Forschungsnetzwerk Energiewendebauen

Panoramablick über Berlin mit dem Fernsehturm
(Bild: bluejayphoto/iStock/thinkstock)

Auf dem Weg zur Energiewende in Gebäuden und Quartieren ist das Forschungsnetzwerk Energiewendebauen ein wichtiges Element, um die Transparenz und Effizienz der Förderpolitik in diesem Bereich zu erhöhen.

Das Forschungsnetzwerk Energiewendebauen bringt Experten aus Forschung und Wirtschaft zum Themenschwerpunkt Gebäude und Quartiere zusammen und stärkt ihren Erfahrungsaustausch in transparenten, offenen Strukturen. Als Akteure sind unter anderem universitäre Forschungseinrichtungen, Planer, Architekten, Hersteller und Fachverbände im Forschungsnetzwerk vertreten. Der regelmäßige Austausch mit den Fachreferenten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) ist durch einen eigenen Beirat sichergestellt.

Dieser intensive Austausch ermöglicht den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis und die Weiterentwicklung der Forschungsförderung. Über die Mitglieder des Netzwerks werden die Förderthemen aus dem Bereich Gebäude und Quartiere im 7. Energieforschungsprogramm gebündelt. Der Ideenwettbewerb „Reallabore der Energiewende“ und die Förderinitiativen „"EnEff.Gebäude.2050“ sowie „Solares Bauen/Energieeffiziente Stadt“ sind nur einige Beispiele, wie die Akteure im Netzwerk die Förderpolitik mit ihren Impulsen unterstützen.

Förderschwerpunkt Gebäude und Quartiere

Über die Mitglieder des Netzwerks werden die Förderthemen aus dem Bereich Gebäude und Quartiere im 7. Energieforschungsprogramm gebündelt: Energiesparende Gebäude, integrative Energiekonzepte sowie innovative, wirtschaftliche und zuverlässige Versorgungsstrukturen in Quartieren tragen wesentlich zu einer erfolgreichen Energie- und Wärmewende in Deutschland bei.

Die Bundesregierung strebt für das Jahr 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand an. Neben der Entwicklung einzelner Technologien steht im Gebäude und Quartier das systemische Zusammenwirken untereinander und mit der Energieinfrastruktur im Fokus der Forschung.

Dezentrale Versorgungsstrukturen nehmen zu und mit Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr sowie Mobilität müssen Gebäude und Quartiere künftig immer mehr mit dem Stromsystem interagieren: Das macht eine flexibilisierte und netzgebundene Energieversorgung notwendig. Zu den energie-, nachhaltigkeits- und ressourcenbezogenen Herausforderungen müssen in allen Forschungsaktivitäten auch Fragen der Akzeptanz mitgedacht werden.

Mitarbeiten im Forschungsnetzwerk Energiewendebauen

Die Arbeit im Netzwerk Energiewendebauen findet flexibel in zehn selbstorganisierten Arbeitsgruppen statt, die wiederum miteinander verzahnt sind und über eine Online-Plattform im permanenten Austausch stehen. Jede Arbeitsgruppe adressiert ein Thema rund um das Forschen, Entwickeln, Planen, Bauen und Betreiben energieoptimierter Gebäude und Quartiere. Die Arbeitsgruppen sind offen für alle interessierten Fachleute, die im Forschungsnetzwerk Energiewendebauen registriert sind.

Fachliche Ansprechpartner sind die Gruppensprecher. Weitere Informationen zu den aktuellen Mitgliedern der Arbeitsgruppen, Zugang zu Protokollen und Teilnehmerlisten der Netzwerk-Veranstaltungen sowie die Möglichkeit zum Beispiel an Meinungsabfragen teilzunehmen, erhalten Sie als registrierter Teilnehmer der Online-Plattform des Forschungsnetzwerks.

Die energetische Qualität von Gebäuden und Quartieren lässt sich steigern, wenn die Schnittstellen zwischen Technik und Mensch optimiert werden. Fokus der Arbeitsgruppe sind deshalb zum einen bestehende und neu entwickelte technische Lösungen und zum anderen Akteure wie Nutzer, Entscheider, Planer und ausführenden Personen. Hemmnisse in der Umsetzung und im Betrieb energieoptimierter Gebäude und Quartiere zu beseitigen und das Potenzial der Schnittstelle Mensch-Technik für die Praxis nutzbar zu machen, ist Aufgabe von Forschung und Entwicklung. Das umfasst zum Beispiel Methoden und Instrumente, die den Wissenstransfer und damit das unterschiedliche Expertenwissen einzelner Fachdisziplinen über Zusammenhänge und Anforderungen zwischen den Projektbeteiligten unterstützt und verbessert: Mit ihnen kann ein Qualitätsmanagement über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes sichergestellt, Prozesse optimiert und die Akzeptanz von Nutzern eines Gebäudes oder Quartiers gestärkt werden, indem sie aktiv in den Prozess eingebunden werden.

Im Quartier ist die Integration erneuerbarer Wärme zentral. Fragestellungen aus den Themenbereichen Geothermie, Solarthermie oder Bioenergie in bestehende Wärmeversorgungsstrukturen sowie deren effiziente und wirtschaftliche Integration sind Schwerpunkt dieser Arbeitsgruppe. Damit die Energiewende im Quartier gelingt, ist es wichtig systemisch zu denken und zu handeln. So gilt es zum Beispiel, neben der Bestandsaufnahme auch Prognosen zu erstellen und die vernetzte Wärme-Strom-Infrastruktur für eine nahezu CO2-neutrale Energieversorgung im Quartier im Blick zu haben.

In einem künftigen Versorgungssystem, das auf erneuerbaren Energien basiert, können Gebäude einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Systems liefern. Die Vernetzung, Analyse und Optimierung verschiedenster Komponenten der Gebäudetechnik sind hierfür die Grundlage. Eine intelligente Mess- und Regelungstechnik und die gemessenen Monitoring-Daten geben Auskunft darüber, wie die Komponenten optimal eingesetzt und Prozesse im laufenden Betrieb optimiert werden können. Denn bei der Planung eines Gebäudes beziehungsweise Quartiers sind Nutzung und Nutzerverhalten nur bedingt bekannt. Monitoring-Konzepte mit einheitlichen Schnittstellen und definierten Subsystemen sind daher ein wichtiges Forschungsthema, um einen energieeffizienten Betrieb sicherzustellen und Lücken in der Performance von Gebäuden zu verringern.

Gebäude werden üblicherweise über sehr lange Zeiträume genutzt. Im Hinblick auf die unterschiedlichen Aspekte der Nachhaltigkeit müssen alle Lebensphasen eines Gebäudes analysiert und in ihrem Zusammenwirken optimiert werden. Das Forschungsgebiet der Lebenszyklusbetrachtung analysiert und optimiert Materialien, Kosten und gesellschaftliche Auswirkungen mit Hinblick auf Produktions-, Rückbau- und Verwertungstechnologien. Erst die Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus kann Aufschluss über die tatsächliche Qualität eines Gebäudes geben. Lebenszyklusanalysen erfordern konsistente, belastbare und aussagekräftige Basisdaten. Sie schaffen Transparenz im Hinblick auf Ressourcen- und Energieeffizienz und  können potenzielle Rohstoffabhängigkeiten und systemische Verbesserungen aufzeigen.

Analyse- und Planungstools berechnen, wie das Energieversorgungssystem, die Gebäudehülle oder Räume ausgelegt werden sollen. Ihre Simulationen machen Szenarien und Konzepte von Bauherren, Architekten oder Planern bewertbar und vergleichbar, sodass die vorhandenen wirtschaftlichen und energetischen Potenziale ausgeschöpft werden können. Datenschutz und Datensicherheit müssen hier beim Erfassen, Speichern, Verarbeiten und Aufbereiten jedoch berücksichtigt werden. Weiter spielt bei der Entwicklung von Planungswerkzeugen die Definition standardisierter IKT-Schnittstellen eine große Rolle. Die Integration innovativer Technologien sowie ihr Zusammenspiel im System werden in der Praxis meist von unterschiedlichen Modellen mit unterschiedlicher Komplexität und Aussagefähigkeit simuliert. Ganzheitliche Systemanalysen erfordern jedoch, die Prozesse gekoppelt zu betrachten. Generalisierbare dynamische Simulations- und Bewertungstools sind aus Forschung und Entwicklung gefragt, Open Source ermöglicht die Weiternutzung von Erkenntnissen in Folgeprojekten. In der Praxis fehlt bisher ein gemeinsamer Standard für eine gemeinsame Datenbasis für Planungstools, Simulationsmodelle, Nachweis- sowie Optimierungsverfahren.

Bis zum Jahr 2050 will die Bundesregierung einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand realisieren. Um dieses Ziel zu erreichen ist es wichtig, Gebäude nicht nur als Verbraucher, sondern auch als Erzeuger von Energie wahrzunehmen. Über aktive Gebäudehüllen wie zum Beispiel solare Fassaden und Dächer kann elektrischer Strom oder Wärme aus Solarenergie gewonnen werden. Mit Nutzung der Fassade wird die Fläche für Solarenergie deutlich erweitert. Insbesondere solare und solarthermische Fassaden sind in den letzten Jahren stark weiterentwickelt worden, es besteht jedoch weiterhin Forschungsbedarf. Neben der Funktion spielt im Zusammenhang mit der Akzeptanz auch die Gestaltung der Komponenten eine wichtige Rolle.

Für energieeffiziente Gebäude müssen einzelne Komponenten weiter optimiert und verbessert werden, dabei aber auch das gesamte System und die Kosten betrachtet werden. Entwicklungsbedarf gibt es beim Umwandeln, Speichern und Verteilen von Energie. Für ein energieeffizientes und netzdienliches Gebäude ist das Koppeln unterschiedlicher Energiequellen mit Speichern und intelligenten Netzen unerlässlich. Im Wohnungsbau sind darüber hinaus neue Funktionalitäten zu integrieren, die bisher nicht bestehen oder noch nicht automatisiert sind. Je mehr Funktionalitäten in einem System integriert werden, desto wichtiger ist neben den technischen Aspekten auch die Akzeptanz und Bedienbarkeit durch die Nutzer. Für die Praxis sind auch Standardisierung, Zertifizierung und Nachweismethoden grundlegend, denn nur so kann langfristig sichergestellt werden, dass die Gebäudesystemtechnik auch dauerhaft energieeffizient und nutzerzentriert funktioniert. Wenn immer mehr Funktionalitäten, Energiequellen und Speicher zu einem Gesamtsystem zusammengeführt werden, muss sichergestellt werden, dass der Komplexitätsgrad optimal gewählt wird und das System sowohl im Bau als auch in der Praxis handhabbar ist.

Mit dem 7. Energieforschungsprogramm hat die Bundesregierung ihre Förderung im Bereich der angewandten Energieforschung um das Format der „Reallabore der Energiewende“ ergänzt. Als Testräume für Innovation und Regulierung sollen sie den Technologie- und Innovationstransfer beschleunigen. Der Impuls für dieses Format kam aus den Forschungsnetzwerken Energie. Auch der Ideenwettbewerb „EnEff.Gebäude.2050“ ist so entstanden. Unter der gleichnamigen Förderinitiative sind 2017 zehn herausragende und innovative Konzepte mit einem Preisgeld von insgesamt 280.000 Euro prämiert worden. Sowohl in der Kategorie „Konzepte für zukunftsweisende Gebäude und Quartiere“ als auch in der Kategorie „Ideen für einen internationalen Energiewettbewerb“ hat die jeweilige Jury 5 Preisträger ausgewählt. Der Wettbewerb war die Grundlage für die deutsche Bewerbung um den Austragungsort des „Solar Decathlon Europe“ im Jahr 2021, den die Energy Endeavour Foundation im Januar 2019 nach Wuppertal vergeben hat. Weiter steht diese Arbeitsgruppe im engen Austausch mit dem Forschungsnetzwerk Start-ups.

Komplexe und vernetzte Technologien sowie Gebäude und Quartiere erfordern Spezialisten in allen Bereichen. Energetische Sanierungen und die Optimierung von Gebäuden und Quartieren kann nur gelingen, wenn alle Berufsgruppen, also Handwerker, Ingenieure, Architekten und Wissenschaftler gemeinsam die optimalen Lösungen für Bau, Betrieb, Instandsetzung und Sanierung entwickeln und umsetzen. Hierfür ist es erforderlich, die Forschung, Planung, Realisierung und den Betrieb besser als bisher miteinander zu verknüpfen. Auch in der Ausbildung gibt es neue Wege, um das Ziel des gegenseitigen Verständnisses und der gewünschten Qualifizierung und Bildung weiterzuentwickeln. Interdisziplinäres Handeln und Denken sowie die Neuordnung der bestehenden Planungs- und Konzeptionsabläufe sind erste Schritte einer ganzheitlichen integralen Planung und handwerklichen Umsetzung.

Mittel- bis langfristig bietet die Solarthermie ökologisch und ökonomisch die Option Ein- und Zweifamilienhäuser mit Wärme zu versorgen. Im Idealfall heizt die Anlage das Gebäude und erwärmt zusätzlich das Trinkwasser. Forschung und Entwicklung arbeiten daran, diese kombinierten Anlagen weiterzuentwickeln und die Deckungsanteile zu erhöhen. Denn in der Praxis deckt eine Solarthermieanlage den Bedarf an Heizenergie nicht vollständig, weswegen sie mit einer herkömmlichen Heizung verbunden werden muss. Erheblich höhere Erträge für das Bereitstellen von Trinkwarmwasser oder Raumwärme können Prozesswärme-Solaranlagen aufweisen. Hier sind deutlich mehr Systemvarianten möglich, weil eine hohe Zahl vielversprechender Industrieprozesse existiert. Solarwärme kann dabei zum Beispiel über industrielles Heißwasser, ein Dampfnetz oder auf Prozessebene eingespeist werden. Weiter sind intelligente und effiziente Lösungen gefragt, Solarthermie-Technologien in das Energieversorgungssystem eines Gebäudes und darüber hinaus in ein das Wärmenetz eines Quartiers zu integrieren.

Ansprechpartner

Dr. Harald Drück
E-Mail:
Website: Universität Stuttgart – Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung

Helmut Jäger
E-Mail:
Website: SOLVIS GmbH

Begleitforschung Energiewendebauen

Die wissenschaftliche Begleitforschung analysiert und vergleicht alle vom BMWi geförderten Projekte im Bereich Energie in Gebäuden und Quartieren und gestaltet mit unterschiedlichen Veranstaltungsformaten den fachlichen Austausch zwischen den Forschungsprojekten.

Die Wissenschaftsteams wollen so einen systematischen Überblick über die Forschungsprojekte erlangen. Typische Fragen dabei sind: "Was lässt sich aus der Summe aller Projekte lernen?" oder "Welche Themen werden in Zukunft wichtig sein?" Dazu befragen sie beispielsweise Vertreterinnen der einzelnen Förderprojekte.

So entdeckt die Begleitforschung Trends und erkennt Technik und Werkzeuge, die zukünftig eine wichtige Rolle im Gebäudebereich spielen können. Die systematische Analyse schafft Synergien und ermutigt die Wissenschaftler, Wissen und Ergebnisse projektübergreifend auszutauschen, etwa auf Workshops, Projektleitertreffen und Kongressen.

Glassfassade mit Spiegelung
(Bild: Gyuszko/iStock/thinkstock)

Teams werten Forschung zu energieoptimierten Gebäuden und Quartieren aus

Die wissenschaftliche Begleitforschung ist auf zwei verschiedene Teams aufgeteilt. Im Team der Begleitforschung Energiewendebauen analysieren Wissenschaftler der RWTH Aachen und von
drei Fraunhofer-Instituten Technologieforschungs- und Modellprojekte im Forschungsbereich "Energie in Gebäuden und Quartieren“. Sie bereiten die Ergebnisse und Erkenntnisse projektübergreifend und methodisch abgesichert auf.

Das Team aus Wissenschaftlern des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE, der Bergische Universität Wuppertal und des Instituts für Nachhaltige Technische Systeme der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg wertet modellhafte Innovationsprojekte der Förderinitiative EnEff.Gebäude.2050  aus. Die Vorhaben bereiten eine Markteinführung bereits weitgehend entwickelter Technologien und Verfahren vor, mindern technische, ökonomische und gesellschaftliche Umsetzungsbarrieren und zeigen innovative Wege zur Umsetzung von Energiekonzepten auf.

Publikationen

2. Kongress Energiewendebauen 2019

Tagungsdokumentation

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2019PDF10.83 MB
Forschungsnetzwerk Energiewendebauen

Expertenempfehlung für das 7. Energieforschungsprogramm

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2018PDF4.12 MB
Ideenwettberwerb EnEff.Gebäude2050

Ideen für zukunftsweisende Gebäude und Quartiere

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2017PDF3.81 MB
Ideenwettbewerb EnEff.Gebäude.2050

Konzepte für einen internationalen Energiewettbewerb

Download
2017PDF2.7 MB

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Begleitforschung

Energiewendebauen

Prof. Dirk Müller
Projektkoordination
RWTH Aachen

Tanja Osterhage
Projektmanagement
RWTH Aachen
tosterhage@eonerc.rwth-aachen.de

Weitere Informationen zur Begleitforschung Energiewendebauen

EnEff.Gebäude.2050

Arnulf Dinkel
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

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