Das war das Fachforum Strom & Wärme im Mai 2024

Maximilian Engel vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg gab in seinem Vortrag einen Einblick in mögliche Fehler „des Superstars der Energiewende“, der Photovoltaik. Hierbei er betont er, dass die meisten Anlagen ohne Fehler und Probleme funktionieren, 40 Jahre und mehr halten und sich innerhalb von etwa einem Jahr energetisch amortisieren.

Wenn doch Mängel auftreten, so betrifft die meist die Rückseitenfolien von Modulen „der ersten Ausbauwelle“, welche mit einer AAA-Folie ausgeführt wurden. Durch Risse entstehen hier Isolationsfehler, wodurch die Wechselrichter eine Sicherheitsabschaltung durchführen, was zur Folge hat, dass auch schon ein einziges defektes Modul eine ganze Anlage zum Stillstand bringen kann. Hier arbeitet die Forschung daran, wie diese Folien durch Beschichten und Überkleben repariert werden können, ohne dass die Module bereits dem Recycling zugeführt werden müssen. Erste Erfolge konnten hier schon erzielt werden.

 Wärmepumpen in Mehrgeschoßern war das Vortragsthema von Arne Kähler vom Techem Research Institute on Sustainability. Eine Auswertung von 1,44 Millionen (!) Nutzeinheiten zeigte, dass die CO₂-Emissionen der Gebäude noch etwa 60% über den zulässigen Werten liegen, wie sie zum Erreichen der Ziele im Jahr 2030 notwendig sind. Die Auswertung brachte auch zu Tage, dass von 2020 bis 2022 der Verbrauch klimabereinigt um 8% gesunken ist, was sich vor allem durch ein bewussteres und besseres Nutzerverhalten auf Grund gestiegener Energiepreis begründen lässt. Mit Blick auf die Wärmepumpen stachen zwei Kennzahlen besonders heraus: zum einen, dass von den vorhandenen Wärmepumpen 70% gut bis sehr gut betrieben werden und somit respektable Arbeitszahlen erreichen.

Im Umkehrschluss bedeutet dies aber auch, dass bei 30% der Anlagen deutliches Verbesserungspotential, vor allem auch durch eine gute, gegebenenfalls KI-unterstütze Betriebsführung vorhanden ist. Die andere Kennzahl zeigt, dass etwas 50% der untersuchten Gebäude auch ohne Adaptionen an der Gebäudehülle bzw. des Verteilsystems grundsätzlich für den Einsatz von Wärmepumpen geeignet sind. Mit Austausch von bestehenden Heizkörpern sind es sogar rund 90%.

Richard Büchele vom Energieinstitut Vorarlberg gab einen Einblick in die historische Entwicklung von Wärmenetzen und ging anschließend auf die aktuellen Entwicklungen in Vorarlberg ein. Grundsätzlich können die Wärmenetze in vier Generationen eingeteilt werden (beginnend um 1880), wobei die meisten heutigen Netze der dritten Generation (ab ca. 1980) zugeordnet werden können. Diese zeichnen sich zum einen durch gedämmte Leitungen und auch die teilweise Nutzung von Abwärmepotentialen aus. Die Lage in Vorarlberg stellt sich so dar, dass es rund 50 größere Netze gibt, welche auf ca. 200 zusammenhängende Potientialgebiete treffen, die grundsätzlich mit Fernwärme sinnvoll versorgbar sind (und teilweise auch schon versorgt werden). Rund 50% des Gebäudewärmebedarf wäre grundsätzlich über Wärmenetze versorgbar.

Die Vorstellung der energetischen Nutzung von Bodenseewasser in unterschiedlichsten Netzkonfigurationen und –varianten zeigte, dass es gerade für die Gemeinden, welche am Ufer liegen (allen voran Bregenz, Hard und Lochau) beträchtliche Potentiale gibt. Der Ausbau neuer Fernwärme –unabhängig von der Wärmequelle- soll immer mit einer Planung und Realisierung von zukunftsfitten Rohrnetzen sowie einer Zonierung von Fernwärme-Vorranggebieten einhergehen.

Die Auslegung von Wärmepumpen über die Verbrauchsdaten waren die Inhalte des Vortrags von Katharina Gebhardt. Sie stellte das kostenfreie Rechentool vor, mit welchem auf Basis von monatlichen Verbrauchsdaten eine schnelle, aber sehr genau Auslegung von Wärmepumpensystemen erfolgen kann und auch die Frage beantwortet wird, ob das Gebäude überhaupt für eine Wärmepumpe geeignet ist (das Tool inkl. der zugehörigen Erläuterungen können unter dem folgenden Link heruntergeladen werden: http://www.delta-q.de/energie/eav-verbrauch/ ). Im Gegensatz zur Punktbetrachtung, welche die „klassische“ Heizlastberechnung vornimmt, wird in dem Rechentool eine Verlaufsbetrachtung durchgeführt und auch die internen und externen Gewinne berücksichtigt, wodurch auch eine kleinere Dimensionierung der Heizanlage möglich ist.

Fabian Ochs von der Universität Innsbruck stellte die Sanierung mit Wärmepumpen im Geschoßwohnbau vor, welche im Rahmen des Projekts „PhaseOut“ an sieben nahezu identischen Gebäuden erforscht wird. Hierbei werden unterschiedlichste Ausprägungen von Wärmepumpenanlagen, von zentralen über semi-zentrale bis hin zu gemischten Zentral- und Dezentralanlagen untersucht und letztendlich auch umgesetzt. Ziel ist hierbei ein „minimalinvasiver“ Eingriff in das Gebäude, so dass der Tausch der Heizungsanlage im bewohnten Zustand und mit möglichst wenig Beeinträchtigung für die Bewohnerinnen und Bewohner erfolgen kann.

Für schnelle, und möglicherweise in Zukunft auch kostengünstigen Sanierungen mit Heizungstausch, wird auch eine Variante untersucht, bei welcher in vorgefertigten Holz-Ständer-Fassadenelementen bereits eine Außeneinheit einer Wärmepumpe integriert ist. Ein Vorteil kleinerer Wärmepumpen ist es, dass diese –wie eine Auswertung der GET-Datenbank zeigt- durchwegs leiser sind, als das große Luft-Wärmepumpen sind. Daher ist eine hohe Effizienz von Gebäuden auch ein relevanter Faktor wenn es um die Schallemissionen von Luft-Wärmepumpen geht. Ziel des Projekts sollen am Ende Planungstools und Dimensionierungsrichtlinien sein.

100 Projekte von gasbetriebenen Heizungssystemen auf nachhaltige Alternativen umzustellen und dies zu begleiten und zu dokumentieren, ist der Inhalt des Projekts der Stadt Wien, welches Stefan Sattler von der Energieplanung der Bundeshauptstadt vorstellte. Schon heute ist ein verändertes Klima spürbar und daher hat die Stadt Wien einen Klimafahrplan erstellt, welcher die Leitschnur für das genannte Projekt bildet. Gerade in Wien spielt die Gas-Etagenheizung eine große Rolle, was wiederum eine Herausforderung beim Wechsel des Heizsystems darstellt, da nicht immer die Gebäude saniert oder aber eine Niedertemperatur-Heizung eingebaut werden kann, was aber wiederum die Effizienz einer möglichen Wärmepumpenlösung erhöhen würde.

Gemäß dem Motto „Tue Gutes und rede darüber“ sollen bis Ende 2025 einhundert Projekt publiziert sein; aktuell sind es rund 40 Stück. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Mehrwohnungshäuser, welche keine Anschlussmöglichkeit an Fernwärme haben und deren Sanierungen und Heizungstausch möglichst auch auf andere Gebäude übertragbar sind. Die größte Schwierigkeit liegt bei der Umsetzung in der Regel nicht bei der technischen Lösung, sondern bei der Zustimmung und Überzeugung der Wohnungseigentumsgemeinschaften.

Thomas Hartmann vom Institut für technische Gebäudeausrüstung ging in seinem Vortrag auf Luft-Luft-Wärmepumpen ein. Nach einer Darstellung der Definition sowie der verschiedenen Verschaltungsweisen fokussierte er sich auf die Geräte, welche der Ab- oder Fortluft  einer Lüftungsanlage Energie entziehen und damit die Heizung, die Warmwasserbereitung und teilweise auch die Kühlung bewerkstelligen. Daher sprach er hierbei auch von „4-in-1-Geräten“. Auch wenn diese Gerätetypen vielleicht nicht groß in Erscheinung treten, so sind diese gemäß einer Auswertung von mehreren tausend Gebäuden mit einem Anteil von 23% auf Platz 1 der Heizungssysteme bei sehr effizienten Neubauten.

Aufgrund der vergleichsweise geringen Heizleistung der Geräte sowie der begrenzten Möglichkeit Energie über die Luft ohne Staubverschwelung zu transportieren, spielt die energieeffiziente Gebäudehülle eine ganz maßgebliche Rolle. Beim energieeffizienten Betrieb dieser Anlagen sieht Thomas Hartmann ein großes Potential bei künstlicher Intelligenz, um eine möglichst gute Jahresarbeitszahl zu erreichen. Diese bestmöglich im Vorhinein vorauszusagen, ist eine der Forschungstätigkeiten im Rahmen des vorgestellten Projekt EKRAFt.

Das nächste Fachforum Strom & Wärme findet am 19. November 2024 online statt. Details und Anmeldung hier.