Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit in der Energieversorgung von Gebäuden

Wenn ein Gebäude geplant wird, soll zukünftig schneller und leichter auch das beste Konzept für die Gebäude-Energie mitgeplant werden. Deshalb haben wir zusammen mit der Firma Goldbeck eine Optimierungs-Software entwickelt. Sie rechnet binnen Sekunden hunderte Energie-Szenarien durch und visualisiert die vielversprechendsten verständlich. Diese dienen anschließend als Grundlage für nachfolgende Detailplanungen des Expertinnen und Experten.

Eine ressourcenschonende Energieversorgung von Gebäuden trägt wesentlich zum Klimaschutz in Deutschland bei. Durch strenge gesetzliche Vorgaben (GEG, EEWärmeG) und Förderungen (EEG, KWKG) soll ein möglichst geringer Verbrauch an Primärenergie bzw. fossiler Brennstoffe für die Heizung und Kühlung von Neubauten erreicht werden. Auch ein für die Zukunft zu erwartender Anstieg der Energiepreise bietet Motivation, alternative Energieversorgungskonzepte zu betrachten – wie etwa Blockheizkraftwerke, Geothermie, Ad- bzw. Absorptionskälte oder Solarthermie bzw. Photovoltaik. Doch das Einbeziehen der Energieerzeuger bedeutet meist eine deutlich höhere Anfangsinvestition, während der langfristige wirtschaftliche Nutzen durch geringere Betriebskosten schwer abzuschätzen ist.

Planungstool vergleicht Kombinationen von Energieerzeugern

Wir haben gemeinsam mit der Firma Goldbeck für diese Fragestellung ein Planungstool entwickelt. Berücksichtigt wurden verschiedene Eckdaten wie

  • grundlegende Gebäudeparameter (Grundriss, Maße, Fensteranteil, Dämmung)
  • Nutzungsart
  • standortspezifische Klimabedingungen

Das Tool GEOS (Goldbeck Energy Optimization System) vergleicht sinnvolle Kombinationen von Energieerzeugern bezüglich verschiedener Kennzahlen. Das sind insbesondere Investitions- und Betriebskosten, aber auch der zu erwartende CO2-Ausstoß oder der Komfort des Kühlsystems. Bisher haben wir in der Entwicklung einen Schwerpunkt auf Bürogebäude gelegt, aber auch Schulen und andere Arten der Gebäude sind in Arbeit und Entwicklung.

Screenshot Software GEOS Oberfläche
© Fraunhofer ITWM
Screenshot Software GEOS Oberfläche

Software hilft schon in früher Phase bei Entscheidungen dank Simulation

Die entstandene Software bietet dem/der Bauherr:in eine umfangreiche multikriterielle Entscheidungsunterstützung. Nutzende können verschiedene Varianten in Bezug auf die zuvor genannten Faktoren gegeneinander abwägen und erhalten insbesondere Abschätzungen für die Amortisationszeiten von Lösungen mit hohem Invest aber geringerem Energieverbrauch im Betrieb.

Die Grundlage für die Ermittlung der Kennzahlen bildet eine Simulation. In dieser werden die Deckung der standort- und gebäudespezifischen Heiz- und Kühlbedarfe sowie Stromerzeugung bzw. -verbrauch für die diversen Erzeugerkombinationen über den Zeitraum eines Jahres simuliert. Wie detailliert die Simulation ausfällt, ergibt sich im Wesentlichen aus der Menge an Informationen, die zu dem frühen Planungsstadium zur Verfügung stehen, in dem die Entscheidung über das Energiekonzept fällt. Darin unterscheidet sich das Planungstool besonders von den am Markt bereits vorhanden Gebäudesimulationstools, die in der Regel Daten über das Gebäude benötigen, die erst in einer sehr weit fortgeschrittenen Phase der Planung vorhanden sind.

Auch die Fachjury des The smarter-E-Awards 2019 hat die Innovationskraft der GEOS-Software erkannt und das System ins Finale der Kategorie Smart Renewable Energy gewählt. Im Mittelpunkt des Preises standen dabei Lösungen und Konzepte, die mit erneuerbaren Energien, Dezentralisierung und Digitalisierung alle Energiebereiche aus den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr intelligent miteinander verbinden.

Konzept der Software
© Fraunhofer ITWM/iStockphoto
Konzept der Software