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26.10.2022 Das Quartier als Perpetuum mobile – eine Simulation von GreenSpleen

„Perpetuum mobile ist per Definition ein sich stets erhaltendes System, das mehr Energie abgibt, als ihm von außen zugeführt wird. Laut des 1. Hauptsatz der Thermodynamik nicht existent, soll jedoch in unserem Gedankenspiel nicht aus dem Nichts Energie gewonnen werden, sondern aus der Umgebung bzw. mit Technik, die sich hierfür eignet,“ führt Melanie Müller, Geschäftsführerin von GreenSpleen aus. „Unabhängigkeit ist ein großer Begriff und eine große Aufgabe. Besonders in der aktuellen Zeit umso erstrebenswerter, sich politisch sowie geographisch, jedoch auch aus nachhaltiger Sicht nicht abhängig von einem bestimmten Rohstoff oder einer Versorgungssicherheit durch Dritte zu machen.“

Energetische Autarkie könnte als Kauf- oder Verkaufsargument, um eine Immobilienentwicklung regenerativ und attraktiv zu machen, zukunftsweisend sein. Doch stellte sich die Frage, ob das Prinzip der Autarkie im Immobiliensektor überhaupt funktioniert. „Wir von GreenSpleen sehen den Ansatz in einer Quartierslösung. Einzelne Gebäude mit einer begrenzten Anzahl an Nutzungen bedingen oft eine einseitige oder stark tageszeitabhängige Ressourcenanforderung. Synergiebildung sollte umfassender betrachtet werden. Diese Möglichkeit bietet ein Quartier. Ein Quartier, das neben dem Bereich Wohnen auch die Kinderbetreuung, den Arbeitsplatz und die Einkaufsmöglichkeiten und infrastrukturellen Angebote für den täglichen Bedarf sieht,“ führt Müller weiter aus.

Was sich zunächst als Fragestellung relativ einfach anhört, ist in Realität eine höchst komplexe Herausforderung. Denn es geht nicht nur darum, den energetischen Bedarf für eine eventuelle Autarkie zu errechnen, sondern im Weiteren auch darum, architektonische und stadtplanerische Entwürfe zu optimieren. Autarkie wird somit nicht nur auf Ressourcen bezogen, sondern stellt hier auch die Bedürfnisse des alltäglichen Lebens dar.
Ist es möglich, ein Quartier mit etwa 300 Wohneinheiten autark zu betreiben? Welche Energiemengen müssen hierfür aufgewendet werden? All diese Bereiche stellen verschiedene Anforderungen an die energetische Versorgung und bilden so die Basis für eine Bilanz.

Ausgangspunkt der Simulation war die Frage, ob es möglich ist, ein Quartier mit etwa 300 Wohneinheiten autark zu betreiben, wobei eine Wohnung mit durchschnittlich 80 Quadratmetern vorausgesetzt wurde. Für Büro/Gewerbe sowie Gastronomie wurden jeweils 5.000 Quadratmeter angesetzt. Grundsätzlich kann angemerkt werden, dass die Aufteilung nach Nutzung beliebig skaliert werden kann. Damit ist die Simulation auch für größere Quartiere anwendbar. Als Grundlage wurden sogenannte „TRY Wetterdaten“ des Deutschen Wetter Dienstes für Berlin und den Zeitraum 2030 bis 2060 zugrunde gelegt. Diese berücksichtigen die globale Erwärmung und simulieren somit die Veränderung des Wetters und vor allem der Temperaturen in der Zukunft.

Autarkie bedeutet in diesem Fall, die verschiedenen Anforderungen an die energetische Versorgung zu berücksichtigen. Denn je nach Nutzung ist der Energieverbrauch nicht linear, sondern nutzungsbedingt. Wohnenergie kann punktuell, aber unter Berücksichtigung von Homeoffice auch ganztägig benötigt werden. Infrastrukturen wie Behörden, Kinderbetreuung z.B. Schulen konsumieren – abgesehen von durchlaufenden Elektrogeräten wie beispielsweise Kühlschränken oder Servern, nur in den Tagesstunden Energie. Für Büros gelten die gleichen Voraussetzungen.

Simuliert wurden der Energieverbrauch sowie Energieerzeugung über Solaranlagen für den gesamten Jahreszyklus.

Der Energieverbrauch spitzt sich nicht nur peakartig in den Morgen- und vor allem Abendstunden zu, sondern kann durch die weiteren Nutzungsarten über den Tag und die Woche hinweg gleichmäßiger verteilt werden. Das zeigt sich vornehmlich beim Energieverbrauch von Büro und Gewerbe in den Tagesstunden. Besonders bei der Nutzung von regenativen Energieerzeugern wie beispielsweise Photovoltaik ist man von äußeren Faktoren abhängig. Hier wird ein Großteil der Energie in den Mittagsstunden generiert.

Die Konzentration der Energiegewinnung macht den Eigenverbrauch zu diesen Zeiten besonders wirtschaftlich. Genau hier setzt die Mischnutzung an: Der abfallende Energieverbrauch von Wohnraum während der Tagesstunden wird durch die gewerbliche Nutzung aufgefangen.

Reduziert man den Verbrauch um die selbst gewonnene Energie, so zeigt der Bedarf an Fremdenergie besonders in den Abendstunden, wo der Verbrauch die gewonnene Leistung signifikant übersteigt. Dies lässt sich in der brauen Kurve ablesen. Der Eigenverbrauch der gewonnenen Energie entspricht im Jahresverlauf ungefähr 46 Prozent. Die Energie-Autarkie liegt in diesem Fall bei 37,4 Prozent.

Um den Eigenverbrauch zu erhöhen und die Menge des Zukaufs von Energie gleichzeitig zu verringern, um damit die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage zu steigern, bietet sich der Einsatz eines Speichers an. Damit lassen sich tageszeitabhängige Schwankungen kompensieren.

Der PV-Ertrag, der den Verbrauch tagsüber übersteigt, kann mittels eines beispielsweise 1.000 kWh großen Speichers später genutzt werden. Durch die Speicheranlage konnte der Eigenverbrauch auf 100 Prozent erhöht werden. Daraus ergibt sich eine Autarkie von 81,4 Prozent. Das heißt: Der Eigenverbrauch übersteigt die gewonnene Energiemenge, sodass Energie hinzugekauft werden muss. Gleichzeitig ergibt sich daraus, dass der Bedarf größer als die Energieerzeugung ist und damit eine Autarkie von „nur“ 81,4 Prozent erzielt werden kann.

Zugrunde gelegt wurde ein jährlicher Verbrauch der Nutzungen von 874 MWh für Wohnen, 626 MWh für Gewerbe und Büros sowie 324 MWh für die Gastronomie.

Die verschiedenen Möglichkeiten zeigen beeindruckende Ergebnisse: Eine PV-Anlage ohne Speicher ist zwar wirtschaftlich, das Verhältnis von Kosten und Autarkie jedoch im Vergleich zu einer Anlage mit einem Speicher deutlich uninteressanter. Wichtig bleibt aber auch die Speichergröße, die je nach Zielsetzung variieren kann. GreenSpleen bietet seinen Kunden eine individuelle Analyse der Bedarfsbedingungen.

Vorteile eines Quartiers mit Mischnutzung, Solarstromerzeugung und Speicher

Eine Mischnutzung von Quartieren bietet viele Vorteile. Zum einen ermöglicht sie einen echten urbanen Raum, der Wohnen, Leben und Arbeiten verbindet, einen Ort, der Begegnung und Nachbarschaft anbietet, der schon in der Stadtplanung und im Siedlungsbau vor einem Jahrhundert angestrebt wurde. Zum anderen können zwischen den Nutzungseinheiten Synergien gebildet werden, die vor allem in Punkto Energieverbrauch sinnvoll sind. Wie die Wochenkurven der Simulation zeigen, sind die Spitzen bei Wohnen, Büro und Gewerbe sowie Gastronomie tageszeitlich zeitversetzt. Somit kann der direkt erzeugte Solarstrom über den Tag verteilt optimal genutzt werden. Doch die Vorteile von Quartieren gehen weiter. Sie ermöglichen eine Standardisierung von Grundrissen – eine Forderung, die ebenfalls bereits in den 1920er Jahren verfolgt wurde – für eine Vereinfachung von Planung und Bau. Dies wiederum bedeutet eine Verringerung der Kosten und Probleme beim Bau.

Die Entwicklung von zeitgemäßen Quartieren ist also nicht nur eine Option, sondern eine zukunftsweisende Forderung an Architekten und Stadtplaner – heute genauso wie bereits vor hundert Jahren. Planungsbüros wie InnoVision mit ihren Tochterunternehmen PlanTeam Schwarz und GreenSpleen können maßgeblich dazu beitragen, dass solch zeitgemäße Quartiere entstehen, ohne sich dem Vorwurf stellen zu müssen, lediglich ein „Marketing-Etikett“ darzustellen, wie Robert Kaltenbrunner es nennt. Es ist und bleibt wünschenswert, dass Architekten, Stadtplaner und Planungsbüros hier von Beginn eines Projektes an, Hand in Hand arbeiten – also vor allem die Phase 0, der USP von GreenSpleen, Bestandteil von zukünftigen Projekten werden.






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