Forschungsnetzwerk Energiewendebauen

Die energetische Qualität von Gebäuden und Quartieren lässt sich steigern, wenn die Schnittstellen zwischen Technik und Mensch optimiert werden. Fokus der Arbeitsgruppe sind deshalb zum einen bestehende und neu entwickelte technische Lösungen und zum anderen Akteure wie Nutzer, Entscheider, Planer und ausführenden Personen. Hemmnisse in der Umsetzung und im Betrieb energieoptimierter Gebäude und Quartiere zu beseitigen und das Potenzial der Schnittstelle Mensch-Technik für die Praxis nutzbar zu machen, ist Aufgabe von Forschung und Entwicklung. Das umfasst zum Beispiel Methoden und Instrumente, die den Wissenstransfer und damit das unterschiedliche Expertenwissen einzelner Fachdisziplinen über Zusammenhänge und Anforderungen zwischen den Projektbeteiligten unterstützt und verbessert: Mit ihnen kann ein Qualitätsmanagement über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes sichergestellt, Prozesse optimiert und die Akzeptanz von Nutzern eines Gebäudes oder Quartiers gestärkt werden, indem sie aktiv in den Prozess eingebunden werden.

Die zuständigen Ansprechpersonen werden noch benannt.

Im Quartier ist die Integration erneuerbarer Wärme zentral. Fragestellungen aus den Themenbereichen Geothermie, Solarthermie oder Bioenergie in bestehende Wärmeversorgungsstrukturen sowie deren effiziente und wirtschaftliche Integration sind Schwerpunkt dieser Arbeitsgruppe. Damit die Energiewende im Quartier gelingt, ist es wichtig systemisch zu denken und zu handeln. So gilt es zum Beispiel, neben der Bestandsaufnahme auch Prognosen zu erstellen und die vernetzte Wärme-Strom-Infrastruktur für eine nahezu CO2-neutrale Energieversorgung im Quartier im Blick zu haben.

Die zuständigen Ansprechpersonen werden noch benannt.

In einem künftigen Versorgungssystem, das auf erneuerbaren Energien basiert, können Gebäude einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Systems liefern. Die Vernetzung, Analyse und Optimierung verschiedenster Komponenten der Gebäudetechnik sind hierfür die Grundlage. Eine intelligente Mess- und Regelungstechnik und die gemessenen Monitoring-Daten geben Auskunft darüber, wie die Komponenten optimal eingesetzt und Prozesse im laufenden Betrieb optimiert werden können. Denn bei der Planung eines Gebäudes beziehungsweise Quartiers sind Nutzung und Nutzerverhalten nur bedingt bekannt. Monitoring-Konzepte mit einheitlichen Schnittstellen und definierten Subsystemen sind daher ein wichtiges Forschungsthema, um einen energieeffizienten Betrieb sicherzustellen und Lücken in der Performance von Gebäuden zu verringern.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Stefan Plesser
E-Mail: plesser@igs.bau.tu-bs.de
Website: Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS) TU Braunschweig

Gebäude werden üblicherweise über sehr lange Zeiträume genutzt. Im Hinblick auf die unterschiedlichen Aspekte der Nachhaltigkeit müssen alle Lebensphasen eines Gebäudes analysiert und in ihrem Zusammenwirken optimiert werden. Das Forschungsgebiet der Lebenszyklusbetrachtung analysiert und optimiert Materialien, Kosten und gesellschaftliche Auswirkungen mit Hinblick auf Produktions-, Rückbau- und Verwertungstechnologien. Erst die Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus kann Aufschluss über die tatsächliche Qualität eines Gebäudes geben. Lebenszyklusanalysen erfordern konsistente, belastbare und aussagekräftige Basisdaten. Sie schaffen Transparenz im Hinblick auf Ressourcen- und Energieeffizienz und  können potenzielle Rohstoffabhängigkeiten und systemische Verbesserungen aufzeigen.

Die zuständigen Ansprechpersonen werden noch benannt.

Analyse- und Planungstools berechnen, wie das Energieversorgungssystem, die Gebäudehülle oder Räume ausgelegt werden sollen. Ihre Simulationen machen Szenarien und Konzepte von Bauherren, Architekten oder Planern bewertbar und vergleichbar, sodass die vorhandenen wirtschaftlichen und energetischen Potenziale ausgeschöpft werden können. Datenschutz und Datensicherheit müssen hier beim Erfassen, Speichern, Verarbeiten und Aufbereiten jedoch berücksichtigt werden. Weiter spielt bei der Entwicklung von Planungswerkzeugen die Definition standardisierter IKT-Schnittstellen eine große Rolle. Die Integration innovativer Technologien sowie ihr Zusammenspiel im System werden in der Praxis meist von unterschiedlichen Modellen mit unterschiedlicher Komplexität und Aussagefähigkeit simuliert. Ganzheitliche Systemanalysen erfordern jedoch, die Prozesse gekoppelt zu betrachten. Generalisierbare dynamische Simulations- und Bewertungstools sind aus Forschung und Entwicklung gefragt, Open Source ermöglicht die Weiternutzung von Erkenntnissen in Folgeprojekten. In der Praxis fehlt bisher ein gemeinsamer Standard für eine gemeinsame Datenbasis für Planungstools, Simulationsmodelle, Nachweis- sowie Optimierungsverfahren.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Christoph van Treeck
E-Mail: treeck@e3d.rwth-aachen.de
Website:  RWTH Aachen

Bis zum Jahr 2050 will die Bundesregierung einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand realisieren. Um dieses Ziel zu erreichen ist es wichtig, Gebäude nicht nur als Verbraucher, sondern auch als Erzeuger von Energie wahrzunehmen. Über aktive Gebäudehüllen wie zum Beispiel solare Fassaden und Dächer kann elektrischer Strom oder Wärme aus Solarenergie gewonnen werden. Mit Nutzung der Fassade wird die Fläche für Solarenergie deutlich erweitert. Insbesondere solare und solarthermische Fassaden sind in den letzten Jahren stark weiterentwickelt worden, es besteht jedoch weiterhin Forschungsbedarf. Neben der Funktion spielt im Zusammenhang mit der Akzeptanz auch die Gestaltung der Komponenten eine wichtige Rolle.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Harald Drück
E-Mail: drueck@itw.uni-stuttgart.de
Website:  Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) Uni Stuttgart

Für energieeffiziente Gebäude müssen einzelne Komponenten weiter optimiert und verbessert werden, dabei aber auch das gesamte System und die Kosten betrachtet werden. Entwicklungsbedarf gibt es beim Umwandeln, Speichern und Verteilen von Energie. Für ein energieeffizientes und netzdienliches Gebäude ist das Koppeln unterschiedlicher Energiequellen mit Speichern und intelligenten Netzen unerlässlich. Im Wohnungsbau sind darüber hinaus neue Funktionalitäten zu integrieren, die bisher nicht bestehen oder noch nicht automatisiert sind. Je mehr Funktionalitäten in einem System integriert werden, desto wichtiger ist neben den technischen Aspekten auch die Akzeptanz und Bedienbarkeit durch die Nutzer. Für die Praxis sind auch Standardisierung, Zertifizierung und Nachweismethoden grundlegend, denn nur so kann langfristig sichergestellt werden, dass die Gebäudesystemtechnik auch dauerhaft energieeffizient und nutzerzentriert funktioniert. Wenn immer mehr Funktionalitäten, Energiequellen und Speicher zu einem Gesamtsystem zusammengeführt werden, muss sichergestellt werden, dass der Komplexitätsgrad optimal gewählt wird und das System sowohl im Bau als auch in der Praxis handhabbar ist.

Ansprechpartnerin

Dr.-Ing. Karin Rühling
E-Mail: karin.ruehling@tu-dresden.de
Website: Technische Universität Dresden

Mit dem 7. Energieforschungsprogramm hat die Bundesregierung ihre Förderung im Bereich der angewandten Energieforschung um das Format der „Reallabore der Energiewende“ ergänzt. Als Testräume für Innovation und Regulierung sollen sie den Technologie- und Innovationstransfer beschleunigen. Der Impuls für dieses Format kam aus den Forschungsnetzwerken Energie. Auch der Ideenwettbewerb „EnEff.Gebäude.2050“ ist so entstanden. Unter der gleichnamigen Förderinitiative sind 2017 zehn herausragende und innovative Konzepte mit einem Preisgeld von insgesamt 280.000 Euro prämiert worden. Sowohl in der Kategorie „Konzepte für zukunftsweisende Gebäude und Quartiere“ als auch in der Kategorie „Ideen für einen internationalen Energiewettbewerb“ hat die jeweilige Jury 5 Preisträger ausgewählt. Der Wettbewerb war die Grundlage für die deutsche Bewerbung um den Austragungsort des „Solar Decathlon Europe“ im Jahr 2021, den die Energy Endeavour Foundation im Januar 2019 nach Wuppertal vergeben hat. Weiter steht diese Arbeitsgruppe im engen Austausch mit dem Forschungsnetzwerk Start-ups.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Gunnar Grün
E-Mail: gunnar.gruen@ibp.fraunhofer.de
Website: Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

Komplexe und vernetzte Technologien sowie Gebäude und Quartiere erfordern Spezialisten in allen Bereichen. Energetische Sanierungen und die Optimierung von Gebäuden und Quartieren kann nur gelingen, wenn alle Berufsgruppen, also Handwerker, Ingenieure, Architekten und Wissenschaftler gemeinsam die optimalen Lösungen für Bau, Betrieb, Instandsetzung und Sanierung entwickeln und umsetzen. Hierfür ist es erforderlich, die Forschung, Planung, Realisierung und den Betrieb besser als bisher miteinander zu verknüpfen. Auch in der Ausbildung gibt es neue Wege, um das Ziel des gegenseitigen Verständnisses und der gewünschten Qualifizierung und Bildung weiterzuentwickeln. Interdisziplinäres Handeln und Denken sowie die Neuordnung der bestehenden Planungs- und Konzeptionsabläufe sind erste Schritte einer ganzheitlichen integralen Planung und handwerklichen Umsetzung.

Ansprechpartnerin

Prof. Katja Biek
E-Mail: biek@beuth-hochschule.de
Website: Berliner Hochschule für Technik

Mittel- bis langfristig bietet die Solarthermie ökologisch und ökonomisch die Option Ein- und Zweifamilienhäuser mit Wärme zu versorgen. Im Idealfall heizt die Anlage das Gebäude und erwärmt zusätzlich das Trinkwasser. Forschung und Entwicklung arbeiten daran, diese kombinierten Anlagen weiterzuentwickeln und die Deckungsanteile zu erhöhen. Denn in der Praxis deckt eine Solarthermieanlage den Bedarf an Heizenergie nicht vollständig, weswegen sie mit einer herkömmlichen Heizung verbunden werden muss. Erheblich höhere Erträge für das Bereitstellen von Trinkwarmwasser oder Raumwärme können Prozesswärme-Solaranlagen aufweisen. Hier sind deutlich mehr Systemvarianten möglich, weil eine hohe Zahl vielversprechender Industrieprozesse existiert. Solarwärme kann dabei zum Beispiel über industrielles Heißwasser, ein Dampfnetz oder auf Prozessebene eingespeist werden. Weiter sind intelligente und effiziente Lösungen gefragt, Solarthermie-Technologien in das Energieversorgungssystem eines Gebäudes und darüber hinaus in ein das Wärmenetz eines Quartiers zu integrieren.

Ansprechpartner

Dr. Harald Drück
E-Mail: drueck@itw.uni-stuttgart.de
Website:  Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) Uni Stuttgart

Für die Wärmewende im Gebäude- und Quartiersbereich sind nachhaltige, effiziente und wirtschaftliche Lösungsansätze gefragt. Die Geothermie als erneuerbare Energiequelle bietet bereits heute zahlreiche Lösungen bei der klimafreundlichen Bereitstellung von Wärme und Kälte an. Zukünftig gewinnt die saisonale Speicherung von Wärmeenergie, beispielsweise in Aquiferspeichern, an Bedeutung. Die Arbeitsgruppe sieht Schwerpunkte darin, innovative und integrative Ansätze zu fördern sowie Risiken und Kosten zu reduzieren. Weiter zielt die Netzwerkarbeit darauf ab, die Bekanntheit und Akzeptanz der Geothermie zu steigern und geeignete Beteiligungsformate zu entwickeln. Die Arbeitsgruppe Geothermie trägt Forschungsergebnisse zusammen und unterstützt den Transfer in die Praxis, um bis zum Jahr 2050 zu einem nahezu klimaneutralen Gebäudebestand entscheidend beizutragen.

Ansprechpartner

Dr. André Deinhardt
E-Mail: andre.deinhardt@geothermie.de
Website: Bundesverband Geothermie