Forschung


Arbeitsgruppe Energietechnik und Energiemanagement

Arbeitsgruppe Verfahrenstechnik nachwachsender Rohstoffe

Arbeitsgruppe Thermodynamik und Verfahrenstechnik

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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-10-01 - 2021-05-31

Gebäude können und müssen einen wesentlichen Beitrag zur mittelfristigen Umstellung des Energiesystems auf erneuerbare Energien leisten. Im Kontext der Smart City sind Gebäude nicht nur Energieverbraucher, sondern auch Energieversorger und Energiespeicher. Hierfür bieten sich Konzepte an, welche sich mit der thermischen Speicherfähigkeit im Gebäude (Bauteilaktivierung) verknüpfen lassen. Bei Bürogebäuden wird Bauteilaktivierung schon seit geraumer Zeit verwendet. Im Wohnbau – und speziell im verdichteten Wohnbau - wird diese Technologie jedoch noch selten eingesetzt, lässt sich jedoch genau dort sehr gut mit aktiver und passiver Solarnutzung verknüpfen und kann im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen zu günstigen Investitionskosten hergestellt werden. Vor allem im urbanen Bereich bietet ein solches System ein hohes Potential. Durch die breite Nutzung in verdichteten Wohnformen könnten Wohnquartiere entstehen, die nahezu keine zusätzliche thermische Energie benötigen und auch keine großen Energiespitzen verursachen. Übergeordnetes Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, eine breitere Nutzung von Bauteilaktivierung in Kombination mit erneuerbarer Energie und prädiktiver Steuerung im verdichteten Wohnbau zu erreichen. Unmittelbares Ziel ist die Darstellung des optimalen Zusammenspiels von aktiver und passiver Sonnenenergie- und Erdwärmenutzung mit Wärmepumpen- und Bauteilaktivierung durch Modellierung und Validierung an einem gebauten Objekt mit dem Ziel die Ergebnisse für das Scale-up im großvolumigen Wohnbau zu optimieren. Als Projektergebnis liegen die dokumentierten Versuchsergebnisse des Betriebes des Demo-Gebäudes (Zweifamilienhaus) mit modellprädiktiver Regelung der Beheizung thermisch Aktivierter Bauteile vor. Ziel ist es, bei optimierter Energieeffizienz die Komfortparameter einzuhalten und darüber hinaus die Auswirkungen singulärer Ereignisse (Wetterumschwung) zu erfassen. Es liegt ein dynamisches Modell des Demo-Gebäudes vor und im Erfolgsfall, d.h. bei ausreichender Performance des entwickelten Regelungssystems, ist der Ausgangspunkt für eine Maßstabsvergrößerung (Scale-Up) geschaffen. Die Auswertung der Mess-Ergebnisse (Zeitreihen) erfolgt auf wissenschaftlicher Basis durch die Universität für Bodenkultur. Es werden gezielte Parametervariationen am Demo-Gebäude durchgeführt und die Auswirkungen quantifiziert. Die Ergebnisse werden auch kommuniziert/disseminiert, u.A. in wissenschaftlichen Formaten aber auch direkt in Zusammenarbeit mit Bauträgern und Bautechnikern – siehe Punkt Projekt-Wirkung oben.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-10-01 - 2022-09-30

Unter dem Hintergrund, dass der Energieaufwand für den Betrieb von Kälteanlagen beträchtlich ist, soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ViCC die Steigerung der Energieeffizienz von Kompressions-Kälteanlagen durch innovative Regelkonzepte mittels Kombination aus „rule-based“ und „virtual-based“ Regelstrategien erfolgen. Der Energiebedarf von Kälteanlagen wird in Österreich mit ca. 10 bis 14 % des gesamten Stromverbrauchs in den Sektoren Dienstleistung und Sachgüterproduktion abgeschätzt. Es wird davon ausgegangen, dass der Bedarf mittels einfachen / non-invasiven Maßnahmen um bis zu 15 % reduziert werden kann, durch technische Investitionen ist eine Reduktion um bis zu 40 % realisierbar. Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ViCC ist die Beantwortung folgender Kernfrage: Wie lässt sich mit vertretbarem technischen und wirtschaftlichen Aufwand die Steigerung der Energieeffizienz von Kompressions-Kälteanlagen durch eine Kopplung des Gebäude-automationssystems (GA-System) an dynamische Systemmodelle und damit der Möglichkeit der Generierung von virtuellen Datenpunkten für innovative Regelkonzepte steigern? Eine Kälteanlage ist ein komplexes System aus einzelnen Komponenten verschiedener Hersteller (z.B.: Kältemaschine, Rückkühlung,…). Die Herausforderung intelligenter Regelstrategien liegt darin, ein größtmögliches Optimum im Zusammenspiel der einzelnen Systemkomponenten zu erzielen. Der Fokus dieses Projektes ist eine Gesamtsystem-optimierung, wobei sich die wesentliche Fragestellung auf den Teillastfall bezieht. Grundsätzlich stehen für eine Teillast-Regelung zwei „Antriebsschrauben“ zur Verfügung – eine Änderung der Temperaturen/Temperaturdifferenzen oder der Massenströme. Erfahrungswerte der Antragsteller zeigen, dass „klassischen“ Regelstrategien, mit konstanten Temperaturen und/oder Massenströme um die Kältemaschine arbeiten und die Temperatur erst im Zuge der Verteilung auf die Abnehmer auf das jeweils gewünschte Temperaturniveau heben. Diese Vorgangsweise ist insgesamt energietechnisch offensichtlich nicht sinnvoll, jedoch allgemeine Praxis. Literaturquellen bzw. darauf aufbauende Berechnungen im Rahmen der Projektvorbereitung zeigen, dass die Entwicklung der ViCC Methodik ein Energieeffizienzsteigerungspotential von Kompressions-Kälteanlagen von 25 % erwarten lässt, was ein Reduktionspotential der CO2 Emissionen von 25.885 t/a bedeutet. Ein weiterer Mehrwert wird durch die integrierte Möglichkeit der detaillierte Anlagenanalyse und dadurch der Umsetzungsmöglichkeit von „automated fault detection“ und „predicted maintainance“ generiert, die eine signifikante Senkung der Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten sowie der FM-Personalkosten erwarten lassen. Der generierte Lösungsweg wird im Rahmen des Forschungsvorhabens einem ersten Praxistest unterzogen und somit validiert und für eine geplante Markteinführung vorbereitet bzw. ein eventuell nachfolgender F&E Bedarf definiert.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-07-01 - 2021-06-30

Der Bedarf an hochwertigen Biokraftstoffen wird sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene hervorgehoben. Biokraftstoff kann aus nachhaltigen Quellen wie Holz und Abfall aus Forstwirtschaft, Landwirtschaft, Industrie und Haushalten hergestellt werden. Es ist wichtig, einen energieeffizienten Prozess zu entwickeln, der die Herausforderungen bei der Umwandlung von Biomasse in Biokraftstoff abdeckt. Der erste Schritt bei der Herstellung von Biokraftstoffen aus Biomasse ist als Vergasung bekannt. In diesem Schritt wird die Biomasse erhitzt und in ein Synthesegas bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt. Dieses Gas wird weiter in Biokraftstoffe umgewandelt. Asche ist ein Nebenprodukt beim Vergasungsprozess. Mit den in einem Vergasungsreaktor erzeugten Aschen sind große Herausforderungen verbunden, und der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Lösung dieser Probleme. Asche in Vergasungsreaktoren kann abhängig von der Art des verwendeten Reaktors verschiedene Probleme verursachen. Zum Beispiel können Ascheschmelzen und die Bildung von Agglomeraten (Klumpen) die Verfügbarkeit von Reaktoren verringern, während in anderen Reaktoren eine Abhängigkeit von der Umwandlung in geschmolzene Asche besteht, die aus dem Reaktor auslaufen kann. In letzterem Fall kann die Asche zu viskos werden und zu schlechter Fließfähigkeit und Ascheansammlung im Reaktor führen. Je nach Zusammensetzung der Biomasse hat die Asche unterschiedliche Eigenschaften. In diesem Projekt wird der Einfluss von Asche aus verschiedenen Biomassegemischen untersucht. Die experimentellen Ergebnisse werden genutzt, um ein Vorhersagemodell für aschebedingte Probleme für Biomassemischungen zu entwickeln. Der erfolgreiche Abschluss von FLASH wird wertvolles Wissen liefern, das zur Verbesserung der Vergasungseffizienz beiträgt, indem die Ascheprobleme reduziert werden können. Dadurch wird die Nutzung verschiedener nachhaltiger Biomassequellen für die Umwandlung in Biokraftstoff durch Vergasung beschleunigt.

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