EINSTEIN

Das am 01. Januar 2012 im siebten Forschungs-Rahmenprogramm der EU gestartete Forschungsprojekt EINSTEIN befasste sich mit der energetischen Sanierung des Gebäudebestands. In diesem Projekt wurden unter anderem Lösungen erarbeitet, solare Nahwärme in Kombination mit saisonaler Wärmespeicherung auch in zu sanierende innerstädtische Bereiche mit beschränktem Platzangebot zu integrieren.

Trotz Einschränkungen durch die Gegebenheiten des Bestands, wie Platzangebot und Dachausrichtung, kann Solarthermie für sanierte Wohngebäude im Anschluss an Maßnahmen zur Wärmedämmung wirtschaftlich sein. Das Prinzip zeigt Abbildung 1: Ausgehend vom Bestandszustand ist es in den meisten Fällen zunächst am wirtschaftlichsten, Gebäude bis zu einem bestimmten Grad wärmezudämmen. Soll deren Primärenergiebedarf darüber hinaus deutlich gesenkt werden, ist dies durch weitere Dämmmaßnahmen unwirtschaftlicher als durch die Installation von Solarthermie, idealerweise in Kombination mit effizienten Niedertemperatur-Flächenheizsystemen. Dabei kann die solarthermische Anlage bereits ohne saisonalen Wärmespeicher eine zusätzliche Primärenergieeinsparung von ca. 30 % erreichen. Mit saisonalem Wärmespeicher sind der Einsparung an Primärenergie kaum Grenzen gesetzt. Typische Werte liegen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit jedoch unter 70 %.

Im Rahmen des Projektes EINSTEIN wurden unter anderem spezielle Wärmeübergabe­stationen mit integrierter Wärmepumpe entwickelt. Diese ermöglichen die direkte Nutzung der Wärme aus dem Nahwärmenetz, solange von diesem ausreichend hohe Vorlauftemperaturen bereit gestellt werden. Sinkt im Herbst und Frühwinter das Temperaturniveau im Nahwärmenetz ab, werden die Wärmepumpen eingeschaltet. Diese arbeiten verdampferseitig auf das Nahwärmenetz, solange dieses höhere Temperaturen als die Temperatur der Umgebungsluft liefert. Sinkt die Temperatur des Nahwärmenetzes unter die Temperatur der Umgebungsluft, arbeiten die Wärmepumpen verdampferseitig auf Luft/Wasser-Wärmeübertrager. Dadurch wird immer eine möglichst hohe Leistungszahl der Wärmepumpen erzielt.

Zudem werden signifikant niedrigere Wärmeverluste des Nahwärmenetzes als bei herkömmlichen Nahwärmenetzen erwartet. Diese betragen bei den in Deutschland realisierten solaren Nahwärmeanlagen typischerweise zwischen 8 % und 30 % des Gesamtwärmebedarfs der Gebäude. Werden bei der Bestandssanierung bereits vorhandene, ältere, schlecht wärmegedämmte Nahwärmenetze weiter­verwendet, vergrößert sich der aus dem dezentralen Einsatz der Wärmepumpen resultierende Vorteil geringerer Wärmeverluste zusätzlich.

Bei der Realisierung von solaren Nahwärmeanlagen im Bestand, muss die Verlegung der Leitungen für das Solar- und Nahwärmenetz mit möglichst wenig störendem Einfluss auf Verkehr und bestehende Infrastruktur erfolgen. Grabenloser Leitungsbau (Mikrotunneling) wird deshalb im Projekt EINSTEIN als eine mögliche Lösung untersucht.

Basierend auf den bisher überwiegend in Skandinavien und Deutschland gewonnenen Erfahrungen, wird zudem die Technik der solaren Nahwärme an die Anforderungen südeuropäischer Länder wie Spanien angepasst. Auch dort werden zum Teil sehr große Energiemengen zur Gebäudebeheizung im Winter benötigt. Gegenüber dem Standort Deutschland ergeben sich jedoch zahlreiche Vorteile, welche die Technologie der solaren Nahwärme für diese Länder hochinteressant macht:

• Die solare Einstrahlung und damit der Solarertrag ist in den Wintermonaten typischerweise höher als in Deutschland. Dadurch kann der saisonale Wärmespeicher kleiner, platzsparender und kostengünstiger gebaut werden und das Temperaturniveau im Speicher während der Monate Januar und Februar höher gehalten werden.
• Durch die höhere jährliche Strahlungssumme werden weniger Kollektoren zum Erzielen desselben Solarertrags benötigt. Investitionskosten und Flächen­bedarf sind somit geringer.
• Die höheren Umgebungstemperaturen im Winter lassen den Einsatz der Wärmepumpen verdampferseitig auf die Außenluft auch im Januar und Februar mit hohen Leistungszahlen zu.

01/2012 - 12/2015

Das Projekt EINSTEIN wurde mit Mitteln der EU (FP7‐2011‐NMP-ENV-ENERGY‐ICT‐EeB) gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.