IEA Technology Roadmap Energy-efficient Buildings: heating and cooling (2011)

Technologiebeschreibung

Derzeit ist der Gebäudebereich global der größte Energieverbraucher. Durch energieeffiziente Gebäudestandards kann dieser Bedarf deutlich gesenkt werden. Dennoch ist eine nachhaltige Bereitstellung der verbleibenden Energiemenge ein wesentlicher Faktor in zukünftigen Energiekonzepten.

Wesentliche Technologien für die Energieversorgung von Gebäuden sind die Solarthermie, Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke und Wärmespeicher.

Bei der Solarthermie wird die solare Einstrahlung in sensible Wärme umgewandelt und für Heizzwecke für Warmwasser und Raumwärme verfügbar gemacht. Wärmepumpen transportieren Wärme von einem Temperaturniveau auf ein anderes, wodurch sie sowohl für Heiz- als auch Kühlzwecke verwendet werden können. Blockheizkraftwerke können relativ klein dimensioniert werden, in etwa der Größe von bestehenden Heizkesseln, wodurch gleichzeitig Strom und Wärme generiert wird. Die Ausnutzung des Brennstoffes gegenüber getrennter Erzeugung ist damit deutlich erhöht. Positioniert man diese Anlagen beim Wärmeverbraucher, erspart man sich stark verlustbehaftete thermische Leitungen und kann die gewonnene elektrische Energie, sofern kein entsprechender Bedarf vor Ort besteht, über das vorhandene und deutlich weniger verlustbehaftete elektrische Netz andernorts nutzen. Wärmespeicher können in sensible, Latent-, Sorptions- und thermochemische Wärmespeicher unterschieden werden, wobei die Unterscheidungen das zugrundeliegende Speicherprinzip beschreiben.

Entwicklungspotential

Die Qualität der thermischen Gebäudehülle hat einen sehr starken Einfluss auf den resultierenden Heizwärmebedarf. Durch effiziente Gebäudesanierungen und entsprechende Bauordnungen für Neubauten können also beträchtliche Energiemengen eingespart werden.  Abbildung 1 zeigt die Auswirkungen von Effizienzmaßnahmen im Gebäudebereich bei steigendem Bevölkerungswachstum im BLUE Map Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA) .

Zukünftige Heizungssysteme werden vor allem solar unterstützte Wärmepumpensysteme sein. Dadurch wird der Energieträger Elektrizität noch weiter an Bedeutung gewinnen, allerdings sind auch heute schon moderne Heizungssysteme ohne Stromversorgung für Steuerung und Verteilung nicht betriebsfähig. Blockheizkraftwerke (BHKW; Combined Heat and Power - CHP) werden vor allem bei hohen Heizlasten und geringer Verfügbarkeit von elektrischer Energie eingesetzt werden (Abbildung 2).

Der steigende Klimatisierungsbedarf wird die Verwendung von Wärmepumpen weiter ansteigen lassen, wobei die Entwicklung von kostengünstigen, saisonalen Wärmespeichern zu einem steigenden Ausbau der Solarthermie führen wird.

Forschungsmeilensteine

Forschungsschwerpunkte werden neben Kombinationsmöglichkeiten von nachhaltigen Heiz- und Kühlsystemen auf Kostenreduktionen der Solarthermie, Weiterentwicklung von Brennstoffzellen, Effizienzsteigerungen bei Wärmepumpen und Verbesserung von Wärmespeichern liegen.

Quelle

Im Volltext der Roadmap finden sich ein Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand, ökologische und ökonomische Betrachtungen sowie detaillierte Aussagen zu Forschungsmeilensteinen und zielführenden Maßnahmen.