Laufende Forschungsprojekte

SQ-Durlach II demonstriert an zwei Standorten skalierbare Wärmepumpen-Energiekonzepte (10–100 kWth) in Bestandsquartieren und entwickelt digitale Methoden für deren Planung, Umsetzung und Betrieb. Durch wissenschaftliches Monitoring werden Anlagentechnik und vernetzter Betrieb optimiert, ergänzt durch innovative Komponenten wie PVT-Wärmepumpen-Kombinationen und WP-Energiezentralen für Nahwärmenetze. Ziel ist ein reduzierter Fachkräfteeinsatz im Betrieb solcher Quartierskonzepte, um die Wärmewende trotz Fachkräftemangels und volatiler Rahmenbedingungen zu beschleunigen.

GraphEET verbindet KI-Verfahren mit Wissensgraphen und Ontologien, um Technisches Monitoring in der Gebäudeautomation zu automatisieren. Fraunhofer ISE und die Hochschule Offenburg entwickeln gemeinsam mit Industriepartnern eine semantische Modellierung von Anlagen, Sensoren und Anlagentopologien auf Basis der TBSys-Ontologie (Standard 223P, Brick Schema), die Datenpunkte aus der Gebäudeautomation automatisch erkennt und strukturiert. Dieser Wissensgraph bildet die Grundlage für standardisierte Prüf- und Diagnoseprozesse im Energiemanagement, die künftig automatisiert auf unterschiedliche Anlagentopologien angewendet und an realen Anlagen demonstriert werden.

Einrichtung des trinationalen Masterstudiengang Sustainable Business Development. Der einzigartige Studiengang mit dem Fokus auf Nachhaltige Unternehmensentwicklung wird von der Hochschule für Wirtschaft FHNW (Schweiz), der Hochschule Offenburg (Deutschland) und der EM Strasbourg Business School, Université de Strasbourg (Frankreich) gemeinsam aufgebaut, koordiniert und implementiert.
Förderung durch Interreg
KoRes: Kommunale Resilienzpfade im Einklang mit der nationalen Energiewende. Im Projekt KoRes werden Methoden für die Bewertung kommunaler Energiesysteme hinsichtlich Resilienz und Klimaneutralität entwickelt. Im Kern wird dazu das nationale Energiesystemmodell MyPyPSA-Ger angepasst, sodass damit Kritis, Quartiere, Städte und Kommunen hinsichtlich ihrer energetischen Resilienz in Krisenszenarien bewertet werden. Ziel sind belastbare Transformationspfade und konkrete Handlungsempfehlungen, die Kommunen bei der Umsetzung einer sicheren, klimaneutralen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende unterstützen.

Abgeschlossene Forschungsprojekte (Fraunhofer ISE, INATECH)

FKZ 03ET1590B
Fraunhofer ISE
Konzeption, Umsetzung und Evaluierung eines smarten Energieversorgungskonzepts für einen Cluster von fünf Bestands-Mehrfamilienwohngebäuden (MFH) in Karlsruhe durch smarte Integration von PV, Wärmepumpen, BHKW und einem Nahewärmenetz mit Strom- und Wärmespeicher
Simulation und Otpimierung des Energiekonzepts in einem dafür entwickelten Python-Framework zur Dimensionierung der Komponenten und Speicher
Entwurf eines integrierten Energiemanagementsystems mit Monitoring, Datenkommunikation und -ablage, Fehlererkennung, Visualisierung und regelbasierter Steuerung
Entwicklung einer modellprädiktiven Regelung zur Optimierung des Eigenverbrauchs und netzdienlichem Betrieb unter Berücksichtigung von Flexibilität von Speichern, Wettervorhersage, und KI-basierter Lastprognose
Begleitung der Umsetzung des Demovorhabens mit Unterstützung der Inbetriebnahme und Auswertung des Monitorings

FKZ 03SBE0001
Mehrfamilienhäuser nachhaltig mit Wärmepumpen beheizen – Projektverbund von Forschung, Heiztechnik-Herstellern und Wohnungswirtschaft
Thematischer Schwerpunkt: Simulation von Bestandsgebäuden mit Wärmepumpen, Temperaturabsenkung durch selektiven Heizkörpertausch, Erschließung von PVT-Kollektoren als Niedertemperaturwärmequelle

Mitarbeit bei NREL-Forschungsprojekt während Auslandsaufenthalt
Entwicklung einer Plattform zur hochperformanten Simulation von Gebäuden und Energiesystemen in Gebäuden und Quartieren durch Kopplung von OpenStudio, Energy+ und Dymola/Modelica
Datenanalyse und Synthetisierung von Zeitreihen von Niedertemperaturabwärmequellen mit Python: Entwicklung eines Modellansatzes auf Basis gefitteter saisonaler und täglicher Profile mittels cyclic cubic splines, Verfügbarkeitsmodell und ARIMA-Ansatz für graues Rauschen
Simulation von kalten Nahwärmenetzen mit integrierten Abwärmequellen (Modelica)

Energetische Evaluation von Trinkwasserversorgungsvarianten
Integrale Beschreibung der Technischen Gebäudeausrüstung in BIM für Planung und Betrieb energieeffizienter Gebäude
FKZ 03ET1611A

FKZ 03ET1316A): Demonstrationsgebäude: Rathaus Freiburg - Netzdienliches Netto-Nullenergie Bürogebäude -Teilvorhaben: Bewertung und Umsetzung des netzdienlichen Betriebs.
Entwurf und Simulation einer PVT-Anlage zur Trinkwassererwärmung
Erstellung eines Monitoringkonzepts und Auswertung von Monitoringdaten aus der Gebäudeautomation zur Anlagenoptimierung

FKZ 03EGB0026A
Teilvorhaben: Systemkonzeption und automatisierte Fehlererkennung
Entwurf, Simulation und Steuerungsentwicklung eines Strom- und Wärmeversorgungskonzept für ein Bestandsquartier in Gutach im Breisgau auf Basis von kalter Nahwärme Wärmepumpen, PV, und Abwärmeintegration und Wasserstoff.

Industrieauftrag: Thermische Gebäudesimulation eines Bürogebäudes mit Veranstaltungsbereich zur Erstellung von Lastreihen für Heizen und Kühlen

FKZ 03ETW011A
Entwicklung von wirtschaftlichen und effizienten PVT-Gesamtlösungen und dafür geeigneten PVT-Kollektoren
Entwicklung und Simulation von Wärmepumpensysteme mit PVT-Kollektoren

FKZ 0325538B
Entwicklung und Pilotfertigung eines abgedeckten Photovoltaisch-Thermischen Hybrid-Kollektors der zweiten Generation mit verbesserter thermischer Leistungsfähigkeit
Gesamtprojektleitung
Physikalische Modellierung von PVT-Kollektoren (Dymola/Modelica) mit Modellvalidierung
Simulation von PVT-Systemen und Anlagen (TRNSYS) und Datenanalyse
Entwicklung von Überhitzungsschutzkonzepte mit smarter Betriebsführung zur Schaltung zwischen Strom- und Wärmepriorität, sodass netzdienlicher Betrieb und Optimierung der Jahresenergieerträge ermöglicht wird.
Monitoring, Analyse und Optimierung von drei Feldtestanlagen mit PVT-Kollektoren als alleinige Wärmequelle für die Wärmepumpenanlage

FKZ 325873
Entwicklung von organisch-basierte PV-Modulen (OPV) gekoppelt mit Thermiekollektoren auf Polymerbasis

FKZ 0325854A
Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von Wärmepumpe-Heizsystemen mit quellenseitig installierten PVT-Kollektoren und Modellentwicklung zur Integration in kommerzielle Planungswerkzeuge
Teilvorhaben: Untersuchung von Kondensations- und Vereisungseffekten sowie Modellentwicklung

Industrieauftrag: Simulation von Energiekonzepte für Freibäder, Industrieliegenschaften und gewerblichen Gebäuden
Mitarbeit in folgenden Themenbereichen: Komponentenentwicklung und Simulation von Solarthermie, Photovoltaik und PVT; Gebäudeintegration von Solarenergie; Standardisierung und Normierung