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Abgeschlossene bundesweite Projekte – DGS Berlin mittendrin

Wärmewende 2020

Entwicklung eines Demonstrators für die effiziente Wärme­versorgung aus regenerativen Energiequellen in einem Quartier in Potsdam

Projektzeitraum
2015 bis 2017

Fördermittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung

Ansprechpartner
Dr. Uwe Hartmann
E-mail: dgs@dgs-berlin.de

Die zukünftige Wärmeversorgung von Bestandsgebäuden (Wohnen, Gewerbe und Industrie) aus regenerativen Quellen in Deutschland ist eine der großen Heraus­forderungen bei der Entwicklung zur effizienten Energie­versorgung. Ziel ist, dies im Jahre 2050 zu möglichst 100% mit regenerativen Energien zu erreichen.

Die Studie „W4 – Wohnen, solare Wärme, Wärmespeicher und Wärmepumpe“ verfolgt die effiziente Wärme­versorgung aus regenerativen Energiequellen in einem Quartier in Potsdam. Kombiniert werden sollen eine solar­thermische Anlage inklusive Erdspeicher (Nieder­temperatur „e-Tank“) und Wärmepumpe. Es handelt sich um zwei Wohngebäude mit insgesamt 62 Wohneinheiten im Besitz einer kommunalen Wohnungs­bauge­sellschaft in Potsdam. Das Projekt ist eingebettet in ein vom BMBF gefoerdertes Vorhaben „Zwanzig20 – Forum Masterplan Energiewende Wärme neu gedacht“, geleitet vom GFZ Potsdam.

Der Landesverband Berlin Brandenburg e.V. der DGS hat die Studie initiiert und ist Projektkoordinator. Kooperationspartner sind die ProPotsdam GmbH als Bauherr, Prof. F. Sick von der HTW Berlin sowie die Parabel Energiesysteme GmbH in Potsdam.

Das System

Das System zur effizienten und regenerativen Wärme­versorgung arbeitet nach dem Prinzip „Verbrauch vor Speicherung“. Es besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten:

  • Solarthermische Anlage (Flachkollektoren) auf den Dächern der Gebäude.
  • Wärmepumpe mit solarer Quelltemperaturanhebung.
  • Oberflächenerdwärmespeicher („e-Tank“) als offener oszillierender Speicher zur Langfrist­speicherung auf Nieder­temperatur­niveau mit niedriger Energie­dichte. Im „e-Tank“ wird der gerade nicht benötigte Wärmeertrag aus der solar­thermischen Anlage gespeichert und bei Bedarf über die Wärmepumpe dem Heizsystem zugeführt.
  • Der dynamische Betrieb des Speichers mit niedrigen Temperaturen erhöht die Effizienz der Kollektoren, des Speichers selbst und auch die der Wärmepumpe entscheidend.
  • Eine Abluftwärmepumpe nutzt einen großen Teil der Wärme über die kontrollierte Wohnungslüftung.
  • Die Regelung, Steuerung und das Monitoring erfolgt über einen sogenannten dynamischen Energie­manager (DDC Regelung). Wärme mit niedrigen Temperaturen wird bei Bedarf über die Wärmepumpe dem Heizsystem zur Verfügung gestellt oder im „e-Tank“ gepuffert. Wärme mit hohen Temperaturen wird direkt in das Heizsystem eingespeist oder dem Puffer­speicher zugeführt. Eine externe Betriebs­führung durch Fernüber­wachung und Parametrisierung ist möglich.
Foto e-Tank
„e-Tank“ neben einem Bestandsgebäude
[Quelle: Parabel Energiesysteme GmbH]
Foto Das System
Das System zur effizienten und regenerativen Wärmeversorgung
[Quelle: Parabel Energiesysteme GmbH]

Ergebnisse

Es wurde von der HTW Berlin eine dynamische Simulation mit der Software IDAICE durchgeführt. Im Gegensatz zu einer statischen Berechnung, wie sie beispiels­weise bei der Erstellung von Nachweisen zur EnEV oder zur Ausstellung von Energie­bedarfs­ausweisen angewandt wird, berück­sichtigt die dynamische Simulation das thermische Speicher­vermögen der Gebäudemasse. Im Winter führt dies zu i.a. zu deutlich geringeren Heizlasten, was sich vorteilhaft auf die Dimensionierung und den Betrieb der Komponenten (solarthermische Anlage, „e-Tank“, Wärmepumpe) auswirkt. Die dynamische Simulation ergab eine spezifische Heizlast von 24 W/m² und einen spezifischen Heizenergie­bedarf von 26 kWh/m²a. Die Berechnung nach EnEV ergab einen Wert von 29,3 kWh/m²a. Die Gebäude werden auf KfW 55 Standard saniert.

Bei den weitergehenden Simulationen für das Gesamtsystem mit der Software Polysun wurden zunächst die folgenden Parameter zugrundegelegt:

  • Solarthermische Anlage, Aperturfläche 125 m²
  • e-Tank, Fläche ca. 500 m²
  • Abluftwärmepumpe, ca. 10 kW
  • S/W Wärmepumpe, ca. 40 kW
  • Backup Fernwärme, ca. 60 kW

Unter diesen Umständen liegt der spezifische Ertrag der Solaranlage bei etwa 533 kWh/m²a (bezogen auf die Aperturfläche), ein sehr guter Wert, der weit über den Erträgen von thermischen Solaranlagen liegt, die ohne e-Tank arbeiten.

Die Anlagenaufwandszahl beträgt 0,31. Die Jahresarbeitszahl der Abluftwärmepumpe ist 4,66, die JAZ der S/W Wärmepumpe ist 3,66.

Weitere Vorgehensweise

Der Bauherr wird bis Frühjahr 2017 entscheiden, ob das System so wie oben beschrieben umgesetzt wird. Die beiden Kriterien sind die Kosten sowie die für den e-Tank verfügbare Fläche, die sich zurzeit noch als zu klein darstellt (300 m² im Hof der Gebäude).

Das Projekt wird gefördert durch

Kooperationspartner

Logo ProPotsdam GmbH
Logo HTW Berlin
Logo Parabel Energiesysteme GmbH
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in der SolarSchule Berlin
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