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Fernwärmesysteme, High-Tech-Fassaden und Wärmepumpensysteme: Wie Südtirols grüne Zukunft in Laboren heranwächst
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2020-03-04 2020-02-18 18 Februar 2020 - Alexander Ginestous
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Eurac Research entwickelt sich mit seinen Laboren im Bereich der erneuerbaren Energien immer mehr zu einer wichtigen Schnittstelle für Wissenschaft und Wirtschaft. Die Mission ist klar: die Ziele des europäischen Klimaplans 2030 umsetzen

Der Klima- und Energieplan des Europarats hat klare Ziele vorgelegt, die sich wie folgt zusammenfassen lassen: eine Reduzierung der Treibhausgase in der Atmosphäre um 40%; eine Energiegewinnung durch erneuerbare Quellen in Höhe von 32%; und die Verbesserung der Energieeffizienz um 32,5%. Ein ehrgeiziges Vorhaben, das auch in Italien die Messlatte in Sachen Energiewende höher legt und Entwicklungen wie die Modernisierung von Gebäuden, die Elektromobilität, die Verwendung von Biomethan und die Implementierung neuer Wärmepumpensysteme beschleunigt.  

Eine wichtige Zukunftsvision, die ein Zusammenwirken von zahlreichen Puzzleteilen voraussetzt. Gerade auch für Südtirol, wo Nachhaltigkeit seit jeher eine entscheidende Rolle einnimmt. Vor Jahren hat man sich zum Ziel gesetzt, eine “Green Region” zu schaffen und im Zeichen der Energieeffizienz eine nachhaltige Zukunft zu gewährleisten.
Besonders das Forschungszentrum Eurac Research hat sich dieses Vorhaben groß auf die Fahne geschrieben. Das Institut für Erneuerbare Energie hat für das nationale Energienetz Simulationen durchgeführt, um den effizientesten Weg zur Energiegewinnung auszumachen, damit die vom Klimaplan 2030 vorgegeben Ziele erreicht werden können. „Dank eines fortgeschrittenen Simulationsmodells haben unsere Forscher für Italien ein Energieszenario fürs Jahr 2030 erstellt, das sich an die Vorgaben des Nationalen Energie- und Klimaplans (PNIEC, Piano nazionale integrato energia e clima) hält. Um bis zu 50% können damit CO2-Emissionen reduziert werden“, bestätigt Institutsleiter Wolfram Sparber. „Aus der Studie geht hervor, dass Italien im Zuge der Dekarbonisierung jährlich bis zu sieben Milliarden Euro beim Import von fossilen Brennstoffen einsparen kann. Dieses Geld könnte wiederum in erneuerbare Energien und Energieeffizienz investiert werden.“

Doch der Weg dahin ist mit zahlreichen Hindernissen gespickt. In erster Linie die vorherrschende „Angst vor Veränderung“ zahlreicher Körperschaften und Unternehmen, obwohl genau diese Veränderung ein bedeutender Türöffner sein kann. Ein Türöffner, der von Forschungseinrichtungen wie Eurac Research mit neusten Technologien und Green-Tech-Laboren vorangetrieben wird. 

Das Energy Exchange Lab – die Zukunft der Fernheizsysteme

Diese Green Laboratories von Eurac Research befinden sich im NOI Techpark, dem wachsenden Innovationsviertel in Bozen Süd, und werden in zwei Kategorien eingeteilt: externe und interne Labore bzw. Teststände. Zu den Vorzeigelaboren schlechthin gehört das Energy Exchange Lab. Chiara Dipasquale, Forscherin am Institut, zeigt sich von ihrem Arbeitsplatz begeistert: „Dieses einzigartige Labor ermöglicht uns, fortgeschrittene Fernwärme- und Fernkühlsysteme zu testen. Wir können so Niedertemperaturnetzwerke testen, mit denen sich Wärmequellen mit unterschiedlichen Ausgangstemperaturen (ab 30 °C) miteinander kombinieren lassen.“  Niedertemperatursysteme sind eine nachhaltige Version traditioneller Heizsysteme. Während bei letzterem Wasser auf hohe Temperaturen gebracht und dann die dadurch entstandene Wärme durch kleine Abgabeflächen (z.B. herkömmliche Heizkörper) abgegeben wird, funktionieren Niedertemperatursysteme genau umgekehrt: relativ kühles Wasser, große Abgabefläche. Somit können beim Aufheizen des Wassers Energie und Kosten gespart werden.  
Besichtigt man die Labore, kommt es einem so vor, als befände man sich in einem Labyrinth aus Ventilen und Rohren. Und dennoch, so komplex sie erscheinen mögen, genau hier wird Wissenschaft den privaten Firmen und der Industrie zugänglich gemacht: „Wir helfen Unternehmen, auf erneuerbare Energien basierende Lösungen oder Systeme zu testen, die zu weniger Verbrauch von Primärenergie – also Energie, deren Quelle direkt in der Natur (Wind, Sonne, Erdöl) vorzufinden ist – führen. Das ist auch deshalb möglich, da die Labore sehr flexibel sind und somit verschiedene Konfigurationen ausprobiert werden können“, führt Dipasquale weiter aus. 
Eurac Research arbeitet aktiv mit privaten Firmen, Energieversorgungsunternehmen und anderen Forschungszentren zusammen. Darunter befindet sich auch Enea, die italienische Agentur für neue Technologien, Energie und Nachhaltige Entwicklung, die gerade Wärmeübergabestationen testet, in denen Wärmeerzeugung durch Solaranlagen integriert wurde. Die Wärmeübergabestation ermöglicht den bidirektionalen Austausch zwischen Nutzer, Solarproduktion und Netz, um die Nutzung der Systemkomponenten besser zu steuern. Ein zweites Projekt untersucht die Heizkessel von Heizsystemen.  Eine grundlegende Studie, um zu verstehen, wie der Verbrauch halbiert werden kann, ohne gleichzeitig Einbußen beim Nutzerkomfort mit sich zu bringen. Dabei wird auf Emissions- sowie Kostenreduzierung geachtet.

Multifunktionale Fassaden gegen Emissionen
„Veränderung bringt immer auch große Möglichkeiten“, unterstreicht Sparber. „Die Sanierung von Gebäuden, das Austauschen der Heizkessel und die Entwicklung von intelligenten Fassaden können für Südtirol und unsere Zukunft ein wichtiger Baustein sein.“ In den Bereichen multifunktionale Fassaden und Wärmepumpensysteme hat sich Eurac Research schnell weiterentwickelt und die dazugehörigen Labore im NOI Techpark installiert: das Multifunctional Facade Lab und das Heat Pumps Lab, die besonders dem Bauwesen zugutekommen. Institutsleiter Wolfram Sparber kennt das Warum: „Gebäude spielen in Sachen Energieverbrauch eine gewichtige Rolle. 80% der Emissionen in Europa werden in Städten produziert“ 

Verschiedene Technologien ermöglichen es im Multifunctional Facade Lab, die energetische Sanierung von Gebäuden in Angriff zu nehmen. Zum Beispiel mit vorgefertigten, multifunktionalen Fassaden, mit denen der existierende Gebäudebestand schnell und kostengünstig modernisiert werden kann.
Dabei helfen wichtige strategische Partner wie die Freie Universität Bozen, das Belgian Buidling Research Institute und das Laboratory for the Qualitiy Control in Buildings of the Basque Government (LCCE). Über sie können die Forscher leicht ihr Netzwerk und Knowhow erweitern, das wiederum Unternehmen, Projektleitern und Gebäudeverwaltern zur Verfügung gestellt werden kann, um sie bei der Optimierung von innovativen Baukomponenten und -systemen zu unterstützen. Außerdem können so architektonische und Konstruktionslösungen mit einem ausgezeichneten Kosten-Nutzen-Verhältnis optimiert werden.  „Die Tests finden in einer doppelten Klimakammer statt, die sowohl äußere als auch innere Bedingungen des Wohnkomplexes analysiert“, erläutert Sparber, „dem haben wir die ‚Multifunktionalität‘ der Fassaden hinzugefügt, indem wir Strom- und Wasserkreisläufe verbinden und einen Sonnensimulator einsetzen. Dies ermöglicht die energetische Leistungsbewertung von aktiven und passiven Fassadenelementen.“   

Das Südtiroler Unternehmen Acco, das im Bereich der Trockenlegung von feuchtem Mauerwerk bei historischen Gebäuden tätig ist, hat sich das Potenzial des Labors zunutze gemacht, um die Veränderungen bei Fassaden und Mauern bei verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen zu beobachten. „Wir haben einen Partner wie Eurac Research gesucht, um unsere Technologie gegen kapillar aufsteigende Feuchtigkeit zu testen“, erzählt Andreas Pichler, Geschäftsführer von Acco. „Mit ihrem Knowhow können wir herausfinden, welcher Modus sich am besten dafür eignet, Gebäude vor Feuchtigkeit zu schützen. Aber das ist nicht genug. Wir müssen auch verstehen, wie Gebäude bei verschiedenen Temperaturen reagieren und wie wir am besten abwägen, wann Wärme abgegeben bzw. gespeichert werden muss. Das Multifunctional Facade Lab ist dabei eine große Hilfe.“

Wärmepumpen für eine grüne Zukunft

Auch das Heat Pumps Lab richtet sich nach einem Markt, der besonders in Europa immer größer wird. Zwischen 2012 und 2018 ist der Verkauf von Wärmepumpensystemen um 65% gestiegen, um 10% allein in den letzten zwölf Monaten. Jährlich werden 6,5 Milliarden Euro umgesetzt und der Sektor gibt 50.000 Menschen Arbeit. Den größten Nutzen zieht aber unsere Umwelt daraus, werden mit solchen Systemen doch bis zu neun Millionen Tonnen an CO2 eingespart. 

Wärmepumpen sind Maschinen, die thermische Energie weiterleiten und so im Winter heizen und im Sommer kühlen können. Nachhaltig versteht sich. In diesem Bereich hat Eurac Research in den letzten sieben Jahren bei 15 Forschungsprojekten mitgewirkt, fünf davon sind gerade im Gange. Die Forscher haben in Zusammenarbeit mit Unternehmen, anderen Forschungszentren und Universitäten untersucht, wie diese Technologie besser in Gebäude und Fernwärmenetzwerke integriert werden kann. Das Heat Pumps Lab ermöglicht den Wissenschaftlern, Tests mit Wärmepumpen fürs Heizen, Kühlen und für die Warmwasserproduktion durchzuführen. 

„Aktuell wird der Großteil der Gebäude mit Dieselpumpen oder Gasheizkesseln geheizt. Wollen wir die Dekarbonisierung abschließen, dann müssen beide Varianten vom Markt verschwinden und für Wärmepumpen Platz machen“, unterstreicht Wolfram Sparber. Eurac Research mischt bei der Weiterentwicklung dieser Systeme mit. Es wird versucht, diese Pumpen großflächig salonfähig zu machen und sie in den bestehenden Gebäudebestand zu integrieren. 
Hinter dem Labor steht eine Vision, wie Sparber erzählt: „Die Idee, dieses Labor zu bauen, ist vor circa zwei Jahren hier intern beschlossen worden. Das heißt, dass wir nur auf unsere eigenen Ressourcen und unser internes Knowhow zurückgegriffen haben. Wir wollen gemeinsam mit unseren Forschern angewandte Forschung betreiben und neue Lösungen finden, um den Energieverbrauch zu senken und zur Verfügung stehende erneuerbare Energien optimal zu nutzen. 

FACT SHEET

Eurac Research ist Südtirols größtes Institut für angewandte Forschung mit Außenstelle im NOI Techpark, in der rund 100 Forscher und 13 Labore untergebracht sind. Im NOI forscht Eurac Research an erneuerbaren Energien, Technologien zur Umweltüberwachung, klimatischen Simulationen, Mumienforschung und Alpiner Notfallmedizin.

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