Technologien für günstigere, umweltfreundlichere Energie kombinieren
Das Heizen und Kühlen von Gebäuden verbraucht in Europa sehr viel Energie, meist unter Verwendung von importiertem Gas, wobei erneuerbare Energien nach wie vor nur eine untergeordnete Rolle spielen. Im Rahmen des Projekts SunHorizon wurde überprüft, ob sauberere, umweltfreundlichere Technologien, wenn sie miteinander kombiniert und überwacht werden, die Treibhausgasemissionen verringern und die Stromrechnungen senken können. Projektintern wurden zwei Arten von Sonnenkollektoren – Hybrid- und Hochvakuumkollektoren – als Energiequelle mit verschiedenen Arten von Wärmepumpen (Adsorptions- und reversible Wärmepumpen) kombiniert, die in einer Reihe von Pilotanlagen in Europa in Gebäuden installiert wurden. Bei dem Projekt wurden Hybrid- und Hochvakuum-Sonnenkollektoren mit verschiedenen Arten von Wärmepumpen kombiniert. Dazu gehören Adsorptions- und reversible Wärmepumpen. Die Systeme wurden an einer Reihe von Pilotstandorten in ganz Europa installiert und ihre Leistung während der verschiedenen Jahreszeiten überwacht. „Wir haben diese kombinierten Technologien in verschiedenen europäischen Klimazonen und bei unterschiedlichen Anwendungen getestet, um zu sehen, wie sie sich verhalten würden“, erklärt Projektkoordinatorin Serena Scotton, Projektmanagerin bei RINA Consulting, einem Ingenieurbüro in Genua, Italien. Die EU fördert energieeffiziente Wärmepumpen als Teil ihres Dekarbonisierungsplans, zum Beispiel im Rahmen des Projekts HAPPENING. Das SunHorizon-Team hatte ursprünglich gehofft, die Technologiekombinationen an acht Standorten in Europa zu erproben, aber die COVID-19-Pandemie, Überschwemmungen in einer Testregion und andere Probleme führten dazu, dass ein Jahr lang nur an drei Standorten Daten erhoben werden konnten. Dabei handelte es sich um zwei Häuser in Riga, Lettland, ein Gebäude mit 11 Sozialwohnungen in Madrid und ein von der Gemeindeverwaltung verwaltetes Bürgerzentrum mit sportlichen und kulturellen Aktivitäten in Sant Cugat del Vallés in der Nähe von Barcelona.
Daten über die Energieleistung erfassen
Das Team installierte Sensoren in den Räumen, um die Leistung in Sachen Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu überwachen und um Daten über die Leistung und den Energieverbrauch der kombinierten Technologien zu erheben. Außerdem zeichneten externe Sensoren das Wetter draußen auf. „Wir haben auf der Grundlage des 3D-Modells des Gebäudes und der Daten, die wir von den Sensoren und Messgeräten im Gebäude erfasst haben, physikalisch basierte, automatische Prognosemodelle erstellt, um den Verbrauch des nächsten Tages zu optimieren“, kommentiert Scotton. Die Projektpartner erstellten eine App, mit der die Nutzenden an den Demonstrationsstandorten Rückmeldungen zu ihrer Wahrnehmung des Raumkomforts geben konnten, die in die selbstlernenden Algorithmen des Systems einflossen.
Cloudbasierte Überwachungsplattform trägt zu Vorhersagemodelle für den Energieverbrauch bei
Wettervorhersagen und die Gebäudesimulation wurden in eine cloudbasierte Überwachungsplattform integriert, um Daten zu analysieren und diese in Vorhersagemodelle einfließen zu lassen. Nach Angaben von Scotton hat die Entwicklung der Plattform länger gedauert als erwartet. „Es war nicht einfach, die Kommunikation zwischen den Sensoren und dann zwischen der Daten-Cloud und der Plattform anzupassen. Manchmal wurde die Kommunikation unterbrochen und wir verloren einige Daten. „Unsere Analyse konzentrierte sich schließlich darauf, wie die Technologien auf der Grundlage des Verbrauchs der Nutzenden in den ausgewählten Klimazonen abschneiden.“
Positive Auswirkungen auf Energieemissionen und Energiekosten
An jedem der drei Demonstrationsstandorte wurden nahezu ein Jahr lang Daten gesammelt. „Die Technologien haben sich gut bewährt. Wir konnten eine enorme positive Auswirkung auf die Senkung der Treibhausgasemissionen feststellen“, fügt Scotton hinzu. „Unser Ziel war es, die Treibhausgasemissionen um 40-60 % zu senken, und wir haben dieses Ziel in einigen Zeiträumen erreicht und in einigen Pilotprojekten sogar übertroffen“, erklärt sie. Je nach Demonstrationsstandort sanken die Energierechnungen um 10 bis 30 %, und auch die Primärenergie konnte verringert werden – um bis zu 50 %, wie das Team feststellte. In Riga deckte das System zum Beispiel einen großen Teil der Heizleistung ab, die normalerweise von einem Gaskessel erbracht wird. „Wir waren überrascht. Obwohl der Winter viel kälter ist, hat die Heizung genauso gut funktioniert wie in Madrid.“ Die angeschlossenen Solarpaneele und Wärmepumpen wurden im Laufe des Projektlebenszyklus dank der Rückmeldungen der Nutzenden und der Daten des Überwachungssystems angepasst, um ihre Effizienz zu steigern. „Die Daten und Ergebnisse des Projekts werden für Hersteller und Besitzparteien der Demonstrationsstandorte, die neue Anlagen planen, von Nutzen sein. Wir hoffen auch, dass dies zur Nachahmung in anderen Gebäuden und europäischen Gebieten anregen wird“, sagt sie.
Schlüsselbegriffe
SunHorizon, Wärmepumpen, Solarpaneele, Treibhausgase, Heizung, Kühlung, Energie, Sensoren
