Multi-Criteria optimisation and assessment of energy technology concepts for residental buildings

This thesis presents a comprehensive multi-criteria optimisation and assessment of innovative energy technology concepts for residential buildings. In doing so, concepts that incorporate renewable energy sources and sector-coupling, and which supply heat and electricity demands, are considered. The performance is assessed in relevant economic, ecological and technological criteria and based on a mathematical optimisation. Four specific challenges of designing those concepts are considered. These regard the layout of technologies using heuristics based on standards, the trade-off between emissions and costs, the coupling of the buildings’electricity concept with electric vehicle charging strategies, and the assessment under predicted framework conditions. The results show that a coupling of the heat, electricity and mobility sectors, as well as dynamic pricing, has positive effects on the assessment criteria.

In dieser Arbeit wird eine umfassende multikriterielle Optimierung und Bewertung von innovativen Energietechnologiekonzepten für Wohngebäude vorgestellt. Dabei werden Konzepte berücksichtigt, welche erneuerbare Energiequellen und Sektorenkopplung einbeziehen, um Wärme- und Strombedarfe zu bedienen. Die Bewertung geschieht hinsichtlich ökonomischer, ökologischer und technologischer Kennzahlen und auf Basis einer mathematischen Optimierung. Vier spezifische Herausforderungen bezüglich der Gestaltung der Konzepte werden betrachtet. Diese betreffen die Technologieauslegung mittels Heuristiken auf Basis von Normen, den Zielkonflikt zwischen Emissionen und Kosten, die Einbindung von Ladestrategien für Elektroautos in die Stromkonzepte der Gebäude, und die Bewertung unter vorhergesagten Rahmenbedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich eine Kopplung der Wärme-, Strom- und Mobilitätssektoren, sowie die Verwendung von dynamischen Stromtarifen positiv auf die Bewertungskriterien auswirkt.