RENBuild - Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft

Abstract

Ziel des Projektes war es, ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft zu entwickeln und im realen Einsatz zu evaluieren. Im Fokus stand dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Um dieses Vorhaben umzusetzen, wurden thermische Energiespeicher benötigt. Diese ermöglichen es dem Gesamtsystem gleichzeitig netzdienlich zu arbeiten: zum einen durch die optimale Nutzung der vor Ort erzeugten regenerativen Energie, zum anderen auch bei Bedarf durch die Nutzung von Überschussstrom in den öffentlichen Stromnetzen durch power-to-heat bzw. power-to-cold. Zentrale Bestandteile des Gesamtkonzeptes sind:

PVT-Hybridkollektor: Erzeugung von Strom, Kälte und Wärme in einer Komponente (dachintegriert, fassadenintegriert). PCM-Kältespeicher: zentraler Kältespeicher zur Speicherung der regenerativ erzeugten Kälte, leistungsoptimiert durch integrierte PCM-Makrokapseln. PCM-Wärmespeicher: zentraler Wärmespeicher für Niedertemperaturheizung und Brauchwarmwasser, leistungsoptimiert durch integrierte PCM-Makrokapseln. Wärmepumpe: Eine systemangepasste bivalente Wärmepumpe zur energieeffizienten Konversion von Strom in Wärme und Kälte. Lüftungsanlage: Lüftungsanlage inklusive Wärmerückgewinnung zur Versorgung des Gebäudes mit Frischluft. Die Frischluft kann über die Wärme- und Kältespeicher sowie die Wärmepumpe zusätzlich temperiert werden. Zentrale Steuereinheit: Eine zentrale Steuereinheit für das energieeffiziente und netzdienliche Zusammenspiel der Komponenten. Entwicklungsziel war dabei ein aufeinander abgestimmtes Gesamtsystem in dem die bisher getrennten Gewerke Wärme, Kälte, Strom und Lüftung sinnvoll und energetisch effizient vereint sind.

The aim of the project was to develop an innovative overall concept for the combined renewable supply of buildings with heat, cold, electricity, and fresh air, and to evaluate it in real-life applications. The focus was on the most comprehensive and efficient use of available renewable environmental energy and its integration with low-ex systems for building cooling, heating, and ventilation. Thermal energy storage systems were required to realize this concept. These enable the overall system to operate in a grid-supportive manner: on the one hand, through the optimal use of locally generated renewable energy, and on the other hand, through the use of surplus electricity in the public power grids via power-to-heat or power-to-cold, if necessary. The central components of the overall concept are:

PVT hybrid collector: generation of electricity, cooling, and heating in a single component (roof-integrated, facade-integrated). PCM cold storage: central cold storage for storing regeneratively generated cold, performance-optimized by integrated PCM macrocapsules. PCM heat storage: central heat storage for low-temperature heating and domestic hot water, performance-optimized by integrated PCM macrocapsules. Heat pump: A system-adapted bivalent heat pump for the energy-efficient conversion of electricity into heat and cold. Ventilation system: ventilation system including heat recovery to supply the building with fresh air. The fresh air can be additionally tempered via the heat and cold storage tanks and the heat pump. Central control unit: a central control unit for the energy-efficient and grid-friendly interaction of the components. The development goal was to create a harmonized overall system in which the previously separate functions of heating, cooling, electricity, and ventilation are combined in an energy-efficient manner.