Während der Großteil der Wärme insbesondere in Bestandsgebäuden und in Prozessanlagen heute noch durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe mit entsprechenden CO2-Emissionen erzeugt wird, soll in einigen Jahren die Wärmeerzeugung nur noch CO2-frei erfolgen. Dies stellt eine große Herausforderung dar. Der Grund: Über die Hälfte der Energie in Deutschland nutzen wir, um unsere Häuser, Büros und Geschäfte zu heizen und um Wärme für Gewerbe und Industrie bereitzustellen. Der Übergang hin zu erneuerbarer Wärme, unvermeidbarer Abwärme und CO2-freien Brennstoffen muss organisiert werden. Die Erzeuger, Abnehmer und Infrastrukturen verändern sich, neue Geschäftsmodelle entstehen, Gebäude können und müssen stärker als „Kraftwerk“ genutzt werden.

Info:

Das Thema Wärme spielt auch im Industriebereich eine wichtige Rolle: So laufen Industrieprozesse häufig unter hohen Temperaturen ab. Es entsteht Abwärme, für die Unternehmen oft keine wirtschaftliche Verwendung mehr finden. Dabei kann sie durchaus noch genutzt werden. Für Prozesse in der Industrie braucht es darüber hinaus Wärme und Kälte. Innovative Wärme-​ oder Kältetechnologien können diese energieeffizient bereitstellen. Dazu zählen etwa Wärmepumpen und Sorptionskältemaschinen.

Die Emissionen im Gebäudesektor entstehen, wenn die fossilen Energieträger Mineralöl und Erdgas verbrannt werden, um Raumwärme und Warmwasser bereitzustellen. Damit hier eine erfolgreiche Wärmewende gelingen kann, muss der Wärmebedarf erheblich gesenkt und die Wärmeversorgung schrittweise auf erneuerbare Wärme und unvermeidbare Abwärme umgestellt werden.  Erneuerbare Energien sollen somit künftig nicht nur die heute schon durch elektrische Energie angetriebene Sektoren, sondern das Energiesystem insgesamt versorgen. Dies betrifft vor allem die Bereitstellung von Niedertemperaturwärme für Raumheizung und Warmwasser in Gebäuden und Quartieren.

Wärmepumpen nutzen Strom, um Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu heben. Zum Einsatz kommen sie aktuell häufig in kleinen Gebäuden. Werden Wärmepumpen konsequent mit grünem Strom betrieben, können CO2-Emissionen deutlich reduziert werden. Verschiedene Studien zeigen, dass die Bedeutung von Wärmepumpen weiter wächst und diese ein wesentliches Element sein werden, um eine klimafreundlichere Wärmeversorgung zu erreichen. Der Anteil von Wärmepumpen in neuen Wohngebäuden ist in den letzten Jahren auf 31% gestiegen, wobei hier die Luft-Wasser-Wärmpumpen den überwiegenden Teil stellen. Diese Form der Wärmepumpen ist kostengünstig, liegt aber bei der Energieeffizienz deutlich hinter Wärmepumpen mit anderen Wärmequellen. Neben dezentralen Anlagen werden zunehmend so genannte Großwärmepumpen als ein weiteres wichtiges Element bei der Versorgung von Städten und Quartieren gesehen.

Zukünftig sollen Wärmepumpen selbstoptimierend (intelligent) agieren und sich in ihrer Betriebsweise an die individuellen Gewohnheiten der BewohnerInnen und die Verfügbarkeit erneuerbaren Stroms anpassen. Auch maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Gebäudetypen sind wichtige Ziele.

Wärme aus Sonnenenergie ist ein wichtiger Baustein für die Erreichung der Ziele im Wärmebereich. Im Jahr 2020 ist der Solarthermiemarkt nach Jahren des Rückgangs und der Stagnation gewachsen. Der Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser stellt nach wie vor das größte Marktsegment. In den letzten Jahren entwickelten sich aber auch die solare Prozesswärme, die vor allem im Industriebereich zum Einsatz kommt,  und die solare Nah- und Fernwärme kontinuierlich weiter. Weitere Marktchancen sehen Expertinnen und Experten beim solaren Bauen. Dies können zum Beispiel Solaraktivhäuser sein, die ihren Wärmebedarf mindestens zur Hälfte aus Solarthermie decken, oder solare Stadtquartiere, deren Wärmeversorgung zu großen Teilen auf Solarthermie basiert.  Auch die Solarisierung im Gebäudebestand spielt eine wichtige Rolle. An Bedeutung gewinnt das Zusammenwachsen flexibler Strom- und Wärmemärkte unter anderem durch die thermische Speicherung von Überschussstrom aus erneuerbaren Energien.  Verschiedene Forschungsprojekte adressieren die Themen Kostensenkung, einfache und verlässliche Systemtechnik, Qualitätssicherung sowie neue Anwendungsgebiete für größere Anlagen.

Die Bereitstellung, Verteilung und Nutzung von Nah- und Fernwärme erfordert Leitungsnetze, die im Vergleich zu anderen Versorgungsnetzen wesentlich vielschichtiger, technisch aufwendiger und im Betrieb komplexer zu handhaben sind. Neue Netzkonzepte und die Entwicklung innovativer Technologien können die Wärmeversorgung energetisch, wirtschaftlich und ökologisch deutlich verbessern. Neben innovativen Konzepten werden Planung, Organisation und Optimierung in Energiewirtschaft, Nah- und Fernwärme immer wichtiger.

Eine gezielte Netzoptimierung kann den Anteil der Nah- und Fernwärme weiter erhöhen und auch weniger dicht besiedelte Gebiete in die Versorgung einzubeziehen. Denn hier kann die Zukunft zentraler Wärmeversorgungssysteme liegen. Als Smart Grids sollen Wärmenetze wichtige Bausteine des lokalen Energiemanagements werden. Durch Niedrig-Exergie-Technologien lassen sich Übertragungsverluste verringern. Neue adaptive Kälte- und Wärmenetze bieten darüber hinaus Ansatzpunkte für die Einbindung erneuerbarer Energien.

Erdwärme oder Geothermie kann direkt als Wärmequelle genutzt werden, oder als Energiequelle, um daraus Strom zu erzeugen. Der natürliche Wärmefluss der Erde – die geothermische Energie – steht dabei grundsätzlich überall und jederzeit zur Verfügung.

Die direkte Nutzung von Erdwärme zur Wärmeversorgung ist in Deutschland bereits kommerziell erfolgreich: im Gebäudebereich mit oberflächennahen Wärmesonden oder -kollektoren in Kombination mit Wärmepumpen sowie zur Versorgung ganzer Stadtviertel mittels Tiefbohrungen. Laut Bundesverband Geothermie erzeugen über 440.000 oberflächennahe Anlagen eine Wärmeleistung von etwa 4.400 Megawatt. Allein im Jahr 2020 wurden etwa 24.500 solcher Anlagen neu installiert. Zusätzlich erzeugen über 40 Heiz- bzw. kombinierte Heizkraftwerke im Bereich der tiefen Geothermie – ab Tiefen von mehr als 400 Metern – weitere rund 350 Megawatt Wärmeleistung. Weitere Informationen zur Forschung im Bereich Geothermie finden Sie auf dem Fachportal stromforschung.de.

Newsletter

Nichts mehr verpassen:

© bluejayphoto

Forschungsförderung

Hier finden Sie weitere Informationen zur BMWK-Forschungsförderung im Bereich Gebäude und Quartiere.

mehr