urban pv+geotherm – Innovative Konzepte zur Versorgung großvolumiger städtischer Gebäude mit Photovoltaik und Geothermie

Im städtischen Bereich ist die Nutzung erneuerbarer Energien oft problematisch. Ziel des Projekts ist die Erarbeitung von Konzepten zur energie- und kostenoptimierten Beheizung und Kühlung mittels Geothermie und Photovoltaik für großvolumige städtische Gebäude.

Ausgangssituation/Motivation
Die Umsetzung eines Energiekonzeptes mit Photovoltaik, Geothermie, Wärmepumpe und Großspeicher ist aufgrund des begrenzten Platzangebotes im dicht bebauten städtischen Gebiet eine Herausforderung. Aber auch abgesehen von Platzproblemen sind geothermische Nutzungen für Gebäudeheizung und -kühlung in der Planung und Ausführung mit vielen technischen Herausforderungen behaftet.

Bisherige Forschungsergebnisse zeigen, dass durch fehlerhafte Planung und Ausführung die Arbeitszahlen bzw. Nutzungsgrade der Wärmepumpe von geothermischen Anlagen viel niedriger liegen als theoretisch zu erwarten wäre.
Will man zusätzlich den Strom zu einem möglichst hohen Prozentsatz aus PV generieren, bzw. Überschuss-Strom aus dem Netz nutzen, so ergibt sich noch ein zusätzlicher Optimierungsparameter, womit die Komplexität nochmals steigt.

Inhalte und Zielsetzungen
Ziel des Projektes ist die Erarbeitung von Konzepten für die energie- und  kostenoptimierte Kombination aus Geothermie (mit Wärmepumpe) und Photovoltaik für die Beheizung und (je nach Nutzungszweck) ggf. die Kühlung eines Stadtentwicklungsgebietes im dicht bebauten Bereich. Die Optimierung geschieht unter besonderer Berücksichtigung von innovativen Speichertechnologien und der Gebäudetechnik.

In Wien gibt es derzeit 17 Stadtentwicklungsgebiete. Ein Anschluss an das zentrale Fernwärmenetz ist nicht überall möglich und derzeit werden erneuerbare Energien im Gegensatz zu reiner Erdgasversorgung als politisch prioritär angesehen. Von besonderem Interesse – insbesondere aus mittel- bis längerfristiger Perspektive – ist die Entwicklung von Konzepten für die Wärme- und Kälteversorgung von Stadtteilen mit 100 Prozent erneuerbarer „Vor-Ort-Energie“ – also ohne Fernwärme- oder Erdgasanschluss in diesen Gebieten. Eine Kombination aus Geothermie und Photovoltaik bietet sich für diese Gebiete daher als eine der besten Alternativen an.

Methodische Vorgehensweise
Nach der Auswahl eines realen Stadtentwicklungsgebietes in Wien, für das der Bebauungsplan (BGF für Wohnungen und Arbeitsstätten, Bauklassen etc.) im Wesentlichen feststeht, erfolgt eine Grobanalyse der geothermischen und solaren Nutzungsmöglichkeiten. Nach Bildung diesbezüglicher Szenarien werden Simulationen und Optimierungen mittels TRNSYS durchgeführt. Auch mögliche Standorte in Graz, Linz, Salzburg und Innsbruck werden mittels eigener Simulationen analysiert. Die Ergebnisse werden in einem Beirat diskutiert und am Ende publiziert, um die Nutzung erneuerbarer Energieträger im urbanen Bereich möglichst vielen Bauherren und Planern zur Verfügung zu stellen.

Erwartete Ergebnisse
Ergebnis ist nicht nur eine spezifisch für den ausgewählten Standort optimierte Produkt- und Dimensionierungskombination aus PV-Anlage, Wärmepumpe, Tiefensonde(n) und Speichern samt Gebäudetechnik für den ausgewählten Standort, sondern mittels Variationsrechnung werden auch Aussagen über Bauvorhaben in anderen Städten mit anderem geothermischen Potenzial und Sonneneinstrahlung (für die 5 österreichischen Großstädte) getroffen.

Es geht dabei auch um die richtige Auswahl und Dimensionierung der Wärme- und Kältespeicher: An welcher Stelle des Gebäudes (Fundament, Erdreich unter dem Gebäude, Tiefensonden, thermisch aktivierte Gebäudeteile usw.) und auf welchem Temperaturniveau ist die Speicherung am effizientesten? Hier sollen die Möglichkeiten der neuen Hochtemperatur-WP als Energietransformer untersucht werden: Wie weit kann durch höhere  Speichertemperaturen mehr Energie gespeichert werden und wie sinnvoll und wirtschaftlich ist das?