Forschungsprojekte

Die Technische Universität Darmstadt und ihr Präsidium haben sich ausdrücklich dem Ziel verschrieben, ein ganzheitliches Konzept zur effizienten Energieversorgung „post 2030“ für den Campus Lichtwiese zu entwickeln, mit dem die im Rahmen der Initiative CO2-neutrale Landesregierung angestrebten Klimaschutzziele erreicht werden können. Im Projekt EnEff:Stadt Campus Lichtwiese werden sowohl die elektrische Energieversorgung als auch der Wärme- und Kältebedarf der Universität betrachtet. Ein umfassendes Monitoring der Energieflüsse auf dem Campus bildet die Grundlage für eine grundlegende Modernisierungsstrategie.

Im Rahmen der ersten Projektphase bis 2018 wurden wesentliche Potentiale zur Erhöhung der Energieeffizienz und Senkung des Energiebedarfs evaluiert. Die hier betrachteten Maßnahmen wurden hinsichtlich ihrer realen baulichen und energietechnischen Entwicklungen bewertet. Auf Grundlage von verschiedenen Szenarien wurde ermittelt, welche zukünftigen Entwicklungen sich für die Aufgaben des elektrischen Netzes am Campus Lichtwiese ergeben werden und welche Auswirkungen diese auf den Netzbetrieb haben können.Der Campus ist aus einer Reihe von Gründen inbesonderer Weise als Studienobjekt geeignet:

• Eigentums- und planungsrechtliche Entität
• Abgegrenzter Standort bzw. Bilanzraum
• Hohe Nutzungsvielfalt (Büros, Labore,Hörsäle, Bibliotheken, Werkstätten, Sportstätten etc.)
• Verschiedene Baualtersklassen und -formen(viele Großbauten der 1960er und 1970erJahre)
• Technische Gebäudeausstattungen aus dem Ur-Zustand
• Eigene Energieerzeugung und Netze vorhanden

Basierend auf einem umfassenden Monitoring wird ein virtuelles Gesamtmodell („Digitaler Zwilling“) des Campusenergiesystems erstellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung einer Strategie zur Reduzierung der Temperaturen im Fernwärmenetz, um Verluste zu verringern und die Einbindung von regenerativ erzeugter Energie und Abwärme zu erleichtern. Die interdisziplinäre und technologieübergreifende Betrachtungsweise ist das Herausstellungsmerkmal dieses Forschungsprojektes. Für die Umsetzung ist die intensive Zusammenarbeit von Forschung,Bauverwaltung und technischem Betrieb erfolgsrelevant. Das so entstandene Reallabor Campus Lichtwiese fungiert als Anschauungsobjekt zur Nachahmung und Weiterentwicklung.

Vom Konzept in die Realisierung: Bauliche Maßnahmen

Zwei Pilotprojekte transferieren Konzepte der ersten Phase nun in die Umsetzung: Im Gebäudebereich werden sowohl der bauliche Wärmeschutz verbessert als auch die raumlufttechnischen Anlagen modernisiert. Hier erwartet man ein erhebliches Emissionsminderungspotential. Um den Wärmebedarf auf dem Campuslangfristig effizient und umweltschonend decken zu können, soll ein Fernwärmenetz der 4.Generation entstehen, das mit einer deutlich niedrigeren Vorlauftemperatur sehr viel weniger Verluste hat, und in das regenerative Quellen und die Einspeisung von Abwärme, wie etwa die des neuen Darmstädter Hochleistungsrechenzentrumsl eichter eingebunden werden können.

Abwärmenutzung Hochleistungsrechner

Das Hochschulrechenzentrum (HRZ) der TU Darmstadt betreibt einen Hochleistungsrechner(HLR), der schrittweise durch Hardware einer neuen Generation ersetzt wird. Solche Rechner haben einen großen Bedarf an elektrischer Energie und produzieren sehr viel Abwärme. Der neue HLR,dessen erste Ausbaustufe Anfang 2020 in Betrieb genommen wird, ist mit einer Warmwasserkühlung ausgestattet. Hier entsteht Abwärme bei Temperaturen von 40°C bis 45°C, die genutzt werden kann. Mit einer Wärmepumpe kann diese sehr effizient auf das Temperaturniveau des Fernwärmenetzes angehoben und so für die Fernwärmeversorgung genutzt werden. Darüberhinaus entfällt der Strombedarf der bisher für die Kühlung der Rechner genutzten Kältemaschine.Nach Abschluss der Baumaßnahmen und der Inbetriebnahme des neuen Rechners wird anhand eines Energiemonitorings untersucht, inwiefern die tatsächlichen Einsparungen an Energie und CO2-Emissionen mit den Simulationen aus der Planungsphase übereinstimmen.Abbildung 1 Strangschema der Kühlung des neuen Hochleistungsrechners Lichtenberg

II Energieflexibilisierung Architekturgebäude

Am Institutsgebäude des Fachbereichs Architektur wird der Betrieb von Niedertemperaturheizsystemen im Gebäudebestand untersucht. Das Institutsgebäude ist ein Beispiel für einen Gebäudetypus auf dem Campus, bei dem Sanierungen sehr aufwendig sind. Um diese Gebäude mit Wärme zu versorgen, sollen zukünftig Flächenheizsysteme eingesetzt werden. Durch die Vergrößerung der Wärmeüberträgerflächen kann die gleiche thermische Leistung bei geringerer Temperaturdifferenz zwischen Heizungsmedium und Raumluft in den Raum eingebracht werden.Hier wird untersucht, wie stark sich die Temperatur tatsächlich absenken lässt, ohne dass Einbußen am Komfort auftreten. Darüber hinaus werden unterschiedliche Regelungsstrategien zur Steigerung der Flexibilität des Wärmebezugs untersucht.

weitere Informationen auf der EnEff Campus Website