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Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur Schriftenreihe

Vorwort

I Einleitung: Das Quartier „Rintheimer Feld“

I.1 Das Wohnquartier

I.2 Ergebnisse der Quartiersanalyse

II Quartiers-Energiebilanz – Ausgangsdaten 2008

III Quartiers-Energiekonzept Karlsruhe-Rintheim

III.1 Einleitung

III.2 Energiekonzept

III.3 Gebäudesanierungs-Zeitplan

III.4 Entwicklung der Quartiers-Energiebilanz 2008–2015

III.4.1 Eckpunkte der Bilanzierung

III.4.2 Gemessener Wärmeverbrauch 2012

III.4.3 Entwicklung des spezifischen Heizenergiebedarfs bis 2015

III.4.4 Primärenergie- und CO₂ -Bilanz Quartier Rintheimer Feld (VOLKSWOHNuNGS- Gebäude), 1997 bis 2015

III.4.5 Wirkungsgrade der Hausübergabestationen (HÜS)

III.4.6 Volllastbenutzungsdauern der installierten HÜS-Heizleistungen

IV Forschungsgebäude

IV.1 „Standardsanierung“: Vergleichsgebäude

IV.2 Forschungsansatz für die beiden Forschungsgebäude

IV.3 „3-Liter-Gebäude“: Heilbronner Straße 33–37

IV.4 „Experimentiergebäude“: Mannheimer Straße 43–47

IV.5 Rechnerische Energiekennzahlen für das „Experimentiergebäude“

IV.6 Messtechnische Begleitung und Evaluierung: Stand 2013

IV.7 Übersichtsauswertung Forschungsgebäude

IV.7.1 Heizenergieverbrauch

IV.7.2 Verbrauch an Trinkwarmwasser

V Zusammenfassung der Ergebnisse und Schlussfolgerungen

V.1 Einleitung

V.2 Ergebnisse der „konventionellen energetischen Sanierung“ von Mehrfamilienhäusern im Quartier

V.3 Sanierung von Bestands-Mehrfamilienhäusern und Quartierskonzept – integraler Ansatz

V.4 Energiecontrolling

V.5 Forschungsgebäude – Betriebserfahrungen

V.6 Schlussfolgerungen

Literatur

Anhang I: Methoden der energetischen Bilanzierung

AI-1: Primärenergie- und CO₂ -Emissions-Faktoren

AI-2: Nahwärmenetz Rintheim: Primärenergie- und CO₂-Emissions-Faktoren

AI-3: Energiebilanz auf Quartiersebene

AI-4: Heizgradtage und Temperaturbereinigung

AI-4.1 Berechnung des Jahres-Heizenergieverbauchs mit der Heizgradtag-Methode

AI-4.2 Rechenhilfen für den Gebäude-Energiemanager

Anhang II: Gebäude- und Quartiersoptimierung

AII-1 Optimierung des Wärmeschutzes der Gebäude-Hüllflächen

AII-1.1 Kostenstruktur der Wärmeschutzmaßnahmen

AII-1.2 Wirtschaftliches Optimum der Dämmstärke

AII-1.2.1 Energieeinsparung durch Wärmedämmung

AII-1.2.2 Graue Energie der Wärmedämmung

AII-1.2.3 Energieeinsparkosten durch Dämmung der Hüllflächen

AII-1.3 Gebäudebetrachtung

AII-1.3.1 Heizenergieverbrauch

AII-1.3.2 Wirtschaftlichkeit von energetischen Verbesserungsmaßnahmen der Hüllfläche

AII-1.3.3 Energetische Verbesserungsmaßnahmen der technischen Gebäudeausrüstung: Einzelgebäude

AII-1.4 Nahwärmeversorgung

AII-1.5 Gesamtbetrachtung der Gebäude-Modernisierung

AII-2: Verluste der Wärmeverteilung im Gebäude

Anhang III: Wirtschaftlichkeitsrechnung: Nahwärme und Wohnungsunternehmen

AIII-1: Nahwärmenetz Rintheim

AIII-2: Kosten und Wirtschaftlichkeit in der Wohnungswirtschaft

AIII-2.1 Wirtschaftlichkeitsanalysen in der Wohnungswirtschaft

AIII-2.2 Integrale Energieplanung

Danksagung

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Bücher, Broschüren

Anna-Elisabeth Wollstein-Lehmkuhl
Band 2. Wollstein-Lehmkuhl, Anna-Elisabeth
2020, 286 S., 215 mm, Softcover
expert-verlag

 

 

Der Einsatz von erneuerbaren Energien im Wärmesektor gewinnt im Zuge der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Jedoch erschwert die starke Volatilität nachhaltiger Energieträger eine versorgungssichere Wärmebereitstellung. Der Einsatz von saisonalen Wärmespeichern kann Schwankungen teilweise ausgleichen. Die Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch ermöglicht eine dezentrale und nachhaltige Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien. Die Arbeit wählt einen interdisziplinären Ansatz zur Bewertung eines dezentralen solarthermisch betriebenen saisonalen Wärmespeichers zur Wärmeversorgung von Wohngebäuden. Die Einflüsse von ökonomischen, sozialen und ökologischen Parametern auf die Marktfähigkeit saisonaler Behälterwärmespeicher wurden untersucht.

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Daniel Fehrenbach
Modellgestützte Untersuchung des wirtschaftlichen Potenzials sektorgekoppelter Wärmeversorgung in Wohngebäuden im Kontex
Produktion und Energie, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion und Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Band 35
Dissertationsschrift
2019, 544 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Bei der Erreichung der Energie- und Klimaziele der Bundesregierung kommt der Transformation der Energieversorgung des Wohngebäudesektors eine wichtige Rolle zu. Diese Arbeit untersucht das wirtschaftliche Potenzial der sektorgekoppelten Wärmeerzeugertechniken Mikro-KWK und Wärmepumpen zur Flexibilisierung der Elektrizitätsversorgung. Zu diesem Zweck werden zwei optimierende energiewirtschaftliche Analyseinstrumente entwickelt und angewendet: ein integriertes Energiesystemmodell zur Langfristplanung der Energieversorgung der Wohngebäude in Deutschland aus gesamtwirtschaftlicher Perspektive und ein Entscheidungsmodell zur Energieversorgung einzelner Wohngebäude unter gegebenen wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen aus einzelwirtschaftlicher Perspektive. Der kombinierte Einsatz dieser komplementären Analyseinstrumente zeigt in der Szenarioanalyse ein Spannungsverhältnis zwischen gesamtwirtschaftlich optimaler Systemplanung und Investitionsanreizen für Entscheider bei der Energieversorgung von Wohngebäuden auf. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit zusätzlicher Maßnahmen zur Erreichung der energie- und klimapolitischen Ziele der Bundesregierung.

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Erik Merkel
Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystems und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland
Produktion und Energie, Band 21
Dissertationsschrift
2018, 434 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Die Arbeit befasst sich mit der Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystem und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland bis zum Jahr 2050. Das Untersuchungsziel besteht neben einer Analyse der zeitlichen Veränderung der Teilenergiesysteme insbesondere darin, das Potenzial von Technologien an der Schnittstelle von Elektrizität und Wärme zu identifizieren sowie die Entwicklung vor dem Hintergrund der energie- und klimapolitischen Ziele im Wärmesystem der Wohngebäude zu bewerten. Der entwickelte Ansatz ermöglicht es erstmalig, neben einer Analyse der Entwicklung des Wärmesystems der Wohngebäude, die auf einer Vielzahl von Szenarien basiert, auch die Erreichung dessen energie- und klimapolitischen Ziele zu bewerten.

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Stefan Sobotta
Praxis Wärmepumpe
Praxis Technische Gebäudeausrüstung
Technik, Planung, Installation
3., überarb. u. erw. Aufl.
2018, 374 S., m. zahlr. meist farb. Abb. 210 mm, Softcover
Beuth

 

 

Mit anschaulichem Bildmaterial beschreibt der Autor systematisch und klar verständlich die bewährte Technik der nachhaltigen Wärmeversorgung von Gebäuden. Von der einfachen Grundlagenvermittlung bis hin zu konkreten Planungs- und Praxisbeispielen leistet der Titel einen wertvollen Beitrag zur Anwendung zukunftsorientierter und umweltbewusster Technologien. Aus dem Inhalt: Energie und Umwelt // Technik Wärmepumpe // Planung einer Wärmepumpenanlage // Installation // Wirtschaftlichkeit // Normen und Verordnungen // Herstellerverzeichnis. Für die dritte Auflage erfolgte eine Überarbeitung und Erweiterung aller Kapitel. Neue Themen: Anpassung der Energiepreise und Energiewende in Deutschland // Absperrventile. Das Kapitel zu Planungsrichtlinien von Luft/Wasser Wärmepumpen bezüglich der Schallausbreitung wurde überarbeitet.

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Marten F. Brunk, Christopher Seybold, Rainard Osebold, Joachim Beyert, Georg Vosen
Dezentrale Wärmerückgewinnung aus häuslichem Abwasser
Bauforschung für die Praxis, Band 105
2013, 81 S., 43 Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens erfolgte eine Potentialanalyse der Energiequelle Abwasser innerhalb von Gebäuden. Hierzu wurden an zwei Studentenwohnheimen, einem Hotelgebäude und einem Krankenhausgebäude Messungen von Abwassertemperatur und Durchfluss durchgeführt und in repräsentative Ganglinien transformiert. Auf Grundlage dieser Profile wurden mit einem Berechnungstool verschiedene dezentrale Abwasserwärmepumpensysteme zur Trinkwarmwassererzeugung auf ökologische und ökonomische Vorteilhaftigkeit untersucht und bewertet.

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Forschungsberichte

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Kirsten Höttges, Michael Krause, Juan Rodriguez Santiago, Matthias Kersken, Thomas Haussmann, Stephan Schlitzberger
Erarbeitung von Bewertungsverfahren zur Berücksichtigung der Eigenschaften von PCM-Produkten im Rahmen der DIN V 18599 und DIN 4108 Teil 2. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3116
2019, 178 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) werden heute in der Baupraxis bereits verschiedene Systeme umgesetzt. Die Einsatzbereiche umfassen dabei passive Systeme (Bauplatten) sowie aktive bzw. hybride Systeme (Kühldecken und -wände, Lüftungsanlagen und Speicher). Eine rechnerische Bewertung der energetischen Effekte von PCM sowie die Auswirkungen auf den thermischen Komfort kann mittels thermischen Simulationsrechnungen auf Stundenbasis erfolgen. Im Rahmen der rechtlich erforderlichen Nachweisverfahren finden thermische Simulationsrechnungen nur in Ausnahmefällen (EnEV) bzw. nicht als Regelverfahren (DIN 4108-2) Anwendung. Wünschenswert wäre die Möglichkeit, den Einsatz von PCM in die normativen Berechnungsverfahren zu implementieren, um so eine energetische Bewertung dieser Systeme auch im Rahmen der Nachweisführung - d.h. für eine weiter verbreitete Anwendung - zu ermöglichen. Dabei geht es vor allem darum, geeignete Schnittstellen und Algorithmen (Ansätze) zu identifizieren und zu verifizieren.

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Martin Kerner, Stefan Hindersin
Entwicklung und Testung der Anlagen- und Steuerungstechnik für eine speicherfreie Nutzung der Wärme aus einer Bioreaktorfassade in einem Wohnhaus. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3092
2018, 59 S., 14 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im BIQ Das Algenhaus werden in einer Bioenergiefassade mit Sonnenlicht Mikroalgen und Wärme produziert. Allerdings war die Nutzung der Wärme aus der Fassade für die Versorgung des Gebäudes nicht optimal, da ein Großteil über lange Zeiträume im Erdreich zwischengespeichert werden musste. Um das System zu optimieren war es Ziel des vorliegenden Projektes, ein neues Energiekonzept zu entwickeln, mit dem die Speicherung der Wärme minimiert und die direkte Nutzung maximiert wird, ohne dass die Produktion an Mikroalgen gestört wird. Der Forschungsansatz bestand darin, für die am BIQ Das Algenhaus vorhandene Bioreaktorfassade eine Anlagen- und Steuerungstechnik zu entwickeln und umzusetzen, mit der die Wärme, die in der Bioreaktorfassade produziert wird, optimal zur Deckung des Bedarfs im Wohnhaus genutzt werden kann.

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Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

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Werner Lang, Thomas Auer, Karl Martin Heissler, Jakob Metz, Isabell Nemeth
Potenziale von Niedrigtemperaturnetzen zur Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien in Quartieren. Niedrigtemperaturnetze in Quartieren. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3059
2018, 97 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Heutige Nahwärmenetze arbeiten auf einem Temperaturniveau, das deutlich über dem der Umgebung liegt. Folge der Temperaturdifferenz zur Umgebung sind Verteil- sowie Exergieverluste und eine erschwerte Einbindung von erneuerbaren Energiequellen. Niedrigtemperaturnetze sind ein innovativer Ansatz um die Einbindung erneuerbarer Energien zu erleichtern. In städtischen Quartieren können durch eine thermische Vernetzung auf niedrigem Temperaturniveau erneuerbare Energiequellen sowie Umgebungs- und Restwärmepotenziale genutzt werden, die bisher nicht erschließbar waren. Niedrigtemperaturnetze bieten darüber hinaus große Potenziale durch die Minimierung der Netzverluste zur Umgebung und durch die räumliche und zeitliche Verschiebung der Wärme innerhalb des Quartieres.

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Marten F. Brunk, Christopher Seybold
Dezentrale Abwasserwärmerückgewinnung zur Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2934
2015, 74 S., 43 Abb. u. 8 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Forschungsarbeiten knüpfen an das im Frühjahr 2012 abgeschlossene, ebenfalls mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung geförderten Forschungsvorhaben "Dezentrale Wärmerückgewinnung aus häuslichem Abwasser" (SF-10.08.18.7-10.4) an. Ziele des aktuellen Vorhabens sind die Fortführung der messtechnischen Potentialanalyse an vier Gebäuden des Vorprojektes, die Erweiterung der messtechnischen Potentialanalyse durch Aufnahme von zwei Mehrfamilienhäusern in die Analyse, die Erstellung von repräsentativen, wochentagsabhängigen Ganglinien der Energiequelle Abwasser auf Grundlage von Langzeitmessungen und der Untersuchung der maßgebenden Einflussgrößen auf das Energiepotential sowie die Konzeption, Simulation und Bewertung von dezentralen Abwasserwärmepumpensystemen. Als Ergebnis der Potentialanalyse ist ein täglicher Pro-Kopf-Wasserverbrauch bei der Wohnnutzung von 113 - 128 Litern pro Person und Werktag sowie ein täglicher Pro-Zimmer- bzw. Pro-Bett-Wasserverbrauch von 157 - 197 Litern pro Zimmer und Tag (Hotel) und von 182 - 327 Litern pro Bett und Tag (Krankenhaus) festzustellen. Die mittleren täglichen Abwassertemperaturen von 21 bis 26 Grad Celsius zeigen das im Vergleich zu regenerativen Energiequellen hohe Temperaturniveau der Wärmequelle Abwasser. Ein mögliches Anlagenkonzept zur Nutzung der Abwasserwärme stellt die Trinkwassererwärmung mittels bivalentem Speicher-Trinkwassererwärmer dar, welcher sowohl durch eine Abwasserwärmepumpe als auch durch einen konventionellen, zweiten Erzeuger (bspw. Gaskessel) gespeist wird. Die Ergebnisse der Simulation dieses Anlagenkonzeptes für die vier betrachteten Wohngebäude zeigen - auf Basis der getroffenen Annahmen - bei einer mittleren Biofilmschichtdicke von 1 mm am abwasserseitigen Wärmeüberträger und einer Teilerwärmungstemperatur durch die Abwasserwärmepumpe von 45 Grad Celsius Jahresarbeitszahlen von 4,6 bis 5,5, was einer Energiekostenersparnis von 18,8 bis 22,6 Euro pro Person und Jahr sowie einer Redukti

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Zeitschriftenartikel

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Oberle, Stella; Stute, Judith; Fritz, Markus; Klobasa, Marian; Wietschel, Martin
Sector coupling technologies in gas, electricity, and heat networks. Competition or synergy? (kostenlos)
TATuP Zeitschrift für Technikfolgenabschätzung in Theorie und Praxis, 2020

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Nicht nur für den Neubau. Feldtest Wärmepumpen im Bestand (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2020

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Miller, John A.
Impuls für Konjunktur und Klima - Wärmewende jetzt ermöglichen!
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2020

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Knüsel, Paul (Verfasser, Verfasser)
Wie und wo die Wärmewende beginnt. Energieplanung
Tec 21, 2019

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Epting, Jannis; Müller, Matthias H.; Genske, Dieter; Huggenberger, Peter
Grundwasser zum Heizen und Kühlen. Energiepotenziale
Tec 21, 2019

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