Wie können Abwärme und Solarthermie in ein Niedertemperatur-Wärmenetz integriert werden? Wir untersuchen unter anderem geringinvestive bauliche Maßnahmen sowie Speichermöglichkeiten, um Bestandsgebäude für die Nutzung von Niedertemperaturwärme kompatibel zu machen. Simulativ soll gleichzeitig untersucht werden, welche Änderungen in der Kompatibilität des Gebäudes zu erneuerbaren Energiequellen entstehen, wenn am Gebäude zu einem späteren Zeitpunkt eine umfassende Sanierung durchgeführt wird.

Im Neubau des Center for Reliability Analytics (CRA) enstehen unter anderem durch die Versuchsstände neue Abwärmequellen, die optimal im benachbarten Maschinenbaugebäude (L1|01) genutzt werden könnten. Das Maschinenbaugebäude weist nicht nur eine räumliche Nähe zum in Phase II untersuchten Architekturgebäude auf, sondern auch erhebliche Gemeinsamkeiten. Beide Gebäude wurden in schwerer Bauweise mit nahezu identischer Primärkonstruktion errichtet und verfügen über vergleichbare Qualitäten hinsichtlich ihrer thermischen Hülle. Aktuell wird das Architekturgebäude auf Basis der Erkenntnisse aus Phase II saniert. Diese Forschungsergebnisse sollen auch in eine mögliche Sanierung des Maschinenbaugebäudes einfließen. Die sich dort wiederholenden Gebäudebereiche erleichtern außerdem die Übertragung der Ergebnisse eines räumlich begrenzten Demonstrators auf das Gesamtgebäude sowie weitere typähnliche Gebäude. Darüber hinaus bietet das Untergeschoß von L1|01 ausreichend Platz zur Integration eines Pufferspeichers, um die Primär- und Sekundärseite zu entkoppeln und die Energieflexibilität zu erhöhen.

In Phase II wurde der Mehrwert fernsteuerbarer Thermostate an Heizkörpern im Hinblick auf die Energieflexibilität untersucht. Ziel war es, den Energieverbrauch flexibel zu steuern und auf die schwankende Energieerzeugung zu reagieren. In Phase III sollen darüber hinaus smarte, selbstlernende Thermostate sowie Heizkörperventilatoren zum Einsatz kommen. Diese schrittweise Sanierungsstrategie ermöglicht es, zu analysieren, inwieweit Übergangslösungen im Vergleich zu einer späteren Generalsanierung vorteilhafter sein könnten – insbesondere im Hinblick auf das verbleibende CO2-Budget bis 2045.

Nutzung erneuerbarer Wärmequellen

Der Neubau des nahegelegenen CRA-Gebäudes ermöglicht die Installation einer Solarthermie-Dachanlage, welche den Wärmebedarf in der Übergangsphase größtenteils decken soll. Die Wärmeversorgung im Winter erfolgt durch eine Wärmepumpe, welche drei Erdwärmesonden als Wärmequelle nutzt, die im Rahmen des Forschungsprojekts SKEWS gebohrt wurden. Überschüssige sommerliche solare Wärme wird in diese Erdwärmesonden eingespeist, um den Untergrund zu regenerieren.

Zusätzlich entsteht im CRA-Gebäude durch elektrische Hochtemperatur-Prüfmaschinen ganzjährig verfügbare Abwärme, die sowohl zur Deckung des Wärmebedarfs als auch zur Einspeisung in die Erdwärmesonden genutzt werden soll. Als weitere Abwärmequelle wird im CRA im Laufe des Projektes ein Rechenzentrum installiert, dessen Wärme über eine Warmwasserkühlung abgeführt wird. Dabei wird eine Abwärmetemperatur von 45 °C gewährleistet, die den Wärmebedarf des CRA nahezu vollständig decken kann. Überschüssige Abwärme soll darüber hinaus in das Wärmeversorgungskonzept des Maschinenbaugebäudes und die Regeneration der EWS eingebunden werden. Bei der Kombination der verschiedenen Wärmequellen wird der Fokus auf der Abstimmung der verschiedenen Temperaturniveaus sowie der zeitlichen Verfügbarkeit liegen, um eine effiziente und nachhaltige Nutzung sicherzustellen.

Wenn nach einer energetischen Sanierung oder durch Flächenheizungen niedrigere Temperaturen ausreichen, um die Gebäude mit Wärme zu versorgen, kann auch die Temperatur im Fernwärmenetz abgesenkt werden. Dadurch können regenerative Wärmequellen und Abwärme deutlich effizienter genutzt werden. Insbesondere die Leistungszahl von Wärmepumpen verbessert sich.

Dr.-Ing. Frank Dammel (Gruppenleitung Analyse Thermischer Energiesysteme, TTD)

Ziele

  • Absenkung der Systemtemperaturen im Maschinenbaugebäude (L1|01) durch geringinvestive Optimierung der Anlagentechnik
  • Versorgung des Maschinenbaugebäudes mit erneuerbarer Wärme aus Solarthermie und Abwärme aus dem benachbarten CRA-Gebäude mit Wärmepumpe und Erdwärmesonden
  • Erstellung eines wissenschaftlichen Messkonzepts, Begleitung der Umsetzung der Maßnahmen und Optimierung des Betriebs

Kontakt

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Fachbereich Architektur, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen
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Dr.-Ing. Hee-Jung Yoon
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Jasper Müller M.Sc
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