Hintergrund und Motivation

Gebäude aus den Nutzungsklassen „Gewerbe und Industrie“, „Handel und Dienstleistung“, „Bildung“ und „Büro und Verwaltung“ stellen einen wesentlichen Anteil aller beheizten Nichtwohngebäude. Bestehende Studien zum GHD-Sektor gehen davon aus, dass Energieeinsparungen in signifikanter Höhe durch Effizienzsteigerungen bei der Beheizung und Kühlung von Nichtwohngebäuden des GHD-Sektors erschließbar sind. Über die eingesetzten Technologien zur Wärme- und Kälteerzeugung in Nichtwohngebäuden des GHD-Sektors besteht derzeit jedoch nur eine begrenzte Datenbasis.


Strombasierte Technologien zur Wärme- und Kälteversorgung umfassen im Wesentlichen die Kraft-Wärme-Kopplung sowie elektrische Wärmepumpen und Kompressionskältemaschinen. Bei der Verwendung von Wärmepumpen und Kältemaschinen für die Gebäudeheizung und –kühlung erfolgt die Wärme- und Kälteübergabe idealerweise mit Niedrigexergiesystemen bei niedrigen Vorlauftemperaturen im Heizbetrieb bzw. hohen Vorlauftemperaturen im Kühlbetrieb, z.B. unter Verwendung von Flächentemperiersystemen. Im Zusammenspiel in einem Gesamtsystem liegen die in der Praxis erreichten Jahresarbeitszahlen von Niedrigexergiesystemen jedoch weit unter den thermodynamisch möglichen Jahresarbeitszahlen. Eine signifikante Schwachstelle ist dabei die nicht aufeinander abgestimmte Regelung und Steuerung der hocheffizienten Einzelkomponenten im Gesamtsystem. Auch im Bereich der höherexergetischen Prozess- und Gewerbekälte, z.B. Kühlhäuser, Supermärkte usw. sind noch erhebliche Effizienzsteigerungen durch konzeptionelle sowie anlagen- und regelungstechnische Verbesserungen möglich.


Strombasierte Wärme- und Kälteerzeuger können in Zukunft durch einen „netzdienlichen“ Betrieb zur elektrischen Laststeuerung (Demand Response) genutzt werden. Die Notwendigkeit hierzu ergibt sich aus den derzeit stattfindenden drastischen Änderungen im deutschen Energiesystem: Der steigende Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien (z.B. aus Wind- und Sonne) führt zu starken zeitlichen Schwankungen in der Stromproduktion, was erhöhte Anforderungen an die Stabilität der Stromnetze stellt. Der Gebäudesektor kann einen signifikanten Beitrag zur Entlastung des Energiesystems leisten, indem er seinen Strombezug zur Wärme- und Kältebereitstellung an die Bedürfnisse der Netze anpasst. Zur Zwischenspeicherung der thermischen Energie kann neben technischen Speichern die thermisch aktivierte Gebäudemasse (z.B. Flächentemperiersysteme, Thermoaktive Bauteilsysteme) genutzt werden. Aufgrund der hohen thermischen Trägheit der Gebäude stellt dieser Ansatz eine große regelungstechnische Herausforderung dar, die noch weiter erschwert wird, wenn ein einfach zu implementierendes und auf das Gebäude anzupassendes, praxistaugliches Regelkonzept gefordert wird. Weiterhin kann die gezielte Unterkühlung von Kältespeichern, Kühlräumen usw. einen Beitrag zur Zwischenspeicherung bzw. Lastflexibilisierung und letztlich zur Netzentlastung leisten.