Low-Tech-Gebäude mit geringem Technikeinsatz sind bei durchdachter Planung möglich, wenn gewisse Toleranzen der Benutzer in Bezug auf Temperatur und Feuchte vereinbart werden können. In den überwiegenden Fällen sind Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen (MSR) vorteilhaft. Sensoren für Temperatur, Feuchte und Strömung sind relativ günstige Komponenten, die bei der Regelung und Überwachung einer Anlage sehr hilfreich und ab einer bestimmten Anlagengröße laut Energie-Effizienzgesetz obligatorisch sind.
Energie: Strom, Wärme
Die Möglichkeiten der Nutzung von solarer Strahlung können mit Batterien, Ladestationen und Wärmespeichern die Energiebezugskosten senken und die Stromnetze entlasten.
Lokale Energienetze transportieren Wärme und Strom innerhalb einer Liegenschaft oder darüber hinaus; ein Energiespeicher dient als Puffer. Stromüberschüsse können über Wärmepumpen oder direkt in Wärme umgewandelt und gespeichert werden. Hocheffiziente Wärmepumpen sind mit verschiedenen Technologien verfügbar, die mit abweichenden Temperaturniveaus arbeiten. Je nach Anwendungsfall lassen sich durch Kombination mehrerer Wärmepumpen verschiedene Temperaturen effizient ein- und auskoppeln.
Neben Umweltenergie aus Luft, Wasser oder Erde, Solarstrahlung und Wind nimmt Wärme aus Abwasser, Abluft, Thermofassaden und technischen Prozessen einen steigenden Anteil bei neuen Konzepten ein.
Eine größere Rolle werden Eisspeicher einnehmen, wenn sie im Zusammenhang mit großen Gebäuden und Freiflächen geplant werden können. Können mehrere Energiequellen für einen Erzeuger verwendet werden, erhöht sich die Ausfallsicherheit und Abhängigkeit von einer Quelle.
Quellen
Umwandler oder Speicher für Energie
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Strom
- Photovoltaik + Speicher
- Bilanznetz
- Energieverschiebung
- KWK (s. unten)
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Solarthermie (Schwimmbäder, Warmwasserbedarf, Wärmespeicher)
- In Verbindung mit Wärmespeichern und Wärmepumpen ergänzt durch Photovoltaik in PVT-Modulen, ergeben sich sinnvolle Einsatzmöglichkeiten,
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Abwärme.
- Aus anderen Prozessen: Kühlräume, Ladestationen, und Serverräume erzeugen Abwärme, die ggf. einem Wärmebedarf zugeordnet werden kann. Die Kalte Seite von Wärmepumpen kann zur Kühlung verwendet werden. Welche Variante sinnvoll ist, ergibt sich aus den Kühl- bzw. Heizlasten.
- Abwasser. Abwärme in flüssigem Medium. Bestehende Projekte sind mittlerweile gut dokumentiert. Angeschlossene Einheiten und Kanallängen sind Kriterien der Planung.
- Abluft aus Lüftungsanlagen kann über einen Wärmetauscher zurückgewonnen und wieder der Zuluft zugeführt oder an ein anders kaltes Medium übergeben werden.
- Wärmenetz
- Kaltes oder warmes Medium (Wasser oder Sole);kann in gedämmten Rohren gebäudeübergreifend transportiert und verteilt werden und als temperaturstabile Wärmequelle für Wärmepumpen dienen
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Umweltwärme
- Geothermie, oberflächennah in der Fläche, als Trichter oder Spirale in Gräben verlegte Soleleitung, oder als Bohrung in wärmere Gesteinsschichten,
- Grundwasser. Erschließung über Saug- und Schluckbrunnen.
- Außenluft
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Wasserstoff
- benötigt mehr Energie zur Erzeugung als wieder gewonnen werden kann (53 kWh/kg > 40 kWh/kg), stellt aber den einzigen langfristig wirkenden Stromspeicher dar, der überdies klimaneutral erzeugt werden kann. Bedeutung, Arten und Farben von Wasserstoff sind in der Information des Umweltbundesamtes dargestellt.
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Biomasse
- Holzhackschnitzel, Pellets etc. Erzeugung, Transport und Emissionen beschränken den Einsatz auf Orte mit lokaler Verfügbarkeit.
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KWK
- bei gleichmäßiger Strom- und Heizlast und Verfügbarkeit von biogenen Energieträgern
Speicherung
zur direkten Nutzung oder als Quelle für Wärmeerzeugung auf höherem Niveau
- Chemische Stromspeicher (Batterien). Verbreitet sind Zellchemien auf Lithium-Ionen-Basis, wobei wegen thermischer Instabilität der Nickelverbindungen (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt) vermehrt zu Lithium-Eisenphosphat-Verbindungen gewechselt wird.
- Geothermische Speicher: Geeignete Untergründe im Erdreich oder auch wasserführend (Aquiferen) speichern Temperaturdifferenzen saisonal oder aus Prozessen , um sie gesteuert wieder abzugeben. Bei Wärmepumpen mit Erdsonden wird der Effekt zur Kühlung im Sommer und Heizung im Winter als "Regenerierung des Erdreichs" standardmäßig genutzt.
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Thermische Latentspeicher speichern in relativ geringem Volumen große Mengen Energie oberhalb der normalen Wärmekapazität des Speichermediums durch Nutzung des Phasenübergangs.
Die Temperatur bleibt an diesem Punkt gleich, bis der gesamte Materialvorrat geschmolzen bzw. erstarrt ist.- Wasser, Schmelzpunkt 0°C. Energie kann saisonal oder je nach Einspeisung und Abruf aufgenommen und abgegeben werden. Der Phasenübergang von flüssigem zu festem Wasser setzt eine Energiemenge entsprechend 80 °C Temperaturunterschied frei, was einer Schmelzenthalpie von 333 kJ/kg entspricht. Vorteilhaft sind Einspeicherung und Abruf von Energie im unteren Temperaturbereich, z.B. im Erdreich oder von Solar-Luftabsorbern, typischerweise mit einer Verwendung über eine Wärmepumpe zur Raumbeheizung.
- Paraffinspeicher, Schmelzpunkt ja nach Einsatzzweck und Zusammensetzung ca. 40 bis 70 °C, Schmelzenthalpie 200 bis 240 kJ/kg. Einsatz bei höheren Systemtemperaturen, beispielsweise Solarstrahlung oder Abwärme aus Produktionsprozessen. Wärmepumpen mit entsprechenden Kältemitteln, z.B. CO2, ermöglichen die Verwendung in höherem Temperaturbereich. In kleinster Perlen-Form wirkt Paraffin als „Phase Change Material“ (PCM) mit einem Schmelzpunkt um 23 °C in Baustoffen des Innenausbaus z.B., zur Wärmeaufnahme im Sommer, ohne Temperaturerhöhung des Bauteils.
- Salze. Wegen der sehr hohen Schmelzpunkte von 170 – 540 °C ist eine Verwendung reinen Salzes im Gebäudebereich uninteressant. Komponenten für spezielles Salzhydrat (Natriumactetat-Trihydrat) mit einem Schmelzpunkt von 58 °C und einer Schmelzenthalpie um 210 kJ/kg befinden sich in Entwicklung.
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Wasserstoff
- -> „Quellen“
Verteilung
Rohrnetze, egal ob Heizung, Kühlung oder Lüftung, müssen immer hydraulisch abgeglichen und gedämmt werden. Regulierventile sind daher auch kein Element für Einsparungen.
- Flächenheizung
- Luftheizung
Lüftung
Kriterien:
- Leitungswiderstände reduzieren (weniger Länge, größere Nennweite, wenig Verzweigung)
- Luftqualität. Ein Umluft- oder Mischluftbetrieb bringt kaum energetische Vorteile gegenüber einer guten Wärmerückgewinnung, erhöht aber hygienische Risiken und ist zu vermeiden.
- Befeuchtung, Temperatur- und CO2-Sensoren einplanen
- Steuerung: zeitabhängig, Bedarf, Sensorik
- Dämmung der Rohre und luftdichter Verschluss bei Nichtnutzung nicht vergessen.
Warmwasser
Eine bedarfsgesteuerte Warmwasserbereitung vermeidet Bereitschaftsverluste und bietet potenziell bessere Voraussetzung für hygienische Bereitstellung als ein Speicher. Möglich sind Frischwasserstationen oder bei geringem Bedarf und entfernten Zapfstellen elektronische Durchlauferhitzer. Ist bei höherem Warmwasserbedarf ein Speicher sinnvoll, ist meist auch eine solarthermische Anlage sinnvoll. Hier sind im durch den Warmwasserbedarf begrenzten Umfang kombinierte PV-Thermie-Module eine interessante Variante, um die Dachfläche optimal zu nutzen.
Beleuchtung
Der Umstieg auf LED-Beleuchtung ist durch das Verkaufsverbot der meisten alten Leuchtmittel obligatorisch. Hier bestehen Unterschiede und neue Möglichkeiten. Farbtemperatur, -spektrum und -wiedergabe sind präziser wählbar und gezielt einzusetzen. Bei Anlagen der Notbeleuchtung können die großen Batterieschränke entfallen, da die sparsamen Leuchtmittel eigene Batterien enthalten. Zur Zeit sind noch Fördermittel für die Umrüstung von Beleuchtungsanlagen vorhanden.
Ein häufiges Schalten durch Präsenzmelder schadet den Leuchtmitteln nicht und hilft, den Energiebedarf weiter zu senken.
Regelung
Bedarfsgesteuerte Regelungen werden im Rahmen des Energiemanagements auch für Kommunen verpflichtend werden. Bei den Themen
- Automatisieren
- Herstellerneutrales System
- Sensorik
- Schulung
- Fernauslesbare Systeme
wird es auch darum gehen, dass diese Systeme vernetzt sind und nicht gegeneinander arbeiten. Im kleinen Maßstab sind das z.B. Fensteröffnungssensoren, die eine reduzierte und nicht über die Abkühlung der Raumluft eine höhere Leistung im betroffenen Bereich abrufen. Im größeren Maßstab sind es z.B. Lüftungs- und Heizungsanlagen, deren Regelungen aufeinander abgestimmt sind.