Energetisch Modernisieren mit solaraktiven Baustoffen und hybridem Heizsystem

Das historische Wohnquartier Margaretenau in Regensburg wird energetisch modernisiert. An einem Mehrfamilienhaus des Ensembles aus den 1930er Jahren werden neue Technologien erprobt. Ein solaraktives und solaradaptives Außenputzsystem soll solare Gewinne steigern und die thermische Behaglichkeit im Gebäudeinneren verbessern. Parallel wird ein effizientes hybrides Heizsystem aus Kraft-Wärme-Kopplung und Wärmepumpentechnologie entwickelt. Die Kombination von Umweltwärme und Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung, Photovoltaik oder aus dem Netz nutzt erneuerbare Energien optimal und verleiht dem Gebäudeensemble zudem netzdienlichen Charakter.

Projektkontext

Parallel zum Forschungsprojekt erstellt die Stadt Regensburg für das historische Stadtquartier der Baugenossenschaft Margaretenau ein integriertes Quartierskonzept. Integrierte Quartierskonzepte zeigen unter Beachtung städtebaulicher, denkmalpflegerischer, baukultureller, wohnungswirtschaftlicher, demographischer und sozialer Aspekte die technischen und wirtschaftlichen Energieeinsparpotentiale auf. Die Ergebnisse stehen als Informationsbasis für das Forschungsvorhaben zur Verfügung.

Gefördert wird das Projekt im Rahmen der Förderinitiative Solares Bauen/Energieeffiziente Stadt des BMWi und des BMBF. Im Modul 1 „Solares Bauen“ stehen Projekte zu den Themen energieeffiziente Gebäude und Gebäudeensembles im Fokus. Das Projekt fokussiert auf die Themen aktive und adaptive Gebäudehülle sowie auf netzdienliche Gebäude mit einem hohen solaren Deckungsanteil.

Innenhof mit Blick auf den Ostflügel des Demonstrationsobjekts

© OTH, Annika Zeitler

Forschungsfokus

Das Projekt soll beispielhaft für das genossenschaftliche historische Stadtquartier Margaretenau in Regensburg Musterlösungen für energieoptimiertes Wohnen mit innovativen Wandaufbauten aus solaraktiven Baustoffen und einer vorhersagebasierten Versorgungstechnologie aufzeigen. Dazu wird ein bestehendes Wohngebäude als Demonstrations- und Versuchsobjekt genutzt.

Für die denkmalgerechte Modernisierung der historischen Fassaden wird ein solaraktives und solaradaptives Außenputzsystem entwickelt. Es wird anstelle eines Wärmedämmverbundsystems am Objekt eingesetzt. Der erhöhte Ausnutzungsgrad der solaren Gewinne trägt in Verbindung mit einer verbesserten thermischen Behaglichkeit im Gebäudeinneren durch innovative Innenputz-/Innenfarbsysteme maßgeblich zur Einsparung von Heizwärme bei. Die Absicherung der bauphysikalischen und wärmetechnischen Eigenschaften erfolgt durch empirische Versuche an einem Wandprüfstand sowie bauphysikalische Modelle und Simulationen. Die Ergebnisse gehen auch in die dynamisch-perspektivische Anlagen-Steuerung ein. Zu diesem Zweck wird ein Tool zur multifunktionalen Planung, Optimierung und Steuerung entwickelt. Die innovative Technik wird mit den Wärmespeichereigenschaften der Bestandsgebäude verknüpft.

Als Heizsystem wird ein besonders effizientes Hybridsystem aus Kraft-Wärme-Kopplung (Blockheizkraftwerk, BHKW) und Wärmepumpen-Technologie entwickelt. Dieses wird hinsichtlich Baugröße und Herstellungskosten sowie Effizienz im thermischen Management, sowohl hydraulisch als auch steuerungstechnisch, optimiert.

Konzept

Sanierungskonzept

Die technischen Entwicklungen werden an einem Mehrparteienwohnhaus umgesetzt. Das Gebäude umfasst 24 Wohneinheiten und befindet sich innerhalb eines Ensembles aus den 1930er Jahren. Die Sanierung der Außenflächen des Demonstrationsobjekts soll circa 2019 abgeschlossen sein. Gleichzeitig wird ein Teil des Gebäudes entmietet, so dass von innen vollständig mit den innovativen Putzen und Innenfarben saniert werden kann.

Energiekonzept

Für die Bereitstellung der Raumwärme scheiden Niedertemperatursysteme (Flächenheizungen) aus wirtschaftlichen Gründen sowie wegen der niedrigen Heizleistungsdichte und des begrenzten Fußbodenaufbaus aus.

Das zu entwickelnde skalierbare Versorgungssystem durch Kombination von Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) mit einer sehr effizienten Wärmepumpen-Technologie wird weiter optimiert und mit innovativer Wärmelogistik ergänzt. Es soll neben einem hohen Eigenstrom-Nutzungsanteil auch netzdienliche Schwarmfunktionalität aufweisen. Die Skalierbarkeit des vernetzten Systems erlaubt es, das gesamte Ensemble abschnittsweise über mehrere Jahre zu modernisieren. Die Warmmiete wird sich für die Bewohner der Siedlung durch die effizienten Modernisierungsmaßnahmen nicht erhöhen.

Das Versorgungssystem wird mit dem neu zu entwickelnden Planungs-, Optimierungs- und Steuerungstool ausgelegt und im Betrieb geregelt. Das Tool greift während des Betriebs auf reale Monitoringdaten zu, so dass das System direkt optimiert werden kann. Die Einbindung von Nutzerbedarfsprofilen, Strombörse und Wetterdaten in die Steuerung gestattet einen dynamischen und perspektivischen Anlagenbetrieb und kann so die Anteile der Solar- und Umweltwärme an der Energieversorgung steigern.

Die Wärme- und Brauchwasserverteilung soll optimiert und verbessert werden, um die damit verbundenen Zirkulationsverluste zu senken. Verschiedene Trinkwasserverteilungskonzepte werden validiert und über die Erfassung des Nutzerverhaltens optimiert. So können die hygienisch zulässigen Abschaltzeiten der Zirkulation durch ein selbstlernendes System ohne Komforteinbußen ausgenutzt werden.

Performance und Optimierung

Nach Abschluss der Sanierung erfolgt ein Monitoring des Gebäudebetriebs. Erfasst werden alle Betriebsparameter und Verbrauchsdaten. Geplant ist eine Optimierung des Gebäudes im laufenden Betrieb. Untersucht wird ebenfalls die Nutzerzufriedenheit.

Projektkenndaten