllasten hoch-indukive Luft-Wasser- Systeme untersucht. Unterschiedliche Düsengeometrien für Deckeninduktionsge­räte (DID) werden sowohl simulativ als auch experimentell untersucht, um eine Verbes­serung des Induktionsverhaltens der Luft­strahlen und der energetischen Leistung zu erreichen. Deutlich wird dabei, dass sich das Induktionsverhalten von DIDs durch die Gestaltung der Öffnungsgeometrie der Düse, z. B. blütenförmig oder vertikal elliptisch, stei­gern lässt. Die bereitgestellte Kühlleistung verändert sich dadurch nur geringfügig, sehr viel auffälliger sind die mit solchen Geomet­rien erzielbaren psychoakustischen Vorteile.

Im Arbeitspaket 5 wird das vorhan­dene Tool Teaser erweitert – damit lassen sich mithilfe weniger Eingangsparameter Gebäudemo­delle erstellen und thermische Bedarfsprofile ermitteln – um den Gebäudetyp Shopping-Center. Energiebedarfe von Gebäuden und Anlagen können mithilfe einer Modelica-Modellstruktur mit austauschbaren Kompo­nententypen, Anlagen- und Regelungsmo­dulen ermittelt werden. In Jahressimulationen kann das dynamische Betriebsverhalten der Anlagen zur Energieversorgung und -spei­cherung berechnet werden, um im folgenden Schritt eine Abwägung verschiedener Ausle­gungsszenarien hinsichtlich Ökonomie und Ökologie durchzuführen.

Zusätzlich fließen die thermischen Bedarfe in das ebenfalls vom EBC entwickelte Tool EHDO ein, mit dessen Hilfe eine optimierte Anlagenauslegung unter gegebenen Rand­bedingungen vorgeschlagen werden kann. Die neue Werkzeugkette wird in Form eines Webtools entwickelt.

 

PROJEKTINFORMATIONEN UND PARTNER

Laufzeit: 4 Jahre

Start: 07/2017

Ende: 06/2021

Projektpartner:  Institut Entwerfen und Konstruieren,  Leibniz Universität Hannover

Fördergeber:  Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Förderkennzeichen:   03ET1502B

 

Abschlussbericht: https://doi.org/10.2314/KXP:1805499955