Gebäude nachhaltig klimatisieren: Das sind die Alternativen von morgen

Der Energieverbrauch im Gebäudesektor ist für einen großen Anteil der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Wegen des Klimawandels spielt das Thema Raumkühlung dabei eine immer größere Rolle. Im Green Energy Lab suchen Forscher:innen im Rahmen zahlreicher Projekte nach nachhaltigen Lösungen.

12.06.23, 17:17

Wenn die Temperaturen nach oben klettern, wird der Wunsch nach einer Klimaanlage groß. So sehr wir die Raumkühlung im Sommer genießen, so schädlich ist sie aber für das Klima: Der Gebäudesektor ist für einen großen Teil des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Zum Heizwärmebedarf im Winter gesellt sich nun aufgrund des Klimawandels auch ein wachsender Energiebedarf zur Gebäudeklimatisierung während der warmen Jahreszeiten. Um das hochgesteckte Ziel der Klimaneutralität in Österreich bis 2040 und in der EU bis 2050 erreichen zu können, müssen wir also die Emissionen senken – und damit auch den Energieverbrauch in der Gebäudeklimatisierung. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet das Green Energy Lab mit seinen Forschungsprojekten, von denen wir Ihnen hier einige vorstellen.

Was ist das Green Energy Lab?

Das Green Energy Lab hat sich der Erforschung und Erprobung von nachhaltigen Energielösungen verschrieben und ist Teil der „Vorzeigeregion Energie“ des Klima- und Energiefonds. Innerhalb der Forschungsinitiative arbeiten mehr als 300 Partner aus Forschung, Wirtschaft und der öffentlichen Hand zusammen und analysieren die Innovationspotenziale unterschiedlicher Technologien, unter anderem zur Energieoptimierung im Gebäudesektor. Dazu zählt einerseits, die Energieeffizienz von Bauwerken zu verbessern – auch als „upgrading buildings“ bezeichnet. Andererseits steht im Fokus, diese Gebäude in energetische Gesamtsysteme, sprich Wärme- und Kältenetze, einzubinden. Um die Raumkühlung zukünftig umweltfreundlicher gestalten zu können, müssen Kühlenergiequellen so energieeffizient wie möglich betrieben und das Zusammenspiel im System insgesamt optimiert werden. Wie das gelingen kann, erforschen rund 50 verschiedene Projekte im Green Energy Lab.

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1. RENVELOPE, die energieadaptive Gebäudehülle

Aktuell sind etwa 35 Prozent aller Gebäude in der EU älter als 50 Jahre und fast 75 Prozent der Gebäude sind nicht energieeffizient. Trotzdem werden pro Jahr nur etwa ein Prozent des Gebäudebestands renoviert. Genau hier setzt RENVELOPE an: Durch das Entwickeln und Umsetzen skalierbarer, serieller Sanierungskonzepte für erneuerbare Wärme- und Kälteversorgung, Speicherung und Verteilung sollen Bestandsgebäude in emissionsarme, aktive Teilnehmer an einem klimaneutralen Energiesystem umgewandelt werden.

Anstatt dem traditionellen Ansatz, Bestandsgebäude im Zuge der Sanierung mit Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen im Inneren auszustatten, setzt RENVELOPE auf einen Paradigmenwechsel: Im Rahmen des Projekts werden drei Gebäude mit einer innovativen Außenhülle modernisiert, die aus flexiblen und energieaktiven Elementen besteht. So können die Gebäude angepasst und minimal-invasiv saniert werden. Die drei Demo-Projekte sollen veranschaulichen, dass die CO2-neutrale Gebäudesanierungsmethode mit vorgefertigten Fassaden- und Dachelementen eine kosteneffiziente, kreislauffähige Komplettlösung darstellt. Zusätzlich zeigt das Projekt, dass diese innovative Form der Renovierung auch für großvolumige Bauten wie Schulen, städtische Wohn- oder Bürogebäude möglich ist.

2. AbSolut: Integration von Absorptionstechnologien in Fernwärme- und kältesystemen

Stellen Sie sich vor, es wäre möglich, nachhaltige Energiequellen wie etwa Solarthermie oder Abwärme anstatt Elektrizität als Antrieb in Fernwärme- und -kältesystemen zu nutzen. Dadurch wäre nicht nur das Stromnetz entlastet, sondern die eingesetzten Kältemittel würden auch kein Treibhauspotential aufweisen. Tatsächlich ist das in der Realität in Form von Absorptionstechnologien bereits möglich. „Absorption“ (lat. Absorptio = Aufsaugung) bezeichnet im Allgemeinen „das Aufsaugen, das In-Sich-Aufnehmen“ von etwas, im Konkreten von Kältemittel in Lösungsmittel. Dabei greifen Absorptionswärmetauscher oder Absorptions-Wärmepump-Anlagen – im Gegensatz zu den bekannteren Kompressionswärmepumpen – nicht auf elektrische Energie als Antrieb zurück, sondern auf Wärme oder Solarthermie. So sparen diese nicht nur Strom, sondern können darüber hinaus auch mit umweltfreundlichen Kälte- und Lösungsmittel in den Anlagen betrieben werden. Doch leider sind diese Absorptionstechnologien bis dato nur als Nischenlösung im Einsatz.

Genau dieser Herausforderung stellt sich das Projekt AbSolut, indem es die Integration von Absorptionstechnologien in österreichische Fernwärme und -kältesysteme untersucht und innovative Systemkonzepte zur Einbindung dieser entwickelt. So können diese Systeme sowohl ökonomisch als auch ökologisch verbessert werden, indem z.B. erneuerbare Energien und Abwärme besser integriert oder die Rücklauftemperaturen und Verluste im Netz nachhaltig gesenkt werden.

3. ExTra: Transformation der konventionellen Wärmenetze

Das Projekt ExTra – ExergieTrafos zum Heizen und Klimatisieren durch Fernwärme verfolgt den Ansatz, konventionelle Netze durch hocheffiziente Fernwärme und -kälte zu ersetzen, um den Energiebedarf von Gebäuden nachhaltig zu senken und zu decken. Das Projekt beleuchtet das enorme Potenzial des vielversprechenden Kopplungselements Kraft-Kälte-Kopplung in Bezug auf ein urbanes Energienetz. Dabei setzt man an den wärmetauschenden Übergabestationen neuartige Exergietrafos, die durch Fernwärme angetrieben werden. So soll das Wärmenetz aufgewertet werden, indem durch die Exergietrafos im Sommer und Winter Service-Leistungen wie Kälte für Klimatisierung oder etwa Heizwärme bei Absenkung der Temperaturen bereitgestellt werden können und Netzverluste minimiert werden.

Um die Exergietrafos zu ermöglichen, setzt man auf Technologien wie die Absorptionstechnologie und die Ejektoren-Technologie. Letztere ist bereits bekannt und etabliert und soll durch die Rückgewinnung der Expansionsenergie im Gegensatz zur Absorptionstechnologie möglicherweise sogar wirtschaftliche Vorteile bieten. Im Rahmen von ExTra arbeiten die Beteiligten Systemlösungen für Absorptions- sowie Ejektor-Technologie aus, simulieren diese und bewerten ihre Einbindung in Wärme- und Kältenetze ökonomisch sowie ökologisch.

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