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Digitale Wege für kommunale Klimaanpassung und Klimaschutz

<p> <p>Naturbasierte Lösungen unterstützen sowohl den Klimaschutz als auch die Klimaanpassung. Digitale Technologien können Kommunen helfen, entsprechende Maßnahmen gezielter zu planen, umzusetzen und zu überwachen. Ein Forschungsprojekt im Auftrag des BMUKN hat zentrale Herausforderungen und Potenziale untersucht und praxisnahe Lösungsansätze erarbeitet.</p> </p><p>Naturbasierte Lösungen unterstützen sowohl den Klimaschutz als auch die Klimaanpassung. Digitale Technologien können Kommunen helfen, entsprechende Maßnahmen gezielter zu planen, umzusetzen und zu überwachen. Ein Forschungsprojekt im Auftrag des BMUKN hat zentrale Herausforderungen und Potenziale untersucht und praxisnahe Lösungsansätze erarbeitet.</p><p> <p>Extreme Hitze, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/starkregen">Starkregen</a> und Überschwemmungen: Die Auswirkungen der Klimakrise sind in Städten und Gemeinden bereits deutlich spürbar (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a> 2024). Naturbasierte Lösungen bieten hier einen doppelten Nutzen: Einerseits tragen sie dazu bei, Treibhausgase zu mindern und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/biodiversitaet">Biodiversität</a> zu schützen, andererseits spielen sie eine zentrale Rolle für die Klimaanpassung, etwa durch Minderung von Überflutungsrisiken und Abkühlung. In Städten und Kommunen umfassen sie vier zentrale Themenfelder:</p> <ol> <li><strong>Grünflächenmanagement</strong>: Naturnahe Gestaltung und Pflege urbaner Grünräume sowie Pflanzung von Stadtbäumen zur Verbesserung des Wasserrückhaltes und der Kühlung.</li> <li><strong>Regenwasserbewirtschaftung</strong>: Maßnahmen zur Speicherung, Nutzung und Versickerung von Regenwasser, u. a. zur Reduzierung von Hochwasserrisiken.</li> <li><strong>Gebäudebegrünung</strong>: Dach- und Fassadenbegrünungen als Beitrag zur Verdunstungskühlung und zur Reduzierung der Wasserableitung.</li> <li><strong><a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/biotop">Biotop</a>- und Flächenaufwertung</strong>: Schutz und Renaturierung von Feuchtgebieten, Mooren und anderen Ökosystemen, u. a. zur Rückgewinnung natürlicher Überschwemmungsbereiche und zur Steigerung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/resilienz">Resilienz</a> der Ökosysteme.</li> </ol> <p>Gerade auf kommunaler Ebene besteht ein großes Potenzial, naturbasierte Maßnahmen umzusetzen (s. auch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimafolgen-anpassung/anpassung-an-den-klimawandel/anpassung-auf-kommunaler-ebene/naturbasierte-klimaanpassung-in-kommunen#typen-naturbasierter-losungen-fur-die-stadtische-klimaanpassung">Themenseiten des Umweltbundesamtes zur naturbasierten Klimaanpassung in Kommunen</a>). Digitale Technologien können dabei helfen, diese Maßnahmen gezielter zu planen, effizienter umzusetzen, wirkungsvoller zu überwachen und zum Teil auch autonom zu betreuen. Doch werden diese Chancen oft noch zu wenig genutzt.</p> <p>Aus diesem Grund initiierte das Bundesumweltministerium (BMUKN) das Forschungsprojekt „<a href="https://www.ioew.de/projekt/digitale_technologien_fuer_natuerlichen_klimaschutz_in_kommunen_dinakom">Digitale Technologien für den natürlichen Klimaschutz in Kommunen (DiNaKom)</a>“. Dessen Ziel war es, die Potenziale digitaler Technologien für die Planung und Umsetzung naturnaher Klimaschutzmaßnahmen auf kommunaler Ebene systematisch zu analysieren, die Herausforderungen zu erheben und Lösungen zu entwickeln (Johnson et al. 2025). Das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH und Net Positive Cities GmbH haben hierfür zahlreiche Interviews geführt und Workshops veranstaltet.</p> <p><strong>Digitale Werkzeuge in der Praxis – Fallbeispiele aus Kommunen</strong></p> <p>Ob Biotopvernetzung, smarte Bewässerung oder klimafreundliche Stadtplanung – digitale Technologien eröffnen vielfältige Möglichkeiten, um naturbasierte Maßnahmen in Kommunen gezielter und effizienter umzusetzen. Von künstlicher Intelligenz (KI) und digitalen Zwillingen bis hin zu 3D-Stadtklimamodellen – die digitalen Werkzeuge sind vielfältig. Aus den analysierten Potenzialen der DiNaKom-Studie lassen sich konkrete Anwendungsbeispiele erkennen, wie diese Potenziale bereits heute in der Praxis genutzt werden.</p> <p><strong>Biotope</strong> bieten sowohl ökologisch – durch die Förderung der Biodiversität und der Temperaturregulation – als auch gesellschaftlich – durch Gesundheitsförderung und Erholung – einen großen Mehrwert. Ihre Integration in die Landschafts- und Stadtplanung ist daher ein zentraler Baustein für nachhaltiges und klimaresilientes Handeln. Ein digitales Beispiel für die Vernetzung von Biotopen ist die Software Marxan. Sie wird international in der systematischen Naturschutzplanung eingesetzt. Konkret unterstützt sie Fachplan*innen dabei, <strong>optimale Flächenkombinationen für Biotopverbünde </strong>zu identifizieren, und betrachtet dabei sowohl ökologische Kriterien als auch wirtschaftliche Faktoren. In Bayern wird das Tool vom <a href="https://www.lfu.bayern.de/natur/bayaz/biotopverbund/konzept_aufbau/index.htm">Bayerischen Artenschutzzentrum</a> genutzt, um Biodiversitätsberater*innen eine datenbasierte Planungsgrundlage zur Verfügung zu stellen.</p> <p>Auch bei der <strong>urbanen Grünflächenpflege</strong> leisten digitale Anwendungen einen wichtigen Beitrag. Umweltüberwachungssysteme können etwa Hinweise zum Wasserbedarf und Gesundheitszustand von Bäumen geben. Für letzteren Anwendungsfall können Sensoren, Drohnen oder „LiDAR tree maps“, also 3D-Punktwolken und Satellitendaten, genutzt werden. So kann die Anwendung <a href="https://www.geodesy.tu-darmstadt.de/fernerkundung/forschung_fub/forschungsthemen_fub/forsens.de.jsp">ForSens</a>, die in einem Verbundprojekt der Karuna Technology UG und der TU Darmstadt entwickelt wird, mithilfe von Sentinel-2-Satellitendaten Vitalitätsverluste bei Stadtbäumen mit bis zu 16 Monaten im Voraus identifizieren. So können Grünflächenämter gezielt handeln und Pflegeeinsätze besser planen. Auch verhindert diese vorausschauende Analyse Sicherheitsrisiken, die durch Baumsturz entstehen.</p> <p>Stadtbäume spielen eine sehr relevante Rolle bei der Kühlung von Städten. Gleichzeitig leiden Sie unter der zunehmenden Hitze und Trockenheit. Aus diesem Grund beschäftige sich das Berliner Projekt <a href="https://www.qtrees.ai/en/">Q-Trees</a> mit dem <strong>Wasserbedarf</strong> von Bäumen. Die daraus entstandenen Anwendungen informieren über die Vitalität und den Wasserbedarf der Stadtbäume. Auf diese Weise soll für den Baumerhalt sensibilisiert werden. Die im Projekt entstandene Open-Source-App für Bürger*innen und das Expert*innen-Dashboard enthalten eine auf MapTiler und OpenStreetMap basierende Karte. Sie ist mit dem städtischen Baumkataster verknüpft, das 800.000 Bäume mit Angaben zu Art, Alter, Größe, Kronendurchmesser und Stammumfang enthält. Angereichert wird die Karte mit Umgebungsparametern und Echtzeitdaten wie Wetterdaten und Feuchtigkeitssensoren, die mit einigen Bäumen verbunden sind. Ein KI-basiertes Vorhersagemodell nutzt diese Daten und kann damit die aktuelle Saugspannung aller sich im unmittelbaren Umfeld befindlichen Straßenbäume berechnen und für 14 Tage vorhersagen – also auch für Bäume, die ohne Sensor ausgestattet sind.</p> <p>Gebäude sind wesentliche Wärmespeicher und fördern damit die Bildung von Hitzeinseln in urbanen Räumen. <strong>Gebäude- und Dachbegrünung</strong> können dem entgegenwirken. Dachkatasterdaten können identifizieren, wo eine Dachbegrünung realisierbar ist. Darauf aufbauend können Building Information Models (BIM) helfen, die Begrünung mit einem geringen Ressourcenaufwand zu planen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Statik des Gebäudes mit der Begrünung kompatibel ist. Die Digitalisierung kann auch die Pflege der Dach- und Fassadenflächen erleichtern, indem die Bewässerung autonom erfolgt, also auf der Grundlage von Echtzeitdaten wie <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wetter">Wetter</a>- und Feuchtigkeitsdaten ähnlich dem QTree-Projekt. Auch können Kamera-Systeme die Biodiversität an den Flächen beobachten und so den biologischen Mehrwert der Pflanzungen überprüfen. &nbsp;</p> <p>Besonders im <strong>Wassersektor</strong> zeigen sich vielfältige Möglichkeiten, wie digitale Technologien naturbasierte Lösungen stärken können; einige Beispiele beleuchten Real Perdomo et al. (2025) genauer. Beispielhaft für ganzheitliche Anwendungen sind die Lösungen der Firma RX-Watertec. Das gleichnamige System erfasst Echtzeit-Füllstandinformationen aus Zisternen, Baumsensorik und Wetterdaten. Damit evaluiert es live, ob Bäume autonom bewässert werden sollten oder aufgrund eines vorausgesagten Regens keine Beregnung nötig ist sowie ob die Zisternen wegen einer Starkregenvorhersage geleert werden sollen, um Schäden zu reduzieren. Die Digitalisierung der Regenwasserbewirtschaftung ermöglicht es auch, Wartungen bedarfsgerecht und somit ressourcenschonender und kostengünstiger durchzuführen.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/12326/bilder/wassermanagement_in_kommunen_planen_und_umsetzen_1545x775.png"> </a> <strong> Wassermanagement in Kommunen planen und umsetzen </strong> Quelle: RX-Watertec </p><p> <p><strong>Hürden in der Umsetzung</strong></p> <p>Für die erfolgreiche Planung und Umsetzung von naturbasierten Maßnahmen spielt eine Vielzahl von Akteuren eine entscheidende Rolle, darunter kommunale Grünflächenämter, Infrastrukturbetreiber und Stadtwerke. Mit diesen und weiteren kommunalen Akteuren sowie Technologieanbietern hat das Projektteam über qualitative Interviews Herausforderungen bei der Einführung digitaler Technologien für naturbasierte Lösungen erhoben.</p> <p>Die Interviews liefern vertiefte Einblicke in strukturelle, organisatorische und technische Herausforderungen. So fällt auf, dass es in Kommunen häufig an personellen Ressourcen fehlt. Der Fachkräftemangel erschwert die Personalsuche und somit die mittelfristige Abhilfe. Auch fehlt das Wissen zu geeigneten digitalen Werkzeugen und zu deren Anwendungsmöglichkeiten. Ein zentrales Hemmnis sind langwierige und aufwändige Vergabeprozesse, insbesondere bei innovationsorientierten Vorhaben. Fachabteilungen wünschen sich oft agile Umsetzungspartner wie Start-ups, doch die hohe Risikoaversion in Vergabestellen und der hohe Aufwand bei größeren Vergabesummen bremsen Tempo und Innovationsbereitschaft erheblich.</p> <p>Darüber hinaus zeigt sich in der Praxis, dass strukturelle Hürden die Umsetzung naturbasierter Lösungen erschweren. Dazu zählen unklare Zuständigkeiten und fehlende Koordinationsstrukturen zwischen Verwaltungsbereichen wie Tiefbau-, Umwelt- und Grünflächenämtern. Naturbasierte Maßnahmen greifen häufig in bestehende Zuständigkeitslogiken ein – insbesondere, wenn sie mehrere Sektoren gleichzeitig betreffen. So kann beispielsweise die dezentrale Versickerung von Regenwasser und dessen Nutzung zur Bewässerung von Stadtgrün zu Unklarheiten führen: Abwasserbetriebe sind traditionell auf die Ableitung von Regenwasser ausgerichtet und betrachten Bewässerungsfragen nicht als ihren Zuständigkeitsbereich. Gleichzeitig ist auf kommunaler Ebene oft nicht geregelt, wer die Planung, Finanzierung und Unterhaltung solcher fachübergreifenden Lösungen übernehmen soll. Dies verdeutlicht, dass nicht nur technische, sondern auch institutionelle Anpassungen notwendig sind, um naturbasierte Lösungen in der Breite zu verankern.</p> <p>Der zur Überwindung dieser Herausforderungen nötige Kulturwandel schreitet nach dem Eindruck der Interviewpartner*innen nur sehr langsam voran. Die zögerliche Digitalisierung und das weiterhin fehlende systemische – und somit fachabteilungsübergreifende – Denken wurde als eine der größten Hemmschwellen identifiziert. Diesbezüglich schafft das Forschungsprojekt „<a href="https://www.ufz.de/bluegreencitycoaching/index.php?de=52207">Blue Green City Coaching (BGCC)</a>“ Abhilfe: Eine Coaching-Toolbox bietet Stadtakteuren Instrumente und praxisnahe Hilfestellungen, um lokalspezifische Herausforderungen zu überwinden und ins Handeln zu kommen.</p> <p><strong>Ausblick: Lösungswege zur Gestaltung der digitalen Zukunft</strong></p> <p>Auf Basis von weiterführenden Interviews wurden Handlungsempfehlungen und Unterstützungsangebote entwickelt. Notwendig sind:</p> <ul> <li><strong>Standardisierung und offene Schnittstellen</strong>, um Technologien besser skalieren zu können.</li> <li><strong>Förderprogramme</strong>, die nicht nur Technik, sondern auch Strukturen und Qualifizierung unterstützen.</li> <li><strong>Dialogformate</strong> zur Beteiligung von Fachkräften, Bevölkerung und Technologieanbietern.</li> <li><strong>Fachämterübergreifende Zusammenarbeit, </strong>um die Potenziale der digitalen Technologien entfalten zu lassen.</li> <li><strong>Weiterbildungsangebote </strong>zur Unterstützung der digitalen Kompetenzen.</li> <li><strong>Langfristige Visionen</strong>, wie sie z.&nbsp;B. im Projekt <a href="https://www.siemens.com/de/de/branchen/wasser/blue2035.html">Blue2035</a> entwickelt wurden – etwa ein modularer Marktplatz für digitale Wasserlösungen in einem offenen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/oekosystem">Ökosystem</a>.</li> </ul> <p><strong>Fazit</strong></p> <p>Digitale Technologien können einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, Städte und Gemeinden mithilfe naturbasierter Lösungen klimaresilient und zukunftsfähig zu machen – vorausgesetzt, sie werden zielgerichtet, kooperativ und vorausschauend eingesetzt. Die vom Bundesumweltministerium geförderte Studie zeigt, wie dies gelingen kann.</p> <p><strong>&nbsp;</strong></p> <p><em>Autor*innen: Dr. Maria Real Perdomo (Net Positive Cities), Dr. Daniel Johnson und Dr. Alexandra Dehnhardt (Institut für ökologische Wirtschaftsforschung, IÖW)</em></p> <p><em>Den vollständigen Bericht des Projekts finden Sie <a href="https://www.ioew.de/fileadmin/user_upload/DOKUMENTE/Publikationen/Schriftenreihe/IOEW_SR_230_DiNaKom.pdf">hier</a>.</em></p> <p><em>Dieser Artikel wurde als Schwerpunktartikel im Newsletter ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klimafolgen">Klimafolgen</a>⁠ und Anpassung Nr. 97 veröffentlicht. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/newsletter">Hier</a>&nbsp;können Sie den Newsletter abonnieren.</em></p> <p>&nbsp;</p> <p><strong>Quellen: </strong></p> <p>Johnson, D., Schmelzle, F., Real Perdomo, M., Bergset, L., Rösch, E., &amp; Rohde, F. (2025). Digitale Technologien für natürlichen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klimaschutz">Klimaschutz</a> in Kommunen – Lösungen um Austausch, Koordination und Management zu verbessern. In: Schriftenreihe des IÖW 230/25, ISBN 978-3-940920-36-2. <a href="http://www.ioew.de/fileadmin/user_upload/DOKUMENTE/Publikationen/Schriftenreihe/IOEW_SR_230_DiNaKom.pdf">www.ioew.de/fileadmin/user_upload/DOKUMENTE/Publikationen/Schriftenreihe/IOEW_SR_230_DiNaKom.pdf</a></p> <p>Real Perdomo, M., Johnson, D. &amp; Dehnhardt, A. (2025). Technologien für den natürlichen Klimaschutz im Wassersektor. In: wwt Wasserwirtschaft Wassertechnik, Ausgabe 5/2025, S. 23–27. DOI: 10.51202/1438-5716-2025-5-023</p> <p>Umweltbundesamt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a>) (2024). Kommunalbefragung Klimaanpassung 2023. Climate Change 34/2024. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/11850/publikationen/34_2024_cc_kommunalbefragung.pdf">https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/11850/publikationen/34_2024_cc_kommunalbefragung.pdf</a></p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Erneuerbare Wärme

Umweltwärme und Wärmepumpen Abwärme Solarthermie Photovoltaisch-Thermische (PVT) Module Oberflächennahe Geothermie Eisspeicher Biomasse Biogas / Bio-Methan Die neuen Generationen von Wärmenetzen ermöglichen es, Wärme aus der Umgebung für die Versorgung von Gebäuden nutzbar zu machen, die für konventionelle Wärmenetze der älteren Generationen nicht erschlossen werden konnte. Schlüsseltechnologie, um diese Wärmequellen zu nutzen, ist die Wärmepumpe. Das grundlegende Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ähnelt einem Kühlschrank, nur, dass der thermodynamische Kreisprozess in die umgekehrte Richtung läuft. Während im Kühlschrank die Wärme aus dem Inneren abgeführt und an die Umgebung übertragen wird, entzieht die Wärmepumpe einer Wärmequelle Energie und hebt diese, angetrieben meist durch Elektrizität, auf ein höheres Temperaturniveau, sodass sie zum Heizen genutzt werden kann. Die Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert und einen thermodynamischen Kreisprozess durchläuft. Die wesentlichen Komponenten einer Wärmepumpe sind Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drosselventil. Der Verdampfer ist ein Wärmeübertrager, in dem die Wärme der externen Wärmequelle an das Kältemittel in der Wärmepumpe übergeht, wodurch dieses verdampft. Durch den Verdichter wird der Druck des nun gasförmigen Kältemittels erhöht. Dadurch kommt es auch zu einer Erhöhung der Temperatur des Kältemittels. Diese muss oberhalb der zu erreichenden Heiztemperatur liegen, damit es im Kondensator, einem weiteren Wärmeübertrager, zur Abgabe der Wärme an das Heizwasser kommt. Durch die Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel im Kondensator und liegt wieder flüssig vor. Der Kondensator wird daher auch oft als Verflüssiger bezeichnet. Das Drosselventil reduziert den Druck des Kältemittels, wodurch die Temperatur weiter abfällt und der Kreisprozess mit Wiedereintritt in den Verdampfer von vorn beginnen kann. Zu den möglichen Wärmequellen zählen unter anderem Außenluft, Oberflächengewässer und Grundwasser sowie die oberen Schichten des Erdreichs (oberflächennahe Geothermie). Entsprechend kommen folgende Wärmepumpen-Typen zum Einsatz: Luft-Wasser-WP; Außenluft oder Abluft einer technischen Anlage Sole-Wasser-WP; Erdkollektoren und -sonden, PVT, Eisspeicher, etc Wasser-Wasser-WP; Grundwasser, Flusswasser, Abwasser, Kühlwasser Weiterführende Informationen Umweltbundesamt Bundesverband Wärmepumpe zur grundlegenden Funktionsweise von Wärmepumpen Bundesverband Wärmepumpe zur Rolle von Wärmepumpen in Nah- und Fernwärmenetzen Abwärme ist Wärme, die als Nebenprodukt in einem Prozess entsteht, dessen Hauptziel die Erzeugung eines Produktes, die Erbringung einer Dienstleistung oder eine Energieumwandlung ist, und ungenutzt an die Umwelt abgeführt werden müsste . Kann die Abwärme nicht durch eine Optimierung der Prozesse, bei denen sie entsteht, vermieden werden, wird sie als unvermeidbare Abwärme bezeichnet. Aus Effizienzgründen sollte eine hierarchisierte Verwendung mit Abwärme angestrebt werden: 1. Verfahrensoptimierung/ Vermeidung, 2. prozess- bzw. anlageninterne Nutzung, 3. betriebsinterne Nutzung, 4. außerbetriebliche Nutzung. Je nach Temperaturniveau der Abwärme lässt sie sich für unterschiedliche Zwecke nutzen. Abwärme kann bei ausreichend hohen Temperaturen direkt in Fern- und Nahwärmenetze eingespeist werden oder über Wärmepumpen auf das benötigte Temperaturniveau angehoben werden. Bei niedrigen Temperaturen ist die Nutzung in LowEx- oder teilweise auch kalten Nahwärmenetzen möglich. Unvermeidbare und damit extern nutzbare Abwärme fällt typischerweise in Industrieprozessen an. Aber auch die Abwärme von Kälteanlagen, die beispielsweise zur Kühlung von Rechenzentren oder großer Büro- und anderer Nichtwohngebäude genutzt werden, lässt sich sinnvoll in Wärmenetzen nutzen. Abwasserwärme ist eine weitere übliche Abwärmequelle in urbanen Gebieten, die ganzjährig eine Temperatur zwischen etwa 12 °C und 20 °C aufweist. Sie eignet sich daher besonders für die Nutzung als Wärmequelle für Wärmepumpen oder in kalten Netzen. Eine Herausforderung bei der Nutzung von unvermeidbarer Abwärme können Schwankungen im Wärmeangebot sein. So fällt Abwärme von Kälteanlagen zur Büroklimatisierung hauptsächlich im Sommer an und auch Abwärme aus Industrieprozessen kann z.B. bedingt durch Produktionszyklen volatil sein. Hier ist in der Detailplanung des Nahwärmenetzes darauf zu achten, dass ein unregelmäßiges Abwärmeangebot durch entsprechende Speicher oder andere, regenerative Quellen ausgeglichen werden kann. Weiterführende Informationen Informationen rund um Abwasserwärme der Berliner Wasserbetriebe Analyse zum Abwärmepotenzial der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt Die Einstrahlung der Sonne kann zur direkten Erwärmung eines Wärmeträgermediums genutzt werden. Diese Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie über Kollektoren wird Solarthermie genannt. Dabei kommen hauptsächlich Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz. Bei Flachkollektoren sind Kupferrohre in eine verglaste Absorberebene eingelassen. Vakuumröhrenkollektoren zeichnen sich durch einzelne, parallele und vakuumierte Glasröhren aus, in denen das Heizrohr mit Absorber verläuft. In den Kollektoren strömt in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, auch Sole, Solarflüssigkeit oder Wärmeträgerflüssigkeit genannt. Das beigemischte Glykol dient als Frostschutz, um bei geringer Einstrahlung und Außentemperatur ein Einfrieren im Winter zu verhindern. Mit Vakuumröhrenkollektoren können höhere Temperaturen und damit höhere Erträge pro Kollektorfläche erzielt werden. Besondere Bauformen besitzen auch Parabolspiegel, die das Sonnenlicht stärker auf die Absorber konzentrieren. Auch Systeme, die Wasser statt Sole führen, werden eingesetzt. Der Vorteil besteht in der höheren Wärmekapazität von Wasser gegenüber Sole, wodurch höhere Erträge und Temperaturen erzielt werden können. In wasserführenden Systemen findet im Winter bei fehlender Einstrahlung in regelmäßigen Abständen eine Zwangsumwälzung des Wassers statt, wodurch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums in den Rohren vermieden wird. Mit einem Jahresertrag pro benötigte Grundfläche von 150 kWhth/(m²*a), ist die durchschnittliche Flächeneffizienz von ST-Anlagen beispielsweise um den Faktor 30 höher als die von Biomasseheizwerken bei der Verwendung von Holz aus Kurzumtriebsplantagen. In den letzten Jahren werden Solarthermie-Projekte zur Einspeisung in großstädtische Wärmenetze verstärkt umgesetzt. Bei der Einbindung von Solarthermischen Anlagen in Wärmenetze bietet sich sowohl die zentrale als auch die dezentrale Variante an. Zentrale Systeme speisen am Standort des Hauptwärmeerzeugers oft in einen vorhandenen Wärmespeicher ein. Dazu wird die Wärme von der Anlage über ein separates Rohrsystem zu der Heizzentrale geführt. Zu beachten: Im Sommer kann eine solarthermische Anlage die Deckung der gesamten Wärmelast übernehmen und je nach Auslegung auch einen Wärmespeicher füllen. Im Winter wird in der Regel ein weiterer Wärmeerzeuger eingesetzt, da Leistung und Wärmemenge aus der Solaranlage oft nicht ausreichen. Die Solarthermie kann in Wärmenetzen in Konkurrenz zu Grundlastquellen oder -Erzeugern stehen, z.B. Abwärme, Biomasse oder Blockheizkraftwerk (BHKW) und so den Bedarf an nötigem Wärmespeichervolumen erhöhen Eine Nutzung als Wärmequelle in kalten Netzen gestaltet sich schwierig, da die Sommertemperaturen zu hoch sind Weiterführende Informationen Solarthermie Wärmenetze PVT-Kollektoren sind ein Spezialfall der Sonnenenergienutzung. Sie kombinieren Photovoltaikzellen und solarthermische Kollektoren, um so Wärme und Strom in einem Modul zu erzeugen. Die verfügbare Dachfläche wird so optimal ausgenutzt. Die Kollektoren bestehen aus einem PV-Modul und einem rückseitig montiertem Wärmeübertrager. Dadurch, dass zeitgleich zur Stromerzeugung Wärme abgeführt wird, entsteht ein Kühleffekt, der zu einem höheren Stromertrag führt, da die Effizienz von PV-Modulen temperaturabhängig ist. PVT-Module gibt es in mehreren Varianten, die sich vor allem durch das Temperaturniveau der erzeugten Wärme unterscheiden. Für die Erzeugung hoher Temperaturen wird der Wärmeübertrager vollständig mit Wärmedämmung eingehaust. Dadurch geht jedoch der stromertragssteigernde Kühleffekt an den PV-Zellen verloren, sodass diese Module vor allem zur Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden. Als Wärmequelle für Wärmepumpen in Nahwärmenetzen eignen sich daher vor allem ungedämmte sogenannte unabgedeckte PVT-Kollektoren, bei denen die Rohre des Wärmeübertragers mit zusätzlichen Leitblechen für einen Wärmeübergang aus der Luft optimiert sind. Diese liefern ganzjährig Energie, die beispielsweise direkt in ein kaltes Nahwärmenetz eingespeist werden kann. Weiterführende Informationen Informationen zu PVT-Modulen und Wärmepumpen im Rahmen des Forschungsprojektes integraTE Verwendung von PVT-Modulen im degewo Zukunftshaus In den oberen Erdschichten folgt die Bodentemperatur der Außenlufttemperatur. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur an und ist ab ca. 15 m unter Gelände Oberkante nahezu konstant. Die Wärme aus dem Erdreich kann über verschiedene horizontale und vertikale Erdwärmeübertrager oder auch Grundwasserbrunnen gewonnen und als Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt werden. Horizontale Erdwärmeübertrager werden Erdkollektoren genannt. Es handelt sich hierbei um Rohrregister, üblicherweise aus Kunststoff, die horizontal oder schräg, spiral-, schrauben- oder schneckenförmig in den oberen fünf Metern des Untergrundes verlegt werden. Bei der häufigsten Nutzung der Erdwärme werden Erdsonden – meist Doppel-U-Rohrleitungen in vertikalen Tiefenbohrungen bis 100 m verwendet. Ab Tiefen über 100 m gilt Bergbaurecht, womit komplexere Genehmigungsverfahren verbunden sind, die eine Nutzung in kleinen, dezentralen Netzen in der Regel ausschließen. Perspektivisch wird durch das 4. Bürokratieentlastungsgesetz voraussichtlich die oberflächennahe Geothermie bis 400 m nicht mehr unter das Bergrecht fallen. Es können mehrere Sonden zu einer Anlage vereint werden. Hierbei ist durch einen ausreichenden Abstand der Sonden untereinander eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen. Auch zu benachbarten Grundstücken muss ein entsprechender Abstand gewahrt bleiben. In Erdwärmeübertragern wird ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, verwendet, da die Temperatur der Sole auch unter 0 °C fallen kann. Aufgrund des Einsatz Wassergefährdender Stoffe und weil der Eingriff in den Wärmehaushalt nach geltendem Recht eine Gewässernutzung darstellt, ist für Erdwärmesonden im Allgemeinen und Erdwärmekollektoren, die weniger als 1 m über dem höchsten Grundwasserstand verlegt werden, in Berlin eine wasserbehördliche Erlaubnis erforderlich. Als Alternative zu Erdsondenanlagen kommen bei größeren Anlagen auch Grundwasserbrunnen in Frage, bei denen über zwei Bohrungen die im Grundwasser enthaltene Wärme genutzt wird. Dabei dient eine Bohrung der Entnahme und eine weitere der Rückspeisung des entnommenen Wassers. Die Eignung des örtlichen Grundwasserleiters für eine Wärmeanwendung muss im konkreten Einzelfall geprüft werden. Für eng bebaute Gebiete eignet sich auch ein Koaxialsystem in Form eines Grundwasserzirkulationsbrunnens, welcher aus nur einer Bohrung besteht. Weiterführende Informationen Informationen und Anforderungen zur Erdwärmenutzung in Berlin Energieatlas mit geothermischen Potenzialen Informationen zur oberflächennahen Geothermie Beim Phasenübergang von flüssig zu fest gibt Wasser bei konstantem Temperaturniveau Energie in Form von Wärme ab. Diese Wärme, die allein bei der Aggregatzustandsänderung transportiert wird, wird als latente Wärme bezeichnet. Bezogen auf die Masse von 1 kg handelt es sich um die Erstarrungsenthalpie eines Stoffes, die bei Wasser in etwa der Energiemenge entspricht, die auch benötigt wird, um dasselbe 1 kg Wasser von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen. Zu- oder abgeführte Wärme, die eine Temperaturveränderung bewirkt, wird als sensible Wärme bezeichnet. In Eisspeichern wird eine Wassermenge, z.B. in einer unterirdischen Betonzisterne durch Wärmeentzug vereist. Dazu strömt ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, mit geringerer Temperatur als dem Gefrierpunkt von Wasser durch Rohrspiralen im Speicher. Durch den Temperaturgradienten kommt es zum Wärmetransport zwischen dem erstarrenden Wasser in der Betonzisterne und der Sole in den Rohrspiralen. Die latente Wärme aus dem Phasenübergang des Wassers wird an die Sole übertragen, welche sich dadurch erwärmt. Die erwärmte Sole dient wiederum einer Wärmepumpe als Wärmequelle. Am Verdampfer der Wärmepumpe gibt die Sole die Wärme wieder ab und kann anschließend erneut Wärme aus dem Eisspeicher aufnehmen. Durch Kombination mit Solarkollektoren kann die Effizienz der Anlage erhöht werden, wenn die damit gewonnene thermische Energie zur Regeneration des Eisspeichers genutzt wird. Weiterführende Informationen Informationen zu Eisspeichern Funktion und Kosten von Eisspeichern im Überblick Bei der Wärmebereitstellung durch Biomasse kommen in der Regel Anlagen zum Einsatz, in denen holzartige Biomasse verfeuert wird. Hierfür gibt es verschiedene Brennstoffe, die sich in Qualität und Kosten z.T. deutlich unterscheiden. Holzpellets sind kleine hochstandardisierte Presslinge mit einer Länge von 2 bis 5 cm, die in unter anderem aus Resten der Holzverarbeitung gepresst werden. Ihr Einsatz in Pelletkessel ist hoch automatisiert und damit nur wenig störanfällig. Dennoch sind jährlich kleinere Arbeiten durch z.B. Ascheaustragung o.ä. erforderlich. Zudem ist eine entsprechende Lagerhaltung in einem sogenannten Bunker inkl. Fördersystem erforderlich. Der Einsatz von Holzhackschnitzeln ist etwas arbeitsaufwändiger, da sowohl Brennstoff als auch das Gesamtsystem zur Wärmeversorgung weniger automatisierbar ist. Die Beschaffung des etwa bis zu 10 cm großen, mechanisch zerkleinerten Holzpartikel ist deutlich günstiger und sie können zudem auch in außenliegenden, überdachten Lagerbereichen oder Wirtschaftsgebäuden gelagert werden. Jedoch bestehen größere Anforderungen an die Einbringtechnik und den Betrieb einer Feuerungsanlage. Durch den gröberen Brennstoff, unterschiedliche Brennstoffqualitäten und Ascheaustrag, kann es gegenüber einem Pelletkessel zu häufigerem Arbeitsaufwand kommen, sodass regelmäßige Präsenzzeiten zur Betreuung erforderlich sind. Des Weiteren kann zur Verteilung des Brennstoffes auch schweres Arbeitsgerät vor Ort erforderlich werden. Neben einer reinen Verbrennung der Holzbrennstoffe kann in einem Vergaser auch Holzgas aus der Biomasse gewonnen werden, um diese anschließend in einem speziellen BHKW in Wärme und Strom umzuwandeln. Holz als Brennstoff ist ein vergleichsweise günstiger und preisstabiler Brennstoff, der jedoch einen gewissen Arbeitsaufwand mit sich bringt. Hierbei sind auch die gegenüber der Verbrennung von gasförmigen Energieträgern erhöhten Staubanteile im Abgas zu beachten, welche im urbanen Bereich stärkere Anforderungen an die Abgasreinigung und Ascheentsorgung mit sich bringen. Auch ist bei der Verwendung von nicht lokal verfügbarer Biomasse ein umfangreicher Logistikaufwand zu betreiben, was zu mehr Verkehr auf den Straßen und einer zusätzlichen Belastung durch Emissionen führt. Ebenso ist bei der Abwägung, ob die Wärme für ein Nahwärmenetz mit Holz erzeugt werden soll, zu berücksichtigen, dass Holz nur bedingt als „klimaneutral“ bezeichnet werden kann. Die Verbrennung setzt neben Feinstaub auch Treibhausgase wie CO 2 und Methan frei. Die Annahme, dass die Wärmeerzeugung mit Holz klimaneutral ist, setzt eine nachhaltige Waldbewirtschaftung voraus, bei der mindestens genauso viel Kohlenstoff durch das Wachstum neuer Bäume gebunden wird, wie durch die Verbrennung von Holz freigesetzt wird. Wird Holz aus nicht nachhaltiger Waldbewirtschaftung (beispielsweise der Abholzung von Urwäldern) für die Wärmeerzeugung verwendet, dann fällt die Bilanz der Umweltauswirkungen negativ aus. Eine stärkere Reduktion von Treibhausgasen kann zudem erreicht werden, wenn das Holz für langlebige Produkte (beispielsweise als Bauholz) verwendet wird, da der Kohlenstoff dann dem natürlichen Kreislauf auf längere Zeit entzogen wird und nicht als CO 2 in die Atmosphäre gelangt. Empfehlenswert für die Wärmeerzeugung ist daher vor allem Restholz aus Produktionsprozessen, das nicht für andere Nutzungen geeignet ist, sowie Altholz, das am Ende der Nutzungskaskade angekommen ist. Die Qualität von Holzbrennstoffen lässt sich verschiedenen Normen in Güteklassen einteilen. Hierfür dient bspw. die DIN EN ISO 17225 oder das DINplus-Zertifizierungsprogramm, um Vergleichbarkeiten zu ermöglichen und eine entsprechende Brennstoffqualität sicherzustellen. Des Weiteren sollten Nachweise über die Herkunft der Biomasse bei den Lieferanten angefragt werden, um möglichst regionale Produkte zu nutzen. Die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt hat zu den Potenzialen von Biomasse in Berlin eine Untersuchung durchführen lassen. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie beim Bundesumweltministerium: BMUV: Klimaauswirkungen von Heizen mit Holz sowie beim Umweltbundesamt: Heizen mit Holz . Weiterführende Informationen Hackschnitzel: Qualität und Normen FNR – Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Für die Wärmeerzeugung aus Biogas existieren regionale unterschiedliche Möglichkeiten. Im ländlichen Raum kann häufig direkt Biogas aus Gärprozessen aus der Landwirtschaft verwendet werden. Abfallstoffe wie z.B. Gülle können dafür genutzt werden, wie auch eigens dafür angebaute Energiepflanzen. Die Verwendung von Anbaubiomasse zur Produktion von Biogas steht jedoch in starker Kritik und kann ebenso wie die Produktion von flüssigen Energieträgern auf die Formel ‚Tank oder Teller‘ reduziert werden. Daher wurde mit den letzten Novellen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) die Nutzung von Anbaubiomasse zu Biogasproduktion immer weiter eingeschränkt (Stichwort ‚Maisdeckel‘). Biogas kann vor Ort genutzt und in Wärme und Strom umgewandelt und verbraucht bzw. über ein kleines Nahwärmenetz verteilt werden. Für eine Einspeisung in das Erdgasnetz ist eine Methan-Aufbereitung des Gases erforderlich. In Berlin besteht die Möglichkeit, ein Biogas- bzw. Biomethanprodukt eines beliebigen Lieferanten aus dem öffentlichen Gasnetz zu beziehen. Dieses Biomethan ist in der Regel aufbereitetes Biogas, z.B. aus Reststoffen oder Kläranlagen, welches in das Netz an einem anderen Verknüpfungspunkt eingespeist wird. Vor Ort zur (Strom- und) Wärmeerzeugung wird dann bilanzielles Biomethan eingesetzt – ähnlich dem Bezug von Ökostrom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz. Der tatsächliche Anteil von Biomethan im Erdgasnetz entsprach im Jahr 2022 lediglich etwa 1 %. Bei dem Kauf gibt es entsprechende Nachweiszertifikate (z.B. “Grünes Gas Label” – Label der Umweltverbände oder TÜV) der Anbieter. Die Umsetzung in Wärme (und Strom) erfolgt dann klassisch über Verbrennungstechnologien wie Gaskessel oder BHKW.

Fernwärme Stadtwerke Uelzen

Die Stadtwerke Uelzen GmbH ist ein modernes Energieversorgungsunternehmen im Herzen der Lüneburger Heide und bietet Ihnen alle Services rund um das Thema Energie aus einer Hand. Unter der Marke mycity versorgt das Unternehmen die Stadt Uelzen neben Erdgas und Wasser mit 100 % Ökostrom. Hier wird das Fernwärmenetz digital geführt, es werden alle Leitungen der Stadtwerke aus diesem Bereich dargestellt. Die Daten werden fortlaufend aktualisiert. Die Daten können von berechtigten Personen eingesehen werden.

Integration eines Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichers mit Wärmepumpensystem in ein Fernwärmenetz, Teilvorhaben: Bau und Betrieb des Aquiferspeicher-Wärmpumpen-Kälte-Systems

Integration eines Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichers mit Wärmepumpensystem in ein Fernwärmenetz, Teilvorhaben: Anlagenkonzepte und Inbetriebnahmemonitoring des Aquiferspeicher-Wärmepumpen-Kälte-Systems

Entwicklung offenporiger monolithischer Perowskitstrukturen als hybride thermische Speicher, Teilvorhaben: Keramikherstellung mittels 3D-Druck und Charakterisierung

Regelbare Kraftwerke, welche Strom je nach Bedarf liefern können, indem sie ihre Leistung anpassen und kurzfristig ein- und ausgeschaltet werden können, gewinnen im Kontext der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Bei der direkten Stromgewinnung, z.B. mittels Photovoltaik oder Windkraft, muss die gewonnene elektrische Energie sofort in das Netz eingespeist werden, oder in großen Batteriespeichersystem gespeichert werden. Dafür benötigte Speichersysteme mit langfristiger Betriebszuverlässigkeit und wettbewerbsfähigen Kosten sind noch nicht kommerziell verfügbar. Wärme kann hingegen zu wesentlich geringeren Kosten als Strom gespeichert und bei Bedarf zur Stromerzeugung genutzt werden. So kann aus überschüssigem Strom erzeugte Wärme in großem Umfang und über lange Zeiträume gespeichert werden, aber auch einem CSP (Concentrated Solar Power)-Kraftwerk die notwendige Flexibilität verleihen, Wärme und Strom dann zu liefern, wenn eine große Nachfrage besteht. Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung für die weitere kommerzielle Nutzung von CSP. Durch leistungsfähige Wärmespeicher kann der Stromgewinnungsprozess weitestgehend von der Wärmegewinnung entkoppelt werden und so das Potential der Regelbarkeit und Flexibilität optimal genutzt werden. Kommerziell verfügbar sind im Bereich von Temperaturen über 700°C aktuell lediglich Wärmespeichersysteme, welche auf dem Prinzip der sensiblen, also nicht reaktiven, Wärmespeicherung basieren. Ein Einsatz von redoxaktiven Materialien birgt das Potential, die Speicherkapazität und Effizienz von Wärmespeichersystem bedeutend zu steigern. Bei der zyklischen Reduktion und Oxidation solcher redoxaktiver Materialien kann zusätzliche Wärme gespeichert (Reduktion) und wieder entnommen werden (Oxidation). Im Projekt Porotherm-Solar werden Speichermodule aus redoxaktivem Perowskit entwickelt und unter Realbedingungen in einem Demonstrator erprobt.

ReFlex: Replicability Concept for Flexible Smart Grids, Wüstenrot Germany

Introduction: By 2020, the community Wuestenrot wants to cover its energy needs through the utilization of renewable energy sources, such as biomass, solar energy, wind power and geothermal energy, within the town area of 3000 hectares. In order to elaborate a practicable scheme for realizing this idea in a 'real' community and to develop a roadmap for implementation, the project 'EnVisaGe' under the leadership of the Stuttgart University of Applied Sciences (HFT Stuttgart) was initiated. Accompanying particular demonstration projects are a) the implementation of a plus-energy district with 16 houses connected to a low exergy grid for heating and cooling, b) a biomass district heating grid with integrated solar thermal plants. Project goal: The aim of the project is to develop a durable roadmap for the energy self-sufficient and energy-plus community of Wüstenrot. The roadmap shall be incorporated in an energy usage plan for the community, that shall be implemented by 2020 and brings Wüstenrot in an energy-plus status on the ecobalance sheet. A main feature within the EnVisaGe project is the implementation of a 14,703-m2 energy-plus model district called 'Vordere Viehweide'. It consists of 16 residential houses, supplied by a cold local heating network connected to a large geothermal ('agrothermal') collector. Here PV systems for generating electricity are combined with decentralised heat pumps and thermal storage systems for providing domestic hot water as well as with batteries for storing electricity. Another demonstration project is a district heating grid fed by biomass and solar thermal energy in the neighbourhood 'Weihenbronn'. It's based on a formerly oil-fired grid for the town hall and was extended to an adjacent residential area.

Integration eines Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichers mit Wärmepumpensystem in ein Fernwärmenetz, Teilvorhaben: Reservoircharakterisierung und Speicherdesign

Ressortforschungsplan 2024, Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwassertemperatur - Deutschlandweiter Überblick, mögliche Auswirkungen, Empfehlungen

Der Klimawandel und die Verstädterung führen weltweit zu einer Erwärmung der oberflächennahen Grundwasserleiter. Jene Veränderung der oberflächennahen Grundwassertemperaturen die in Deutschland nicht urban überprägt sind ist nur in wenigen Untersuchungen regional, aber nicht bundesweit dokumentiert. Im Vorhaben soll daher eine bundesweite Übersicht der oberflächennahen Grundwassertemperaturen und deren Veränderung während der vergangenen Dekaden anhand bundes- und landesweit vorliegender Daten erstellt werden. Erforderlich sind auch Projektionen/Modellierungen der Zunahme der Grundwassertemperatur aufgrund des Klimawandels bis zum Ende des Jahrhunderts, um rechtzeitig Anpassungsmaßnahmen zu ergreifen. Schwerer einzuschätzen als die Auswirkung des Klimawandels ist die Entwicklung im urbanen Raum durch unterirdische Bauwerke und den Einfluss oberflächennaher Geothermie und unterirdischer Wärmespeicher - der urbane Raum ist nicht Gegenstand des Vorhabens. Die Grundlage wird jedoch auch zur besseren Abschätzung urbaner Überprägung im Vergleich zum zur sich verändernden Ausgangslage dienen können. Die Folgen veränderter Grundwassertemperatur für die Grundwasserqualität und die Grundwasserökologie sowie die erbrachten Ökosystemdienstleistungen sind bislang nicht umfassend verstanden. Die Temperatursensitivität chemischer und biologischer Prozesse lässt vermuten, dass durch die derzeitige Erwärmung hervorgerufene Temperaturveränderungen einen Einfluss auf die Ökologie von Grundwasserleitern und die Zusammensetzung des Grundwassers selbst (z.B. durch verringertes Abbauverhalten, invasive Arten) haben. Auf der Grundlage der Projektionen sind Empfehlungen für Anpassungsmaßnahmen zu entwickeln.

Demontierbares, vorgefertigtes Flachdeckensystem mit minimalem Materialverbrauch inklusive zusätzlichen Wärmespeichern für eine nachhaltige Bauwirtschaft, Teilvorhaben 3: Sandwichtragwirkung

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