Das AP 3 „Gebäudeenergetik und Gebäudetechnik“ bildet eine wesentliche Grundlage und insbesondere die Schnittstelle für die Verknüpfung der Planung der städtebaulichen Struktur mit der energetischen Funktion und Planung der Infrastruktur der Siedlungswasserwirtschaft. Hierbei sind zunächst gebäude- und nutzungsabhängige Bedarfsprofile für Wärme und Kühlung auf Gebäudeebene zu definieren bzw. zu generieren. Daraus sind dann – unter Zugrundelegung geeigneter System- und Anlagenkonzepte und Schnittstellen für Wärme- und Kälteerzeugung, Verteilung und Nutzenübergabe in den Gebäuden – resultierende Lastprofile für die unterirdische Infrastruktur (thermisch aktivierter Hybridkanal) abzuleiten. Die einzelnen Lastprofile für unterschiedliche Gebäude- und Nutzungstypen werden zu entsprechenden Gesamtprofilen für die Gesamtbewertung und Optimierung sowie für den energetischen Vergleich mit einer konventionellen Lösung aggregiert. Zum anderen werden sie in reduzierte Modelle überführt, die für die Anwendung in einem vereinfachten Gesamtmodell tauglich sind.
Ausgangspunkt der energetischen Analyse und Bewertung des betrachteten Stadtquartiers bilden gebäude- bzw. nutzungsbezogene Wärme- und Kühlbedarfsprofile (Leistungen und Energien). Diese sind für die relevanten Gebäudetypen und Nutzungsarten zu erstellen. Hierzu werden die im Quartier zu berücksichtigenden Gebäude und Nutzungsprofile zunächst kategorisiert und in Gebäude- und Nutzungs-Gruppen zusammengeführt. Die Zusammenstellung bzw. Generierung/Berechnung der Wärme- und Kühlbedarfsprofile erfolgt in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenschaften der Gebäude bzw. Nutzungsprofile im Wesentlichen auf eine von drei Arten:
- Dynamische thermisch-energetische Gebäudesimulationen
- Verwendung und ggf. Anpassung vorhandener Gebäude-Bedarfsprofile
- Verwendung und ggf. Anpassung vorhandener prozessabhängiger Bedarfsprofile
In Abstimmung mit den thermisch-energetischen sowie hydraulischen Eigenschaften und Anforderungen der thermisch aktivierten Hybridkanäle, die aus AP 1 und AP 2 resultieren (Leistungs- und Energiekapazitäten, Temperaturen, Betriebsmassenströme), werden für jede Gebäude- und Nutzungs-Gruppe abgestimmte System- und Anlagenkonzepte erstellt und vordimensioniert. Daraus werden für jede Gebäude- und Nutzungs-Gruppe samt zugehöriger Anlagentechnik stündlich aufgelöste Lastprofile für den Wärmeentzug aus und den Wärmeeintrag in die unterirdische Infrastruktur erstellt und einer Sensitivitätsanalyse unterzogen. Die Lastprofile und deren Sensitivitäten werden fallabhängig durch punktweise quasi-stationäre Berechnung oder dynamische Anlagensimulationen ermittelt. Sie liegen nach Abschluss dieser Arbeiten somit in Form von parametrisierten Datensätzen bzw. Berechnungstabellen samt Metainformationen sowie Simulationsmodellen vor.
Zur umfassenden und iterativen Auslegung sowie Optimierung des Gesamtsystems Nutzung/Städtebau-Anlagentechnik-Wärmeverbund sind reduzierte bzw. vereinfachte Lastprofil-Modelle erforderlich, damit der Aufwand für die erforderlichen Berechnungen sowie Datenhaltungen und -auswertungen vertretbar bleibt. Die in AP 3 erarbeiten Simulationsmodelle und Daten werden deshalb in diesem Arbeitspaket weiter ver- bzw. bearbeitet.
Die in AP 3 erarbeiteten Daten und Modelle erlauben zusammen mit der Abbildung des thermisch-energetischen Verhaltens des Wärmeverbundnetzes (AP 1) eine Bewertung der energetischen Gesamteffizienz der angestrebten Stadtquartierslösung. Um diese Lösung energiewirtschaftlich und ökologisch bewerten zu können, ist ein Vergleich der im Forschungsprojekt entwickelten Variante mit einer konventionellen Lösung erforderlich. Dies erfolgt durch eine vergleichende Berechnung (rechnerische Abschätzung, ggf. simulationsgestützt) des jeweils extern zuzuführenden Endenergiebedarfs und dessen Umrechnung in entsprechende Primärenerie-Bedarfswerte.
