Die Projektpartner wollen zeigen, dass durch die geschickte Verknüpfung von neuen Technologien auch in einem Bestandsgebäude die von der Bundesregierung geforderte Primärenergieeinsparung von 80 Prozent gegenüber 2008 – und die damit einhergehende Reduktion an Treibhausgasemissionen – erreichbar ist. Dafür arbeiten die Gemeinde Gutach im Breisgau, die aleon GmbH, die SCHOLZE-THOST GmbH, die caldoa GmbH, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die TU Clausthal zusammen. Die Förderung des Projektes ISWK (FKZ 03EGB0026) erfolgt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestags.

Negative CO₂-Bilanz durch Sektorenkopplung

Für das Quartier erstellen die Partner ein Strom- und Wärmekonzept, das dem klimaneutralen Standard für Gebäude im Jahr 2050 entspricht. Der Wärmebedarf der Zweitäler-Schule soll durch Wärmepumpen gedeckt werden, wobei die industrielle Abwärme der Elztalbrennerei als Niedertemperatur-Wärmequelle für das LowEx-Wärmeversorgungskonzept genutzt wird. Aus dieser wird zunächst in einen Eisspeicher eingespeist, der auch mit besonderem Fokus auf der Optimierung dessen Hydraulikeinkopplung untersucht wird. Die an der geplanten Nahwärmetrasse gelegenen kommunalen Mehrfamilienhäuser werden ebenfalls an die Niedertemperatur-Wärmequelle angeschlossen. Als Ersatz für die konventionellen Heizkörper werden Klimadecken installiert, mit denen die Räume geheizt und gekühlt werden können. Dies ermöglicht durch Absenkung der Vorlauftemperaturen im Heizfall einen effizienten Betrieb des Wärmepumpensystems. Als Folge sollen die CO₂-Emissionen für die Gebäudeheizung um rund 75 Prozent sinken.

Auf den Dächern der Schule soll eine Solaranlage installiert werden. Bei einer nutzbaren Fläche von 420 qm ist eine jährliche Stromerzeugung von rund 95 MWh möglich, wovon etwa 20 Prozent direkt in der Schule genutzt werden können. Zur Erhöhung der Eigenverbrauchsquote ist der Anschluss eines Elektrolyseurs geplant. Der erzeugte Wasserstoff wird gespeichert und dient als saisonaler, dezentraler Speicher für den PV-Strom. Der erzeugte Wasserstoff kann im Winter rückverstromt werden und die dabei anfallende Abwärme ebenfalls für die Heizung der Schule genutzt werden.

Intelligente Vernetzung des Quartiers durch EMS

Für die optimierte Betriebsführung dieses flexiblen Anlagenparks sorgt ein Energiemanagementsystem (EMS), mit dessen Hilfe zusätzlich Systemleistungen wie z.B. Regelleistung oder der Strombezug bei negativen Strompreisen angeboten werden können. Für den netzdienlichen Betrieb werden prognosebasierte Regelungsalgorithmen entwickelt und getestet.

»Die zentrale Herausforderung besteht darin, die einzelnen Technologien, die teilweise erst seit kurzem am Markt sind, optimal zu integrieren. Das betrifft neben der angepassten Auslegung und Dimensionierung der Einzelkomponenten auch die Quartierssteuerung durch das EMS, das Angebot und Nachfrage dynamisch aufeinander abstimmt«, erklärt Projektleiterin Dr.-Ing. Constanze Bongs, Gruppenleiterin Gebäudesystemtechnik am Fraunhofer ISE.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt in der Nutzung und Weiterentwicklung von Verfahren der digital gestützten integralen Projektplanung, da Anlagen- und Gebäudedaten für Sanierungsobjekte häufig nur unvollständig oder unstrukturiert vorliegen. Ziel ist die Entwicklung einer Methodik, die auch auf andere Bauvorhaben übertragbar ist.