Energieoptimierte Gebäude und Quartiere - dezentrale und solare Energieversorgung

Frankfurt am Main bei Nacht
© istockphoto.com/ MACIEJ NOSKOWSKI

Energiewirtschaftliche Ausgangslage

Der Gebäudebereich hat mit Blick auf die Erschließung von Effizienzpotenzialen und die Integration erneuerbarer Energien im Wärmesektor eine Schlüsselrolle im Prozess der Energiewende. Die bisher reine Verbrauchscharakteristik erfuhr in den letzten Jahren einen Wandel, da Gebäude und Städte einen wachsenden Anteil an der bedarfsnahen, dezentralen Bereitstellung von Wärme, Kälte und Strom übernehmen. Dabei gewinnt das systemische Zusammenwirken von Gebäuden, Quartieren und Energieinfrastruktur zunehmend an Bedeutung.

Forschungsnetzwerk "Energie in Gebäuden und Quartieren"

Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, hat das BMWi das Forschungsnetzwerk "Energie in Gebäuden und Quartieren" ins Leben gerufen und themenrelevante Förderbereiche darin programmatisch zusammengeführt. Wichtige Aufgaben des Forschungsnetzwerks sind Effizienz und Transparenz der Forschungsförderung zu erhöhen und den Ergebnistransfer in die Praxis zu beschleunigen. Im Mittelpunkt steht die strategische Vernetzung der Akteure: Vertreter aus Wirtschaft und Wissenschaft sowie wichtige Multiplikatoren wirken mit, um den Austausch an den Schnittstellen der Forschung zur Praxis und zur Politik zu intensivieren. Am 26. und 27. März 2015 fand die erste Jahreskonferenz des Forschungsnetzwerks mit über 200 Teilnehmern statt.

Zum Auftakt der Arbeiten im Forschungsnetzwerk startet das BMWi einen Förderaufruf (PDF: 194 KB) für die wissenschaftliche Begleitung der zahlreichen Fördermaßnahmen (ca. 500 laufende Forschungsprojekte, 70 Mio. Euro Förderbudget im Jahr). Wissenschaftliche Projektkonsortien werden damit aufgefordert, bis zum 5. Juni 2015 aussagekräftige Projektskizzen einzureichen.

Technologieentwicklung und Förderstruktur

Energieoptimiertes Bauen (EnOB) orientiert sich am Leitbild "Gebäude der Zukunft", das die Realisierung energieoptimierter, nachhaltiger, funktionaler, behaglicher und architektonisch wertvoller Gebäude zu vertretbaren Investitions- und Betriebskosten im Fokus hat. Ziel der Förderung ist die technologische Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Effizienzsteigerung im Bereich der Gebäudetechnik unter Berücksichtigung der Lebenszyklusanalyse und Ressourcenschonung. Gegenstand und Ziele der Forschungsförderung in diesem Bereich sind im Förderkonzept EnOB ausführlich dargestellt. Die Projektförderung umfasst Forschung und Entwicklung sowie Demonstration und Pilotvorhaben. 

Solarthermie kann in Verbindung mit energieeffizientem Bauen sowie in Kombination mit anderen erneuerbaren Energien beziehungsweise Effizienztechnologien einen wichtigen Beitrag für eine nachhaltige, versorgungssichere und umweltgerechte Wärme- und Kälteversorgung leisten. Entscheidende Voraussetzungen dafür sind vor allem eine weitere signifikante Kostensenkung der Solarsysteme, eine verbesserte Systemintegration sowie die nachweisliche Primärenergieeinsparung. Gegenstand der Forschungsförderung sind insbesondere die Systemtechnik der Niedertemperatur-Solarthermie zum solaren Heizen und die Gebäudeintegration einschließlich der Wärmespeicherung. Die Förderung umfasst neben Forschungsprojekten auch Pilot- und Demonstrationsanlagen auf ausgewählten Gebieten einschließlich eines wissenschaftlichen Monitoring-Projekts. 

Mit energieeffizienten Wärme- und Kältenetzen kann großes Effizienzpotenzial erschlossen werden. Berechneten Szenarien zur Folge könnte im Jahr 2050 circa 50 Prozent der benötigen Wärme über Wärmenetze bereitgestellt werden. Ziel der Förderung ist, netzgebundene Wärme- und Kälteversorgungssysteme primärenergetisch, exergetisch, wirtschaftlich und ökologisch zu verbessern. Dazu zählen sowohl Fernwärmesysteme als auch dezentrale Versorgungsstrukturen. Die Förderung ist unterteilt in die Bereiche Forschung und Entwicklung sowie Demonstration und Pilotvorhaben. 

Solarthermie bietet für die in städtischen Ballungsräumen gut ausgebauten Fernwärmenetze neue Perspektiven. Sie kann sowohl fossile Energieträger ersetzen als auch die Wirtschaftlichkeit der Fernwärme insbesondere in den Sommermonaten spürbar verbessern. Das BMWi setzt deshalb in seiner Förderung der Solarisierung von Wärmenetzen insbesondere auf die Konzeptentwicklung, Demonstration und das projektbegleitende Monitoring zur Auswertung. 

Im Schwerpunkt Energieeffiziente Stadt (EnEff:Stadt) werden innovative, lokal ausgerichtete Gesamtlösungen für mehr Energieeffizienz und zur Integration erneuerbarer Energien auf Quartiersebene gefördert. Diese Lösungen müssen zudem in eine gesamtstädtische Langzeitstrategie integriert sein. Konkret fördert das BMWi beispielhafte, kostenoptimierte Quartierskonzepte, ausgewählte Aspekte ihrer Umsetzung und die dazugehörige wissenschaftliche Evaluierung. Es ist Intention ist, die erforderlichen Transformationsprozesse in städtischen Energieversorgungsstrukturen zu beschleunigen, indem bestehende Hemmnisse bei der Realisierung von großflächigen Energieeffizienzprojekten überwunden werden. Gegenstand und Ziele der Forschungsförderung in diesem Bereich sind im Förderkonzept EnEff:Stadt ausführlich dargestellt. Auch hier umfasst die Förderung die Teilbereiche Forschung und Entwicklung sowie Demonstration und Pilotvorhaben.

Die starke Interdependenz der Forschungsbereiche Gebäude, Quartier, dezentrale und solare Energieversorgung erfordert eine inhaltliche Vernetzung und einen bereichsübergreifenden Informationsaustausch, die durch eine interdisziplinäre wissenschaftliche Begleitforschung gewährleistet wird. Sie soll neben Analysen und Querschnittsauswertungen auch den Informations- und Wissenstransfer im Rahmen des Forschungsnetzwerks unterstützen.

Strategisch wichtige Förderbereiche

Im Bereich Energieoptimiertes Bauen fördert das BMWi die Weiterentwicklung von Komponenten hocheffizienter, innovativer Technologien insbesondere für den breiten Einsatz bei energetischen Gebäudesanierungen mit dem Ziel, den Weg zur Marktdurchdringung vorzubereiten. Systemische Betrachtungen entlang des Lebenszyklus (Herstellung - Planung - Bau - Betrieb - Recycling) erfolgen unter dem Aspekt der Steigerung der Energieeffizienz und mit besonderem Fokus auf die Betriebsphase und die energetische Optimierung durch gering-investive Maßnahmen. 

In Ergänzung zu einzeltechnischen Entwicklungen ist im Gebäudebereich der Transfer von Forschungsergebnissen in Demonstrationsprojekte von besonderer Bedeutung. Neben dem Einsatz innovativer Komponenten bildet die energetische Betriebsoptimierung mittels gering-investiver Maßnahmen einen Schwerpunkt. Hinzu kommen Konzepte für netzfreundliche Gebäude im urbanen Kontext, bei denen die sinnvolle Einbindung als Energiesenke, Energiequelle oder Energiespeicher in lokalen Energieversorgungssystemen erprobt werden. Im Rahmen der Demonstrations- und Pilotvorhaben werden Typologien im Bereich Nichtwohngebäude (vor allem Hotels, Schwimmbäder, Krankenhäuser Sonderbauten, Produktionsstätten) prioritär untersucht. Ein besonderer Fokus liegt auf energieeffizienten Bildungsstätten (EnEff:Schule). 

Im Förderbereich Solarthermie werden Schwerpunkte auf die Kostendegression bei der Systemtechnik zum solaren Heizen, die Systemtechnik Niedertemperatur-Solarthermie im Gebäudebereich sowie die solare Kühlung in Konkurrenz zu stromgeführten Kühlsystemen gesetzt.

Prioritäre Forschungsthemen im Bereich "Energieeffiziente Wärme- und Kältenetze" (EnEff:Wärme) sind KWK-, Wärme- und Kälteerzeugungstechniken, Wärmetauschersysteme, Abwärmenutzung, LowEx-Systeme und -Systemkomponenten, Rohrleitungs- und Verlegetechnik, Hausübergabe und angepasste Gebäudetechnologien, Messtechniken, IKT und Smart Metering, neuartige Wärmeträgermedien, neuartige Netze, Strukturen und Betriebsweisen, Simulation und Planungshilfsmittel sowie die Gesamtsystemoptimierung. Im Rahmen von Demonstrationsprojekten werden hochinnovative und beispielhafte Systeme unter Einbeziehung der zu versorgenden Gebäude gefördert. Die Umsetzung kann sowohl neuartige Energienetze als auch exergetische Verbesserung bestehender Systeme adressieren. Letztere sollen dazu beitragen, die Fernwärmeversorgung in Bestandsgebiete und Gebiete mit niedriger Wärmedichte auszuweiten. Die Förderung erstreckt sich auf eine Unterstützung von innovativen Planungskonzepten und Komponenten, sowie auf anschließende Messprogramme mit Betriebsoptimierung. 

In seiner Förderung der Solarisierung von Wärmenetzen setzt das BMWi thematische Schwerpunkte auf die Entwicklung von Systemkonzepten zu Netzhydraulik, Einbindung, Berechnungsgrundlagen und Ertragssicherung für Netze in hochverdichteten städtischen Siedlungen sowie die Entwicklung standardisierter dezentraler solarer Einspeisestationen und zur Regelung und Verschaltung von Kollektorfeldern für konstante Austrittstemperaturen. Dies schließt auch Entwicklung und Demonstration von "kalten" Wärmenetzen (30 bis 50 °C) mit Nacherwärmung über Wärmepumpen im Gebäude und von solaren Wärmenetzen im ländlichen Raum in Kombination mit anderen Wärmequellen ein. 

Die Forschung für die Energieeffiziente Stadt (EnEff:Stadt) konzentriert sich auf die Entwicklung und Erprobung von ganzheitlichen Planungs- und Optimierungsmethoden sowie integralen Planungshilfsmitteln für Stadtquartiere. Dazu gehören die Abbildung der realen Situation und die Bilanzierung der Energiebedarfe unter energetischer und ökonomischer Betrachtung, sowie die Simulation verschiedener Entscheidungspfade. Im Fokus liegen die Optimierung des Gesamtsystems und die Akzeptanz bei Anwendern. Bei Demonstrations- und Pilotprojekten wird ein Systemischer Ansatz zur energetischen Optimierung auf Quartiersebene verfolgt. Dazu gehören insbesondere auch der Transfer von Forschungs- und Entwicklungsergebnissen sowie die Erprobung neu entwickelter Technologien und Planungshilfsmittel. Auf der Grundlage eines unbefristeten Memorandum of Understanding zur Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Forschung, Entwicklung und Demonstration von intelligenten, energieeffizienten Städten der Zukunft in Deutschland, Österreich und der Schweiz sind länderübergreifende (D-A-CH)-Forschungskooperationen möglich. Diese werden - sofern sie die nationalen Förderrichtlinien erfüllen - prioritär behandelt.

Das BMWi unterstützt die Entwicklung einer europäischen Energie-Olympiade und fördert nationale Beiträge zur Teilnahme und Absicherung des europäischen Wettbewerbsformats "Solar Decathlon Europe".

Beispielprojekte

Beispielprojekte finden sich auf dem Internetportal der Forschungsinitiative "EnOB: Forschung für Energieoptimiertes Bauen".

Beispielprojekte finden sich auf dem Internetportal der Forschungsinitiativen "EnEff:Stadt" und "EnEff:Wärme".

weitere Informationen zum Thema