Jonas Christoph Krohn

• Der Klimawandel stellt eine der größten Herausforderungen der aktuellen Zeit dar. Um die globale Erwärmung zu begrenzen, ist eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen erforderlich. Dies muss auch im Gebäudesektor erfolgen. In Deutschland lassen sich auf diesen 34 % des gesamten Endenergieverbrauchs und 28 % der CO2-Emissionen zurückführen. Um den Heiz- und Kühlenergiebedarf von Gebäuden möglichst umweltschonend sicherzustellen, ist es erforderlich, dass Gebäude mit ihrer Umgebung als eine Einheit betrachtet werden. Neben einem hohen Dämmniveau und einer möglichst luftdichten Ausführung der Gebäudehülle bedarf es dazu einer effizienten Anlagentechnik. Ziel dieser ist es, einen möglichst großen Anteil der erforderlichen Energie aus der Umwelt zu gewinnen und einzuspeichern, wenn diese in ausreichender Menge und auf dem erforderlichen Temperaturniveau zur Verfügung steht und abzugeben, wenn diese zur Beheizung oder Kühlung des Gebäudes benötigt wird. Bei der Entwicklung solcher Gebäudegesamtsysteme ist es sinnvoll, die einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel über Simulationsprogramme zu modellieren. Auf diese Weise lässt sich die Funktion und Effizienz der Systeme untersuchen und bewerten. Aus diesem Grund wurde ein auf Latentwärmespeichern und Peltier-Wärmetauschern basierender Ansatz für ein neuartiges Gebäudegesamtsystem experimentell und simulativ untersucht. Die vorliegende Arbeit beschreibt die an einzelnen Komponenten durchgeführten Versuche im Labor sowie in einem Versuchsgebäude. Anhand der gewonnenen Messwerte erfolgt anschließend aufgeteilt in ein Teilsystem zur Kühlung und ein Teilsystem zur Beheizung die Modellierung des Systems über das Gebäudesimulationsprogramm TRNSYS. Um die Funktions-weise der untersuchten Latentwärmespeicher und die Steuerung des Gesamtsystems abzubilden, wurde in TRNSYS der Type62 verwendet. Es stellte sich heraus, dass sich dieser sehr gut eignet, um Messdaten in die Simulation zu implementieren, physikalische Prozesse abzubilden sowie um Algorithmen zur Steuerung des Systems zu programmieren. Auf diese Weise ließen sich für das neuartige Gebäudegesamtsystem das Zusammenspiel der einzelnen Technologien, der Deckungsanteil am Jahresenergiebedarf sowie die Energieeffizienz analysieren. Beim Teilsystem zur Kühlung wurden darüber hinaus die thermische Behaglichkeit sowie die Auswirkungen, die sich bei einer Holzrahmenbauweise und einem extrem warmen Testreferenzjahr ergeben, untersucht. Die entwickelten Simulationsmodelle ermöglichen es, Randbedingungen sowie die Dimensionierung einzelner Komponenten zu variieren oder die Steuerungstechnik zu erweitern. Auch besteht die Möglichkeit weitere Technologien mit einzubinden, um deren Effekt auf die Leistungsfähigkeit und Effizienz des Gesamtsystems zu untersuchen. Optimierungspotential besteht beim Teilsystem zur Kühlung darin, weitere prädiktive Steuerungsalgorithmen zu hinterlegen, um die Betriebszeiten der Anlage und somit auch den Stromverbrauch zu reduzieren.