Sauerwein, David Friedrich (2022)
low THERM - high FLEX Energieflexibilisierungs- und Temperaturabsenkungspotentiale in der Wärmeversorgung von Bestandsgebäuden zur stärkeren Integration erneuerbarer volatiler Energiequellen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00020389
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Diese Arbeit untersucht Möglichkeiten zur Einsparung von Treibhausgasen (THG) im Nichtwohngebäudebestand. Quantifiziert werden die Potentiale der Strategien „Temperaturabsenkung“ (TAS) und „Energieflexibilisierung“ (FLEX) unter Berücksichtigung von thermischen Komfortanforderungen. Dabei wird TAS über Deckenheizsysteme und FLEX über die aktive Nutzung der Gebäudespeichermasse erreicht. Vor dem Hintergrund der Notwendigkeit, zukünftig verstärkt erneuerbare Energien zu nutzen, sind die Strategien TAS und FLEX ein wichtiger Baustein zur Dekarbonisierung von Gebäudeenergiesystemen. Obwohl die Sanierung des Gebäudebestands als ein zentraler Schlüssel zur Erfüllung der Energie- und Klimaziele angesehen wird, konzentrieren sich bisherige Ansätze vorrangig auf Wohngebäude im Neubaubereich. Deshalb fokussiert diese Arbeit auf den Nichtwohngebäudebestand und sucht insbesondere alternative Sanierungskonzepte für Gebäude, für die die Umsetzung „herkömmlicher“ Strategien des energieeffizienten Bauens (z. B. außenliegender Wärmeschutz) problematisch ist. Bislang liegt kein Instrumentarium vor, das es Planern ermöglicht, den Einfluss verschiedener Sanierungsoptionen im Gebäudebestand zur Umsetzung der Strategien TAS und FLEX auf das THG-Einsparpotential abzuschätzen. Diese Lücke füllt diese Arbeit. FLEX und TAS tragen auf unterschiedlichen Wegen dazu bei, THG-intensive Energieträger in der Versorgung von Gebäuden zu ersetzen. Energieflexibilität ist in Energieversorgungssystemen, die zunehmend auf volatilen, d. h. wetterabhängigen, erneuerbaren Energien beruhen, eine wichtige Gebäudeeigenschaft. Sie ermöglicht es Gebäuden, im Stromnetz vorhandene Überschüsse an erneuerbaren Energien zu speichern und damit in Zeiträumen, in denen das erneuerbare Angebot nicht ausreicht, auf den Bezug fossiler Energien zu verzichten. Heizsysteme im unsanierten Gebäudebestand beruhen in der Regel auf hohen Systemtemperaturen. Um jedoch erneuerbare Wärme, die häufig auf einem deutlich niedrigeren Temperaturniveau vorliegt, effizient in Gebäudeenergiesysteme einbinden zu können, sind Niedertemperatur-Flächenheizsysteme erforderlich. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Untersuchung des THG-Einsparpotentials von TAS und FLEX anhand eines generischen Modellraums. Sie erfolgt durch Variation gebäudespezifischer Einflussparameter in Sensitivitätsanalysen. Das zentrale Ergebnis stellt dar, dass selbst bei unsanierter Gebäudehülle durch den Einsatz flexibel betriebener Deckenheizsysteme in Kombination mit einer Wärmepumpe eine Senkung der THG-Emissionen um ca. ein Drittel gegenüber einer Referenzvariante mit Heizkörpern und einem erdgasbetriebenen Kessel möglich ist. Die in diesem ersten Schritt gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend in einer Fallstudie genutzt. Für die Sanierung des Architekturgebäudes auf dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt wurden zwei Varianten mit unterschiedlicher Qualität der Gebäudehülle untersucht. Es zeigt sich, dass allein durch Anwendung der Strategien der TAS und FLEX bei unveränderter Gebäudehülle die jährlichen THG-Emissionen für den Raumwärmebedarf um ca. ein Viertel abgesenkt werden können. Nach einer moderaten Ertüchtigung des baulichen Wärmeschutzes steigt das jährliche Einsparpotential sogar auf bis zu 82 %, wobei sowohl die Anforderungen des Denkmalschutzes als auch des thermischen Komforts erfüllt werden. Die Untersuchungsergebnisse belegen die Wirksamkeit der Strategien TAS und FLEX zur THG-Einsparung im Gebäudebestand für ein Gebäude, das mit ausschließlich „konventionellen“ Strategien nur bedingt sanierbar wäre.

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