Fraunhofer-Institut für Bauphysik

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1 Fraunhofer-Institut für Bauphysik Regierung von Oberbayern Gewerbe und Kommunen als Energiepartner 17. Oktober 2014, München Impulsvortrag Systeme für den energieeffizienten Ort Dipl.-Ing. Christina Sager

2 Visionen als Zukunftsbild für das Jahr 2050 CO 2 -neutrale Städte Deutsche Gesellschaft lebt 2050 in CO 2 -neutralen Städten mit Prozent erneuerbarer Energien klimagerecht und anpassungsoffen Städte sind komplett klimagerecht und anpassungsoffen gebaut Maximale Lebensqualität Städte sind optimal an gesellschaftlichen Wandel angepasst und bieten maximale Lebensqualität Deutsche Städte sind Vorreiter bei der Integration ganzheitlicher Stadtsysteme und Showcase für Technologieexport Rechtzeitiges Handeln Notwendige Schritte wurden frühzeitig erkannt und weitsichtige Maßnahmen eingeleitet

3 Konvergenz der Stadtsysteme als zentrale Aufgabe Wie entwickeln sich einzelne Stadtsysteme bis zum Jahr 2050? Intelligente Stromnetze Plus-Energie-Gebäude/ Stadtquartiere Klimagerechter Stadtumbau Smart Mobility & Elektromobilität Regenerativer Energiemix Smart Infrastructures & Versorgungssysteme

4 Technologieansätze auf verschiedenen Maßstabsebenen Einzelgebäude Quartiere z.b.strom-wärme-system: Optimierter Einsatz von Photovoltaik und Wärmepumpen Optimierung der Strom-Eigennutzung Vermeidung von Rebound-Effekten z.b. Cross-Energy-Management Optimiertes Lastmanagement der Erneuerbaren und dezentralen Speicher Einbindung Demand-Side-Management für Heizung und Warmwasserbereitung Stadt z.b. Niedertemperatursysteme: Optimierte Rücklaufabsenkung im Nahwärmenetz Verdichtung der Nah- / Fernwärmenutzung Regenerative Kälteversorgung als Komfortkühlung z.b. Cross-Energy-Management Stadt-Land-Ausgleich Regionaler Lastausgleich Optimierung EE-Flächenpotentiale

5 Unterschiedliche Energieprofile auf Quartiersebene Quelle: REAP Projekt, TU Delft

6 Synergien durch Restwärmenutzung und Kaskadierung Quelle: REAP Projekt, TU Delft

7 Geosolare Wärmeversorgung Kassel Zum Feldlager Niedertemperaturwärmeversorgung Geound Solarthermie als Ganzjahresversorgung Laufzeit: Auftraggeber: Städtische Werke Kassel Schwerpunkte IBP: Wärmeversorgungskonzept Gebäudekonzepte Projektpartner: Institut für dezentrale Energieversorgungssysteme (IdE) Universität Kassel Stadt Kassel WP

8 Umsetzung der Projektziele (1. Phase) Umsetzung der Projektziele Dezentrale Einheiten (Solar & Elektrisch) Niedertemperatur Nahwärme BHKW zentrale Wärmepumpe Regeneration des Bodens mit thermischen Solarsystemen Erdspeicher Source: IBP, IdE, Uniiversity of Kassel & City of Kassel

9 Verbundvorhaben Netzreaktive Gebäude Ganzheitliche Bewertung von Bauphysik und Gebäudeenergiesystemen einschließlich ihrer Rolle in der Energiewirtschaft - Energie, Exergie, Leistungsbezug u. abgabe Laufzeit: bis Auftraggeber: BMWi Schwerpunkte IBP: Stationäre Analyse der Exergieflüsse Definition von maßgebenden Bewertungsparametern, Vorschlag für die Integration von LowEx-Anlagenkonzepten in die EnEV-Bewertung Dynamische Simulation des Energieverbrauchs für repräsentative Gebäude Szenarien zur Entwicklung des Energiebedarfs im Gebäudebestand Mitentwicklung eines Gesamtsimulationsmodells eines Stadtquartiers sowie einer ganzheitlichen energetischen und exergetischen Bewertungsmethodik für große Gebäudegruppen Wissenstransfer Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE RWTH Aachen, EON ERC, Aachen

10 Erneuerbarer Strom in der Wärmenutzung Bild: Regelstrategie für Wärmepumpen, Young Jae, Yu, Fraunhofer IBP

11 Anteil von EE 45 % Verlauf der Schaltvorgänge der Wärmepumpe im Februar (konventionelle Regelung) Anteil von EE 64% Verlauf der Schaltvorgänge der Wärmepumpe im Februar (Modellbasierte prädiktive Regelung)

12 Verlauf der Raumtemperatur und der Schaltvorgänge der Wärmepumpe Geringer Anteil von Überschussstrom Überwiegender Anteil von Überschussstrom Verlauf der Raumtemperatur und der Schaltvorgänge der Wärmepumpe im Februar (oben : konventionelle Regelung, unten : modellbasierte prädiktive Regelung)

13 Fazit Synergieeffekte lassen sich häufig auf höherer Ebene erschließen Die Verknüpfung verschiedener Sektoren bietet hohe Effizienzpotentiale Im Prinzip sind alle Technologien vorhanden Energetische Transformationsprozesse erfordern jedoch integrale und sektorenübergreifende Betrachtung Für die Umsetzung fehlen zum Teil noch erprobte Verfahren und vor allem neue Vermarktungs- und Anreizsysteme

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