Energieeff Stadt

UrbanReNet

„Vernetzte regenerative Energiekonzepte im Siedlungs- und Landschaftsraum“

Projektbeschreibung

Das Forschungsprojekt „UrbanReNet“ wird im Rahmen der Forschungsinitiative Eneff: Stadt durchgeführt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Innerhalb der TUD wird das Forschungsprojekt von den Fachbereichen Architektur und Mathematik interdisziplinär von den Fachgebieten Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, Entwerfen und Freiraumplanung, sowie dem Fachgebiet Diskrete Optimierung“ bearbeitet. Die Laufzeit des Projektes beträgt insgesamt 30 Monate.

Das Forschungsprojekt ist Teil des Verbundprojektes „Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen.“ An diesem Verbund sind neben der TU-Darmstadt die Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München (FfE) und die TU-Dresden beteiligt.

Abb. 1 Einbindung des Forschungsprojektes UrbanReNet in das Verbundprojekt „Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen“ Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt
Abb. 1 Einbindung des Forschungsprojektes UrbanReNet in das Verbundprojekt „Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen“ Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt

Ziel des Forschungsprojektes UrbanReNet ist eine systematische und ganzheitliche Untersuchung von Energieerzeugungs-, Speicher- und Vernetzungspotentialen von Bestandsgebäuden und urbanen Freiflächen im Siedlungsverbund. Für die qualitative und quantitative Beurteilung dieser Potentiale werden darauf aufbauend geeignete mathematische Optimierungsmodelle formuliert und zu deren Lösung ein Softwaretool entwickelt. Dieses Softwaretool kann als Grundlage für die Planung eines integrativen Energieversorgungskonzeptes auf Quartiersebene herangezogen werden.

Die Bilanzierungsgrenze wird bei der Untersuchung schrittweise vom Einzelgebäude auf Quartiersebene mit einer überschaubaren Komplexität ausgeweitet und um verschiedene Aspekte wie demographischer Wandel, die Veränderung des Gebäudebestands durch anstehende Modernisierungen, (Um-)Nutzung von Brachflächen sowie den wirtschaftlichen Potenzialen einer energetischen Vernetzung erweitert.

Abb. 2 Erweiterung der Bilanzierungsgrenze Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt
Abb. 2 Erweiterung der Bilanzierungsgrenze Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt

Um den gesamten Gebäudebestand Deutschlands inklusive der dazugehörigen Freiflächen energetisch und mikroklimatisch erfassen zu können, wird dieser stadtraumtypologisch, also nach Stadträumen mit ähnlichen baulichen und technischen Gegebenheiten sowie ähnlichen städtebaulichen Entwicklungen und energetischen Charakteristika untersucht und gegliedert.

Dabei kann auf bereits bestehende Arbeiten hinsichtlich der Einteilung in Stadtraumtypen aufgebaut werden, insbesondere auf den Ergebnissen der Forschungsprojekte

• „Wechselwirkungen zwischen der Siedlungsstruktur und Wärmeversorgungssystemen“, Ueli Roth, 1979

• AGFW-Studie „PLURALISTISCHE WÄRMEVERSORGUNG“, 2001.

• „Leitbilder und Potentiale eines solaren Städtebaus, Dr. Dagmar Everding, 2004

Nach Evaluierung und Auswertung der bestehenden Studien, Forschungen und Pilotprojekte werden unter Berücksichtigung der zuvor gewonnenen Erkenntnisse energetische Stadtraumtypen entwickelt, deren Funktionalität an bestehenden Siedlungsstrukturen überprüft und ergänzt wird.

Gebäude werden dabei nicht nur als Energieverbraucher betrachtet, sondern werden – genau wie urbane Freiflächen auch – als potenzielle Energieproduzenten und -Speicher in einem quartiersweiten Versorgungsnetzwerk angesehen.

Abb.3 Einteilung in energetische Stadtraumtypen und mögliche Zusatzelemente Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt
Abb.3 Einteilung in energetische Stadtraumtypen und mögliche Zusatzelemente Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt

Die so ermittelten Stadtraumtypen werden anschließend jeweils umfassend und systematisch hinsichtlich ihrer Potentiale als Energieproduzenten, Energieverbraucher, Energiespeicher und den spezifischen Möglichkeiten für einen Lastspitzenausgleich untersucht.

Untersucht werden dabei im Besonderen die Bereiche

• Energiebereitstellung

• Energiespeicherung

• Energieverteilung

• Energieeinsparung

• Lastenspitzenausgleich durch Vernetzung

Die so gewonnenen Erkenntnisse bilden dabei die Grundlage für ein mathematisches Optimierungsmodell, in dem vorhandene Synergieeffekte identifiziert und anschließend bei der Erstellung eines ganzheitlichen Energieversorgungskonzeptes auf Quartiersebene größtmöglich genutzt werden.

Das auf diesem Optimierungsmodell basierende Softwaretool kann eine Optimierung hinsichtlich mehrerer Parameter durchführen, wie beispielsweise nach

• Wirtschaftlichkeit

• minimalem Primärenergiebedarf

• maximaler CO2 -Einsparung

Abb. 4 Optimierung auf Quartiersebene Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt
Abb. 4 Optimierung auf Quartiersebene Quelle: Fachbereich Architektur, TU-Darmstadt

Das Ergebnis dieses Forschungsprojektes kann sowohl im strategischen als auch im operativen Bereich einen wichtigen Beitrag für eine breitere und schnellere Umsetzung und Verstetigung nachhaltiger Stadtentwicklungsprozesse leisten. Es kann gleichermaßen als Argumentationshilfe für die politische und gesellschaftliche Diskussion eine essentielle Rolle spielen, beispielsweise für kommunale Entscheidungsträger oder zur Aktivierung lokaler Akteure in Prozessen nachhaltiger Stadtentwicklung.

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