Die Gebäudehülle als aktives Bauteil Optimierung der Interaktion von Gebäudetechnik und Sonnenschutzsteuerung BauSIM 2010 TU WIEN 23.09.2010 Carina Sagerschnig, Axel Seerig, Christian Dietrich Gruner AG, Basel

Inhalt Motivation Warum Raffstoren- & Anlagenbetrieb koordinieren? Konzept der integrierten Storensteuerung Simulationsstudie Energieeinsparpotential Betriebsverhalten der Raffstoren Weiterentwicklung der integrierten Storensteuerung am Beispiel des Forschungsprojekts 'OptiControl' Zusammenfassung

Kühllast - Tageslichtnutzung - Außenbezug Motivation Motivation Kühllast und Betriebszeiten der Storen werden massgeblich durch den Schaltpunkt der Storen ( solare Einstrahlung auf Fassade) beeinflusst Nachführung der Lamellen (Anpassung des Anstellwinkels) erhöht Tageslichtnutzung Storenbetrieb in Abhängigkeit der Raumkühllast kann Betriebszeiten der Storen senken Kühllast - Tageslichtnutzung - Außenbezug

Motivation Bsp. Bürohochhaus, Südzone  Fassade als 'aktives Bauteil' in das Betriebsführungskonzept integrieren, um Flexibilität zu erhöhen und die Möglichkeiten der Fassade zu nutzen

Ziele Ziele einer Integrierten Raffstorensteuerung Abstimmung des Storenbetriebs auf den aktuellen Betrieb der Heiz- und Kühlanlage Flexibilisierung des Storenbetriebs durch betriebsabhängige Schaltpunkte der Storen Einfache Integration der Storensteuerung in das Gebäudeautomationssystem Erhöhung der Durchsicht für den Nutzer bei Verfügbarkeit von freier Kühlung (Primärenergiebedarf wird nicht erhöht) Blendschutz unabhängig von Raffstoren (dzt. nicht integriert)

Regel-basierte, integrierte Steuerung für Raffstoren Rule-based Control (RBC) ''Wenn  Dann'' Regeln Steuergrössen Stellgrössen Storenbetrieb (On/Off) Lamellenwinkel Kühlung aktiv? Free Cooling möglich? Heizung aktiv? Tag? hohe Einstrahlung? Personen? Ablaufdiagramm einer integrierten Sonnenschutzsteuerung

Lamellenanstellwinkel Bestimmung des optimalen Lamellenanstellwinkels in Abhängigkeit des solaren Einfallswinkels CutOff Lamellenanstellwinkel1 Retro-Reflexion Lamellenanstellwinkel2 1 Honma et al., 2009 2 Leidenroth et al., 2003

Simulationsstudie Fallbeispiel: Bürogebäude A Glasflächenanteil ca. 50% Lochfassade, Wärmeschutzverglasung Raffstoren aussenliegend Kühlung über TABS Fallbeispiel: Bürohochhaus B Glasflächenanteil ca. 80% Glasfassade (Fassadenelemente), Sonnenschutzglas Raffstoren in Doppelfassade Gebäude- und Anlagensimulation mit EnergyPlus 4.0

Simulationsstudie Parameterstudie zur Ermittlung von gebäudespezifischen Default-Werten für Lamellenanstellwinkel und Schaltpunkt Endenergiebedarf für verschiedene Lamellenanstellwinkel-Strategien in Abhängigkeit des Schaltpunkts (Bürogebäude A) Endenergiebedarf bei verschiedenen, konstanten Lamellenanstellwinkeln (Bürogebäude A)

Simulationsstudie Energieeinsparpotential Bürogebäude A konventionell integriert mit FreeCooling Endenergiebedarf

Ergebnisse Simulationsstudie Fallbeispiel: Bürohochhaus B Vergleich Storensteuerungen Konventionell: Storenbetrieb in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung auf die Fassade (Schaltpunkt 200 W/m2) Integrierte Steuerung 1: Storensteuerung in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung auf die Fassade (Schaltpunkt 200 W/m2) sowie des Anlagenbetriebs (im Free-Cooling-Betrieb wird der Schaltpunkt auf 300 W/m2 erhöht) Integrierte Steuerung 2: Storensteuerung in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung auf die Fassade (Schaltpunkt 300 W/m2) sowie des Anlagenbetriebs (im Free-Cooling-Betrieb wird der Schaltpunkt auf 400 W/m2 erhöht)

Ergebnisse Simulationsstudie Storenbetrieb: Beispiel Südzone 24:00 Uhr 12:00 Uhr 00:00 Uhr 1. konventionell (Schaltpunkt 200 W/m2) Jalousie AN Jalousie AUS 24:00 Uhr 12:00 Uhr 00:00 Uhr 2. integriert: erhöhter Schaltpunkt bei Free Cooling (300 W/m2) 24:00 Uhr 12:00 Uhr 00:00 Uhr 3. integriert: erhöhter Schaltpunkt bei Free Cooling (400 W/m2) Jan - Feb - Mrz - Apr - Mai - Jun - Jul - Aug - Sep - Okt - Nov - Dez

Ergebnisse Simulationsstudie Bürohochhaus / Südzone: Nutzenergiebedarf 1. konventionell (200 W/m2) 2. integriert (300 W/m2) 3. integriert (400 W/m2)

Ergebnisse Simulationsstudie Bürohochhaus / Südzone: Nutzenergiebedarf 1. konventionell (200 W/m2) 2. integriert (300 W/m2) 3. integriert (400 W/m2)

OptiControl - Prognosegeführte Steuerung Integrierte Raumautomation (IRA) Integration von Beleuchtung, Storen, Heizung, Kühlung, Lüftung Berücksichtigung innerer Wärmelasten Einbindung von Wetterprognosen Modell-prädiktive Regelstrategien (MPC) statt regel-basierten Strategien (RBC)  kein ''Wenn - Dann'' Projektteam www.opticontrol.ethz.ch

Zusammenfassung Sonnenschutz hat grossen Einfluss auf Kühlenergiebedarf Spannungsfeld Energie - Tageslicht - Außenbezug Flexibilität durch Integration und Abstimmung RBC - einfache Implementierung im Gebäude Einsparpotential im Endenergiebedarf gegeben Fensterflächenanteile, Anlagenbetrieb