Menü
Kurztitel: Campus Lichtwiese
Förderkennzeichen: 03ET1356A
Status: Laufend
Laufzeit: 01/2016 bis 06/2018
Themen: Sanierung von Einzelgebäuden, Energieplanung für Städte, Stromnetze, Wärmenetze & Kältenetze, Betriebsführung & Energiemanagement, Lastmanagement
Standort: Campus Lichtwiese der TU Darmstadt, El-Lissitzky-Straße 3, 64287 Darmstadt
Innovation: Informationstechnische Verknüpfung der Gebäudemodernisierung mit thermischer und elektrischer Energieversorgung und –speicherung, um so die Netze und den Verbrauch zu optimieren

Quintessenz

  • Beispielhaftes Gesamtkonzept für einen energieeffizienten Campus
  • Forscher wollen Synergien aus Gebäudemodernisierung und Energieversorgung nutzen
  • Abgestimmte Optimierungsstrategien zwischen Energieversorgung und Gebäuden
  • Berücksichtigung langfristiger baulicher und gesellschaftlicher Veränderungen
  • Interdisziplinäres Forscherteam bringt unterschiedliche innovative Ansätze und Technologien ein
  • Erarbeitung einer campusweiten Monitoring-Strategie

Die Technische Universität Darmstadt will für ihren Campus Lichtwiese beispielhaft die Energiewende auf Quartiersebene realisieren - durch intelligente Vernetzung von Gebäudemodernisierung und künftiger Energieversorgung. Dabei werden langfristige bauliche und gesellschaftliche Veränderungen berücksichtigt. Das Projekt ist Anschauungsobjekt und zugleich Arbeitsfeld für ein interdisziplinäres Forscherteam.

Projektkontext

Die Realisierung der Energiewende erfordert den Einsatz von innovativen Technologien, insbesondere in den Bereichen Energieversorgung, Lastmanagement und dezentrale Speicherung – und dies nicht nur im Großen, sondern auch im Quartierskontext. Die TU Darmstadt verfolgt in den kommenden Jahren das Ziel einer deutlichen Erhöhung der Energieeffizienz auf all ihren Campusarealen. Dies betrifft sämtliche Bereiche, von der Gebäudemodernisierung über die thermische- und elektrische Energieversorgung bis hin zur informationstechnischen Verknüpfung aller Teilsysteme. Ein interdisziplinäres Forscherteam, bestehend aus Architekten (FG Entwerfen und nachhaltiges Bauen), Elektroingenieuren (FG Elektrische Energieversorgung unter Einsatz Erneuerbarer Energien), Maschinenbauern (FG Technische Thermodynamik) und Informatikern (FG Programmierung verteilter Systeme) widmet sich diesen Fragestellungen. Sie wollen aufzeigen, wie in interdisziplinärer Arbeitsweise ein Gesamtkonzept für einen energieeffizienten Campus simultan und integrativ entwickelt werden kann.

Forschungsfokus

Das Projekt soll am Beispiel des Campus Lichtwiese der TU Darmstadt aufzeigen, wie durch Anwendung innovativer Ansätze und Technologien aus unterschiedlichen Bereichen der Forschung ein Gesamtkonzept für einen energieeffizienten Campus entsteht, mit dem Ziel einer Gesamtoptimierung aller Energiebereiche und ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen. Basis für die Erhöhung der Energieeffizienz bildet die Verringerung des gesamten Energieverbrauchs und der CO2-Emission sowie eine Erhöhung des Eigenanteils an der Energiebereitstellung durch eine intelligente Einsatzplanung und Vernetzung vorhandener Erzeugungs- und Speicherkapazitäten (Kopplung elektrisches Netz – thermische Netze – Gebäude). Damit soll der Energiebezug aus dem öffentlichen Netz reduziert werden.

Konzept

Quartierskonzept

Der Campus Lichtwiese ist besonders als Studienobjekt für die Untersuchung eines Quartiers geeignet. Er weist folgende Besonderheiten auf: Die über 40 Gebäude (108.000 m² Nutzfläche) sind räumlich eindeutig abgegrenzt. Der Campus ist von seinem baulichen Umfeld durch Freiräume getrennt. Er befindet sich eigentums- und planungsrechtlich in einer Hand und weist eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen auf. Damit kann der Campus Lichtwiese als weitgehend unabhängige Einheit betrachtet werden. Vorhandene Vernetzungen mit anderen Standorten sowie übergeordneten Energienetzen lassen sich kontrollieren. Dies erleichtert auch die bilanzielle Betrachtung dieser Einheit. Die eigentums- und planungsrechtliche Entität ist eine wesentliche Voraussetzung für einen beschleunigten Umstieg in der Energieversorgung. Als autonome Modelluniversität ist die TU Darmstadt in der besonderen Situation, alle wesentlichen baulichen Entscheidungen unabhängig zu fällen und damit Veränderungen beschleunigt herbeiführen zu können. Die Nutzungsmischung auf dem Campus umfasst nicht nur campustypische Funktionen wie Büros, Labore, Hörsäle und Bibliotheken, sondern auch produktionstechnische Versuchsanlagen. Eine spätere Erweiterung mit Wohngebäuden und Einrichtungen zur Sicherung des täglichen Bedarfs ist angedacht.

Der Campus Lichtwiese der TU Darmstadt ist durch Freiräume eindeutig zur Stadt abgegrenzt

© Hessische Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation

Energiekonzept

Der Campus Lichtwiese verfügt über eine eigene Energiezentrale, ein Heizkraftwerk, das den Campus mit Wärme und Strom versorgt. Es besteht aus drei BHKW mit jeweils 1,95 MW elektrischer und 2,0 MW thermischer Leistung sowie sechs Erdgasheizkesseln zur zusätzlichen Wärmeerzeugung mit einer thermischen Gesamtleistung von 55,8 MW. Sämtliche Einrichtungen befinden sich in einer Hand. Das Heizkraftwerk wird auch in den nächsten 15 Jahren von einem Contractor (Energieversorger) betrieben. Die Universitätsgebäude sind gegenwärtig zu etwa zwei Dritteln aus der Eigenerzeugung der BHKW mit elektrischer Energie versorgt. Etwa ein Drittel des Stroms wird aus dem vorgelagerten öffentlichen Netz bezogen. Die Wärmeversorgung der Universität erfolgt durch ein eigenes, mehr als 40 Jahre altes Fernwärmenetz, das BHKW-basiert auf eine Vorlauftemperatur bis 110 °C ausgelegt ist. Ein Kältenetz ist aktuell nur dezentral für wenige Gebäudeeinheiten vorhanden.

Das zu erarbeitende Energiekonzept basiert auf folgenden vier Säulen:

  • Erhöhung der Energieeffizienz durch intelligente Vernetzung der Energieversorgungssysteme für Strom, Wärme und Kälte (aufeinander abgestimmte Bau- und Betriebsführungsstrategien zwischen Energieversorgung und Gebäuden)
  • Entwicklung von langfristigen Effizienzkonzepten durch vorausschauende Planung (Einbeziehung baulicher und gesellschaftlicher Veränderungen) und einer campusweiten Monitoring-Strategie zur Erzeugungs- und Verbrauchserfassung sowie Effizienzbewertung
  • Ausbau des Anteils der Kraft-Wärme-Kopplung durch die Integration thermischer Speicher und die Nutzung der Speicherpotenziale von Fernwärmenetz und Gebäuden sowie die Nutzung thermischer Energie zur Kälteerzeugung durch Absorptionskältemaschinen
  • Ausarbeitung eines Konzepts zur Erfassung, Verbreitung und Verarbeitung von Daten für das Monitoring und die Einflussnahme auf existierende Energieinfrastrukturen.

Transformationsprozess Campus Lichtwiese: Von klassischen Verbrauchern, Erzeugern und Speichern hin zum intelligent vernetzten Energiesystem

© TU Darmstadt

Weitere Abbildungen

Das schematische Untersuchungsdesign für die Konzeptentwicklung

© TU Darmstadt

Schema der bestehenden Energiezentrale auf dem Campus, eines Heizkraftwerks mit drei BHKW und sechs Erdgasheizkesseln

© TU Darmstadt

Optimierung

Für die Modellierung eines effizienten elektrischen und thermischen Netzes liefern die Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung und Modernisierung der Universitätsgebäude notwendige Eingabeparameter für zukünftige Verbrauchsveränderungen. Eine Abstimmung erfolgt über die geeignete Übergabeform der Lastprofile entweder auf Grundlage vollständiger Jahresganglinien oder mittels ausgewählten Referenzwochen mit saisonalen Unterschieden und der Intervallgröße von 15 Minuten.

Da sich das elektrische und das thermische Netz über eine Reihe von Komponenten, z.B. BHKW, Speicher oder Absorptionskältemaschine, gegenseitig beeinflussen, muss die Konzeptentwicklung im Bereich der thermischen Versorgung in enger Abstimmung mit den elektrischen Netzen geschehen. Umgekehrt sind für die Optimierung der elektrischen Netze Informationen über die Schnittstellen zu den thermischen Netzen in Abhängigkeit der verschiedenen thermischen Versorgungskonzepte notwendig. Hierzu zählen u.a. Bemessungsleistungen, Zeitkonstanten, Speicherkapazitäten, saisonale Abhängigkeiten.

Wirtschaftlichkeit

Eines der Arbeitspakete widmet sich dem Thema Wirtschaftlichkeit. Dabei geht es um Konzepte mit unterschiedlichen Schwerpunkten: Energieeffizienz, hoher Anteil regenerativer Energieversorgung, optimierte Betriebsweise der BHKW etc.

Projektkenndaten

Basisdaten zum Quartier

Flächen, aufgeschlüsselt nach Nutzungsart: vorher
Wohnen und Aufenthalt 4.524 m²
Büroarbeit 31.892 m²
Produktion, Hand- und Maschinenarbeit, Forschung und Entwicklung 37.293 m²
Lagern, Verteilen und Verkaufen 10.707 m²
Bildung, Unterricht und Kultur 20.597 m²
Heilen und Pflegen 103 m²
Sonstige Nutzungen 32.630 m²
Funktionsfläche 30.638 m²
Verkehrsfläche 43.484 m²
Angaben zur Nutzung, Bebauungsstruktur, Altersstruktur Hauptsächliche Gebäude für Lehre und Forschung, Versuchshallen, Laborgebäude, typische Bebauungsstruktur: Solitäre in parkartiger Landschaft, Gebäudebestand hauptsächlich aus den 60er Jahren
Angaben zur Energieversorgung 3 BHKWs mit 5,8 MW elektr. Leistung; 6 Heißwasserkessel mit 55 MW Wärmeleistung
Netzbetreiber STEAG und entega

Letzte Aktualisierung: 15. Mai 2017

Thematisch verwandte Publikationen

Thematisch verwandte Projekte