Professur Gebäudeenergietechnik der Fakultät Ingenieurwissenschaften wird mit neuem Forschungsprojekt die Labore der Heizungstechnik und Trinkwasserhygiene erweitern.
Im Rahmen der Förderrichtlinie Energie und Klima durch die Sächsische Aufbaubank – Förderbank (SAB), finanziert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes, erhielt die HTWK Leipzig, Fakultät Ingenieurwissenschaften - Professur Gebäudeenergietechnik am 21.08.2024 den Zuwendungsbescheid für ein zweijähriges Energiemonitoring in der Heizungs- und Sanitärtechnik zur Energieeffizienzsteigerung in Höhe von 365T Euro (brutto). Hierbei werden die Labore der Heizungstechnik und Trinkwasserhygiene erweitert.
Bei der Vorhabenidee konnte das Team um Prof. Gero Guzek von der Fakultät Ingenieurwissenschaften mit folgendem Hintergrund und Ziel punkten:
Die Idee
Die Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung, die Gebäude und die Nutzer konnten bislang jeweils für sich bedeutende Erfolge in der Energieeinsparung aufweisen. Weiteres Potenzial liegt größtenteils nur im Zusammenspiel der vorgenannten Komponenten. Die Datenlage dazu ist zumeist unbefriedigend, um Effizienzpotenziale im laufenden Betrieb speziell in der Heizungs- und Sanitärtechnik mit dem Einfluss des Nutzerverhaltens sichtbar zu machen und zu quantifizieren.
Das Ziel
Ziel des Projektes ist es, mit einem Energiemonitoring die Datenlage im Rahmen der Energieeffizienztechnologien unter Nutzung erneuerbarer Energietechnologien und Digitalisierung in der Gebäudeenergietechnik deutlich aufzuwerten und Mehrwerte für Studierende zu schaffen. Mit dem Gebäudeenergiegesetz 2024 sollen Eigentümer und Betreibende kurz bis mittelfristig auf die Wahl einer Wärmepumpe zur Beheizung ihrer Immobilie motiviert werden. Die eingesetzten Wärmepumpen arbeiten in der Praxis jedoch häufig nicht mit den ausgewiesenen COP-Werten und Jahresarbeitszahlen. Hohe Betriebskosten können die Folge sein. Nur ein Monitoring kann helfen, die optimale Betriebsweise einer Wärmepumpe zu detektieren.
Dabei ist der Blickwinkel aus notwendigen Energieeinsparungen in der Heizungstechnik, in der Sanitärtechnik ein etwas anderer. Hier gilt es, die zulässigen Temperaturen des kalten Trinkwassers, des warmen Trinkwassers und der Zirkulationsleitung entsprechend Trinkwasserverordnung einzuhalten und dennoch Energie einzusparen.
Einen weiteren Forschungsschwerpunkt bildet die Regenwasserableitung:
Jahrhundertregenereignisse häufen sich und führen größtenteils zu Überschwemmungen und verheerenden Schäden. Im Gebäudetechnikbereich führen häufig unzureichende Regenwasserableitungssysteme bzw. fehlende Dachgefälle zu massiven Schäden, insbesondere durch unzulässige Dachlasten und andere.
Für vorgenannte Untersuchungen sollen die Labore der Heizungs- und Sanitärtechnik (Wasserturm) der Professur Gebäudeenergietechnik der Fakultät Ingenieurwissenschaften der HTWK Leipzig erweitert und genutzt werden. Die Koordination des Vorhabens erfolgt durch die Professur Gebäudeenergietechnik.
Es sind Untersuchungen zur dynamischen Jahresarbeitszahl (dJAZ) bei Luft-Wasser-Wärmepumpen unter praxisnahen Bedingungen und unterschiedlichem Nutzerverhalten angedacht. Zudem sind unterschiedliche Systemgrenzen zu definieren, um die Effizienz der Wärmepumpe objektiv zu erforschen. Konkrete Handlungsempfehlungen für Anwender, die eine Wärmepumpe einbauen möchten, werden erstellt.
Im Trinkwasserbereich sollen unter Nutzung des „Wasserturms“ im Fakultätsgebäude Ingenieurwissenschaften Fragestellungen zum hydraulischen Abgleich, Trinkwasserhygiene – Auswirkungen von „Stillstandssträngen“ bspw. nach Leerzug von Einzeletagen von Immobilien simuliert werden. Mit Übertemperaturen betriebene Warmwassersysteme verursachen einen hohen Energieverbrauch. Ein kontinuierliches Monitoring kann helfen diesen zu reduzieren und gleichzeitig die Vorgaben zur Verhinderung eines Legionellenbefalls einzuhalten. Die Methode unter Einsatz disruptiver Sensoren soll mit der Nachinstallation einer realen Warmwasser- und Zirkulationsstrecke integriert werden (vgl. Veröffentlichung HLH_Bd. 74 (2023) Nr. 6 Seiten 34-36). Handlungsempfehlungen für den Bau und Betrieb von Trinkwarmwasseranlagen sollen aus den ermittelten Daten erstellt werden.
Um Starkregenereignisse über einen längeren Zeitraum simulieren und auswerten zu können, ist es notwendig eine Freispiegelentwässerung zu integrieren, um die direkten Einflussmöglichkeiten der gezielten Regenwasserableitung zu erfassen und Handlungsempfehlungen zu generieren (z.B. Veränderung des Gefälles, Nutzereinflüsse, fehlende Dachwartung – Verstopfung u.a.).
Mithilfe der gewonnen Daten aus dem Monitoring werden konkrete Leitfäden und Handlungsempfehlungen für den Umgang mit der Wärmepumpentechnik erstellt. Diese wird erst möglich durch ein Monitoring zur Erfassung der dynamischen Jahresarbeitszahl. Mögliche Fehlhandlungen durch den Nutzer auf die Anlagenregelung werden benannt, konkretisiert und zukünftig ausgeschlossen. Sinkende Betriebskosten werden die Folge sein. In der Trinkwasserhygiene und Abwassertechnik werden durch das Monitoring ebenfalls Handlungsempfehlungen und Leitfäden für den Bau und Betrieb von Trinkwarmwasseranlagen und Regenwasserableitungsanlagen für sämtliche Anwender erstellt.
Das Vorhaben steigert die wissenschaftliche und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig. Es werden private und öffentliche Finanzierungsquellen erschlossen und Arbeitsplätze in der Wissenschaft geschaffen und gesichert. Die Forschungsergebnisse können für die Lehre und Praktika genutzt werden und dienen zur Verbesserung der Lehrqualität als Teil der Verwertungsstrategie. Darüber hinaus unterstützt das Vorhaben die Strategie, das Lehrgebiet Gebäudeenergietechnik zum Exzellenzcluster für die Ausbildung der Energieanwendung im Gebäude zu machen. Darüber hinaus bildet das Vorhaben die Grundlage, die energietechnischen Labore der Fakultät Ingenieurwissenschaften zu vernetzen, um Energiesysteme im Verbund integral zu erforschen. Damit gewinnt die HTWK an Strahlkraft für Studierende und steigert durch die Teilnahme der Projektpartner die Wettbewerbsfähigkeit der Wirtschaft des Mittelstandes im Freistaat Sachsen in den Bereichen Energie, Klimaschutz und Umwelt.
Prof. Guzek freut sich außerordentlich über die Förderung und dankt den Unterstützern dieser Projektidee, insbesondere Herrn Lippik (FTZ), Prof. Jens Schneider, Prof. Robert Huhn, Prof. Hähle, Dr. Radisch, Martin Hafemann, Dagmar Fester und Frank Groksch!