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Redaktionsblog

Ein Schritt zum einheitlichen kommunalen Energiemanagement

Bis zu einem Fünftel der Energiekosten kommunaler Liegenschaften können mithilfe eines kommunalen Energiemanagements eingespart werden. Das Foto zeigt die Zentralbibliothek in Nürnberg, bestehend aus dem sanierten Bestandsgebäude und einem neu errichteten langgestreckten Riegel.

© Hochbauamt Stadt Nürnberg

Nicht nur der Zustand der Gebäudehülle und verwendete Baumaterialien haben Einfluss auf die Energieeffizienz von Gebäuden und Öffentlichen Einrichtungen. Neben konstruktiven Fragen und dem Verhalten der Nutzer bieten eine optimierte Betriebsführung und ein verbessertes Energiemanagement von Gebäudeenergiesystemen sowie Wärme- und Kältenetzen große Einsparpotenziale. In größeren Gebäudekomplexen kann allein durch regelungstechnische Optimierungsmaßnahmen eine Energieeinsparung von bis zu 30 Prozent erreicht werden. Aktuelles Forschungsthema ist deshalb die Online-Betriebsüberwachung von komplexen Gebäuden und Liegenschaften - automatisiert und gekoppelt an die Gebäudeleittechnik. Dies hilft, Fehlfunktionen einzelner Technikkomponenten und Probleme in der Betriebsführung besser erkennen und beheben zu können.

Insbesondere in Städten und Gemeinden gilt es, einheitliche Qualitätsstandards für das Energiemanagement öffentlicher Liegenschaften zu etablieren. Denn viele Kommunen haben bislang aus Mangel an Zeit, Wissen und Ressourcen noch kein professionelles Energiemanagement einführen können. Ein aktuelles Kooperationsprojekt der vier Energieagenturen Baden-Württembergs, Sachsens, Sachsen-Anhalts und Thüringens hat hierzu Pionierarbeit geleistet: Unter dem Namen Kom.EMS haben sie ein Werkzeug für den Aufbau und laufenden Betrieb eines Energiemanagement-Systems für kommunale Verwaltungen entwickelt. Es hilft, das Energiemanagement zu bewerten, zu optimieren und zu verstetigen.

Das Werkzeug begleitet Kommunen von Beginn an und bezieht alle für das Energiemanagement relevanten Verwaltungsebenen und Instrumente mit ein, um dauerhaft Energie zu sparen. Mit Checklisten und einem digitalen Leitfaden bietet es ein kompaktes Informationspaket für den Aufbau des Energiemanagements. So schafft die Online-Plattform Strukturen, wenn Zuständigkeiten, etwa für einen energiesparenden Heizungsbetrieb, nicht klar geregelt sind. Ein Wissensportal mit konkreten Arbeitshilfen wie Muster-Beschlussvorlagen oder einem Rechentool helfen zudem bei der weiteren Umsetzung.

Links

Werkzeug zur Qualitätssicherung und Bewertung von Energiemanagementsystemen

Webseite Kom.EMS

Netzdienlich, oder was? Gebäude entlasten Stromnetze

Das Sonnenschiff ist das Dienstleistungszentrum der Solarsiedlung in Freiburg – und zugleich der erste Gewerbebau in Plusenergiebauweise.

Das Sonnenschiff ist das Dienstleistungszentrum der Solarsiedlung in Freiburg – und zugleich der erste Gewerbebau in Plusenergiebauweise.

© Rolf Disch SolarArchitektur

Kein Zweifel: Erneuerbare Energien werden sich künftig zum Rückgrat des Stromnetzes entwickeln. Doch wie hängen Gebäude, Netze und erneuerbare Energien zusammen? Diese Frage war und ist Thema in verschiedenen Forschungsprojekten. Die Forscher trauen Gebäuden eine deutlich aktivere Rolle im künftigen erneuerbaren Stromnetz zu. Sie können überschüssigen Solar- und Windstrom hocheffizient als Wärme und Kälte nutzen und speichern. Gebäude verfügen über eine große thermische Speicherkapazität in Form von Warm- und Kaltwasserspeichern sowie der Gebäudemasse selbst. Und: Durch die gezielte Veränderung des zeitlichen Strombezugs- und Einspeiseprofils unterstützen sie Lastglättung und Lastverschiebung. Dazu bedarf es jedoch der Interaktion mit den Strom- und Wärmenetzen. Gebäude müssen netzdienlicher werden.

Im Verbundprojekt „Netzreaktive Gebäude“ sind Forscher des Fraunhofer ISE, der RWTH Aachen und des Fraunhofer IBP erstmals 2012 der Frage auf den Grund gegangen, wie sich Gebäude in einem zukünftig intelligenten Stromnetz verhalten und wie sie zur Netzstabilität beitragen können. Dazu haben sie ein Gesamtsimulationsmodell für ein Stadtquartier und eine Bewertungsmethodik erarbeitet.

Heute lässt sich mit Sicherheit sagen: Netzdienlichkeit ist eine zusätzliche Anforderung an Gebäude und Quartiere der Zukunft – neben Energie- und Kosteneffizienz, Ökologie sowie dem Komfort für die Nutzer. Doch wie kann diese Anforderung umgesetzt werden? Hilfreich ist in diesem Zusammenhang eine aktuelle Publikation: Das BINE-Themeninfo „Netzdienliche Gebäude und Quartiere“ zeigt, wie Netzdienlichkeit quantifiziert werden kann, wie sich Netzanforderungen in Führungsgrößen abbilden und in neuartigen netzreaktiven Regelkonzepten berücksichtigen lassen.

Links

BINE-Themeninfo I/2018

Netzdienliche Gebäude und Quartiere

Webseite des Verbundvorhabens „Netzreaktive Gebäude“

Netzreaktive Gebäude

Wärmepumpen im neuen Licht

© ISFH, Institut für Solarenergieforschung, Emmerthal

Strombetriebene Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende im Gebäudesektor. Was zunächst wie ein Werbeslogan klingt, lässt sich mit grundlegenden technologischen Trends und sich abzeichnenden Entwicklungen im Energiesystem erklären: Die Jahresarbeitszahlen dieser Aggregate, also die Effizienz der Wandlung von Strom zu Wärme, sind zwar noch nicht so beeindruckend – für Außenluft nutzende Wärmepumpen liegen die Werte 2016 in Deutschland im Mittel bei 2,9 und für Erdreichwärme oder Grundwasser nutzende Wärmepumpen bei 3,7. Doch mit dem starken Trend steigender Anteile von Regenerativstrom im Strommix werden die Treibhausgas-Emissionen beim Wärmepumpenbetrieb weiterhin sinken.

Einige Entwicklungslinien und Forschungsprojekte stimmen optimistisch, dass die Effizienzwerte noch ausbaufähig sind - und damit die Emissionsreduktion. Beispielsweise mit Miniwärmepumpen, die in Lüftungssysteme integriert werden und die Abluftwärme nutzen. Oder mit Wärmepumpen in einer Kombination aus Erdreichkollektoren und solarer Wärme, was die benötigte Fläche bei gleicher Effizienz etwa halbiert. Interessant sind auch reversible Erdwärme- oder Grundwasser-Wärmepumpen, die zum Heizen und Kühlen nutzbar sind.

Ein weiteres, vielleicht das zentrale Argument für Wärmepumpen: Mit diesem, die Sektoren Strom und Wärme koppelnden Energiewandler entstehen neue Möglichkeiten zur Stabilisierung des Stromnetzes, das mit dem fluktuierenden Charakter von Wind- und Solarstrom schon mal unter Stress geraten kann. Gebäude können „netzdienlich“ werden. Sie tragen zur Stabilisierung der Stromversorgung bei, wenn sie ihren Stromverbrauch den Netzkapazitäten zeitlich anpassen. Dies gelingt, indem Wärmekapazitäten im Gebäude hierfür genutzt werden, beispielsweise die thermische Speichermasse der Gebäudekonstruktion oder Pufferspeicher. Elektrisch angetriebene Wärmepumpen spielen hierbei eine besondere Rolle.

Links

Studie des internationalen Geothermiezentrums in Bochum

Analyse des deutschen Wärmepumpenmarktes

Stromerzeugung in Deutschland

Plattform Energy Charts des Fraunhofer ISE

Forschungsprojekt

Erdwärme- und Solarkollektoren ergänzen sich als Wärmequellen

Forschungsprojekt

Netzdienliche Betriebsführungsstrategien für Nichtwohngebäude

Big Data, research data, smart data

Die Digitalisierung wird auch den Gebäude- und Energiesektor stark verändern. Viele dezentrale Kraftwerke werden auf Basis von Energiemarktdaten koordiniert, Blockchain-Technologie erlaubt die Beteiligung auch kleiner Akteure an Energiedienstleistungen und –handel und viele Energieanwendungen werden zu digital vermittelten Dienstleistungen.
© Thinkstock / Jakarin2521

Die Digitalisierung wird auch den Gebäude- und Energiesektor stark verändern. Viele dezentrale Kraftwerke werden auf Basis von Energiemarktdaten koordiniert, Blockchain-Technologie erlaubt die Beteiligung auch kleiner Akteure an Energiedienstleistungen und –handel und viele Energieanwendungen werden zu digital vermittelten Dienstleistungen. All diese Entwicklungen mischen einerseits bestehende Marktstrukturen gewaltig auf, andererseits ermöglichen sie ganz neue Energieeffizienzpotenziale. Denn sowohl auf der sich dezentralisierenden Angebotsseite als auch auf der komplexer werdenden Nachfrageseite von Energiemärkten wird die Datenbasis jeweils enorm viel breiter. Mit neuen Methoden der Datenauswertung einschließlich maschinellem Lernen und Prognose-Algorithmen können Energiedienstleistungen individualisiert und energieoptimiert werden.

In der wissenschaftlichen Forschung bilden Daten die Grundlage für neue Erkenntnisse. Wenige Daten können dabei genauso wertvoll sein wie viele – sofern es die richtigen sind. Immer wichtiger wird auch für Forscher das Thema Datenschutz. Während private Inhalte auf Social-Media-Plattformen oft bedenkenlos publiziert werden, gibt es bei der Erfassung anderer privater Daten große Vorbehalte. Das ist gerade in den Forschungsprojekten zu energieoptimierten Gebäuden und Quartieren zu spüren. Lösungsmöglichkeiten und Perspektiven wurden beim Projektleitertreffen in Essen diskutiert.

Das Programm „Smart Data – Innovationen aus Daten“ des BMWi zeigt in sechzehn Leuchtturmprojekten, wie aus großen Datenmengen ein Mehrwert generiert werden kann. Im Projekt SmartEnergyHub, das sich als Datendrehscheibe für eine intelligente Energienutzung versteht, wurde für komplexe Infrastrukturen wie Fabriken oder Bürogebäude gezeigt, wie aus vielen Daten smarte Daten werden können. Dabei wird am Beispiel eines Flughafens ein plattformbasierter Ansatz verfolgt. Die Daten unterschiedlicher Quellen werden im ersten Schritt miteinander verknüpft und anschließend mit weiteren Daten, zum Beispiel Preis- und Nutzungsdaten oder Wetterprognosen, in Echtzeit zusammengeführt. Auf diese Weise können Infrastrukturbetreiber Synergieeffekte identifizieren und den gesamten Energiefluss optimieren.

Links

Digitale Energiewende

Revolutioniert Blockchain die Energiewirtschaft?

4. Projektleitertreffen in Essen

Big Data, Little Data, No Data – zum Umgang mit großen Datenmengen

Technologieförderprogramm des BMWi

Smart Data - Innovationen aus Daten

Smart-Data-Plattform für Betreiber von Infrastrukturen

Projekt SmartEnergyHub des BMWi

Strategische Analyse heterogener Massendaten im urbanen Umfeld

Projekt SmartRegio des BMWi

Was ist "Smart Readiness"?

In ihrer Gebäuderichtlinie regt die EU-Kommission die Einführung eines "Smart Readiness Indicator" (SRI) für Gebäude und Quartiere an. Der Faktor soll die Flexibilität und Regelbarkeit von Gebäuden – und Quartieren – mit Blick auf Energieeffizienz und Komfort bewerten sowie die Qualität der Infrastrukturanbindung und die Netzdienlichkeit erfassen. Das ist ein durchaus aufwendiges Verfahren, das eine Summe einzelner Indikatoren – etwa die Heizungssteuerung per Hand, Thermostat oder App – gewichtet in eine Gesamtbewertung einfließen lässt.

Im Auftrag der Generaldirektion Energie arbeitet ein europäisches Forschungskonsortium mit einer Studie an einer Methodik für den SRI. Sie soll auf einer komplexen Bewertungsmatrix basieren und Einflussbereiche (Mensch, Energie, Netz), Anwendungsbereiche (Heizen, Kühlen, Beleuchten etc.) und Funktionalitätslevel (Stufen für den Beitrag zur Smartness) beinhalten. Die Methode soll Anreize setzen für die Einführung für intelligentere Gebäudetechnologien und –funktionen. Sie wird derzeit in einem partizipativen Prozess in verschiedenen Normungsgruppen kritisch überprüft und diskutiert. So auch beim Projektleitertreffen in Essen. Ob der SRI tatsächlich verpflichtend eingeführt wird, ist derzeit noch offen.

Links

4. Projektleitertreffen in Essen

Zukunftsweisende Versorgungsstrategien für Quartiere

EU-Studie

Smart Readiness Indicator for Buildings

Bau- und Sanierungsprojekte profitieren von Partizipation

Die unter Denkmalschutz stehende Siedlung Margarethenhöhe in Essen ist ein historisches Wohnquartier. Es soll jetzt denkmalverträglich zum energetisch vorbildlichen Quartier ertüchtigt werden - unter Beteiligung der Bewohner.

© BINE Informationsdienst, Johannes Lang

Entwicklungen, die auf große gesellschaftliche Veränderungen hinauslaufen, können nur im Konsens bewältigt werden. Dialog und Partizipation sind also die Zauberworte. Das hat sich auch in der Forschung herumgesprochen: Wenn man Nutzern, Bewohnern oder Anliegern in Bauprojekten frühzeitig Mitsprache einräumt, läuft es besser. Doch ganz einfach ist das nicht. Denn Partizipation erhöht schnell die Komplexität von Planungsprozessen und braucht Zeit.

Beim Projektleitertreffen in Essen war man sich gestern einig, dass die Kommunikation auf Augenhöhe gestaltet und an die jeweiligen Anspruchsgruppen angepasst werden muss. Partizipation darf nicht Manipulation bedeuten. Und sie macht nur dann Sinn, wenn für die Beteiligten auch ein konkreter Nutzen erfahrbar wird.

Links

4. Projektleitertreffen in Essen

Zukunftsweisende Versorgungsstrategien für Quartiere

Berlin Institut für Partizipation

Bürger gestalten die Energiewende

Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie

Handbuch Energiewende und Partizipation

Quartiere werden als Leuchtturmprojekte positioniert

Auf der Fläche des ehemaligen Fliegerhorsts in Oldenburg entsteht ein neues Wohnquartier. Neben Neubauten sollen einige der vorhandenen alten Kasernengebäude erhalten bleiben und zu Wohngebäuden umgebaut werden. Geplant ist ein neues Infrastrukturkonzept, das die Sektoren Strom, Wärme/Kälte und Elektromobilität koppelt und in ein sektorenübergreifendes Versorgungsnetz integriert. Ergänzend entwickeln die Projektpartner eine digitale Service-Plattform für ein intelligentes Last- und Beschaffungsmanagement auf Ebene des Quartiers.

Auf der Fläche des ehemaligen Fliegerhorsts in Oldenburg entsteht ein neues Wohnquartier. Neben Neubauten sollen einige der vorhandenen alten Kasernengebäude erhalten bleiben und zu Wohngebäuden umgebaut werden. Geplant ist ein neues Infrastrukturkonzept, das die Sektoren Strom, Wärme/Kälte und Elektromobilität koppelt und in ein sektorenübergreifendes Versorgungsnetz integriert. Ergänzend entwickeln die Projektpartner eine digitale Service-Plattform für ein intelligentes Last- und Beschaffungsmanagement auf Ebene des Quartiers.

© Stadt Oldenburg

In bundesweit sechs Quartieren werden im Zuge der Förderinitiative „Solares Bauen/Energieeffiziente Stadt“ klimaneutrale Lösungen realisiert und anschließend wissenschaftlich evaluiert. Der Fokus liegt – und das macht die Projekte vorbildlich – auf einem systemischen Ansatz für das Quartier: Strom, Wärme und Mobilität werden vernetzt. Auch sozialräumliche und ökonomische Prozesse sowie Energie- und Stoffströme werden in die Optimierung einbezogen.

Dabei soll es nicht allein um die technischen Herausforderungen gehen, sondern auch um passende rechtliche Rahmenbedingungen und wirtschaftliche Konzepte sowie um eine effektive Vernetzung der Akteure. Vier Projekte in Kaiserslautern, Heide, Oldenburg und Zwickau werden bereits auf dieser Webseite dokumentiert, darauf verweist auch der aktuelle BMWi-Newsletter Energiewende direkt

Links

Energiewende direkt

BMWi-Newsletter 04/2018

Industrieareal in Kaiserslautern

Werksgelände wird zum klimaneutralen Stadtquartier

Stadtquartier in Heide

Lokal erzeugten Windstrom im Quartier nutzen

Ehemaliger Fliegerhorst in Oldenburg

Vom Fliegerhorst zum Wohnquartier mit innovativem Versorgungskonzept

Null-Emissionsquartier in Zwickau-Marienthal

Neues Wohnmodell soll Energiewende sozialverträglich umsetzen

Kleinserie mit großer Energieeffizienz

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) fördert verschiedene innovative Technologien, die noch in Kleinserie gefertigt werden. So zum Beispiel die Wärmerückgewinnung aus Abwasser in oder an Gebäuden.

Abwasser von Gebäuden enthält Wärme, die zumeist ungenutzt verpufft.

© Adobe Stock / Roman Milert

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) fördert ab dem 1. März Investitionen in fünf  innovative Technologien, die noch in Kleinserie gefertigt werden. Sie sind bereits marktreif entwickelt, können aber noch nicht von den Skaleneffekten der Großserienfertigung profitieren. Drei Teilprogramme sind für energieoptimierte Gebäude und Quartiere interessant und könnten Anreize für in der Planung befindliche Projekte setzen:

Modul 1 fördert Kleinstwasserkraftanlagen in Abwasser- oder Trinkwassernetzen. Modul 3 fördert dezentrale Wärmeübertrager in Duschrinnen, Duschtassen und Duschrohren sowie die Wärmerückgewinnung aus dem gesamten Gebäude-Grauwasser. Modul 4 fördert Bohrgeräte für Wärmespeichersonden mit höheren Entzugsleistungen als die bekannten Doppel-U-Erdwärmesonden.

Links

Webseite der Bafa

Modul 1: Kleinstwasserkraftanlagen bis 30 kW

Webseite der Bafa

Modul 3: Dezentrale Wärmerückgewinnung aus Grauwasser

Webseite der Bafa

Modul 4: Bohrgeräte für innovative Wärmespeichersonden

Smartphone für die Qualitätssicherung am Bau

Ein Smartphone mit integrierter Wärmebildkamera, zudem ausgerüstet mit einem Sensor zur Messung flüchtiger organischer Verbindungen in der Raumluft (VOC) und einer lasergestützten Entfernungsmessung von Caterpillar.
© Caterpillar

Der Mobile World Congress startet heute in Barcelona. Er ist weniger für seine Ambitionen in Sachen Energieeffizienz bekannt. Doch eine der heute vorgestellten Neuigkeiten ist für Architekten, Bauunternehmer, Energieberater und Immobilienexperten interessant: Ein Smartphone mit integrierter Wärmebildkamera, zudem ausgerüstet mit einem Sensor zur Messung flüchtiger organischer Verbindungen in der Raumluft (VOC) und einer lasergestützten Entfernungsmessung.

Jetzt wird die Wärmebildkamera offensichtlich mobil und kostengünstig. Sie ist auch als Aufsteckmodul für gewöhnliche Smartphones erhältlich. So lassen sich die Ursachen von Energieverlusten aufspüren und nachweisen, beispielsweise Wärmebrücken und Luftlecks in der Gebäudehülle. Auch viele Fehler in der elektrischen Installation werden schneller bemerkt, weil Elektrikprobleme oft zu einer erhöhten Wärmeentwicklung führen. 

Links

Website Caterpillar

Smartphone Cat S61

Website Flir

Wärmebildkamera-Zubehöraufsatz Flir One Pro

Produktion zurück in die Stadt!

Zurück in die Stadt. In den letzten Jahrzehnten wanderte die industrielle Produktion häufig aus den Städten heraus an energie- oder verkehrsgünstigere Standorte. Doch verschiedene Trends begünstigen neue Formen einer Koexistenz von Wohnen, Arbeiten und Produzieren in urbanen Räumen. Das hochindustrialisierte Wuppertal-Barmen im Jahre 1870. Gemälde von August von Wille (Ausschnitt).

Das hochindustrialisierte Wuppertal-Barmen im Jahre 1870. Gemälde von August von Wille (Ausschnitt).

© Gemeinfrei. Vgl. Wikipedia.

In den letzten Jahrzehnten wanderte die industrielle Produktion häufig aus den Städten heraus an energie- oder verkehrsgünstigere Standorte. Doch verschiedene Trends begünstigen neue Formen einer Koexistenz von Wohnen, Arbeiten und Produzieren in urbanen Räumen. Digitalisierung und smarte Technologien eröffnen innovative Produktionskonzepte in Stadtquartieren. Personalisierte Turnschuhe per 3D-Druck, direkt im Laden produziert, rücken beispielsweise mit dem Futurecraft 4D von adidas in greifbare Nähe.

Was hat das mit Energie zu tun? Produktion in der Stadt bietet die Chance, neue Energiekonzepte und nachhaltige Austauschbeziehungen zwischen Produktion und Stadt zu etablieren: Fabriken können sich mit ihrem urbanen Umfeld zum gegenseitigen Nutzen vernetzen. Im Forschungsprojekt Urban Factory werden diese Entwicklungen genauer untersucht. 

Links

Forschungsprojekt Urban Factory

Ressourceneffiziente Fabriken in der Stadt

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