Lastmanagement in Gebäuden

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien fördert die Überlegungen wie die  zeitlich auseinanderfallende Produktion von regenerative erzeugter elektrischer Energie und der Verbrauch derselben  durch die Nutzung geeigneter Speichermöglichkeiten aufeinander abgestimmt werden kann.

Diese Speicher können z.b. Pumpspeicherwerke sein, die mit Hilfe überschüssiger oder regenerativ erzeugter Energie gefüllt werden. Diesen fehlt leider häufig die Akzeptanz und auch die Wirtschaftlichkeit. So steht z.B. das Pumpspeicherwerk in Geesthacht schon seit Jahren vor dem Aus.

Eine weitere Möglichkeit ist die elektrische Speicherung in Batteriesystemen, wie es z.B. die WEMAG in Schwerin erprobt.

Theoretisch können auch die thermischen Speichermöglichkeiten von Gebäuden für ein Lastmanagement genutzt werden. In der Masse des Gebäudebestandes kann dies eine Idee für die effizientere Nutzung regenerativer Energien sein.  Diese Möglichkeiten hat eine Studie der TU München  kürzlich untersucht:

Es können z.B. elektrische Speichersysteme in Betracht kommen. Die gespeicherte Energie kann dann z.B. von Wärmepumpen für die Beheizung des Gebäudes genutzt werden. Möglich wäre aber auch die Nutzung des passiven, thermischen, Speicherpotentials des Gebäudes.  Dabei ist das Speicherpotential  des Gebäudes in hohem Maße von dem thermischen Behaglichkeitsempfinden der Nutzer abhängig.  In der Studie wurden verschiedene Gebäudetypen wie Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser und Einzelhandelsbetriebsformen (jeweils Neubau und Bestand) untersucht. Die Ausführungen hier beziehen sich im wesentlichen auf den Wohnungsbau.

Lastmanagement kann theoretisch durch folgende Maßnahmen realisiert werden:

1. Unterbrechung des Prozesses

2. Reduzierung der Leistung

3. Verschiebung, z.B. durch Nutzung von Batteriespeichersystemen als Pufferspeicher.

Die Studie konzentriert sich, wie erwähnt, auf das thermische Potential von Gebäuden für ein Lastmanagement.

Folgende Erkenntnisse fand ich besonders interessant:

–  Die thermische Speicherfähigkeit hängt von der Gebäudemasse ab. Je höher die Masse, desto höher die Speicherfähigkeit und um so länger kann das Heiz- bzw. Kühlsystem abgeschaltet werden. Die Speichermasse dient als Puffer, um momentan nicht benötigte Energiegewinne zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben.

– sinnvoll ist Nutzung des thermischen Speicherpotentials vor Allem mit regenerativ erzeugter Wärme oder Kälte.

– Ein Wärmeübergabesystem welches Bauteile aktiviert ist deutlich träger im Anstieg als auch im Abfall. Dies gilt insbesondere, wenn auch die Decke aktiviert wird. Das heißt durch Bauteilaktivierung (BTA) wird das Speicherpotential des Gebäudes besser genutzt.

– Durch eine Regelung für das Lastmanagement müsssen unterschiedliche benötigte Heizleistungen  durch interne Wärmelasten und solare Gewinne berücksichtigt werden.  Weitere zu berücksichtigende Faktoren sind eventuelle Phasenverschiebungen bei Bauteilaktivierung und ein Behaglichkeitsband innerhalb dessen die Raumtemperaturen als angenehm empfunden werden.

– Neubauten ermöglichen durch die bessere Dämmung längere Abschaltzeiten als Altbauten ohne das es zu Behaglichkeitseinbußen kommt.

– Ergebnis: Lastmanagement (elektrisch oder thermisch) kann effektiv mit dem Ziel der Energieeinsparung genutzt werden. Dabei können Lastspitzen in der regenerativen Stromerzeugung gepuffert werden. Momentan erzeugter aber nicht genutzter Strom kann gepuffert werden.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch eine weitere Studie der TU-Braunschweig,  die die energetische Entwicklung eines Netto-Plusenergie- Haus wissenschaftlich über einen Zweitraum von zwei Jahren begleitet und bewertet.

Zur Optimierung der Nutzung der thermischen Speicherkapazität des Gebäudes und des Pufferspeichers wurde auch hier die Temperaturen innerhalb eines Behaglichkeitsbandes erhöht. Auch die Laufzeiten der Wärmepumpe wurden optimiert und damit erhebliche Verbesserungen der Arbeitszahlen erreicht werden. So wurde die Stillstandszeit der Wärmepumpe verlängert,  und dazu die Hysterese beim Heizen und bei der Warmwassererzeugung erhöht, um das  Takten der Wärmepumpe zu minimieren.  Diese Untersuchung zeigt, wie wichtig die optimale Auslegung des Systems Wärmepumpe und der Fußbodenheizung zum Erreichen akzeptabler Arbeitszahlen ist.

Damit Lastmanagement in Gebäuden eingesetzt wird muß es einen wirtschaftlichen Anreiz für die Umsetzung geben. Dies können z.B. im Tagesverlauf variable Kosten für den Strombezug sein.  Möglich wäre auch, dass selbsterzeugter und in Batteriespeichern gespeicherter Strom so günstig wird, das ein Lastmanagement wirtschaftlich interessant wird.

Eine Dissertation geschrieben an der TU München von Johannes Jungwirth beschäftigt sich eingehend und sehr aufwändig mit diesem Thema Lastmanagement. Speziell werden theoretische Regelungsmöglichkeiten und die gesamtwirtschaftlichen Potentiale des Lastmanagements untersucht.

 

 

 

 

 

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