Das im Jahr 2017 fertiggestellte Freiburger „Rathaus im Stühlinger“ ist Europas größtes Netto-Nullenergie-Gebäude. Die Nettogrundfläche von 22.650 m2 bietet Platz für 840 Beschäftigte. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Stadt Freiburg mit dem Fraunhofer ISE, DS-Plan GmbH und der badenova zeigt die Auswertung der Daten des ersten Betriebsjahres (2018), dass das Ziel fast erreicht wurde. Die dynamischen Lastprofile von Bedarf und Erzeugung im Betrieb werden zeitlich hoch aufgelöst erfasst und hinsichtlich Eigenbedarfsdeckung und Lastflexibilisierung analysiert. Für die Energiegewinnung haben die Architekten auf Photovoltaik (PV) in der Fassade, PV und (abgedeckte) photovoltaisch-thermische (PVT-)Kollektoren auf dem Dach, Grundwasser-Wärmepumpen, Grundwasser- Wärmetauscher und Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung gesetzt. Die PVT-Kollektoren decken einen Teil des Wärmebedarfs der Kantine. Der Anteil der Gebäudeautomation an der Effizienz des Gebäudes ist schwer zu quantifizieren, denn ein Großteil der Effizienzmaßnahmen beruht auf passiven Maßnahmen: einer hochgedämmten Gebäudehülle, Niedertemperatur Heizsystemen oder der passiven Kühlung über Grundwasser. Die Stadt Freiburg setzt zur Steuerung, Erfassung und Optimierung ein Energiemanagementsystem ein. In Verbindung mit der Gebäudeautomation ist das Energiemanagementsystem zur fortlaufenden Kontrolle der Effizienzkennwerte der Einzelkomponenten wichtig, insbesondere in Hinblick auf die Effizienz der Wärmepumpen. Erst damit kann der optimale Betrieb des Gesamtsystems hergestellt und dauerhaft gewährleistet werden. Die Gebäude und Raumautomation sind regelbasiert. Die Ansteuerung der Betonkernaktivierung ist prädiktiv, zusätzlich wird auf Wetterprognosen (Vorhersage der Außentemperatur) zurückgegriffen. Gebäude mit eigener Stromerzeugung speisen nicht nur Strom in das Netz ein, sondern können ihren Strombezug zur Wärme- und Kältebereitstellung auch an die Bedürfnisse der Netze anpassen. In Zukunft können solche Gebäude daher eine netzdienliche Rolle spielen.
Im Mannheimer Hafengebiet wurde ein in den 1950er Jahren errichteter Getreidespeicher in ein Gebäude mit Gastronomieeinheiten, Büros und einem Hotel umgebaut. Der modernisierte Speicher erfüllt den Energie-Plus-Haus-Standard. Durch eine hochwärmedämmende Fassade konnte der Wärmebedarf deutlich reduziert werden. Eine Wärmepumpe nutzt über einen Grundwasserbrunnen die thermische Energie des nahe gelegenen Rheinwassers zur Erzeugung von Raumwärme und Gebäudekühlung. Der elektrische Strom für den Betrieb der Wärmepumpe wird über eine Photovoltaik-Fassade bereitgestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines kellerintegrierten Wärmespeicherkonzepts und die Erstellung einer Ökobilanz der Sanierung im Vergleich zum Neubau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof, Institut für Wasser- und Energiemanagement durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.
Das Projekt "Teilvorhaben: Umfassende Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen und juristische Ausgestaltung des Quartierskonzepts." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EWeRK - Institut für Energie- und Wettbewerbsrecht in der kommunalen Wirtschaft e.V. an der Humboldt-Universität zu Berlin, Juristische Fakultät durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ertragsoptimierung für CIGSSe aus Durchlaufofen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Spezifisch für die CIGS-Technologie soll im Verbundvorhaben eine gezielte Verbesserung der CIGS Absorberbildung mittels industrierelevanter Prozesse, sowie der Wechselwirkungen des Absorbers mit den weiteren Schichten für verbesserte Ertragsparameter im Vordergrund stehen. Weiterhin soll gezielt für CIGS Module eine verbesserte Abbildung des Ertrags in Prognose und Messung erreicht werden. Insbesondere die unmittelbare Verknüpfung der Ertragsparameter mit spezifischen Bauteileigenschaften wie z.B. Bandlückengradient, Rauheit oder Defektdichte im Bauteil wird erstmals untersucht. Der Einfluss dieser Faktoren auf den Temperaturkoeffizienten, auf das Schwachlichtverhalten, auf die Winkelabhängigkeit der Einstrahlung und auf die spektrale Empfindlichkeit wird quantifiziert. Identifizierte Absorber werden zu geeigneten Testmodulen fertiggestellt, die dann in Freifeldanlagen installiert und getestet werden, auch zur Nachstellung gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV). Als Ergebnis soll eine deutliche Verbesserung der Ertragsparameter der Solarmodule mit industriell umsetzbaren Prozessen gezeigt werden.
Das Projekt "DAS: Clever kombiniert: Klimaschutz und Klimaanpassung - Flächensynergien am Gebäude und im Quartier" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Umwelt und Energie durchgeführt. Mit der Energiewende nimmt der Druck auf die urbanen Flächen zu; neben bereits existierenden Flächenkonkurrenzen in der Stadtentwicklung muss auch die Energiewende vor Ort gestaltet werden. Somit haben die alternativen Energiequellen einen Flächenbedarf, der unter Umständen eine zunehmende Flächenkonkurrenz im urbanen Raum mit sich bringt. Beispiel dafür ist, dass die lokale Energieerzeugung auf Gebäude- oder Quartiersebene heute oftmals an oder auf der Gebäudehülle stattfindet, in Form von Anlagen für Solarthermie oder Photovoltaik. Hinzu kommen die Flächenbedarfe der Klimaanpassung, z.B. für Regenwasserversickerung oder Kaltluftbahnen für die Frischluftzufuhr. Gleichzeitig stehen Städte vor der Herausforderung, Regenwasserrückhalt in der Fläche zu optimieren, das Mikroklima im Quartier zu verbessern und Freiräume zu erweitern. Oft können in der Praxis gute Lösungen gefunden werden, es entstehen aber auch neue und verschärfte Flächenkonkurrenzen, die letztendlich clevere, abgestimmte Lösungen erfordern. Projektziel ist die Erarbeitung von intelligenten Lösungen, um die Flächenkonkurrenz zu bewältigen und Klimaschutz und -anpassung in den beanspruchten Flächen integriert zu betrachten. Über Synergien und Konkurrenz auf Gebäudeebene hinaus gilt es Ansätze zu untersuchen, die Klimaschutz und -anpassung in der Fläche integrieren. Eine Strategie zur Bewältigung der Flächenkonkurrenz kann das Prinzip der Multicodierung, also die sinnvolle Überlagerung verschiedener Funktionen und deren Verknüpfung auf den Flächen, bieten. Im Projekt 'Clever kombiniert' werden Flächensynergien am Gebäude und im Quartier identifiziert und mögliche Wege der Umsetzung des Prinzips der Multicodierung erprobt, die sowohl dem Klimaschutz als auch der Klimaanpassung dienen. Die Lösungen sollen als Grundlage für Planungsentscheidungen herangezogen werden können.
Das Projekt "SolarWAVE - Waterproof perovskite solar cells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Perovskit Solarzellen (PSC) stellen zweifellos den bedeutendsten Durchbruch in der Solartechnik seit den 1970er Jahren dar und haben in nur drei Jahren ihre Effizienz um das Fünffache gesteigert. Trotz der beeindruckenden Fortschritte bei der Effizienz der Stromumwandlung in den letzten Jahren leiden PSCs immer noch unter großen Stabilitätsproblemen (Lebensdauer kleiner als 1 Jahr), die ihre Vermarktung behindern. Die Mechanismen, die dahinter stehen, sind noch nicht vollständig geklärt, aber heute ist es nachgewiesen, dass Feuchtigkeit die Hauptursache ist. Dieses Projekt zielt darauf ab, eine neue Generation von hoch stabilen PSCs mit einer Lebensdauer von 25 Jahren zu validieren und zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem Perowskite mit Hilfe von fortgeschrittenen Konzepten und Methoden, nämlich der supramolekularen Halogenbindung, der Atomschichtabscheidung (ALD) und der kleinmolekularen Funktionalisierung, durch die Passivierung ihrer Oberfläche mit neuartigen organischen und anorganischen Materialien stabilisiert werden. Wir werden Ad-hoc-Optimierungen für ausgewählte Fallstudienanwendungen in den Bereichen IoT (Internet of Things - beispielsweise Smart Cities, Smart Industries) und Building Integrated Photovoltaics (BIPV) identifizieren und prototypisieren.
Das Projekt "Neubau einer Einfachsporthalle an der Grundschule Burgweinting - Solarfassade und Sonderbauteile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadt Regensburg durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Anlass für die vorliegende Planung war der notwendig gewordene Neubau einer Sporthalle im Stadtteil Burgweinting. Zielvorgabe für die Planungskonzeption war, neben einer ansprechenden Gebäudekonzeption auch einen energetisch optimierten Hallenstandard zu erreichen. Dabei galt es, nicht nur die vorgegebenen Werte u. a. der EnEV 2002 zu erreichen, sondern durch entsprechende Fassadenausbildung ein optimiertes Wärmeverhalten der Halle im Ganzjahresbetrieb zu erzielen. Auf den üblicherweise zusätzlich erforderlichen Sonnenschutz und auf Dachüberstände wird deshalb verzichtet. Fazit: Das architektonische Ziel wurde erreicht, eine Sporthalle zu bauen, die zu jeder Tageszeit und Witterung Blendfreiheit bei gleichzeitiger optimaler Ausleuchtung des Innenraumes garantiert. Die natürliche Belüftung mit Nachtauskühlung funktioniert sehr gut und bestätigt die Prognosen der Simulationen durch das Fraunhofer Institut. Die Einnahmen durch die selbst erzeugte Energie (Photovoltaik) sind deutlich höher als der Energieverbrauch für Heizung und Strom. Erkenntnisse aus der Analyse, welche zu einer Verbesserung des wirtschaftlichen Betriebes führen, werden direkt umgesetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben D1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Thermodynamik, Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung durchgeführt. Hintergrund und Zielsetzung: Mit der Energiewende hat sich Deutschland zum Ziel gesetzt, das gegenwärtige Energiesystem in ein weitgehend CO2-freies und auf erneuerbaren Energien basierendes System zu transformieren. Ein wirtschaftliches, umweltverträgliches, verlässliches und sozialverträgliches Energiesystem benötigt eine ganzheitliche Betrachtung auf Systemebene. ENavi sieht die Energiewende daher als einen gesamtgesellschaftlichen Transformationsprozess und verknüpft wissenschaftliche Analysen mit politisch-gesellschaftlichen Anforderungen. Was ist das Ziel des Kopernikus-Projekts? Das Projekt ENavi zielt darauf ab, - ein tieferes Verständnis des komplex vernetzten Energiesystems im Energiebereich und den damit verbundenen Bereichen wie Industrie und Konsum zu gewinnen, - Handlungsoptionen aufzuzeigen, wie die Komponenten des zukünftigen Energiesystems unter Berücksichtigung der energiepolitischen Ziele und (u. a. rechtlichen Rahmen-) und Randbedingungen systemisch integriert werden können, - so präzise wie möglich abzuschätzen, welche Folgen eine bestimmte Maßnahme kurz-, mittel- und langfristig auf das Energiesystem haben würde und schließlich - im transdisziplinären Diskurs Optionen für wirksame Maßnahmen zu generieren. Eines der zentralen Produkte des Projekts ist ein Navigationsinstrument, mit dem die Forscher die Wirkungen und Nebenwirkungen von wirtschaftlichen oder politischen Maßnahmen im Voraus abschätzen wollen. Es soll dabei helfen, die entscheidenden Fragen zu beantworten: Wie kann man dafür sorgen, dass die Energiewende die einkommensschwachen Gruppen in Deutschland nicht zu stark belastet? Mit welchen Maßnahmen kann man effektiv und effizient die Elektromobilität in Deutschland fördern? Oder: Wie können mehrere zehntausend Lieferanten von Solarstrom auf privaten Dächern sinnvoll synchronisiert werden? Die Analyse von Maßnahmen über verschiedene Modellregionen hinweg unterstützt zusätzlich das bessere Verständnis der Erfolgsfaktoren für den Umbau des Energiesystems. Beitrag zum Energiesystem: Das Projekt soll dazu beitragen, die Energiewende nachhaltig und mit größtmöglicher Akzeptanz voran zu treiben. Die potentiellen Erkenntnisse zu nachhaltigen Transformationspfaden sind von großem strategischem Interesse für die Abschätzung des Marktpotentials verschiedener Technologien. Im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung werden Stand und Perspektiven vor allem des Netzausbaus, der Speicherkapazitäten, der Nachfrageseite und der Erzeugung (zentral und dezentral) sowie die Wechselwirkungen dieser Dimensionen in den Blick genommen. Darüber hinaus liefert das Projekt auch konkrete, technische Konzepte, wie z. B. im Bereich der energiebezogenen Kommunikationsinfrastruktur (IKT), sowie rechtliche Analysen. Die Chancen der Energiewende betreffen sowohl technische Systemlösungen als auch die Entwicklung möglicher neuer Geschäftsmodelle und Dienstleistungen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Emissionsreduktion in Smart Cities mit räumlicher 3D-Erfassung und Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Geographisches Institut, Abteilung Geoinformatik durchgeführt. Erneuerbare Energien sind ein sehr wichtiger Aspekt der Vision einer Smart City. Insbesondere die Anbringung von Photovoltaikpanelen auf Gebäudedächern oder -fassaden für die Energiegewinnung und die Reduktion der Kohlendioxidemissionen sind hier zu nennen. Die Berechnung des stündlichen Solarpotenzials im Jahresverlauf stellt jedoch aufgrund komplexer und dynamischer Schatteneffekte auf Gebäudehüllen eine Herausforderung in dichten Stadtgebieten dar. Daher integriert dieses Projekt das Wissen taiwanesischer und deutscher Wissenschaftler/-innen über die detaillierte räumliche 3D-Erfassung und -analyse, über den Gebäude-Energieverbrauch und über das Stadtklima, bezieht KMUs und öffentliche Behörden mit ein und bringt gebäudeintegrierte Photovoltaik in bilateralen Workshops und durch eine Sommerschule für Promovierende voran. Ein weiterer Fortschritt wird durch die Integration meteorologischer Daten des deutschen und des taiwanesischen Wetterdienstes erreicht. Die Berücksichtigung der Gebäuderegulation für Dächer und angrenzende Gebäude, die in Deutschland und Taiwan unterschiedlich implementiert sind, ermöglicht ein realistischeres PV-Potenzial. Erstmals ist die stündliche Berechnung von Energieverbrauch und -nutzung mit sehr hoher räumlicher Auflösung möglich, um daraus Energieproduktion, Kohlenstoffdioxidreduktion und Ersatzrate abzuleiten. Bei der Betrachtung der Ersatzrate erneuerbarer Energien streben wir eine Integration eines Gebäudeenergiemodells mit saisonalen Szenarien an. Das Projekt erhöht den Erkenntnisgewinn über die Anwendung gebäudeintegrierter Photovoltaik in den sich zwischen Taiwan und Deutschland unterscheidenden Klimazonen, zugrundeliegenden Regulierungen, Stadtgeometrien und Ausprägungen. Zudem werden weitere Schritte zur Beförderung der Green Energy und Smart City Visionen initiiert. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit mit KMUs und Behörden mit der Beantragung von Horizon 2020 und DFG/MoST Projekten im Anschluss.
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