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Recently, photovoltaic (PV) with energy storage systems (ESS) have been widely adopted in buildings to overcome growing power demands and earn financial benefits. The overall energy cost can be optimized by combining a well-sized hybrid PV/ESS system with an efficient energy management system (EMS). Generally, EMS is implemented within the overall functions of the Building Automation System (BAS). However, due to its limited computing resources, BAS cannot handle complex algorithms that aim to optimize energy use in real-time under different operating conditions. Furthermore, islanding the building's local network to maximize the PV energy share represents a challenging task due to the potential technical risks. In this context, this article addresses an improved approach based on upgrading the BAS data analytics capability by means of an edge computing technology. The edge communicates with the BAS low-level controller using a serial communication protocol. Taking advantage of the high computing ability of the edge device, an optimization-based EMS of the PV/ESS hybrid system is implemented. Different testing scenarios have been carried out on a real prototype with different weather conditions, and the results show the implementation feasibility and technical performance of such advanced EMS for the management of building energy resources. It has also been proven to be feasible and advantageous to operate the local energy network in island mode while ensuring system safety. Additionally, an estimated energy saving improvement of 6.23 % has been achieved using optimization-based EMS compared to the classical rule-based EMS, with better ESS constraints fulfillment.
Energietechnik
(2019)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage sind die Grundlagen der Energiewandlung deutlich um verfügbare Energiequellen, Energieträger und den globalen Energiebedarf erweitert. Das Kapitel 19 wurde von seinem neuen Autor grundlegend neu gefasst und heißt nun „Marktliberalisierung und Energiewende“. Alle Kapitel wurden aktualisiert und die Inhalte didaktisch noch verständlicher dargestellt.
Energietechnik
(2015)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage wurden in den Kapiteln 3 und 15 die Zahlenwerte aktualisiert. Kapitel 9 wurde entsprechend der neuen Anbieterstruktur überarbeitet und Kapitel 10 um die Adsorptionstechniken ergänzt. Die Kapitel 17-20 wurden vollständig überarbeitet und stellen den aktuellen Stand der globalen politischen Aspekte dar.
Building energy management systems (BEMSs), dedicated to sustainable buildings, may have additional duties, such as hosting efficient energy management systems (EMSs) algorithms. This duty can become crucial when operating renewable energy sources (RES) and eventual electric energy storage systems (ESSs). Sophisticated EMS approaches that aim to manage RES and ESSs in real time may need high computing capabilities that BEMSs typically cannot provide. This article addresses and validates a fuzzy logic-based EMS for the optimal management of photovoltaic (PV) systems with lead-acid ESSs using an edge computing technology. The proposed method is tested on a real smart grid prototype in comparison with a classical rule-based EMS for different weather conditions. The goal is to investigate the efficacy of islanding the building local network as a control command, along with ESS power control. The results show the implementation feasibility and performance of the fuzzy algorithm in the optimal management of ESSs in both operation modes: grid-connected and islanded modes.
Beim vorliegenden EnBau-Forschungsvorhaben sollte im Rahmen des ENOB-Förderprogramm ein Langzeitmonitoring des Neubauvorhabens Solar Info Center Freiburg (SIC) mit folgenden Untersuchungsschwerpunkten durchgeführt werden:
• Natürliche Klimatisierung mit Nachtlüftung und Einzelanbindung der Büroflächen
• Erdsondenkühlung für Seminarraum und Foyer
• Zonenweise Abschaltung und Optimierung des Heizbetriebs
• Optimierung Lüftungsbetrieb
• Sonnenschutzanlagen
• Analyse Stromverbrauch / Gesamtenergiebilanz
• Bedarfsanalyse der Nutzer
• Erstellung einer „Betriebsanleitung“ für das Gebäude
• Kurzzeitmessungen
• Gebäudeautomation
Die gesamte Projektlaufzeit wurde auf drei Jahre angesetzt die Datenerfassung für das Monitoring sollte dabei mindestens 2 Jahre betragen.
Prädiktive Betriebsverfahren
(2010)
Durch die Nutzung von Wetterprognosen lässt sich der Betrieb moderner Bürogebäude hinsichtlich Energiebedarf und Komfort verbessern. Ziel dieses Vorhabens ist es, mathematische Optimierungsverfahren für die Nutzung in der Gebäudeautomation zu entwickeln. Die Entwicklung einer vom Internet unabhängigen Versorgung mit Wetterprognosen über einen Langwellensender ist ebenfalls Gegenstand des Forschungsprojekts.
Für die solarunterstützte CO2-neutrale Nahwärmeversorgung des Neubaugebiets Hülben in Holzgerlingen wurden Holzpelletskessel mit einer 249m²-großen Solaranlage kombiniert. Im ersten Intensivmessjahr vom 01.03.2007 bis 29.02.2008 wurde eine Gesamt-Wärmeabgabe ins Nahwärmenetz von 920.606 kWh gemessen, wobei der solare Anteil bei 84.033 kWh lag. Es wurden ein Systemnutzungsgrad von 23,8 % und ein solarer Deckungsanteil von 9,5% gemessen. Die vom Lieferanten abgegebene Energiegarantie wurde in der ersten Intensivmessphase nicht erreicht.
Photovoltaics Energy Prediction Under Complex Conditions for a Predictive Energy Management System
(2015)
Demand Side Management for Thermally Activated Building Systems based on Multiple Linear Regression
(2015)
Automation devices or automation stations (AS) take on the task of controlling, regulating, monitoring and, if necessary, optimising building systems and their system components (e.g. pumps, compressors, fans) based on recorded process variables. For this purpose, a wide range of control and regulation methods are used, starting with simple on/off controllers, through classic PID controllers, to higher-order controllers such as adaptive, model-predictive, knowledge-based or adaptive controllers.
Starting with a brief introduction to automation technology (Sect. 7.1), the chapter goes into the structure and functionality of the usual compact controllers using the application examples of solar thermal systems and heat pump systems (Sect. 7.2). Finally, the integration of system automation into a higher-level building automation system and into the building management system is described using specific application examples (Sect. 7.3).
The use of renewable energy sources for heating and cooling in buildings today offers the best opportunities to avoid the use of fossil fuels and the associated climate-damaging emissions. However, unlike fossil fuels, renewable energy sources such as solar radiation are not available at the push of a button, but occur uncontrollably depending on weather conditions, the location of the building and the time of year. Their use is free of charge. However, complex converters and systems usually have to be installed in order to use them. These must be carefully planned and operated in order to avoid unnecessary costs and to generate the maximum possible yield. The regenerative energy systems are usually integrated into existing conventional systems. When designing the control and regulation equipment, it is crucial to design the automation of the systems in such a way that primarily renewable energy sources are used and the share of fossil energy sources is minimized.
This central book chapter now details the implementation of automation of solar domestic hot water systems, solar assisted building heating, rooms, solar cooling systems, heat pump heating systems, geothermal systems and thermally activated building component systems. Hydraulic and automation diagrams are used to explain how the automation of these systems works. A detailed insight into the engineering and technical interrelationships involved in the use of these systems, as well as the use of simulation tools, enables effective control and regulation. System characteristic curves and systematic procedures support the automation engineer in his tasks.
Renewable energy sources such as solar radiation, geothermal heat and ambient heat are available for energy conversion. With the help of special converters, these resources can be put to use. These include solar collectors, geothermal probes and chillers. They collect the energy and convert it to a temperature level high enough to be suitable for heat purposes. In the case of refrigeration machines, a distinction is made between electrically and thermally driven machines.
Große Solaranlagen
(2008)
Während solare Kleinanlagen (bis 30m² Kollektorfläche) zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung weitgehend standardisiert und weit verbreitet sind, besteht bei Großanlagen, speziell bei den nicht ausschließlich zur Trinkwassererwärmung genutzten Anlagen, noch Entwicklungsbedarf. Eine Standardisierung der Anlagen ist in diesem Bereich auch nur bedingt möglich, da die Voraussetzungen für die Einbindung solcher Anlagen, insbesondere in bestehende Heizungsanlagen, sehr unterschiedlich und dementsprechend individuelle Anpassungen notwendig sind.
Trotzdem finden solare Großanlagen in vielen Fällen Anwendung. Neben der bereits erwähnten Nutzung zur Warmwasserbereitung werden sie heute auch als Kombianlagen zur zusätzlichen Heizungsunterstüzung, in Wärmenetzen, zur Kälteerzeugung mittels thermischer Kältemaschinen und zur Bereitstellung von Prozesswärme eingesetzt.
Die Anlagentypen unterscheiden sich zum einen in der hydraulischen Verschaltung und in den Bedingungen, unter denen die Solaranlage betrieben wird. Bei Trinkwasseranlagen sind zudem hygienische Vorkehrungen zu treffen, um ein Legionellenwachstum zu vermeiden. Ein bedeutender Unterschied ist außerdem das Temperaturniveau, bei dem die Solaranlagen betrieben werden müssen. Bei allen Anlagentypen sind zum Ausgleich des zeitlichen Versatzes von Solarertrag und Wärmeverbrauch Solarspeicher notwendig. Diese können bei Anlagen zur solaren Raumklimatisierung (Kühlung) kleiner ausfallen, da der größte Leistungsbedarf zeitlich nahezu mit der größten solaren Leistung zusammenfällt.
Solartechnik
(2007)
Kühlen mit Wärme
(2009)
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg, die solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen im Rahmen des Forschungsvorhabens Solarthermie2000plus. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Gaskesseln und Kompressorenabwärme betrieben wurde, durch eine Solaranlage als dritte Wärmequelle ergänzt.
Systemtechnik
(2010)
Am Standort Rottweil der Deutschen Telekom wurde im April 2011 eine Solaranlage zur Unterstützung der Gebäudeklimatisierung in Betrieb genommen. Die Solaranlage ist die dritte Wärmequelle, die in das bestehende Heizungsnetz einspeist. Die schon vorhandenen Absorptionskältemaschinen wurden zuvor mit Gaskesseln und der Abwärme eines Blockheizkraftwerks (BHKW) betrieben. Das Kollektorfeld mit einer Brutto-Kollektorfläche von 503 m² wurde auf dem Flachdach eines Werkstattgebäudes installiert, wobei der Solarspeicher neben diesem Gebäude im Freien aufgestellt wurde. Der Wärmeübertrager zwischen Kollektoren und Solarspeicher wurde zusammen mit den Pumpen und sonstigen Armaturen im Keller des Gebäudes untergebracht. Durch den Einsatz der Solaranlage wird ein Teil des für die Klimatisierung und Raumheizung erforderlichen Brennstoffs eingespart, ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet und eine Verbrauchskostenreduzierung erreicht. Mit der erzeugten Kälte werden die Technik- und Serverräume sowie ein Call-Center der Deutschen Telekom gekühlt.
Die Hochschule Offenburg begleitet in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg die solar unterstützte Klimatisierung der Deutschen Telekom in Rottweil. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „Solarthermie2000plus“ vom Bundesumweltministerium gefördert. Inzwischen liegen erste Ergebnisse aus einem Langzeitmonitoring vor.
Kühlen im großen Stil
(2010)