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Dr. Peter Stemmermann
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Prof. Andreas Wagner
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Topic 4 - Effiziente Energienutzung

Energieeffizienz ist ein entscheidender Baustein einer zukünftigen nachhaltigen Energieversorgung. Um die Klimaziele der Bundesregierung zu erreichen, muss der jährliche deutsche Primärenergieverbrauch um 50%, bezogen auf das Jahr 2008, gesenkt werden. Weiterhin entlastet jede nicht verbrauchte Kilowattstunde die Umwelt - natürliche Ressourcen werden geschont und gleichzeitig Energiekosten sowie Emissionen verringert. Im Topic 4 forschen Wissenschaftler des KIT an Strategien und Technologien, die Energieeffizienz in technischen Systemen zu erhöhen. Der Fokus liegt dabei auf Gebäuden und industriellen Prozessen. Neben der bestmöglichen Ausnutzung der bereitgestellten Energie ist hohe Wirtschaftlichkeit eine wesentliche Zielsetzung der Arbeiten.

Materialien - Gebäudehülle

Das Spektrum der Arbeiten reicht von der Neuentwicklung besser dämmender Baustoffe über die energie- und ressourceneffiziente Herstellung von Zement und Beton bis hin zu Recyclingprozessen mit deutlich geringerem Energieeinsatz. Ein wesentliches Ziel ist es, die Dauerhaftigkeit von Baumaterialien und damit die Lebensdauer von Bauwerken zu verlängern. Innovative Fassadenkonstruktionen mit textilen Materialien sowie die Integration solar- und gebäudetechnischer Systeme in die Gebäudehülle, auch im Rahmen von Sanierungen sind weitere wichtige Themen.

Technische Gebäudeausrüstung

Dieses Themenfeld umfasst die Entwicklung und Erprobung von Komponenten der Gebäudeenergietechnik mit Schwerpunkt Wärmetransformation. Weiterhin werden systemtechnische Konzepte und Regelungssstrategien zur Maximierung des Solarenergieertrags in Gebäuden entwickelt und mithilfe von Simulationen und Feldtests optimiert. Verschiedene Querschnittsanalysen bewerten das Potenzial und die Wirtschaftlichkeit von gebäudetechnischen Systemen auf Maßstabsebenen vom Einzelgebäude bis zum Quartier.

 

Systemische Ansätze und Planungsmethodik

Gesamthafte Betrachtungen und Bewertungen stehen im Mittelpunkt dieses Forschungsfeld. Simulationsmodelle zur Analyse urbaner Energiesysteme oder für die energetische Modernisierung des Wohngebäudebestands werden ebenso entwickelt wie Konzepte zur Implementierung nachhaltiger Energiesysteme in Städten. In Demonstrationsvorhaben werden neue Planungs- und Bewertungsmethoden für energieeffiziente Quartiere und Städte eingesetzt und erprobt. Darüber hinaus werden auch Kriterien der Nachhaltigkeit sowie politische Rahmenbedingungen adressiert.

 

Energieeffiziente industrielle Prozesse mittels Mikrowellen

Mikrowellen ermöglichen den effizienten, selektiven Energieeintrag in das Volumen von Materialien. Lediglich das spätere Produkt wird erwärmt. Dagegen bleibt das Produktionsgefäß (Autoklav) kalt. Es ergeben  sich Möglichkeiten zum Einsatz von sehr hohen Prozesstemperaturen, intelligenten Prozess-steuerungen mit verteilten Quellen und von hybriden Heizsystemen. Prozesszeiten können reduziert werden, insbesondere bei Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Der erfolgreiche Einsatz der Mikrowelle erfordert das Wissen über den gesamten Entwicklungsprozess.