Der Titel der Studie ist ein wenig sperrig. Die Aussage macht aber dafür umso mehr Freude: „Breitentest von energieeffizienten Demonstrationsgebäuden mit thermisch aktivierten Bauteilen“ – das ist der Name einer Studie, die das AEE – Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) in Gleisdorf durchgeführt hat. Es zählt zu den führenden europäischen Instituten der angewandten Forschung auf dem Gebiet erneuerbarer Energie und Ressourceneffizienz.
Erste Studie in Österreich
Die Forscher*innen aus Gleisdorf untersuchten erstmals in Österreich systematisch unterschiedlichste neue und sanierte Gebäude mit Bauteilaktivierung. Insgesamt analysierten sie 16 Gebäude nach einem standardisierten Konzept. Das Ergebnis bringt Walter Becke auf den Punkt, der beim AEE INTEC schwerpunktmäßig an den Themen erneuerbare Energietechnologien und systemintegrierte erneuerbare Energietechnologien arbeitet: „Die Speicherkapazität der Gebäude ist erheblich.“
Im Rahmen der Studie ermittelten die Forscherinnen und Forscher eine Speicherkapazität von 0,14 bis 0,33 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Kelvin für die aktivierten Flächen. Der Medianwert lag bei 0,17 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Kelvin.
2 Gigawattstunden pro Jahr
Wie viel das ist, verdeutlicht eine Beispielkalkulation, für die Daten über den Neubau im Geschosswohnungsbau in Österreich aus dem Jahr 2023 verwendet wurden: Die durchschnittliche Fläche im Geschosswohnungsbau lag damals bei 1.450 Quadratmetern. Laut den AEE INTEC-Expert*innen kann man darin rund 750 Kilowattstunden Wärme speichern. Zum Vergleich: Ein Wasserspeicher müsste für diese Kapazität 8,5 Kubikmeter fassen, wenn man ihn auf 95 Grad Celsius aufheizt. Bei einer Wärmepumpe oder einem anderen Heizsystem, das mit niedrigen Temperaturen arbeitet und den Speicher nur auf 45 Grad Celsius heizt, müsste der Speicher größer als 25 Kubikmeter sein. Extrapoliert man die Speicherkapazität und geht wie im Jahr 2023 von jährlich 2.700 neuen Gebäuden dieser Art aus, bedeutet das: Pro Jahr kommen 2 Gigawattstunden Wärmespeicher in Form von Gebäuden dazu.
71.500 Gebäude geeignet
Dazu kommen noch die aktivierbaren Bestandsgebäude. AEE INTEC-Experte Becke verweist hier auf Daten einer Potenzialanalyse für serielle Sanierung. Demnach gibt es in Österreich 71.500 Bestandsgebäude, die dafür geeignet wären. „Im Zuge der seriellen Sanierung könnten die Außenwände thermisch aktiviert werden. Unterstellt man einfachheitshalber bei allen Gebäuden 38 Zentimeter dicke Hüllflächen aus Vollziegel und aktiviert diese abzüglich der Fenster, kommt man in Summe auf fast 16 Gigawattstunden“, so Becke. Natürlich ist nicht die gesamte Speicherkapazität jederzeit für den flexiblen Einsatz verfügbar, da die komfortable Gebäudetemperatur immer Priorität hat. Wenn man das in Form eines Faktors von 30 Prozent berücksichtigt, bleiben knappe 5 Gigawattstunden in der Bestandssanierung und 0,7 Gigawattstunden jährlich im Neubau.“
Vor allem Ortbeton
Bei den 16 Gebäuden, die im Rahmen der Studie untersucht wurden, wurde vor allem Ortbeton als aktiviertes Material verwendet – teilweise in Kombination mit anderen Materialien. Bei 13 von 16 Gebäuden wurde die Aktivierung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen genutzt. In 13 Fällen spielten Wärmepumpen eine Rolle, oft in Kombination mit anderen Technologien wie Photovoltaik oder Freecooling. Dazu Becke: „Bei diesen Technologien kommt besonders zum Tragen, dass die Bauteilaktivierung mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommt. Der Median lag im Heizfall bei 29 Grad Celsius, im Kühlfall bei 18 Grad Celsius. Wärmepumpen und Solarthermieanlagen arbeiten so deutlich effizienter.“
Mehr Komfort
Neben den physikalischen Größen sammelten die Forschenden auch Rückmeldungen von den Nutzerinnen und Nutzern. Von diesen bewerten 85 Prozent den Komfort als gut oder sehr gut – das ist deutlich mehr als in konventionellen Gebäuden. Sie nahmen die thermische Trägheit eher als Komfortgewinn denn als Störung wahr. Das gilt insbesondere im Sommer. Über die Hälfte gab an, die Raumtemperatur sei nie zu hoch gewesen. Messungen zeigten, dass die Maximaltemperaturen im Sommer meist bei 23 bis 24 Grad lagen – auch dann, wenn sie in nicht-aktivierten Gebäuden auf bis zu 27 Grad stiegen.
Niedrigere Kosten
„Wirtschaftlich zeigte sich, dass den höheren Investitionen in der Regel niedrigere Lebenszykluskosten gegenüberstehen“, erläutert Becke. „Die Einsparungen ergeben sich aus geringeren Energie- und Wartungskosten. Bei vielen Wiener Wohnungsbauunternehmen ist die thermische Bauteilaktivierung in Neubauten mittlerweile ein üblicher Standard.“ Der wichtigste Grund dafür: Angesichts des Klimawandels erhöht sie vor allem die Resilienz gegenüber hohen Außentemperaturen.
„Die Speicherkapazität der Gebäude entkoppelt die Wärme- und Kälteerzeugung zeitlich vom Bedarf“, betont Becke. Das lasse sich auf zwei Arten nutzen. Einerseits könne man mit einer begrenzten Dauerleistung – zum Beispiel wegen einer Limitierung des Netzanschlusses – eine deutlich höhere Spitzenlast überbrücken. Andererseits könne man kurzfristig Leistungsüberschüsse aus dem Netz aufnehmen oder die Last reduzieren, sofern der Anschluss dies erlaubt. Becke: „So kann das Gebäude das Stromnetz aktiv stabilisieren.“
Zwei Optionen
Beide Optionen kamen auch in den untersuchten Gebäuden zum Einsatz. In einem Gebäude mit einer maximalen Heizlast von 1,1 Megawatt wurde diese komplett mit einer Wärmepumpe mit einer Spitzenleistung von 270 Kilowatt gedeckt. „Das reduziert nicht nur die Anschlussleistung, sondern auch die Investition in das Gerät“, meint Becke. Zwei andere Gebäude nutzten dagegen die Flexibilität, „um Strom zu variablen Tarifen dann einzukaufen, wenn er reichlich aus erneuerbaren Quellen verfügbar und daher günstig ist“.
Nahezu alle im Zuge der Studie Befragten gaben an, dass sie die Bauteilaktivierung bei weiteren Gebäuden wieder einsetzen würden. „Allerdings würden sie dabei teils die Konzepte vereinfachen und die Regelung optimieren“, so Becke. Für eine breitere Anwendung würden sie sich unter anderem klare Planungsrichtlinien wünschen. Becke: „Ebenfalls oft gefordert sind prädiktive Regelungen, die nicht nur die Außentemperatur, sondern auch den Wetterbericht einbeziehen – so kann das Gebäude schon mal vorheizen, wenn sich in der Atmosphäre die Kaltluft nähert.“