SolSpaces-E - Innovatives solares Luftheiz- und -kühlsystem zur Reduzierung der CO2-Emissionen für die Wohngebäudeklimatisierung

Abstract

Der Gebäudesektor spielt eine wichtige Rolle bei der Erreichung der nationalen und europäischen Klimaschutzziele. Insbesondere im Wohngebäudebereich besteht weiterhin ein erheblicher Handlungsbedarf zur Reduktion der CO₂-Emissionen, da hier ein großer Anteil des Endenergieverbrauchs auf Raumheizung und Trinkwassererwärmung entfällt. Vor diesem Hintergrund verfolgte das Forschungsvorhaben SolSpaces-E das übergeordnete Ziel, ein innovatives solares Luftheiz- und -kühlsystem zur Reduzierung der CO2-Emissionen für die Wohngebäudeklimatisierung zu entwickeln und systemisch zu bewerten. Ausgangspunkt des Projekts ist ein modernes Wohngebäude mit einem luftbasierten Heiz- und Lüftungssystem, wie es vom Projektpartner SchwörerHaus in großer Stückzahl realisiert wird. Das betrachtete Referenzgebäude ist mit einer zentralen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sowie einer integrierten Luft/Luft-Wärmepumpe ausgestattet. Ergänzend ist eine Photovoltaikanlage mit einer installierten Leistung von 5kWp vorhanden. Dieses System stellt den Stand der Technik für energieeffiziente Neubauten dar und dient im Projekt als Referenz für die quantitative Bewertung der erzielbaren CO₂-Minderungen. Ein wesentliches Merkmal luftbasierter Heizsysteme ist ihre vergleichsweise einfache und kostengünstige Systemtechnik sowie die gute Integrationsfähigkeit in vorgefertigte Gebäude. Gleichzeitig ist die maximal bereitstellbare Heizleistung begrenzt, sodass in der Praxis häufig ein erheblicher Anteil des Wärmebedarfs über elektrische Zusatzenergie gedeckt werden muss. An dieser Stelle setzt das Projekt an: Ziel war es, den Anteil erneuerbarer Energien - insbesondere von Solarenergie - deutlich zu erhöhen und dadurch den Strombedarf sowie die daraus resultierenden CO₂-Emissionen signifikant zu reduzieren. Ein Paket von aufeinander abgestimmten Maßnahmen wurde untersucht um dieses Ziel zu erreichen. Dazu wurden die vier folgenden Technologieschwerpunkte untersucht:

Reduzierung der CO₂-Emissionen durch Innovationen im Bereich der Wohnraumklimatisierung, Reduzierung der CO₂-Emissionen durch Steigerung des solarthermischen Beitrags an der Wärmeversorgung, Reduzierung der CO₂-Emissionen durch Optimierung der Wärmepumpe und die Nutzung von PV-Strom, Reduzierung der CO₂-Emissionen bei der Gebäudekühlung.

Durch die Kombination aller untersuchten Maßnahmen wurde eine CO₂-Reduktion von rund 45% gegenüber dem Referenzsystem erreicht. Das ursprünglich angestrebte Ziel von 50% wurde damit nicht vollständig erreicht, jedoch deutlich angenähert. Die Untersuchungen zeigen, dass bei einem bereits effizienten luftbasierten Heizsystem zusätzliche Emissionsminderungen stark von der elektrischen Eigenversorgung abhängen. Die größte Wirkung entfaltet die Kombination aus erhöhter PV-Leistung, Batteriespeicherung und angepasster Betriebsstrategie der Wärmepumpe. Solarthermie und thermische Speicherung leisten einen technisch überzeugenden, jedoch in der Gesamtkombination einen systemisch geringeren Zusatzbeitrag. Das Projekt belegt, dass durch eine integrierte Betrachtung von Luftheizung, Solarthermie, Wärmepumpentechnologie und Photovoltaik substanzielle Emissionsminderungen im Wohngebäudebereich erreichbar sind. Gleichzeitig wird deutlich, dass für weitere Reduktionsschritte insbesondere im Bereich Wärmepumpentechnologie, Regelungsstrategien und Sektorkopplung zusätzliche Entwicklungsarbeit erforderlich ist.