KLIMANEUTRALE QUARTIERE - Nachhaltig Wirtschaften
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KLIMANEUTRALE QUARTIERE
VOM PLUSENERGIEQUARTIER ZUM KLIMANEUTRALEN QUARTIER
IM PROJEKT ZUKUNFTSQUARTIER 2.0 (UND ZQ SYNERGY MIT SIR)
THOMAS ZELGER, SIMON SCHNEIDER, PETRA SCHÖFMANN
FH TECHNIKUM WIEN, RENEWABLE ENERGY SYSTEMS – UIV URBAN INNOVATION VIENNA
19.1.2022
Klimaneutrale Quartiere auf Basis Plusenergiequartier
Ansatz Zukunftsquartier
Ein klimaneutrales Quartier garantiert den Nutzer*innen bereits jetzt richtungsstabil die
Kompatibilität mit einem dekarbonisierten und 100% erneuerbaren Energiesystem
Verbindet die generellen Klimaziele (dekarbonisierte Energieversorgung 2050, bzw. 2040) mit
lokalen Zielen für ein Quartier
„Baue und saniere Quartiere auf eine Weise, dass wenn alle Quartiere so gebaut und saniert
werden würden, das ganze Energiesystem dekarbonisiert wäre“ – PEQ kategorisch -
Kategorischer Imperativ (Kant)
Für ein klimaneutrales Quartier müssen die Anforderungen von 3 Schalen des
Zukunftsquartiersansatz erfüllt werden.
2
Die 3 Qualitätsanforderungen gemäß Zukunftsquartieransatz
PEQ Alpha (Dienstleistung Gebäudetechnik und Haushalts/Betriebsstrom):
• Ein Plus-Energie-Quartier A ist ein Quartier, das auf der Basis aller laufenden Energiedienstleistungen von einen über ein Jahr positiven
Primärenergiesaldo aufweist, d.h. mehr Primärenergie „erzeugt“ als es verbraucht (Stündliche Berechnung, monatliche Konversionsfaktoren).
Eine Gutschrift, bzw. Abschlag bezüglich baulicher Dichte wird angerechnet.
PEQ Alpha+Mobil (Dienstleistung Gebäudetechnik, Haushalts/Betriebsstrom und Alltagsmobilität privat):
• Ein Plus-Energie-Quartier Alpha+Mobil erfüllt die Kriterien von PEQ Alpha, zusätzlich wird die private motorisierte Alltagsmobilität (MIV)
miteinbezogen und eine personenbezogene Gutschrift für erneuerbare Großkraftwerke berücksichtigt.
PEQ Omega – Klimaneutrales Quartier (Dienstleistung Gebäudetechnik, Haushalts/Betriebsstrom, Alltagsmobilität
und graue Energie Quartier+Mobilität):
• Ein Plus-Energie-Quartier W weist in allen laufenden Energiedienstleistungen inkl. Alltagsmobilität und der „grauen Energie“ für bauliche,
gebäudetechnische und Alltagsmobilitätsgeräte auf Basis von stündlichen Konversionsfaktoren ein personenspezifisches Treibhauspotential
unter 600 kg CO2eq / Person und Jahr auf. Gibt somit die Zielerfüllung hinsichtlich Klimaneutralität an!
Grundsätzlich sollte Systematik erweiterbar sein mit Konsum, Ernährung etc., laut CO2-Fußabdruck gesamt (siehe Drexel 2020)
3
Zukunftsquartier Methodik
Omega
Beta
(Alpha + Mobil)
Alpha
Betrieb
Graue Energie
Indikatoren/Messgrößen:
PEQ Alpha: Primärenergie gesamt kWh/m²a
PEQ Beta (Alpha+Mobil): Primärenergie gesamt
kWh/m²a
PEQ Omega – Klimaneutrales Quartier: THG Emissionen 4
gesamt CO2equiv/Person a
Weitere Rahmenbedingungen zu Plusenergiequartieren laut
Zukunftsquartieransatz
Plus-Energie-Quartier europaweit anwendbar
Realisierbar (technisch, rechtlich, wirtschaftlich) auch in urbanen Kontexten
Enthält alle relevanten Merkmale des zukünftigen 100% erneuerbaren Energiesystems
Verbindet die generellen Klimaziele (dekarbonisierte Energieversorgung 2050, bzw. 2040)
mit lokalen Zielen eines Quartiers
Richtungsstabilität und Konsistenz über alle Prozesse von Flächenwidmung,
Architekturwettbewerb, Planung, Ausführung und Betrieb: Von Projektentwicklung über
Umsetzung zu Messung!
Das Konzept sollte „schalenmäßig“ erweiterbar sein: Von PEQ Alpha bis PEQ W
5
Quartiers-Ansatz
Vorteile auf einen Blick
Klimafitte Energieplanung wird nachhaltiger im Planungsprozess verankert
(weil früher)
Qualitäten: Qualitative Entwicklungsziele können umfangreicher und effektiver
behandelt werden (Freiraumgestaltung, „Anger“, soziale Durchmischung, Komfort, …)
Nutzungsmischungen sind energetisch günstiger und wirtschaftlicher (weniger
Gleichzeitigkeit, mehr Flexibilität, kleinere Anlagen, …)
Ressource Pooling ermöglicht nachhaltigere (Mobilitäts-)Lösungen
1+1 < 2 Ermöglicht ambitioniertere Gesamtziele (weil gemeinsam, nicht einzeln erreichbar)
6
Was ist ein Quartier?
Nicht so wichtig! Unterschiedliche Ansätze auf nationaler und EU Ebene (siehe SC
Mikroquartiere und BMK Publikation zu PEDs). Aktuelle Projekte von ca. 5000 bis 50.000
m² BGF)
Das Konzept Plus-Energie-Quartier soll helfen, klimafit und nachhaltig zu bauen und zu
sanieren, nicht Projekte ausschließen.
Zukunftsquartieransatz funktioniert auch sehr gut auf Gebäudeebene und zeigt den
Vorteil eines möglichen Austauschs von Energie auf (energetisch, vor allem
wirtschaftlich).
Im Zukunftsquartiersansatz wird das Potential (energetisch, wirtschaftlich) für einen
potentiellen Austausch von Energie über Gebäudegrenzen hinweg simuliert. Für die
Nachweisführung wird es angesetzt, wenn umgesetzt (thermische Netze) oder potentiell
möglich (z.B. EAG etc.).
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Anknüpfung an die nationalen Klimaziele: Zielwert des
Gebäudesektors? Methodik Zukunftsquartier
Ergibt Gutschrift pro Person aus Erneuerbaren Großkraftwerken Dichteausgleich
PEQ Beta (alpha+mobil) PEQ alpha
8
Anknüpfung an die nationalen Klimaziele: Zielwert des
Gebäudesektors? Ableitung Gutschrift erneuerbare Großkraftwerke
Bruttoinlandsverbrauch Österreich 2050 Endenergiebedarf Österreich 2050
1.600 Elektrische Energie Export/Import 1.200
PEQ Alfa+Mobil
1.400 Wasserstoff
Abfälle 1.000
Landwirtschaft
1.200
Kohle
1.000 800
Öl Industrie /
800 Erdgas Produktion
PJ/a
PJ/a
600
600 Tiefe Geo-thermie
Umgebungswärme Wärmepumpe
400 400 Verkehr
Solarthermie
200
Biogene 200
0
Photovoltaik
Gebäude (Summe
-200 Windkraft 0 HH, Dienstl.)
2010 2050 2050 2050 2050 2050 2050 2050 2050 2010 2050 2050 2050 2050 2050 2050 2050
[UBA 2016] konstant 0,8% [Veigl 2015] [UBA 2016] [UBA 2017] Streicher Streicher Elektro APG Wasserkraft [UBA 2016] konstant 0,8% Wachst. [Veigl 2015] [UBA 2016] [UBA 2017] Streicher Streicher
[Streicher Wachst. 0,8% 0,8% [Brainpool [Streicher [Streicher 0,8% Wachst. 0,8% 0_TGeo
2011] [Streicher Wachst. 0_TGeo 2019] 2011] 2011] ohne_tGeo Mobi_UBA
2011] ohne_tGeo Mobi_UBA
Gutschrift aus erneuerbaren Großkraftwerken (Windkraft, Wasserkraft) abhängig von Mix 2050, auch von Verhältnis
Wind- zu Solarkraft, sowie von Anteilen Sektoren im Endenergiebedarf. Annahme Szenario Streicher 2011, ohne
tiefe Geothermie, mit Mobilität UBA 2017 transition, Mehrbedarf EE durch Wind- und PV je zu Hälfte -
Gutschrift Biomasse ist sehr gering und wird nur in KWK-Anlagen angesetzt.
9Anknüpfung an die nationalen Klimaziele:
Ableitung Gutschrift erneuerbare Großkraftwerke
Zuordnung der
Gutschrift aus
erneuerbaren
Großkraftwerken zu
privater
motorisierter
Individualmobilität
(German) Publication: Schneider, S., Zelger, T., Klauda, L., n.d. ÜBERLEGUNGEN ZUR FRAGE, WELCHER ANTEIL ERNEUERBARER ENERGIE 2050 10
IN ÖSTERREICH LOKAL AUFGEBRACHT WERDEN MUSS. Presented at the EnInnov 2020, Graz, p. 10.Warum die „klassische Plusenergiegebäude“ Definition*
unbefriedigend ist
Jede PEQ-Bilanzierungsmethode
definiert deren relative
Erreichbarkeit für verschiedene
Quartiere.
Dies soll explizit und nicht
implizit geschehen.
*„Klassische Plusenergiegebäude“:
Am Grundstück muss bilanziell über
ein Jahr zumindest so viel Energie
erzeugt werden, wie verbraucht
wird.
Geschoßflächenzahl GFZ = Brutto-Grundfläche (BGF) / Grundstücksfläche (GF)
11
© 2021 FH Technikum WienBauliche Dichte im Fokus von Plusenergie- und
klimaneutralen Quartieren
12
Überlegungen zum „Narrativ“ Plusenergiequartier gemäß Zukunftsquartieransatz3
Parametrisierung des dichteabhängigen Zielwerts
© 2021 FH Technikum Wien
13PEQ Energieflexibilität
Thermally activated
building system
25,0°C 45
40
(TABS): floor
24,5°C
35 heating or core
24,0°C
Indoor temperature 30 User activation (25-35°C)
23,5°C
23,0°C
25 flexibility
20
22,5°C 15
22,0°C 10 Heat pumps
21,5°C 5
Ambient
21,0°C 0
heat:
0 24 48 72 96 120 144 Boreholes,
Last week in January (hours) ground
water, air,
waste
RES available: Without RES: Pooled E-Mobility heat,
Reduce cost by sewers
Charge (thermal) Use of storage (thermal, increasing utilization of
storage then electric),belay HVAC batteries with BI-
operation directional loading 14PEQ Alpha - Grenzkurve
Faire Verteilung
Faire Verteilung in
Abhängigkeit des
Flächenverbrauchs,
Ableitung aus GFZ-
Verteilung Österreich
© 2019 FH Technikum Wien 15 15Ergebnisse im Überblick
PEQ Alpha
Prüfung Ansatz inkl. Adaptierung für sehr dichte
Quartiere (bis GFZ = 7,5) und nunmehr auch
sehr locker bebaute Siedlungen (GFZDynamisches Verfahren Beispiel alfa+mobil
Typischer Februar, elektrische Energiedeckung zeitabhängig
18
PV-Überschuss
16
14
Netz
12
Netzdienlichkeit
W/m²NGF
10
8
Batterie
6
PV
4
2
Gesamt
0
Regelung: Bei Überangebot von Sonnenstrom oder Wind Peak Shaving werden die freigeschalteten Speicher
beladen: Bauteilaktivierung für Heizen/Kühlen, Pufferspeicher, Batterie, Fahrrad-/Autobatterien jeweils wenn
vorhanden und je nach Freigabesignal (z.B. MaxTemperaturen etc.). Variante alfa+mobil netzdienlich
Vereinfachte dynamische Simulation: Damit kann mit geringem Aufwand der zeitliche Austausch zwischen den
Dienstleistungen/Sektoren (Konditionierung Gebäude, E-Mobilität etc.) und die Speicherung genau bilanziert
werden (vor allem für Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit der Geschäftsmodelle wichtig!). Für die
Qualitätssicherung ist der Einsatz über den gesamten Planungs- und Betriebsprozess sinnvoll.
17Systemgrenzen PEQ Omega: Klimaneutralität 2040
Grundlage Zielwert maximales CO2_equiv pro Mensch 2040
Alle menschlich verursachten Aktivitäten werden einbezogen, alle Treibhausgase werden
einbezogen: Energiedienstleistungen, „materielle“ Dienstleistungen, Senken etc.
Grundlage: Völkerrechtlicher Vertrag, globale Erwärmung laut Klimakonferenz Paris 2015 auf 1,5,
maximal jedoch 2 K im Vergleich zu vorindustrieller Zeit begrenzt werden, d.h. bis 2050 steht ein
maximales CO2 equiv Budget pro Mensch zur Verfügung [Schellnhuber 2015]. Bei gleicher
Verteilung über alle Menschen 2017 laut [Meyer, Steininger 2017] ergeben sich näherungsweise
96 t CO2 equiv pro Person
Bezug Quartiere: Alle Maßnahmen, die in Quartieren und Gebäuden beeinflussbar sind
18Operationalisierung PEQ Omega
Ableitung Zielwert
Gesamter CO2 Fußabdruck Österreich (konsumbezogen) CO2 Fußabdruck, der durch Quartiere/Gebäude beeinflussbar ist
Auf dieser Basis ergibt sich ein maximaler CO2-Fußabdruck aktuell von 0,8 t CO2 equiv/Person a.
Aktuell: Vorsorgewert für PEQ Omega -25%, daher maximal 0,6 t CO2 equiv/Person
Quelle: Zelger, Leibold, Schneider, Stukey, Holzer, Drexel, Becker, Schöfmann 2020: Studie aspern klimafit im Auftrag aspern 3420. FHTW, IBRI,
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Becker, Drexel reduziert, UIV.Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit
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