Neues System soll Gebäude mit Strom, Wärme, Kälte und Frischluft versorgen
Bis 2050 sollen in Deutschland nahezu alle privaten und öffentlichen Gebäude „klimaneutral“ sein – so das ambitionierte Ziel der Bundesregierung. Der Plan: In 30 Jahren verbrauchen Wohnhäuser, Bürogebäude und Co. deutlich weniger Energie als heute und beim Erzeugen von Strom, Wärme und Kälte für Gebäude werden kaum noch klimaschädliche Treibhausgasemissionen freigesetzt. Dafür sollen Gebäude energetisch saniert, mit neuer Anlagetechnik ausgestattet und überwiegend aus erneuerbaren Energien versorgt werden. Im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts wollen Wissenschaftler der Universität Paderborn ihren Teil dazu beitragen. Unter Federführung des Projektkoordinators Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung entwickeln sie gemeinsam mit sieben Industrieunternehmen ein System, das Gebäude gleichzeitig mit Strom, Wärme, Kälte und Frischluft versorgt, energieeffizient ist und ganz auf regenerative Energien setzt. Das auf vier Jahre angelegte Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund drei Millionen Euro gefördert.
„Bisherige Forschungsprojekte konzentrieren sich auf Systeme, die für Gebäude lediglich Strom und Wärme erzeugen können. In unserem Forschungsprojekt entwickeln wir ein kombiniertes System, das erstmals Wohnhäuser und öffentliche Gebäude gesamtheitlich mit Energie versorgt – also zugleich Strom und Wärme, aber auch Kälte und Frischluft zum Heizen, Kühlen und Lüften produziert“, erklärt Prof. Dr. Eugeny Kenig, Inhaber des Lehrstuhls für Fluidverfahrenstechnik und Vorstandsvorsitzender des „Kompetenzzentrums für Nachhaltige Energietechnik“ (KET), einer zentralen wissenschaftlichen Einrichtung der Universität. Zusammen mit seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter M.Sc. Matti Grabo und KET-Geschäftsführer Dipl. Wirt.-Ing. Gerrit Sonnenrein betreut er das Forschungsprojekt.
Solarstrom und Umweltkälte machen‘s möglich
Das geplante Versorgungssystem setzt voll auf erneuerbare Energien: Zentraler Bestandteil ist ein photovoltaisch-thermischer Kollektor (PVT), der auf Dächern und an Fassaden von Häusern installiert werden kann. Mittels Solarstrom, solarer Wärme und Umweltkälte kann der PVT-Kollektor sowohl Strom und Wärme als auch Kälte erzeugen. „Tagsüber wandelt das System Sonnenenergie in Strom und Wärme um und nachts nutzt es Umweltkälte – im Wesentlichen durch Strahlungsaustausch mit dem kalten Nachthimmel“, erläutert Gerrit Sonnenrein. Eine ebenfalls im System integrierte Wärmepumpe sorgt dafür, dass die im Gebäude erreichten Temperaturen bei Bedarf angehoben oder abgesenkt werden können. Wärme- und Kältespeicher überbrücken die Fehlzeiten zwischen Energieerzeugung und -bedarf. Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung komplettiert das System.
Da es sich ausschließlich aus regenerativen Energien speist, könnte diesem Gesamtsystem künftig eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung zukommen: Während der Strom in Deutschland bereits zu einem großen Teil aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft erzeugt wird, stecken hinter unseren Heizungen und unserer Warmwasserversorgung noch immer Anlagen, die überwiegend mit Erdgas und -öl betrieben werden – und insbesondere da entstehen klimaschädliche Treibhausgasemissionen. Diese „regenerative Lücke“ bei der Wärmeversorgung könnte das neue System verkleinern.
Energiesparend, kostensenkend und netzentlastend
Doch nicht nur das. Das neue Versorgungssystem soll hochenergieeffizient sein: „Die aufeinander abgestimmten Komponenten des Systems werden dafür sorgen, dass es effizient arbeitet. Das bedeutet: Bei möglichst geringem Energieverbrauch wird das System die selbsterzeugte regenerative Energie optimal nutzen und den Eigenbedarf des Nutzers – etwa an Strom und Wärme – umfänglich decken“, beschreibt Matti Grabo. Und: Unternehmen, öffentliche Einrichtungen und Privatpersonen könnten mit dem modernen effizienten Versorgungssystem künftig Geld sparen, denn es würde u. a. in den Bereichen Heizen und Kühlen den Energieverbrauch senken. „Die intelligente Steuerung und der Einsatz innovativer Speicher in unserem System könnten außerdem die Versorgungsnetze entlasten: Je nach Energiebedarf eines Gebäudes sorgen sie dafür, dass beispielsweise überschüssiger Strom aus öffentlichen Netzen genutzt wird“, ergänzt Gerrit Sonnenrein.
Intelligente Steuerung mit integrierten Wettervorhersagemodellen
Das Versorgungssystem mit PVT-Kollektor, Wärmepumpe und Co. soll über eine zentrale Steuereinheit bedienbar sein. Dazu Matti Grabo: „Die Steuereinheit wird Bedienung, Regelung, Monitoring, Visualisierung und Energiemanagement enthalten. Damit das System energetisch optimal arbeiten kann, werden wir außerdem Wettervorhersagemodelle integrieren, die eine vorhersagende Regelung des Systems ermöglichen.“
Damit das System des KET möglichst bald praxistauglich wird, arbeiten Grabo und Sonnenrein im Forschungsprojekt mit Experten aus dem Baugewerbe, Architekten, Heizungs-, Klima-, Regelungs- und Solartechnikern sowie mit Fachleuten für thermische Energiespeicherung zusammen. Wenn das Versorgungssystem entwickelt ist, wird es in einer ersten Praxisphase an Testgebäuden erprobt.
Über das „Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik“ (KET) der Uni Paderborn
Das KET wurde vor dem Hintergrund des Klimaschutzes und der Ressourcenschonung von Energieträgern gegründet. Hier arbeiten Wissenschaftler der Fakultät für Maschinenbau und der Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik zusammen. Ihr gemeinsames Ziel: die interdisziplinäre Forschung auf den Gebieten der innovativen Energieerzeugung sowie der effizienten und umweltfreundlichen Energienutzung voranzutreiben.
Simon Ratmann, Stabsstelle Presse und Kommunikation
Weitere Informationen zum Projekt: https://projektinfos.energiewendebauen.de/foerderkennzeichen/03en1009f
Weitere Informationen zum Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik (KET): https://ket.uni-paderborn.de
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