Urbaner Kältebedarf in Österreich 2030/2050 (UKÖ 2030/2050)

Kurzbeschreibung

Motivation

Es besteht weltweit und in Österreich eine deutlich steigende Nachfrage nach Gebäudekühlung. Sie wird getrieben durch eine Kombination aus steigendem Wohlstand, Urbanisierung, demografischen Entwicklungen und nicht zuletzt durch den Klimawandel. Gleichzeitig ist der aktuelle Wissensstand noch nicht ausreichend, um daraus konkrete Schlussfolgerungen für Politik und Verwaltung abzuleiten oder technologische Innovationen anzustoßen.

Projekt-Inhalte und Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund zielt die gegenständliche Studie darauf ab, den zukünftigen Gebäude-Kältebedarf von Gebäuden und Quartieren für Österreich zu quantifizieren und darzustellen, Entscheidungsträger:innen bei der Entwicklung von Klimaschutzmaßnahmen und Klimawandelanpassungsstrategien zu unterstützen und Energieversorgern sowie Technologie- und Komponentenherstellern eine Abschätzung zum Kältebedarf der Zukunft zu liefern.

Methodische Vorgehensweise

Die Arbeit ist wie folgt strukturiert:

Eine systematische Aufarbeitung der Bildungsfaktoren des steigenden Kältebedarfs wird vorgenommen.
Existierende Kältebedarfsszenarien werden analysiert und vergleichend bewertet.
Eine Kältebedarfsmatrix wird ausgearbeitet, in welcher der künftige Kältebedarf für unterschiedliche Klimastandorte, für unterschiedliche künftige Klimaszenarien, für unterschiedliche Gebäudestrukturen und für unterschiedliche Komfortanspruchsniveaus dargestellt wird. Die Zahlenwerte des Kältebedarfs werden mit dem Mittel der dynamischen thermischen Gebäudesimulation ermittelt.
Die Inhalte dieser Kältebedarfsmatrix werden geografisch verortet und in Kältebedarfskarten anschaulich dargestellt.
Eine strukturierte techno-ökonomische Technologieanalyse wird vorgenommen.
Die gesammelten Erkenntnisse werden exemplarisch in einer Machbarkeitsstudie auf fünf Stadtquartiere angewandt.

Ergebnisse

Die wesentlichen Bildungsfaktoren des Kältebedarfs sind das Außenklima, die Gebäudequalität und die Gebäudenutzung. Die für den Kältebedarf relevante Maßzahl des Außenklimas ist die Anzahl der Kühlgradtage an einem Standort. Es ist anzunehmen, dass sich die Kühlgradtage im österreichischen Mittel bis 2050 um 50 % bis fast 100 % erhöhen werden.

Neben dem Außenklima erweist sich die Gebäudequalität als bestimmender Faktor für den Kältebedarf. Allen voran die Qualität der Befensterung und des Sonnenschutzes. Nachgelagert, aber dennoch relevant, sind die Qualitäten des Wärmeschutzes und der Lüftung. Der letzte Komplex von Bildungsfaktoren ergibt sich aus der Gebäudenutzung, also aus inneren Wärmelasten durch Personen oder Geräte.

Die nationalen Kältebedarfsszenarien prognostizieren ein diverses Bild des Kältebedarfs. Je nach Studie schwankt der Kältebedarf für das Jahr 2050 zwischen 3 TWh und 19 TWh. Eine Ausnahme ist die Studie nach Kranzl et al. (2011), die mit den Erkenntnissen aus Persson und Werner (2015) übereinstimmt.

Im Kontrast zu Internationalen Kältebedarfsszenarien klimatisch und kulturell ähnlicher Nationen, darunter Deutschland und Belgien, ist die Entwicklung des zukünftigen Kältebedarfs mit Österreich vergleichbar. Starke Abweichung ergeben sich durch die angewandte Grenztemperatur für die Bestimmung der Kühlgradtage, der Flächenangabe und - in Einzelfällen – die Berücksichtigung der Flächen- und Bevölkerungsentwicklung mit moderatem oder dynamischem Ansatz.

Eine Kältematrix wurde auf Basis der ermittelten Einflussfaktoren des Kältebedarfs als Excel Dokument entwickelt. Sie berücksichtigt Komfortniveau (generelles oder adaptives), Nutzungsart (Wohnen oder Büro), Bauperiode (vor 1945, 1945-1990 oder nach 1990) und Gebäudezustand (Bestand oder Saniert). Ebenfalls dient sie als Grundlagendokument für die geografische Verortung des Kältebedarfs und -leistung in Österreich.

Die Kältebedarfskarten nach dem generellen Komfortmodell zeigen je nach Szenario - für das Jahr 2050 einen absoluten Kältebedarf von 3,5 bis 6,3 TWh/a. Signifikant hoch ist der Kältebedarf im Jahr 2050 in Wien und dessen Umgebung, im Burgenland und entlang des Donautals, verglichen mit anderen Gemeinden. Ein analoges Bild ergibt sich für die Kälteleistung desselben Jahres. Besonders bedeutende Einflussgrößen sind die Anzahl der Kühlgradtage, das Ausmaß der zu kühlenden Fläche, die Nutzung des Gebäudes und der Gebäudezustand.

Die Technologieanalyse und -bewertung bringt hervor, dass einige der untersuchten Technologien wenig Relevanz zugesprochen werden, weil ihr hiesiges Kühlpotenzial zu wenig bekannt oder zu niedrig ist. Weitere Gründe finden sich in ihrer geringen Verfügbarkeit, vergleichsweise hohen Kosten oder der Tatsache, dass ein sinnvoller Einsatz nur unter bestimmten Bedingungen möglich ist. Im Sinne der Nachhaltigkeit sind passive Kühlmaßnahmen oder Maßnahme zur Komfortverbesserung immer zuerst heranzuziehen. Besonders hervorzuheben sind hierbei die Verschattung, die natürliche Lüftungskühlung und Komfortverbesserung jenseits des physikalischen Wärmeentzuges. Der Einsatz kühlender Hüllmaterialen und Sonnenschutzverglasungen ist individuell abzuwägen. Nur nach Ausschöpfung dieser und anderer passiver Möglichkeiten sollten auf aktive Kühlmaßnahmen zurückgegriffen werden.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie werden für fünf repräsentative Stadtquartiere passive und aktive Kühlmaßnahmen ergriffen. Verschattung und Sonnenschutzverglasung wurden in allen Studien berücksichtigt. Kühlende Hüllmaterialien und hinterlüftete Fassaden wurden in den Studien nicht vorgeschlagen, da sie einen hohen Kostenfaktor darstellen. Ergänzend zu den passiven Maßnahmen werden für die betrachteten Stadtquartiere folgende Systemvarianten zur aktiven Temperierung vorgeschlagen:

Kompressionskältemaschine mit Rückkühlung ins Grundwasser
Kompressionskältemaschine mit Rückkühlung ins öffentliche Anergienetz
Fernkälte oder Kompressionskältemaschine mit Rückkühlung an Erdsonden und Außenluft
Wärmepumpe/Kompressionskältemaschine mit Rückkühler an Erdsonden
Kompressionskältemaschine mit Rückkühlung in den Fernwärme Rücklauf

Publikationen

Systematische Aufarbeitung des steigenden Kühlbedarfs und Darstellung der geographischen Verortung des Kältebedarfs in Österreich. Das Ergebnis dient als Entscheidungshilfe bei der Entwicklung von Klimaschutzmaßnahmen und Klimawandelanpassungsstrategien sowie eine Abschätzung zum Kältebedarf der Zukunft. Schriftenreihe 3/2025
F. Wimmer, A. Pummer, P. Holzer, B. Beigelböck, K. Eder, L. Abart-Heriszt, M. Wolf, C. Rzihacek, T. Keller, B. Kling
Herausgeber: BMK
Deutsch, 91 Seiten

Projektbeteiligte

Projektleitung

Institute of Building Research & Innovation ZT GmbH

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

Vasko + Partner ZT-GmbH
BOKU Institut für Verfahrens- und Energietechnik (IVET)
BOKU Institut für Raumplanung, Umweltplanung und Bodenordnung (IRUB)

Kontaktadresse

Felix Wimmer, BSc.
Wipplingerstraße 23/3
A-1010 Wien
Tel: + 43 1 5811319 812
E-Mail: felix.wimmer@building-research.at
Web: www.building-research.at