Mehr Nachhaltigkeit durch moderne Energiezentralen erzielen

Das anspruchsvolle an einer modernen Energiezentrale ist der Zusammenschluss unterschiedlich gearteter Energieerzeuger sowie -verbrauchern zu einem gesamtheitlich funktionierenden Verbund. Das gilt einerseits für die Anlage und Hydraulik, Temperaturen und Energiearten, andererseits auch für die Funktion und Integration durch vielfältige Schnittstellen und Automation durch intelligente Regelungsstrategien. Die vielfältigen Energieerzeuger machen das deutlich:

• ein konventioneller Gaskessel erzeugt Wärme in Form von warmem oder heißem Wasser oder Dampf durch Verbrennen des fossilen Brennstoffs
• ein BHKW (Kraft-Wärme-Kopplung) erzeugt elektrische Energie und Wärme
• eine Wärmepumpe wird mit elektrischer Energie betrieben, erzeugt warmes Wasser mit eingeschränktem Temperaturniveau
• eine Photovoltaikanlage erzeugt ausschließlich elektrischen Strom
• Solarthermie wandelt Sonnenenergie direkt in Wärme um
• Elektrokessel und Energiespeicher nutzen bzw. speichern ein Überangebot an Energie
• die Sektorenkopplung im Gebäude ermöglicht neue Möglichkeiten und Algorithmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz
• auch neue Technologien wie Brennstoffzellen werden zunehmend eine Rolle spielen

All diese Systeme und Prinzipien müssen hydraulisch, elektrisch, funktionell und kommunikativ zusammengebracht, aufbereitet und bereitgestellt werden.

Das Steuern und Regeln, also das Automatisieren der Energieerzeuger erfolgt durch das Gebäudeautomationssystem durch bi- und multivalente Energienutzungsstrategien. Dabei wird berücksichtigt, wie Energien verfügbar sind, welchen Bedarf der Verbraucher hat und wie Energien optimal kombiniert und ausgewählt werden.

Eine bivalente Anlage nutzt zwei verschiedene Betriebsmittel. Bei bivalent-alternativ wird jeweils nur ein Betriebsmittel genutzt, während bei bivalent-parallel ein gleichzeitiger Betrieb möglich ist. Zum Beispiel wird bei einer Heizungsanlage ein Bivalenzpunkt festgelegt, der eine bestimmte Außentemperatur kennzeichnet. Unterhalb dieses Punktes wird entweder von einer Wärmequelle auf eine andere umgeschaltet (bivalent-alternativ) oder ein zusätzlicher Wärmeerzeuger wird eingeschaltet (bivalent-parallel).

Wenn mehr als zwei verschiedene Betriebsmittel zum Einsatz kommen, spricht man von einer multivalenten Anlage. Ein Beispiel dafür ist ein Wärmenetz, das mit einer Kombination aus Solarthermie, Kraft-Wärme-Kopplung und einem Spitzenlast-Heizkessel versorgt wird.

Unter Sektorenkopplung versteht man die Integration und Verknüpfung unterschiedlicher Sektoren des Energieverbrauchs, insbesondere den Stromsektor, den Wärme- und Kältesektor. Traditionell wurden diese Sektoren separat betrachtet und ihre Energieversorgung unabhängig voneinander organisiert. Das Ziel der Sektorenkopplung ist es heute, Synergien zwischen diesen Sektoren zu nutzen und eine effiziente, nachhaltige und flexible Energieversorgung zu ermöglichen. Ein zentrales Konzept der Sektorenkopplung ist die Nutzung von erneuerbaren Energien. Durch die Erzeugung von erneuerbarem Strom können andere Sektoren von dieser sauberen Energiequelle profitieren.

Die Sektorenkopplung im Gebäude betrachtet die Erzeugung und Verteilung sowie das Speichern und den Verbrauch von Energie als ein zusammenhängendes System. Die verschiedenen Sektoren tauschen Informationen und Energie miteinander aus, um sicherzustellen, dass sie in der benötigten Form zur Verfügung steht. Durch die Erfassung und Analyse von Verbrauchs- und Erzeugerdaten wird der Energiefluss optimiert. Die folgenden Systeme und Bereiche können damit vernetzt, automatisiert und optimiert werden:

• Energieerzeuger
• Verbraucher in der technischen Gebäudeausrüstung
• Photovoltaik
• E-Mobilität
• Speichersysteme
• integrierte Produktionsstätten
• Energierückgewinnungssysteme
• IoT-Services
• Smart Grid

Power-to-Heat (PtH) bezeichnet die Erzeugung von Wärme mit elektrischer Energie, beispielsweise durch Elektrokessel oder Wärmepumpen. Diese Technologie bietet eine Möglichkeit zur effizienten Nutzung von Stromüberschüssen, die durch die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien entstehen. Auf diese Weise können fossile Energieträger und Emissionen im Wärmesektor eingespart werden, was PtH zu einem entscheidenden Element der Energiewende macht.

Power-to-Heat erfordert intelligente Automationssysteme und Regelungsalgorithmen

Um die Wärmeerzeugung optimal zu steuern sind moderne PtH-Systeme mit intelligenten Regelungsalgorithmen ausgestattet, die auf Parameter wie die Stromnachfrage, die aktuelle Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, Wetterprognosen, historische Daten und andere Faktoren in Echtzeitdaten reagieren können.
Um die Effizienz von Power-to-Heat-Systemen und den Gesamtbetrieb weitergehend zu optimieren, werden sie in das übergeordnete Gebäudemanagement- sowie Energiemanagementsystem integriert.

Durch den Europäischen Green Deal und die Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) wurden Regelwerke geschaffen, um die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden zu verbessern. Angesichts der Tatsache, dass laut Europäischer Kommission etwa 85% der heutigen Gebäude auch in 30 Jahren noch stehen werden, spielt die Steigerung der Energieeffizienz von Bestandsgebäuden eine entscheidende Rolle bei der Erreichung der Klimaziele im Immobiliensektor.

Natürlich kann nicht jede Energiezentrale neu errichtet werden. Vor dem Hintergrund der aktuellen und künftigen Vorgaben der Bundesregierung für die Verwendung fossiler Brennstoffe und regenerativer Energien in kommerziellen Gebäuden werden über kurz oder lang ein Großteil der Energiezentralen saniert werden müssen. Dabei gilt es, Komponenten wie Wärmepumpen, Solarthermie, BHKWs, Photovoltaik bis hin zu Elektrokesseln mit konventionellen Gas-Kesseln und dergleichen zu kombinieren und in neue Energiekonzepte zu integrieren. Großes Problem dabei: Es gibt so gut wie keine Standards – keine Sanierungsmaßnahme ist gleich, jeder Anlagenaufbau ist anders und die unterschiedlichen Gebäudetypen haben unterschiedliche Präferenzen. Das bedeutet: Die Erweiterung der Gebäudeautomation erfordert flexible und intelligente Systeme.

Unsere Experten begleiten Sie mit System bei der Planung oder Umrüstung Ihres Gebäudes. Wir sind gespannt auf Ihre Fragen und stehen gern jederzeit für ein Gespräch zur Verfügung.