NEQModPlus: Entwicklung von methodischen Ansätzen und Modellierungswerkzeugen für Niedrigstenergiequartiere

Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Methoden und Instrumenten zur Unterstützung der Entscheidungsfindungsprozesse und der Implementierung von Niedrigstenergiequartieren (NEQs) sowohl in der Sanierung im Bestand als auch bei der Neukonzeption. Dabei soll die Primärenergiebilanz um mindestens 70% verbessert werden.

Zielgruppe des Vorhabens sind Quartiere mit Wohn- und/oder öffentlichen Verwaltungsgebäuden, Universitäts- bzw. Hochschul-Campus. Die Projektergebnisse ermöglichen neben der Expertenebene insbesondere auch Entscheidungsträgern, Städte- und Quartiersplanern, Projektentwicklern, Finanziers, Stadtwerken und Energiedienstleistungsunternehmen die Entwicklung nachhaltiger NEQs strukturiert voranzutreiben.

Gegenstand des Vorhabens ist die Erarbeitung einer konsistenten und für die Akteure einfach anwendbaren Methodik zur schrittweisen Entwicklung sowie zielkonformen Implementierung und Betriebsführung von NEQs. Dabei steht insbesondere die netzdienliche Kombination von Energieeffizienz- mit Versorgungsmaßnahmen in diesen einzelnen Schritten im Fokus. Über bestehende Ansätze hinausgehend, wird in NEQModPLUS auch die Mobilität in die energetische Konzeptionierung einbezogen.

Die Schritte einer ambitionierten und innovativen Quartierssanierung werden untersucht, ein durchgängiger Handlungsleitfaden für den Gesamtprozess wird erarbeitet und mit entsprechend vernetzten Tools entsprechend abgebildet. Zu jedem der Schritte werden miteinander funktional und methodisch verknüpfte Werkzeuge entwickelt, die für die verschiedenen Prozessbeteiligten nutzbar sind. Weiter wird Qualitätssicherung und Validierung der Modellierung betrieben, um die Zuverlässigkeit der Modelle zu erhöhen. Zu den vorgenannten Werkzeugen zählen:

  1. Ein modularisiertes Tool auf der Basis eines optimierten Aufwand-Nutzen Verhältnisses für die erste Machbarkeitseinschätzung und Grobdimensionierung der wesentlichen Sanierungs- und Versorgungsparameter eines Quartiers.
  2. Vernetzung von bisher modularen Modellierungstools für die detaillierte Abbildung der energetischen Konzeption, insbesondere der netzdienlichen Bereitstellung und Nutzung erneuerbarer Energien und der energetischen Sanierung. Ziel ist ein möglichst automatisierter Prozess der Simulation der Energie-Verbraucher und -Quellen in einem Quartier durch Nutzung von 3D-Stadtmodellen und deren Parametrierung. Durch die Interaktion mit der Quartiersleittechnik und dem Monitoring liefert die Modellierung stetig verfeinerte Prognosen für den iterativen Prozess der laufenden Betriebsoptimierung.
  3. Eine neuartige modulare und kostengünstige Quartiersleittechnik unter Einbindung von IoT- (Internet of Things)-Lösungen für einen effizienten Datentransfer für Messung, Optimierung und Steuerung. Mit der Einrichtung einer strategischen Steuerungshierarchie wird eine Anbindung an die Simulationstools zur Generierung optimierter Fahrpläne geschaffen; ebenso werden Schnittstellen zu dezentralen Gebäudeleittechniken und deren Daten- und Steuerungsstruktur geschaffen. Ziel ist eine optimale Vernetzung zentraler und dezentraler Energiesysteme, Gebäude, Speicher und Elektrofahrzeuge als Verbraucher unter Berücksichtigung von thermischen und elektrischen Speichern im Quartier, weiterhin die Einbindung der vorgelagerten Versorgungsnetze hinsichtlich Netzdienlichkeit sowie Resilienz.
  4. Ein einfaches Monitoring- und Controlling-Tool auf IoT-Basis zur Erfassung der jeweiligen Betriebssituation des Quartiers und zur Rückkopplung von Simulationsprognosen mit der tatsächlichen Performance des Quartiers. Dabei wird das Verhalten der Nutzer und Bewohner im Quartier ebenso berücksichtigt wie evtl. Verhaltensänderungen in Folge von Feedback und Sensibilisierung. Das Monitoring liefert Daten zur fortlaufenden (automatisierten) Re-Kalibrierung der Modellierungsansätze und wird auf einer Betriebsführungsplattform übersichtlich zusammengeführt.
  5. Ein neu zu entwickelndes Geschäftsmodell, das die Dienstleistungen zur investiven und operativen Umsetzung des Niedrigstenergiekonzeptes sowie die damit verbundene Wertschöpfung, Vergütungs- und Zahlungsströme derart gestaltet, dass das Energiedienstleistungsunternehmen einen Anreiz für eine möglichst effiziente Umsetzung des Niedrigstenergiekonzeptes hat. Es wird ein Finanzierungskonzept für die Investition entwickelt, das im Wesentlichen auf den im Geschäftsmodell abgebildeten Wertschöpfungen basiert. Um diese bankfähig (finanzierbar) zu machen wird, ein transparentes Qualitätssicherungssystem entwickelt.

Es ist vorgesehen, das Projekt in das Forschungsnetzwerk der IEA einzubinden, um z.B. entsprechende Erfahrungen des US-amerikanischen Militärs bei der Modellierung und insbesondere der Implementierung von Niedrigenergiequartieren sowie dänischer Forschungseinrichtungen bei der Solarisierung von Nahwärmeversorgungen zum Nutzen des deutschen Forschungsprojektes einzubeziehen. Weiterhin soll der Transfer der Methoden in die energie- und importabhängigen baltischen Länder zu einer erhöhten Resilienz und Versorgungssicherheit auf Quartiersebene beitragen. Damit soll die im IEA Annex 61 begonnene Kooperation zwischen deutschen und US-amerikanischen Experten zum Thema „Geschäftsmodelle für die Energieeffizienz in Gebäuden“ fortgesetzt und auf Quartiere erweitert werden. Eine erste Vorstellung der Projektidee erfolgte im Treffen des Exekutivkommittees des „Implementing Agreement on Energy Efficiency in Buildings and Communities“ (IEA EBC) im Juni 2016 in Oslo; die Projektidee wurde angenommen und in der Sitzung des Executive Committees vom November 2017 in Ottawa, CAN als IEA EBC Annex 73 „Towards Near Zero Energy Resilient Quartiers“ in die Arbeitsphase überführt.

Das Projekt hat inhaltlich große Schnittmengen mit dem Projekt Carbon Neutral Renovation an der Sung Kyun Kwan University (SKKU). Ein Wissenstransfer zwischen den beiden Projekten wird im Rahmen von wechselnden Gastaufenthalten von koreanischen Forschern in Deutschland und umgekehrt generiert, die an beiden Projekten arbeiten.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Jan Riel
Institutsleiter

Gebäude B, Raum 308
Moltkestr. 30, 76133 Karlsruhe

Tel.: +49 (0)721 925-2626
Fax: +49 (0)721 925-2645
E-Mail: jan.rielspam prevention@hs-karlsruhe.de

 

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