Advanced Thermal Management
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Verbundprojekt SoMaOpS hat zum Ziel, ein hocheffizientes Wärmepumpenheizsystem zu entwickeln, das Außenluft, einen Untergrund-Wärmespeicher und thermisch aktivierte Betonfassaden als kombinierte Wärmequellen nutzt. Kerninnovation ist eine spektralselektive Oberfläche für Betonfertigteile: Sie soll Sonnenstrahlung stark absorbieren und zugleich die Wärmeabstrahlung reduzieren. Dadurch kann der Wärmeertrag der Solar-Massivabsorber während der Heizperiode deutlich erhöht, der Untergrundspeicher besser regeneriert, der Strombedarf der Wärmepumpe gesenkt und elektrische Lastspitzen vermieden werden.
Die Hochschule für angewandte Wissenschaften München verantwortet die wärmetechnische Systemauslegung, die optimierte Betriebsstrategie der drei Wärmequellen sowie den Nachweis der Leistungssteigerung im Outdoor-Test und in einer Pilotanlage. Die HeiQ RAS AG entwickelt auf Basis von Silbernanodrähten geeignete Beschichtungsrezepturen und Aufbringungsverfahren und optimiert deren mechanische, UV- und Witterungsbeständigkeit. Die SYSPRO-Gruppe Betonbauteile e.V. überträgt die Ergebnisse auf industrielle Betonfertigteile, passt Herstellprozesse an, fertigt Labor-, Funktions- und Demonstrationsbauteile und bewertet die wirtschaftliche Umsetzbarkeit.
Das Center for Applied Energy Research e.V. erarbeitet im Projekt die strahlungsphysikalischen Grundlagen der spektralselektiven Oberflächenfunktionalisierung und modelliert die Zusammenhänge zwischen den Schichteigenschaften und optischen sowie infrarot-optischen Kenngrößen. Außerdem ermittelt das CAE den solaren Absorptionsgrad, den thermischen Emissionsgrad sowie Transparenz und Transluzenz der Beschichtungen mittels modifizierter FTIR-Spektrometer Setups und quantifiziert die thermische Wirkung mit Hotbox-Messungen.
Fördergeber: BMWE-Projekt, Förderkennzeichen: 03EN1131B
Laufzeit von 01.05.2026 bis zum 30.04.2029.
Akustische Ladezustandserkennung für Latentwärmespeicher mittels KI-gestützter Ultraschallsensorik
Latentwärmespeicher (PCM) sind ein Schlüsselelement für die effiziente Integration fluktuierender erneuerbarer Energien aus Sonne und Wind. Ihr Betrieb stellt jedoch eine messtechnische Herausforderung dar: Da die Temperatur eines PCM während des gesamten Phasenwechsels nahezu konstant bleibt, lässt sich der Ladezustand (State of Charge, SoC) mit konventionellen Thermometern nicht bestimmen.
Das Projekt SoC4PCM verfolgt einen innovativen, akustischen Ansatz: Kurze Ultraschallimpulse (sog. Chirps) werden von außen durch den Speicherbehälter gesendet. Da sich Schall in fester und flüssiger Phase unterschiedlich ausbreitet, verändern sich Laufzeit und Reflexionsmuster der Signale in Abhängigkeit vom aktuellen Schmelzanteil. Aus diesen Schallmustern rekonstruiert ein KI-basiertes Auswertesystem die räumliche Verteilung von festen und flüssigen Bereichen im gesamten Speichervolumen und leitet daraus den Ladezustand ab.
Das trainierte Modell arbeitet dabei zustandslos: Es berechnet den SoC direkt aus dem aktuellen Schalleintrag – ohne Kenntnis der Betriebshistorie. Die Sensoren werden nicht-invasiv von außen an die Behälterwand montiert (Klebe- oder Magnetbefestigung), was den Einsatz auch an bestehenden Anlagen ohne konstruktive Eingriffe ermöglicht.
Erste Versuchsreihen belegen eine Bestimmungsgenauigkeit von über 97 %. Der ermittelte Ladezustand wird direkt an übergeordnete Energiemanagementsysteme oder Heizungsregelungen übergeben und ermöglicht so eine optimale Ausnutzung der Speicherkapazität bei gleichzeitiger Minimierung von Verlusten. Die Technologie ist sowohl für Gebäudeanwendungen als auch für industrielle Wärmespeicherprozesse geeignet.
Fördergeber: BMWE, Förderkennzeichen: KK5654703CM4
Laufzeit von 01.02.2025 bis 31.01.2027
© HeiQ RAS AG
Energiespar-Lasur mit stabilisierten Silbernanodrähten für transparente low-e Wandanstriche
Das Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung einer transparenten, niedrig emittierenden (low-e) Energiespar-Lasur auf Basis von stabilisierten Silbernanodrähten. Mit dieser Lasur können die Dämmeigenschaften von Gebäuden nahezu ohne Beeinträchtigung des Farbeindruckes um bis zu 25 % erhöht werden, indem die Wärmeabstrahlung der Wandoberflächen durch den geringen Emissionsgrad deutlich reduziert wird. Dazu wird die Lasur speziell in Altbauten auf die Innenseite der Außenwand (Sichtbeton, Putz, etc.) aufgebracht.
Das resultierende Produkt, welches unter der Bezeichnung HeiQ Xpectra vom Projektpartner HeiQ RAS AG in der Zukunft vermarktet werden soll, erhielt den „Deutschen Nachhaltigkeitspreis 2026“ für Produkte im Transformationsfeld Klima, aufgrund der „[...] Möglichkeit, mit geringem Materialeinsatz und minimalem Aufwand einen hohen Beitrag zur Energieeinsparung und Emissionsminderung zu leisten [...]“.
Fördergeber: BMFTR-Projekt, Förderkennzeichen: O3DPS12O8A
Laufzeit von 01.09.2024 bis 28.02.2026
Weiße Oberflächen an Fassaden und Dächern, wie man sie oft in südlichen Ländern vorfindet, erwärmen sich tagsüber bei Sonneneinstrahlung wenig.
Passive Strahlungskühlung
Fast 20 % des weltweiten Stromverbrauchs und 10 % der globalen Treibhausgasemissionen wird durch Kühlsysteme verursacht. Da sich der Bedarf an Kühlung bis 2050 voraussichtlich verzehnfachen wird, spielt die Steigerung der Effizienz von Kühlsystemen eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung des globalen Klimaproblems.
Materialien zur passiven Strahlungskühlung, die Wärme in Form von Wärmestrahlung an die Umgebung abgeben können (insbesondere durch das atmosphärische Infrarotfenster zwischen 8 µm und 13 µm), sind in jüngster Zeit vermehrt in den Fokus gerückt. Daher soll im Rahmen des EU-Projekts PaRaMetriC (Metrological Framework for Passive Radiative Cooling Technologies) ein umfassender messtechnischer Rahmen mit standardisierten Leistungsindikatoren und Prüfprotokollen entwickelt werden, um eine vergleichbare Bewertung der Kühlleistung vor Ort zu ermöglichen und die potenziellen Energieeinsparungen zu ermitteln, die sich aus dem Einsatz solcher Technologien ergeben können.
Fördergeber: EU, Förderkennzeichen: 21GRD03 PaRaMetric
Laufzeit von 01.10.2022 bis 30.09.2025
Dr. Jochen Manara
Gruppenleiter
Tel.: +49 (0) 931 70564-346
jochen.manara@cae-zerocarbon.de
Dipl.-Ing. Michael Brütting
Stellv. Gruppenleiter
Tel.: +49 (0) 931 70564-323
michael.bruetting@cae-zerocarbon.de
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