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Geothermisches Potenzial (Umweltatlas)

Geothermische Potenziale von Berlin bis 40 m, 60 m , 80 m und 100 m Tiefe in Abhängigkeit der geologischen Schichtfolge am Standort. Es wird jeweils die spezifische Entzugsleistung in W/m für 1800 Jahresbetriebsstunden für Wärmepumpen (gilt für den Heizbetrieb ohne Warmwasseraufbereitung) und für 2400 Jahresbetriebsstunden für Wärmepumpen (gilt für den Heizbetrieb mit Warmwasseraufbereitung) sowie die spezifische Wärmeleitfähigkeit in W/mK dargestellt.

Verringerung der Abgasemission von Gas-Wasserheizern zur Warmwasserbereitung und Raumheizung

Untersuchung verschiedener Verbrennungssysteme, Einzelkomponenten und kompletter Gas-Wasserheizer aus der Serienproduktion im Hinblick auf ihr Betriebsverhalten und Emissionsverhalten. Erarbeitung von Loesungsansaetzen zur Emissionsminderung durch Verbesserung der Brenner- und Geraetekonstruktion

Untersuchung des Reichenbacher Freibades auf Moeglichkeiten zur Energieeinsparung und der Solarenergienutzung

Wärmepumpe mit integrierten Latentwärmespeichern für Raumwärme und Warmwasser, Teilprojekt: Speicherentwicklung

Wärmepumpe mit integrierten Latentwärmespeichern für Raumwärme und Warmwasser, Teilvorhaben: Anlagenkonzept und wärmetechnische Auslegung

Wärmepumpe mit integrierten Latentwärmespeichern für Raumwärme und Warmwasser, Teilvorhaben: Geräteentwicklung

Aktionen zum Energie- bzw. Stromeinsparen

Nach den Stromsparaktionen Obdach und St. Peter ob Judenburg arbeitete das Institut in einigen Arbeitsgruppen für das KEK - Kommunales Energiekonzept der Stadt Graz mit. Im Rahmen dieser Kooperation wurde seitens des Institutes eine Studie über das Energiesparpotential in Haushalt, Gewerbe und Industrie im Raum Graz durchgeführt. Eine weitere Stromsparaktion mit dem Schwerpunkt 'Sparpotential fand im Bereich der Warmwasserbereitung' in der Gemeine Thal bei Graz statt.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

<p>Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Umwandlung von Energie in mechanische oder elektrische Energie und nutzbare Wärme innerhalb eines thermodynamischen Prozesses. Die parallel zur Stromerzeugung produzierte Wärme wird zur Beheizung und Warmwasserbereitung oder für Produktionsprozesse genutzt. Der Einsatz der KWK mindert den Energieeinsatz und daraus resultierende Kohlendioxid-Emissionen.</p><p>KWK-Anlagen</p><p>KWK-Anlagen unterscheiden sich in ihren Techniken, den eingesetzten Brennstoffen, hinsichtlich ihrer Leistung und bezüglich ihrer Versorgungsaufgaben. In den vergangenen Jahren wurde im Interesse der Energieeinsparung sowie des Umwelt- und Klimaschutzes durch verschiedene energiepoltische Instrumente (insbesondere KWKG und EEG) der Ausbau der KWK angereizt und unterstützt. Der wesentliche ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a>⁠ des KWK-Ausbaus ist die KWK-Nettostromerzeugung, dessen Entwicklung durch eine energiepolitische Zielstellung flankiert ist. Neben der KWK-Stromerzeugung ist auch die damit korrespondierende KWK-Nettowärmeerzeugung eine im Fokus stehende Größe. Auf die Veränderung dieser beiden wesentlichen KWK-Kenngrößen konzentrieren sich die nachfolgenden Darstellungen.</p><p>KWK-Stromerzeugung</p><p>Die KWK-Nettostromerzeugung – gezeigt werden hier die Daten unter Berücksichtigung des Eigenwärmebedarfs des Biogasanlagenfermenters – ist im Zeitraum von 2003 bis 2017 kontinuierlich gestiegen (siehe Abb. „KWK: Nettostromerzeugung nach Energieträgern“). Der Zuwachs ist insbesondere auf den verstärkten Einsatz von ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠ sowie auf den Zubau und einer besseren Auslastung erdgasbasierter KWK-Anlagen zurückzuführen. Die auf Steinkohle- und Mineralölen basierende KWK-Stromerzeugung ist im Zeitverlauf dagegen zurückgegangen.</p><p>Die Minderung im Jahr 2018 gegenüber 2017 ist im Wesentlichen die Folge einer verbesserten energiestatistischen Erfassung der KWK(-Anlagen) ab 2018. Der moderate Rückgang seit 2018 bis 2020 spiegelt die reduzierte Nachfrage nach Strom in diesem Zeitraum wider. Dieser basiert hauptsächlich auf der Stilllegung von KWK-Anlagen, welche mit Stein- oder Braunkohle betrieben wurden. Im gleichen Zeitraum ist die gesamte Nettostromerzeugung um rund 10 Prozent zurückgegangen. 2021 ist die KWK-Stromerzeugung um rund 3 Prozent gegenüber 2020 gestiegen.</p><p>KWK-Wärmeerzeugung</p><p>Die Abbildung „KWK: Nettowärmeerzeugung nach Energieträgern“) zeigt von 2003 bis 2021 mit einem fast kontinuierlichen Anstieg ein ähnliches Bild wie im Strombereich (unter Berücksichtigung des Eigenwärmebedarfs der Biogasanlagen). Die im Vergleich zur KWK-Nettostromerzeugung prozentual geringere Erhöhung der KWK-Nettowärmeerzeugung im Zeitverlauf bis zum Jahr 2017 ist die Folge der Errichtung zahlreicher Gas-und-Dampf (GuD)-Anlagen, die eine überdurchschnittlich hohe ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Stromkennzahl#alphabar">Stromkennzahl</a>⁠ aufweisen. Zwischen den Jahren 2017 und 2018 wurde die Erfassungsmethodik auf eine bessere Datengrundlage gestellt. Der Rückgang seit 2018 korrespondiert mit der jeweiligen Verringerung der KWK-Stromerzeugung (siehe Abschnitt „KWK-Stromerzeugung). 2021 stieg die KWK-Wärmeerzeugung um rund 4 Prozent. Infolge der Einsparanstrengungen von Erdgas infolge des russischen Angriffskriegs auf die Ukraine ist die KWK-Wärmeerzeugung 2022 um sieben Prozent und 2023 um fünf Prozent gegenüber dem jeweiligen Vorjahr gefallen.</p><p>Ziel der Bundesregierung für die KWK-Stromerzeugung</p><p>Bis zur Novellierung des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes (KWKG) bezog sich das Ausbauziel der Politik auf die Gesamtnettostromerzeugung: Der KWK-Anteil an der gesamten Nettostromerzeugung sollte bis 2020 25 % betragen. Dieses wurde mit der Novellierung zum 1.1.2016 durch ein absolutes Mengenziel ersetzt. Die KWK-Nettostromerzeugung sollte demnach im Jahr 2020 mindestens 110 Terawattstunden und im Jahr 2025 mindestens 120 Terawattstunden betragen (§ 1 KWKG 2016) (siehe Abb. "KWK: Nettostromerzeugung nach Energieträgern" im ersten Abschnitt). Das Ziel für 2020 wurde nach vorläufigen Daten mit einer KWK-Nettostromerzeugung von 113 Terawattstunden erreicht.</p>

Entwicklung smarter Wohnungsstationen und Demonstration vernetzter, hocheffizienter, regenerativer Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern, Teilvorhaben: Entwicklung Oventrop basierter Lösung und Demonstration

Wohnungsstationen sind aufgrund ihres geringen Volumens an Trinkwarmwasser bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Zapfstellen eine Möglichkeit, in Mehrfamilienhäusern hygienische Bestimmungen und Effizienzanforderungen zu vereinbaren und regenerative Wärmeerzeuger zu begünstigen. Überwiegend werden die Regelarmaturen jedoch statisch eingestellt und arbeiten informationstechnisch isoliert voneinander und von der Wärmezentrale. Ein digital vernetzter Betrieb mit bedarfsgeführter, adaptiver Regelung könnte den Endenergieverbrauch für die Wärmeversorgung signifikant reduzieren. Ziel des Forschungsprojekts ist es, smarte (=digital vernetzbare, intelligent geregelte) Wohnungsstationen zu entwickeln und eine vernetzte, hocheffiziente, regenerative Wärmeversorgung in Labor- und Feldmessungen sowie in Systemsimulationen nachzuweisen. Um diese Ziele zu erreichen und zu demonstrieren haben sich drei deutsche Hersteller von Wohnungsstationen, ein Umsetzungspartner und eine Forschungseinrichtung zusammengeschlossen. Am ISFH wird eine Prüf- und Bewertungsmethode für smarte Wohnungsstationen erarbeitet, die es erlaubt, diese im Vergleich zu Standard-Wohnungsstationen nach mehreren Kriterien zu bewerten und sie zu optimieren. Zudem werden in Simulationsstudien intelligente Regelungskonzepte und unterschiedliche Ausbaugrade der Vernetzung bewertet. Die Hersteller instrumentieren mit Ecovillage Hannover eG drei Pilot- und Demonstrationsobjekte und bewerten die Effizienz der Wärmeverteilung. Der Endenergieverbrauch der Wärmezentrale wird mit sieben weiteren Objekten verglichen. Begleitend werden Trinkwasseranalysen durch das NLGA durchgeführt und mit den Messdaten korreliert, um die Regeln der Technik bzgl. dezentraler Trinkwassererwärmung zu konkretisieren. In einem fachlichen Begleitkreis werden der BWP, der vdw und Klimaschutzakteure involviert. Die Ergebnisse werden auf Workshops, beim IEA EBC Annex 84 sowie in Fachartikeln bei wissenschaftlichen Zeitschriften verbreitet.

Kalte Nahwärmenetze

Bei der sogenannten kalten Nahwärme, also den Wärmenetzen der 5. Generation, wird kein erhitztes Wasser durch die Leitungen transportiert, sondern das Wärmeträgermedium im Netz nimmt Wärme aus den Umweltwärmequellen auf dem verfügbaren Temperaturniveau auf und transportiert diese direkt in die angeschlossenen Gebäude. Dort wird die Wärme von dezentralen Wärmepumpen auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht. Durch die niedrigen Temperaturen von typischerweise unter 25 °C muss das Leitungsnetz nicht gedämmt werden und statt Wärmeverlusten können sich in der Jahresbilanz sogar Wärmegewinne ergeben, da die erdverlegten Rohre Wärme aus dem Erdreich aufnehmen können. Das erfordert aber auch den Einsatz von Frostschutzmittel, sodass man bei dem eingesetzten Wärmeträgermedium von einem Wasser-Glykol-Gemisch oder kurz Sole spricht. Die Wärmequellen werden an den Orten mit dem höchsten Potenzial unmittelbar an das Netz angeschlossen. Als Wärmequellen eignen sich insbesondere oberflächennahe Geothermie, Abwasserwärme und Solarthermie, z.B. in Form von PVT-Modulen. Aber auch Konzepte mit unvermeidbarer Abwärme und Eisspeichern oder eine Kombination aus verschiedenen Quellen sind möglich. Bei kalten Nahwärmenetzen gilt für die versorgten Gebäude: je niedriger die Heiztemperaturen sind, desto effizienter arbeiten die dezentralen Wärmepumpen. Sanierte Gebäude mit einer guten Dämmung benötigen verhältnismäßig geringe Heizleistungen um die Wohnraumtemperatur zu halten. Die Leistung des Heizsystems zur Bereitstellung der Nutzwärme im Raum ist neben der Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Raumluft sowie einem material- und stoffspezifischen Wärmeübertragungskoeffizienten direkt abhängig von der Heizkörperfläche. Große Heizflächen in Form von Fußboden- oder Wandflächenheizung oder große Radiatoren eignen sich daher besonders. In Kombination aus guter Gebäudedämmung und großen Heizflächen lassen sich geringe Vorlauftemperaturen realisieren, die zu einem sehr effizienten Betrieb der dezentralen Wärmepumpen führen. Teilweise macht es dann Sinn, die Warmwasserbereitung separat beispielsweise über ein direktelektrisches System zu realisieren. Ein Vorteil ist, dass kalte Nahwärme auch zur Gebäudekühlung eingesetzt werden kann. Hierbei wird die geringe Netztemperatur genutzt, um im Sommer Wärme aus den Gebäuden über die passiven Wärmeübertrager aus den Gebäuden abzuführen. Die aus dem Gebäude abgeführte Wärme kann zur Regeneration von Geothermiefeldern oder zum Laden von Eisspeichern eingesetzt werden. Informationen zu kalter Nahwärme mit Übersicht zu Quartieren mit kalter Nahwärme

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