Im Gesamtsystem effizienter
Gebäude nachhaltiger mit Energie versorgen

Heizung, Kühlung, Stromversorgung, Lüftung: All diese Gebäudesysteme verbrauchen Energie. Mit Blick auf die Klimaziele soll diese Energie künftig immer häufiger aus regenerativen Quellen gedeckt werden. Auf dem Markt gibt es bereits zahlreiche Lösungen von Photovoltaik-Anlagen über Solarthermie bis hin zu Erdwärme. Doch diese und andere Anlagen betrachten meist nur einen Aspekt der Gebäudeversorgung. Das Team des Forschungsprojektes RENBuild (Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft) will dies ändern und arbeitet dazu an einem nachhaltigen Gesamtsystem mit aufeinander abgestimmten Komponenten. So sollen regenerative Energien effizienter genutzt werden, um sowohl Wohn- als auch Nichtwohngebäude nachhaltig zu versorgen.

Eine Kernkomponente des Projektes ist ein photovoltaisch-thermischer Kollektor (PVT), der gleichzeitig Strom, Wärme und Kälte rein regenerativ erzeugt. In Kombination mit einer Wärmepumpe und einem PCM-Hybrid-Speicher für Kälte sowie für Wärme und Warmwasser entsteht das Gesamtsystem.

Ganzheitlicher Ansatz macht das System effizienter und günstiger

Die ersten Zwischenergebnisse sind vielversprechend. So haben die Forschenden ihre Ideen bereits im kleinen Maßstab umgesetzt. Eine Testanlage am Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern) läuft mit einer intelligenten Regelung seit Anfang Januar im Automatikmodus. Nach kleineren Fehlerbehebungen und Anpassungen ist die Anlage nun seit Ende Januar 2022 im stabilen und kontinuierlichen Betrieb. Die Messdaten zeigen: Das System läuft sicher und ohne Ausfälle und auch unter widrigen Wetterbedingungen liefern die PVT-Kollektoren die erforderliche Leistung.

Auf Basis der Messungen an der Testanlage hat das RENBuild-Team zudem verschiedene Simulationen für den Einsatz des Systems an einem Wohn- und einem Bürogebäude durchgeführt. Im Vergleich zu einem modernen Erdwärmepumpensystem konnte das RENBuild-System bei gleicher Leistung mit erheblichen Einsparungen punkten: So war die energetische Systemeffizienz um bis zu 20 Prozent höher, der Strombedarf konnte im Betrieb um 10 bis 30 Prozent reduziert werden und die jährlichen Betriebskosten der Anlagen um 15 bis 30 Prozent gesenkt werden.

Das RENBuild-System nutzt Umweltenergie rund um die Uhr

Schemadarstellung des Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft. ©ZAE Bayern | Schemadarstellung des Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft.

Die Forschenden haben die Gebäudeversorgung so geplant, dass jede Situation optimal ausgenutzt wird. Am Tag wandeln PVT-Kollektoren Solarenergie in Strom und Wärme um. In der Nacht wird Umweltkälte gewonnen. Die Kollektoren können ins Dach oder in die Fassade integriert werden, sodass auch bei mehrstöckigen Bürogebäuden eine möglichst große Fläche genutzt werden kann. Die gewonnene Wärme beziehungsweise Kälte kann entweder über die Wärmepumpe direkt dem Gebäude mittels Niedertemperaturheiz- oder -kühlsystemen auf dem benötigten Temperaturniveau zugeführt oder in den PCM-Hybrid-Speichern zwischengespeichert werden. Diese optimierten Wärme- beziehungsweise Kältespeicher können Fehlzeiten zwischen Erzeugung und Bedarf überbrücken. Eine Lüftungsanlage inklusive Wärmerückgewinnung komplettiert das Gesamtsystem.

Eine intelligente Steuerung sorgt dafür, dass alle Komponenten effizient zusammenarbeiten. Dabei soll möglichst viel eigens erzeugte Energie genutzt und gespeichert werden. Aber auch netzdienliche Funktionen wie Power-to-Heat sind durch die integrierten Speicher möglich.

Nach der erfolgreichen Demonstration erproben die Expertinnen und Experten das RENBuild-System jetzt an einem Wohngebäude des Projektpartners Hanse Haus in einem Musterhauspark, in dem das Konzept auch nach Projektende einem breiten Publikum gezeigt werden kann, sowie an einem Bürogebäude. (ks)