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Energie- und Qualitätsmanagement für nachhaltige Gebäude

Viele Städte haben ihn den vergangenen Jahren ausführliche Sanierungsmaßnahmen durchgeführt, um den Energieverbrauch der städtischen Gebäude zu reduzieren. Weil am Rhein investierte besonders stark in den Klimaschutz und hat unter anderem eine klimaneutrale Feuerwache errichtet, Heizungsnetze hydraulisch optimiert und innovative Heiz- und Lüftungstechnik in Schulen installiert. Gebäude energieeffizient zu planen oder zu sanieren garantiert jedoch noch nicht, dass beim Bau optimal gearbeitet wird und dass die Bewohner und Nutzer Energiesparpotentiale maximal ausnutzen. Der langfristige Betrieb von energieeffizienten Gebäuden ist noch wenig erforscht, obwohl neue Technologien und die Nutzer oftmals vor Herausforderungen stellen. Das Projekt der Stadt Weil setzt deshalb auf ein Energie- und Qualitätsmanagement für nachhaltige Gebäude um sicherzustellen, dass die Klimaziele aus der Planung in der Praxis auch umgesetzt werden.

Unter anderem wurden die Geothermieanlage der 2010 erbauten, klimaneutralen Feuerwache optimiert und die innovative Lüftung- und Heizsysteme verschiedener sanierter Gebäude auf ihre Nachhaltigkeit und Effizienz zu überprüft. Als Teil eines größeren Projektes der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und unterstützt von der TU Braunschweig, konnte die Stadt dabei auf ein breites Expertenwissen zurückgreifen und die Ergebnisse verschiedener Bereiche, Städte und Regionen mit den eigenen Daten vergleichen. Das Projekt veranstaltete außerdem Workshops zu Themen energetische Sanierung, Trinkwasserhygiene oder Heizsysteme und einen Webservice für alle Teilnehmer, der Defizite aufzeigte und die Suche nach Lösungen vereinfachte.

Öffentliche Präsentationen machten die Ergebnisse dem lokalem Handwerk, Ingenieuren und Energieberatern zugänglich und haben dazu beigetragen, zukünftige Energiesparmaßnahmen noch nachhaltiger zu machen. Mit dem Projekt hat die Stadt Weil, ihren Energieverbrauch nochmals um 10-15 % reduziert. Durch den vielfältigen Ansatz und die verschiedenen untersuchten Gebäudetypen und Maßnahmenkataloge diente das Qualitätsmanagement auch anderen Städten als Vorbild.

Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt

  • Die Prüfprozesse haben sich im badenova‐Projekt grundsätzlich als effektiv erwiesen. Der Einsatz von temporären und mobilen Loggern z.B. für die Ermittlung von Systemtemperaturen und Stromlastgängen hat sich bewährt. Zur vertiefenden Analyse wird empfohlen, leicht verfügbare Daten zum Betriebszustand z.B. aus Funktionsbeschreibung oder DDC bei der Analyse zum Soll‐Ist‐Vergleich heranzuziehen.
  • Als wenig effektiv hat sich in diesem Projekt die Datenquelle Gebäudeautomation erwiesen. Die Verfügbarkeit der Daten außerhalb der Gebäudeautomation und präzise Spezifikationen sollte dringend angestrebt werden, um dem Gebäudebetreiber ein effektives Betriebsmonitoring zu ermöglichen.
  • Der Nutzen des Qualitätsmanagements ist auf Grund der am Bau fehlenden Serienfertigung nur schwer empirisch zu bewerten. Projekte zur Betriebsoptimierung im Bestand zeigen jedoch Amortisationszeiten für gering‐ und nicht‐investive Maßnahmen von weniger als einem Jahr. Damit ist ein effektives Qualitätsmanagement eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen für energieoptimiertes Bauen.

Weiterführende Projekterkenntnisse finden Sie im Abschlussbericht.

Projektdaten

Projektnummer 2014-01
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Stadt Weil am Rhein
Laufzeit Mai 2014 bis März 2016
Zuschuss 26.250

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Energienetzmanagement dezentraler, wärmegeführter BHKW
Offenburg

Ein intelligentes Netz für BHKW

Wenn mehr und mehr dezentrale Wind-, Wasser- und Photovoltaikanlagen Strom ins Netz einspeisen, müssen Netzbetreiber flexibel reagieren, um Überlastungen oder Engpässe zu verhindern. So genannte demand-response Systeme nutzen dafür zu- und abschaltbare Elemente wie beispielsweise BHKWs. Für die Betreiber von BHKWs jedoch ist es am wirtschaftlichsten, wenn ihre Anlagen durchgehend laufen. In drei Teilprojekten entwickelte das Institut für Energiesystemtechnik der Hochschule Offenburg ein Energienetzmanagement, das beide Ziele vereint. Dazu erstellten sie ein Netzmanagement am Geflügelhof Zapf in Gengenbach. Dort stellte der Lebensmittelbetrieb in einem weiteren Innovationsfondprojekt seine Energieversorgung auf drei Holzvergasern um. Die Hochschule baute zunächst ein Messsystem auf, erfasste, wie viel Energie die Produktion überhaupt benötigt und modellierte mit Hilfe spezieller Software ein Netz, das flexibel auf Strom- und Wärmebedarf reagieren kann. Im Testbetrieb entstand so ein Modell, das die Wissenschaftler anschließend auf andere Kleinnetze anwenden können. Für die Stadt Offenburg erstellten die Wissenschaftler ein weiteres System, um das städtische Teilnetz aus fünf BHKWs und kommunalem Gebäudepool wirtschaftlich und ressourcenschonend zu betreiben. Über die bereits vorhandene Gebäudeautomation wurde gemessen, wie viel Energie aus BHKW und Netzstrom einfloss und bezogen auch Wetterprognosen und mögliche Speicher mit ein. Ziel war es, durch eine zentrale Steuerung die BHKWs möglichst ununterbrochen zu betreiben und ihre Energie im Netz optimal zu nutzen. Bei Bedarf könnten solche intelligenten Kleinnetze in Zukunft in größere Netzverbunde integriert werden ohne die lokalen Betreiber einzuschränken. Kombiniert mit den Ergebnissen aus den beiden anderen Teilprojekten entwickelte die Hochschule schließlich ein eigenes Stromnetz für Lehre und Forschung, mit verschiedenen Energiequellen sowie thermischen und chemischen Speichern. Die Hochschule baute so ihre Kompetenzen in der Systemanalyse aus und zeigt neue Wege auf, um Energienetze optimal zu betreiben. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Im Nachhinein muß das Projekt als sehr ambitiös eingestuft werden, konnte jedoch nach mehreren Verlängerungen erfolgreich abgeschlossen werden. Dabei wurde der notwendige Umfang den ein komplexes Energienetzmanagement fordert sehr deutlich. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere innovative Komponenten und Verfahren zum Einsatz kommen. Schritte zur Optimierung der automations- und energiemeßtechnischen Ausrüstung wurden unternommen, um Labornetze mit Schnittstellen zu versehen, die Smart Grid – Funktionen erst ermöglichen. Es zeigte sich, dass viele verfügbare Produkte langfristig nicht für den Betrieb in flexiblen Netzen geeignet sind. Den Partnern stehen nun gut ausgerüstete Reallabore zur Verfügung, um Microgrids im Sinne von Smart Grids zu vernetzen und vernetzt zu untersuchen. Mit Weiterentwicklungen bei modellbasierten Prognosen und Algorithmen wurden wichtige Schritte zur Validierung gemacht. Die Arbeit werden fortgesetzt und sind Teil aktueller Forschungsaufgaben.

Regionales Konzept zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien und zur Reduzierung der CO2-Emissionen
südlicher Oberrhein

Energieatlas - Verbrauch und Potential der Region

Seit 2008 zur Partnerschaft ‚Klimaschutz am Oberrhein’ zusammengefasst, hatten es sich die die Landkreise Ortenau, Emmendingen und Breisgau-Hochschwarzwald sowie der Stadtkreis Freiburg schon vorher zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch zu senken. Unterstützt durch die Energieagenturen aus Freiburg und Offenburg erarbeiten die Kreise des Regionalverbandes südlicher Oberrhein deshalb ein regionales Entwicklungskonzept und verwendet dieses Planungsinstrument erstmals mit Schwerpunkt auf den erneuerbaren Energien. Teil 1, der Energieatlas Region Südlicher Oberrhein, der sich auf Daten der Verwaltungen und Energieversorger stützt, beschreibt den gegenwärtigen Zustand. Er stellte fest, dass die Region pro Jahr 24.000 Gigawattstunden Energie benötigt, was in etwa 2,4 Millionen Litern Heizöl entspräche. Tatsächlich macht das Öl nur noch 28 Prozent aus während Erdgas ein gutes Drittel beansprucht. Die Industrie verbraucht knapp ein Drittel, die Privathaushalte knapp die Hälfte der Energiemenge, wobei der Atlas besonders im Immobilienbereich große Einsparpotentiale feststellt: Dort verbrauchen die Gebäude, die älter sind als die Wärmeschutzverordnung von 1984, über 80 % der Energie. Indem man die Gebäude besser dämmt oder klimafreundliche Heizoptionen einbaut lässt sich dieser Wert wesentlich reduzieren. Insgesamt kann die Region ihren Energieverbrauch halbieren, indem sie beispielsweise noch stärker Kraftwärmekopplung oder alternative Energiequellen wie Wasser oder Biomasse nutzt. Das ist das Ergebnis der langfristigen Klimaschutzstrategie, mit dem sich der zweite Teil der Studie beschäftigt. Mit der ausführlichen Studie sowie den konkreten Plänen, Energie effizienter einzusetzen und mehr erneuerbare Energiequellen zu verwenden ist der Regionalverband südlicher Oberrhein Vorbild für andere Regionen. Auf einer regionalen Ebene betrachtet, veranschaulicht das Projekt, das immense Marktpotential, das sich im Bereich klimafreundlicher Technologie für das lokale Handwerk ergibt. Mehr Informationen auf der Homepage des Projektes .

Keramische Membranen für die rückstandsminimierte Herstellung von Kalkwasser
Freiburg

Kalkwasserherstellung mit Keramikmembranen

Pro Jahr versorgt das Wasserwerk Ebnet die Freiburger mit mehr als neun Millionen Kubikmetern Trinkwasser. Das Wasser aus dem Schwarzwald ist natürlich reich an Kohlensäure und wird deshalb bisher durch Zugabe von Kalkwasser chemisch entsäuert. Beim Mischen von Kalkmilch und Rohwasser fällt jedoch ein Sediment aus ungelösten Kalkhydratteilchen an. Das Sediment gelangt in ein Absetzbecken, wo sich die Kalkteilchen weiter vom Wasser absetzen. So entstehen pro Jahr 4.700 Tonnen Abwasser und 500 Tonnen Sediment, die aufwändig entsorgt werden müssen. Zusammen mit dem Karlsruher Technologiezentrum Wasser erprobt bnNETZE als Betreiber des Wasserwerks deshalb keramische Membranen, um Kalkwasser herzustellen. Das Projekt analysierte zwei Szenarien: Das erste ergänzt die bestehende Struktur um eine Filteranlage für das Kalksegment. Die Anlage mischt das Segment erneut mit Rohwasser und filtert es anschließend durch eine Keramikmembran, so dass erneut Kalkwasser entsteht. Dabei nimmt der Anteil an Sediment kontinuierlich ab, bis schließlich ein unlöslicher Rest übrig bleibt. Im zweiten Szenario erprobten die Betreiber eine Anlage, die Kalkmilch aus Weißfeinkalk herstellt. Weißfeinkalk hat ein geringeres Volumen als das bisher verwendete Kalkhydrat, ist damit ressourcenschonender und spart Transportkosten. Auch bei dieser Anlage filtern keramische Membranen die Kalkmilch, um so trübstofffreies Kalkwasser zu erhalten. Im Laufe des Projektes ermitteln die Experten unter anderem die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Wasser- und Kalkgemische, die optimale Betriebsdauer verschiedener Filterprozesse und bei welcher Wassertemperatur die Membranen am effizientesten arbeiten. Beide Verfahren schonen die natürlichen Kalkressourcen, reduzieren die Menge an Kalksegment und Abwasser stark und verringern somit auch Transportkosten und CO2-Emissionen. Die Daten des Ebneter Projektes dienen als Grundlage, um keramische Membranen zukünftig deutschlandweit in Wasserwerken zu verwenden. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Bei der Kalkwasserherstellung führt die Vorbehandlung des Lösewassers mit Umkehrosmose und mechanischer Entsäuerung zu einem deutlich geringeren Sedimentan-fall gegenüber der derzeitigen Vorgehensweise mit unbehandeltem Rohwasser. Die Abtrennung unlöslicher Bestandteile aus dem Kalkwasser durch Mikro- oder Ultrafiltrationsmembranen erlaubt ein kompaktes Anlagendesign und einen hohen Automatisierungsgrad. Fouling wird begrenzt durch einen angepassten Flux und Spülungen mit Filtrat, teilweise unter Zugabe von Salzsäure. Das neuartige Verfahrenskonzept basiert auf Kreislaufführung und nutzt dadurch den angelieferten Kalk weitestgehend aus. Während der Pilotversuche wurde gegenüber dem derzeitigen großtechnischen Betrieb der Anfall von Sediment um 80 % und der Anfall von Abwasser um 100 % vermindert.