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Theoretical bounds for performance measures of thermodynamical systems are investigated under conditions of finite times and rates of processes using endoreversible models. These models consist of reversible operating sub-systems which exchange energy via generally irreversible interactions. Analytical and numerical calculations are performed to obtain performance optima and respective optimized process and design parameters for four model systems. A heat engine where the heat transfer between the working fluid and heat reservoirs is described by generalized, polytropic process is optimized for maximum work output. Thermal efficiencies, optimal values for temperatures and process times of the heat transfer processes are determined. A model of a generalized system suited to describe the operation of heat engines, refrigerators, and heat pumps is optimized with respect to thermal efficiency. Several examples illustrate how the results of the analysis are used to allocate financial resources to the heat exchanger inventory in an optimal way. A power-producing thermal system which exchanges heat with several heat reservoirs via irreversible heat transfer processes is analyzed to find the optimal contact times between the working fluid and each of the reservoirs. The piston motion of a Diesel engine is optimized to achieve maximum work for a given amount of fuel. The endoreversible model of the Diesel engine accounts for the temporal variations of the heat produced by the combustion process, the basic flow pattern within the engine's cylinder, the temperature dependence of the viscosity, thermal conductivity, and heat capacity of the working fluid and losses due to friction and heat leak through the cylinder walls., Theoretische Grenzen für verschiedene Leistungsmerkmale von thermodynamischen Systemen werden unter der Bedingung endlicher Zeiten und Prozessraten im Rahmen endoreversibler Modelle untersucht. Diese Modelle bestehen aus reversiblen Subsystemen, welche über allgemein irreversible Wechselwirkungen Energie austauschen. Analytische und nummerische Berechnungen quantifizieren diese Grenzen und liefern optimale Prozess- und Konstruktionsparameter für vier Modellsysteme. Für eine auf maximale Ausgangsarbeit optimierte Wärmekraftmaschine, bei der die Wärme zwischen Arbeitsmedium und Wärmereservoirs während allgemeiner polytroper Zustandsänderungen des Arbeitsmediums übertragen wird, werden optimale Temperaturen und Zeiten für die Wärmeübertragungsprozesse sowie die thermischen Wirkungsgrade bestimmt. Für ein wirkungsgrad-optimiertes Modell eines verallgemeinerten thermischen Umwandlungssytems, das sowohl Wärmekraftmaschinen, Kühler und Wärmepumpen beschreibt, wird die optimale Verteilung von Investitionskosten auf die Wärmetauscher ermittelt und die Anwendung der allgemeingültigen Ergebnisse anhand mehrerer Beispiele demonstriert. Für eine Wärmekraftmaschine mit mehreren Wärmereservoirs wird bestimmt, welche der Wärmereservoirs wie lange kontaktiert werden müssen, um eine maximale Ausgangsarbeit zu erzielen. Für einen Dieselmotor wird die Kolbenbewegung so optimiert, dass bei gegebener Treibstoffmenge eine maximale Ausgangsarbeit erzielt wird. Das endoreversible Modell des Dieselmotors berücksichtigt die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität des Arbeitsfluids, die Zeitabhängigkeit des Verbrennungsprozesses sowie Reibungs- und Wärmeverluste. more...

Die Verbesserung der energetischen Qualität des Gebäudebestandes spielt eine wesentliche Rolle hin zu einem reduzierten Energieverbrauch auf der ganzen Welt. Lüftungssysteme tragen dazu bei den Heiz- und Kühlenergiebedarf zu reduzieren und den thermischen Komfort, sowie die Raumluftqualität, zu verbessern. Im Winter ist die Enthalpie der Fortluft einer Lüftungsanlage mit Wärme- oder Enthalpieübertragern zumeist höher, als die der Umgebungsluft und kann daher als Quelle für eine Wärmepumpe genutzt werden. Bei hocheffizienten Gebäuden kann die Heizleistung einer sogenannten Fortluft-Wärmepumpe ausreichend sein, um den Heizlastbedarf über die Zuluft zu decken. Dennoch weisen solche Systeme einige Nachteile und Herausforderungen auf. So wird beispielsweise die maximale Heizleistung durch den Zuluftvolumenstrom begrenzt. Der Volumenstrom sollte den hygienischen Luftvolumenstrom nicht überschreiten, da das Risiko einer zu trockenen Raumluft in der Winterzeit, insbesondere im alpinen Raum, erhöht ist. Dadurch wird die effektive spezifische Heizleistung, die über die Zuluft werden kann, auf ca. 10 W/m² begrenzt. Daher sind solche Systeme bei Renovierungen, bei denen spezifische Heizlasten von 20-25 W/m² erreicht werden können, nicht einsetzbar. Eine weitere bekannte Einschränkung dies Systems liegt darin, dass nur Zulufträume direkt beheizt werden. Ablufträume werden nicht direkt erwärmt, was zu einer Verringerung des thermischen Komforts führen kann oder zusätzliche raumweise, meist elektrische, Heizsysteme erfordert. Der Einsatz solcher zusätzlichen raumweisen Heizsysteme hat einen erheblichen Einfluss auf die Gesamteffizienz des Systems. Auch bei reduzierten Volumenströmen (z.B. geregelt über die Raumluftqualität) ist in kühlen Klimazonen ein Risiko für trockene Raumluft im Winter gegeben. Mit sogenannten Enthalpieübertragern kann im Vergleich zu herkömmliche Wärmetauschern auch Feuchtigkeit übertragen werden. Messdaten solcher Enthalpieübertragern sind jedoch kaum zu fi, Improving the quality of the building stock plays an integral role in the progress towards lower energy consumption worldwide. Adequately designed ventilation systems help to reduce the heating and cooling energy demands and improve the thermal comfort and indoor air quality. During winter conditions, the enthalpy of the exhaust air of a ventilation system with a heat or enthalpy exchanger is higher than that of the ambient air and, therefore, can be used as a source for a heat pump. For high energy-efficient buildings, the heating power of such systems can supply sufficient power to satisfy the design heating load via the supply air. Nevertheless, such systems experience some challenges. For instance, the maximum heating power they can provide is limited by the supply-air flow rate. The supply-air volume flow should not exceed the hygienic air flow rate, because of the increased risk of dry room air during the winter period in particular in cold climates. This limits the effective specific heat load that can be provided by the supply air to approximately 10 W/m². Thus, such systems are not applicable in case of renovations, where specific heat loads of 20-25 W/m² need to be reached. Another known drawback of the supply air heating concept lies in the fact that only supply air rooms are heated directly. Extract air rooms are not heated directly which can lead to a decrease of thermal comfort or might make additional room-wise heaters necessary. The utilization of additional room-wise heaters has a significant impact on the overall system performance. Even with reduced volume flows (e.g. controlled by the indoor air quality), a risk of dry room air during the winter period is given in alpine regions. Compared to solely heat exchangers, not only heat but also moisture can be transferred by means of the so-called enthalpy exchangers. However, measurement data of such enthalpy exchangers is rare. Moreover, important questions as, at which boundary conditions condensate, Dipl.-Ing. Dietmar Siegele, MSc, Kurzfassung in deutscher Sprache. Artikel in deutscher und englischer Sprache, Kumulative Dissertation aus neun Artikeln, Dissertation Universität Innsbruck 2019 more...

Die vorliegende Dissertation trägt zur energetischen Gebäudesanierung bei. Eine innovative Heizungs- und Lüftungsanlage wird präsentiert und ein einfaches Berechnungstool als „Energie Audittool“ bewertet. Die Entwicklung einer Luft-Luft Wärmepumpe (mikro-WP) kombiniert mit mechanischer Lüftung mit Wärmerückgewinnung (WRG) wurde mit Hilfe dynamischer Simulationen und Analysen von Monitoringdaten unterstützt. Die Verwendung des Passivhaus Projektierungspakets (PHPP) als Audittool, wurde mit Hilfe der Simulationsprogramme TRNSYS und Matlab/Simulink evaluiert. Dynamische Simulationen der mikro-WP wurden durchgeführt, um die Energieeffizienz des Systems zu untersuchen und die Entwicklung zu unterstützen. Die Simulationsstudien beziehen ein saniertes Einfamilienhaus im Passivhaus- oder EnerPHit-Standard ein, das an sieben repräsentativen europäischen Standorten simuliert wurde. Ein Vergleich mit anderen Wärmepumpenkonzepte, wie einem mechanischen Abluftsystem mit einer Abluftwärmepumpe und mit Konvektorheizungen, hat gezeigt, dass die mikro-WP das effizienteste System ist, wenn sehr hohe Gebäudestandards angewendet werden (z.B. Passivhaus oder EnerPHit). Außerdem zeigt sich, dass die Verwendung von einem geregelten Verdichter die Energieeffizienz des Systems um ca. 15% erhöht und gleichzeitig das Risiko einer falschen Dimensionierung verringert. Ein funktionales Muster der mikro-WP mit WRG, integriert in einer vorgefertigten Holzfassade, wurde in einer Wohnung während der Sanierung eines Mehrfamilienhauses in Ludwigsburg (Deutschland) installiert. Dieses System und die zugehörige Wohnung wurden vor und nach der Sanierung im Detail vermessen und die Monitoringdaten analysiert. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Heizung und Lüftungsanlage für eine komplette Heizungsperiode lag bei 2,8 und die JAZ der mikro-WP allein ergab 2.5. Nach der Sanierung zeichnete sich die Wohnung mit guten thermischen Komfort und einer deutlich verbesserten Raumluftqualität aus. Die Simulationsmodelle, The present thesis aims to contribute to the energy building renovation by presenting an innovative compact heating and ventilation system, and evaluating an easy to use calculation tool as an energy auditing tool. An air-to-air heat pump (micro-HP) combined with a heat recovery ventilation (HRV) unit was developed with the assistance of dynamic simulations and monitoring results. Passive House Planning Package (PHPP) was evaluated as an auditing tool by comparing to the dynamic simulation tools, TRNSYS and Matlab/Simulink. Dynamic simulations of the micro-HP and the HRV were performed to investigate the energy performance and the feasibility of the system, and to support the design phase of the development. The simulation studies include a single-family house that was renovated according to Passive House or EnerPHit standards located in seven representative European locations. A comparison to other heat pump systems, such as exhaust ventilation with an exhaust air heat pump and ventilation radiators, showed that the micro-HP is the most efficient system when energy efficient building standards are applied (e.g. Passive House or EnerPHit). In addition, the use of a variable speed compressor is beneficial, increasing the energy performance by a maximum of 15%, and at the same time, it reduces the risk of having an improperly dimensioned system. The micro-HP combined with HRV was integrated into a prefabricated timber façade, and a functional model was installed in a flat within the renovation of a multi-family house in Ludwigsburg, Germany. The system and the flat (before and after renovation) were monitored in detail. The seasonal performance factor (SPF) of the heating and ventilation system was 2.8 for a complete monitored heating season, and the SPF of the micro-HP alone was 2.5. Inside the flat, good thermal comfort conditions were observed and the indoor air quality was strongly improved after renovation. The simulation models of the micro-HP and the flat (in w, Georgios Dermentzis, Kumulative Dissertation aus acht Artikeln, Dissertation Universität Innsbruck 2018 more...

Ziel dieser Arbeit ist eine kritische Betrachtung von Strategien zur Speicherung von elektrischer Energie als thermische Energie innerhalb der thermischen Massen eines Gebäudes sowie die Identifizierung von Verbesserungspotentialen in Bezug auf Steigerung der Eigenverbrauchsnutzung von Photovoltaikstrom und Reduktion des Netzstrombedarfs. Als Referenzgebäude für diese Betrachtung dient ein Einfamilienhaus im Niedrigenergiehaus-Standard mit installierter Photovoltaikanlage. Der Wärmebedarf der Gebäude wird zur Gänze durch eine Luft/Wasser-Wärmepumpe gedeckt, die mit einer Enthitzerschaltung ausgestattet ist. Besonderes Augenmerk wird auf die Auswirkungen der unterschiedlichen Strategien auf eine Vielzahl von Leistungsindikatoren sowie auf den thermischen Komfort der Nutzer gelegt. Zu diesem Zweck, wird ein bestehendes Regelungskonzept als Referenz herangezogen und in weiterer Folge adaptiert, um Verbesserungspotential aufzuzeigen. Dies erfolgt in Form einer Reihe von Szenarien mit adaptierten Regelungsstrategien: - Heizungsregelung einschließlich Überhitzung und Unterkühlung des Gebäudes - Ausnutzung des Warmwasser-Energiespeicher - Änderung der verfügbaren thermischen Masse des Gebäudes - Luftkoppelung der thermischen Massen über natürliche Konvektion zwischen den Räumen Zusätzlich werden all diese Szenarien für zwei, verschieden groß dimensionierte PV-Systeme evaluiert. Dies ermöglicht es die spezifischen Einflüsse und mögliche Problemstellungen sowie zugehörige Verbesserungen für bestehende Strategien zu ermitteln. Für all diese Fälle wird eine vergleichende Bewertung anhand der folgenden Kriterien durchgeführt: - Energie welche dem Heizsystem zugeführt wird und Effizienz des Systems - Leistungsfaktoren für Wärmepumpe und das Gesamtsystem - Laufzeiten der Wärmepumpe bei verschiedenen Strategien - Eigenverbrauch an PV-Strom - Thermischer Komfort Basierend auf diesen Analysen kann gezeigt werden, dass mithilfe dieser Strategien der Eigenverbrauch von PV-Strom um bis, The aim of this thesis is a critical examination of strategies for the storage of electrical energy as thermal energy within the thermal masses of a building and the identification of improvement potentials with regard to the increase of self-consumption of photovoltaic electricity and a reduction in grid electricity demand. The reference building for this analysis is a single-family house in the low-energy building standard with installed photovoltaic system. The heat demand of the building is completely covered by an air-to-water heat pump equipped with a desuperheater. Special attention is paid to the effects of the different control strategies on a variety of performance indicators as well as on the thermal comfort of the users. For this purpose, an existing control concept will be used as a reference and subsequently adapted to show potential for improvement. This is done in the form of a series of scenarios with adapted control strategies: - Heating controls including overheating and supercooling of the building - Utilisation of the hot water thermal energy storage - Change in available thermal mass of the building - Air coupling of thermal masses via natural convection between rooms Additionally, all these scenarios are evaluated for two PV-systems of different sizes. This allows the identification of specific influences and possible problems as well as associated improvements for existing strategies. For all these cases a comparative evaluation is carried out using the following criteria: - Energy supplied to the heating system and efficiency of the system - Performance factors for heat pump and the overall system - Running times of the heat pump for different control strategies - Self-consumption of PV-electricity - Thermal comfort Based on these evaluations, it is shown that these strategies can increase the self-consumption of PV-electricity by up to 31 % and reduce grid electricity demand by up to 57 %. It is also shown that the measures taken can reduce, Bernhard Jakob Schett, BSc, Masterarbeit Universität Innsbruck 2020 more...

Ziel dieser Arbeit ist eine kritische Betrachtung von Strategien zur Speicherung von elektrischer Energie als thermische Energie innerhalb der thermischen Massen eines Gebäudes sowie die Identifizierung von Verbesserungspotentialen in Bezug auf Steigerung der Eigenverbrauchsnutzung von Photovoltaikstrom und Reduktion des Netzstrombedarfs. Als Referenzgebäude für diese Betrachtung dient ein Einfamilienhaus im Niedrigenergiehaus-Standard mit installierter Photovoltaikanlage. Der Wärmebedarf der Gebäude wird zur Gänze durch eine Luft/Wasser-Wärmepumpe gedeckt, die mit einer Enthitzerschaltung ausgestattet ist. Besonderes Augenmerk wird auf die Auswirkungen der unterschiedlichen Strategien auf eine Vielzahl von Leistungsindikatoren sowie auf den thermischen Komfort der Nutzer gelegt. Zu diesem Zweck, wird ein bestehendes Regelungskonzept als Referenz herangezogen und in weiterer Folge adaptiert, um Verbesserungspotential aufzuzeigen. Dies erfolgt in Form einer Reihe von Szenarien mit adaptierten Regelungsstrategien: - Heizungsregelung einschließlich Überhitzung und Unterkühlung des Gebäudes - Ausnutzung des Warmwasser-Energiespeicher - Änderung der verfügbaren thermischen Masse des Gebäudes - Luftkoppelung der thermischen Massen über natürliche Konvektion zwischen den Räumen Zusätzlich werden all diese Szenarien für zwei, verschieden groß dimensionierte PV-Systeme evaluiert. Dies ermöglicht es die spezifischen Einflüsse und mögliche Problemstellungen sowie zugehörige Verbesserungen für bestehende Strategien zu ermitteln. Für all diese Fälle wird eine vergleichende Bewertung anhand der folgenden Kriterien durchgeführt: - Energie welche dem Heizsystem zugeführt wird und Effizienz des Systems - Leistungsfaktoren für Wärmepumpe und das Gesamtsystem - Laufzeiten der Wärmepumpe bei verschiedenen Strategien - Eigenverbrauch an PV-Strom - Thermischer Komfort Basierend auf diesen Analysen kann gezeigt werden, dass mithilfe dieser Strategien der Eigenverbrauch von PV-Strom um bis, The aim of this thesis is a critical examination of strategies for the storage of electrical energy as thermal energy within the thermal masses of a building and the identification of improvement potentials with regard to the increase of self-consumption of photovoltaic electricity and a reduction in grid electricity demand. The reference building for this analysis is a single-family house in the low-energy building standard with installed photovoltaic system. The heat demand of the building is completely covered by an air-to-water heat pump equipped with a desuperheater. Special attention is paid to the effects of the different control strategies on a variety of performance indicators as well as on the thermal comfort of the users. For this purpose, an existing control concept will be used as a reference and subsequently adapted to show potential for improvement. This is done in the form of a series of scenarios with adapted control strategies: - Heating controls including overheating and supercooling of the building - Utilisation of the hot water thermal energy storage - Change in available thermal mass of the building - Air coupling of thermal masses via natural convection between rooms Additionally, all these scenarios are evaluated for two PV-systems of different sizes. This allows the identification of specific influences and possible problems as well as associated improvements for existing strategies. For all these cases a comparative evaluation is carried out using the following criteria: - Energy supplied to the heating system and efficiency of the system - Performance factors for heat pump and the overall system - Running times of the heat pump for different control strategies - Self-consumption of PV-electricity - Thermal comfort Based on these evaluations, it is shown that these strategies can increase the self-consumption of PV-electricity by up to 31 % and reduce grid electricity demand by up to 57 %. It is also shown that the measures taken can reduce, Bernhard Jakob Schett, BSc, Masterarbeit Universität Innsbruck 2020 more...

Die Verbesserung der energetischen Qualität des Gebäudebestandes spielt eine wesentliche Rolle hin zu einem reduzierten Energieverbrauch auf der ganzen Welt. Lüftungssysteme tragen dazu bei den Heiz- und Kühlenergiebedarf zu reduzieren und den thermischen Komfort, sowie die Raumluftqualität, zu verbessern. Im Winter ist die Enthalpie der Fortluft einer Lüftungsanlage mit Wärme- oder Enthalpieübertragern zumeist höher, als die der Umgebungsluft und kann daher als Quelle für eine Wärmepumpe genutzt werden. Bei hocheffizienten Gebäuden kann die Heizleistung einer sogenannten Fortluft-Wärmepumpe ausreichend sein, um den Heizlastbedarf über die Zuluft zu decken. Dennoch weisen solche Systeme einige Nachteile und Herausforderungen auf. So wird beispielsweise die maximale Heizleistung durch den Zuluftvolumenstrom begrenzt. Der Volumenstrom sollte den hygienischen Luftvolumenstrom nicht überschreiten, da das Risiko einer zu trockenen Raumluft in der Winterzeit, insbesondere im alpinen Raum, erhöht ist. Dadurch wird die effektive spezifische Heizleistung, die über die Zuluft werden kann, auf ca. 10 W/m² begrenzt. Daher sind solche Systeme bei Renovierungen, bei denen spezifische Heizlasten von 20-25 W/m² erreicht werden können, nicht einsetzbar. Eine weitere bekannte Einschränkung dies Systems liegt darin, dass nur Zulufträume direkt beheizt werden. Ablufträume werden nicht direkt erwärmt, was zu einer Verringerung des thermischen Komforts führen kann oder zusätzliche raumweise, meist elektrische, Heizsysteme erfordert. Der Einsatz solcher zusätzlichen raumweisen Heizsysteme hat einen erheblichen Einfluss auf die Gesamteffizienz des Systems. Auch bei reduzierten Volumenströmen (z.B. geregelt über die Raumluftqualität) ist in kühlen Klimazonen ein Risiko für trockene Raumluft im Winter gegeben. Mit sogenannten Enthalpieübertragern kann im Vergleich zu herkömmliche Wärmetauschern auch Feuchtigkeit übertragen werden. Messdaten solcher Enthalpieübertragern sind jedoch kaum zu fi, Improving the quality of the building stock plays an integral role in the progress towards lower energy consumption worldwide. Adequately designed ventilation systems help to reduce the heating and cooling energy demands and improve the thermal comfort and indoor air quality. During winter conditions, the enthalpy of the exhaust air of a ventilation system with a heat or enthalpy exchanger is higher than that of the ambient air and, therefore, can be used as a source for a heat pump. For high energy-efficient buildings, the heating power of such systems can supply sufficient power to satisfy the design heating load via the supply air. Nevertheless, such systems experience some challenges. For instance, the maximum heating power they can provide is limited by the supply-air flow rate. The supply-air volume flow should not exceed the hygienic air flow rate, because of the increased risk of dry room air during the winter period in particular in cold climates. This limits the effective specific heat load that can be provided by the supply air to approximately 10 W/m². Thus, such systems are not applicable in case of renovations, where specific heat loads of 20-25 W/m² need to be reached. Another known drawback of the supply air heating concept lies in the fact that only supply air rooms are heated directly. Extract air rooms are not heated directly which can lead to a decrease of thermal comfort or might make additional room-wise heaters necessary. The utilization of additional room-wise heaters has a significant impact on the overall system performance. Even with reduced volume flows (e.g. controlled by the indoor air quality), a risk of dry room air during the winter period is given in alpine regions. Compared to solely heat exchangers, not only heat but also moisture can be transferred by means of the so-called enthalpy exchangers. However, measurement data of such enthalpy exchangers is rare. Moreover, important questions as, at which boundary conditions condensate, Dipl.-Ing. Dietmar Siegele, MSc, Kurzfassung in deutscher Sprache. Artikel in deutscher und englischer Sprache, Kumulative Dissertation aus neun Artikeln, Dissertation Universität Innsbruck 2019 more...

Die vorliegende Dissertation trägt zur energetischen Gebäudesanierung bei. Eine innovative Heizungs- und Lüftungsanlage wird präsentiert und ein einfaches Berechnungstool als „Energie Audittool“ bewertet. Die Entwicklung einer Luft-Luft Wärmepumpe (mikro-WP) kombiniert mit mechanischer Lüftung mit Wärmerückgewinnung (WRG) wurde mit Hilfe dynamischer Simulationen und Analysen von Monitoringdaten unterstützt. Die Verwendung des Passivhaus Projektierungspakets (PHPP) als Audittool, wurde mit Hilfe der Simulationsprogramme TRNSYS und Matlab/Simulink evaluiert. Dynamische Simulationen der mikro-WP wurden durchgeführt, um die Energieeffizienz des Systems zu untersuchen und die Entwicklung zu unterstützen. Die Simulationsstudien beziehen ein saniertes Einfamilienhaus im Passivhaus- oder EnerPHit-Standard ein, das an sieben repräsentativen europäischen Standorten simuliert wurde. Ein Vergleich mit anderen Wärmepumpenkonzepte, wie einem mechanischen Abluftsystem mit einer Abluftwärmepumpe und mit Konvektorheizungen, hat gezeigt, dass die mikro-WP das effizienteste System ist, wenn sehr hohe Gebäudestandards angewendet werden (z.B. Passivhaus oder EnerPHit). Außerdem zeigt sich, dass die Verwendung von einem geregelten Verdichter die Energieeffizienz des Systems um ca. 15% erhöht und gleichzeitig das Risiko einer falschen Dimensionierung verringert. Ein funktionales Muster der mikro-WP mit WRG, integriert in einer vorgefertigten Holzfassade, wurde in einer Wohnung während der Sanierung eines Mehrfamilienhauses in Ludwigsburg (Deutschland) installiert. Dieses System und die zugehörige Wohnung wurden vor und nach der Sanierung im Detail vermessen und die Monitoringdaten analysiert. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Heizung und Lüftungsanlage für eine komplette Heizungsperiode lag bei 2,8 und die JAZ der mikro-WP allein ergab 2.5. Nach der Sanierung zeichnete sich die Wohnung mit guten thermischen Komfort und einer deutlich verbesserten Raumluftqualität aus. Die Simulationsmodelle, The present thesis aims to contribute to the energy building renovation by presenting an innovative compact heating and ventilation system, and evaluating an easy to use calculation tool as an energy auditing tool. An air-to-air heat pump (micro-HP) combined with a heat recovery ventilation (HRV) unit was developed with the assistance of dynamic simulations and monitoring results. Passive House Planning Package (PHPP) was evaluated as an auditing tool by comparing to the dynamic simulation tools, TRNSYS and Matlab/Simulink. Dynamic simulations of the micro-HP and the HRV were performed to investigate the energy performance and the feasibility of the system, and to support the design phase of the development. The simulation studies include a single-family house that was renovated according to Passive House or EnerPHit standards located in seven representative European locations. A comparison to other heat pump systems, such as exhaust ventilation with an exhaust air heat pump and ventilation radiators, showed that the micro-HP is the most efficient system when energy efficient building standards are applied (e.g. Passive House or EnerPHit). In addition, the use of a variable speed compressor is beneficial, increasing the energy performance by a maximum of 15%, and at the same time, it reduces the risk of having an improperly dimensioned system. The micro-HP combined with HRV was integrated into a prefabricated timber façade, and a functional model was installed in a flat within the renovation of a multi-family house in Ludwigsburg, Germany. The system and the flat (before and after renovation) were monitored in detail. The seasonal performance factor (SPF) of the heating and ventilation system was 2.8 for a complete monitored heating season, and the SPF of the micro-HP alone was 2.5. Inside the flat, good thermal comfort conditions were observed and the indoor air quality was strongly improved after renovation. The simulation models of the micro-HP and the flat (in w, Georgios Dermentzis, Kumulative Dissertation aus acht Artikeln, Dissertation Universität Innsbruck 2018 more...

Basierend auf den Erkenntnissen und Erfahrungen zum Klimawandel ergaben sich in den letzten Jahren weltweit enorme energie- und klimapolitische Veränderungen. Dies führt zu einem immer stärken Wandel der Erzeugungs-, Verbrauchs- und Versorgungsstrukturen unserer Energiesysteme. Der Fokus der Energieerzeugung auf fluktuierenden erneuerbaren Energieträgern erfordert einen weitreichenderen Einsatz von Flexibilitäten als dies bisher der Fall war. Diese Arbeit diskutiert den Einsatz von Wärmepumpen und Speichersystemen als Flexibilitäten im Kontext des Zellularen Ansatzes der Energieversorgung. Dazu werden die Flexibilitätspotentiale von Wärmepumpen -Speichersystemen auf drei Betrachtungsebenen untersucht und validiert. Erstere berücksichtigt die Wärmepumpe, den thermischen Speicher und thermische Lasten in einer generellen Potentialbetrachtung. Darauf aufbauend folgt die Betrachtung der Wärmepumpen-Speichersysteme im Rahmen einer Haushalts-Zelle als energetische Einheit, gefolgt von Untersuchungen im Niederspannungs-Zellkontext. Zur Abbildung des Flexibilitätsverhaltens werden detaillierte Modelle der Wandler und Speicher sowie deren Steuerungen entwickelt und anhand von Zeitreihensimulationen analysiert und evaluiert. Die zentrale Frage ob Wärmepumpen mit Speichersystemen einen Beitrag als Flexibilität zum Gelingen der Energiewende leisten können kann mit einem klaren Ja beantwortet werden. Dennoch sind die beim Einsatz von Wärmepumpen-Speichersystemen als Flexibilität zu beachtenden Randbedingungen vielfältig und bedürfen, je nach Anwendungszweck der Flexibilität, einer genauen Betrachtung. Die entscheidenden Faktoren sind dabei die Außentemperatur, der zeitliche Kontext, das Netz und die Wirtschaftlichkeit. more...