24.02.2025

Wärmespeicher im Fokus

Wärmespeicher: Nachhaltige Technologie zur effizienten Speicherung und Nutzung von Wärmeenergie im urbanen Raum. Image by GREGOR from Pixabay

In Zeiten des Klimawandels und steigender Energiekosten gewinnen innovative Lösungen für eine effiziente und nachhaltige Energienutzung im städtischen Raum zunehmend an Bedeutung. Eine Schlüsseltechnologie in diesem Kontext sind Wärmespeicher. Diese Systeme ermöglichen es, thermische Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben, was sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile mit sich bringt.

Grundlagen der Wärmespeicherung

Wärmespeicher sind technische Anlagen, die dazu dienen, thermische Energie über einen bestimmten Zeitraum zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Sie spielen eine zentrale Rolle in der effizienten Nutzung von Wärmeenergie, indem sie zeitliche Unterschiede zwischen Wärmeerzeugung und -verbrauch ausgleichen.

Funktionsprinzipien von Wärmespeichern

Es gibt verschiedene Arten von Wärmespeichern, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen:

Sensible Wärmespeicher: Diese nutzen die Fähigkeit von Materialien, bei Temperaturänderung Wärme aufzunehmen oder abzugeben. Wasser ist aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität das am häufigsten verwendete Medium für sensible Wärmespeicher.
Latentwärmespeicher: Diese Speicher nutzen den Phasenwechsel von Materialien (z.B. von fest zu flüssig) zur Energiespeicherung. Dabei wird die Schmelzwärme des Materials genutzt, was eine höhere Energiedichte ermöglicht.
Thermochemische Speicher: Hier wird die Energie in chemischen Bindungen gespeichert. Bei der Rückgewinnung der Wärme laufen reversible chemische Reaktionen ab.

Einsatzbereiche von Wärmespeichern im urbanen Raum

Wärmespeicher finden in städtischen Gebieten vielfältige Anwendungen:

In Gebäuden zur Optimierung von Heizungs- und Warmwassersystemen
In Fernwärmenetzen zur Lastglättung und Effizienzsteigerung
In industriellen Prozessen zur Abwärmenutzung
In Kombination mit erneuerbaren Energien zur besseren Integration in das Energiesystem

Technologien und Systeme

Kurzzeitspeicher

Kurzzeitspeicher dienen dazu, Wärme über Stunden oder Tage zu speichern. Typische Beispiele sind:

Pufferspeicher: Diese werden in Heizungsanlagen eingesetzt, um kurzzeitige Schwankungen zwischen Wärmeerzeugung und -verbrauch auszugleichen.
Warmwasserspeicher: Sie stellen warmes Wasser für den täglichen Gebrauch bereit und können mit verschiedenen Wärmequellen gekoppelt werden.

Langzeitspeicher

Langzeitspeicher ermöglichen die Speicherung von Wärme über Wochen oder sogar Monate. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der saisonalen Energiespeicherung:

Erdsonden-Wärmespeicher: Hierbei wird Wärme in tiefen Erdschichten gespeichert und bei Bedarf mittels Wärmepumpen wieder entnommen.
Aquiferspeicher: Diese nutzen unterirdische Wasserschichten zur Wärmespeicherung.
Große Wassertanks: In einigen Städten werden massive isolierte Wassertanks als saisonale Wärmespeicher eingesetzt.

Innovative Speichertechnologien

Die Forschung arbeitet kontinuierlich an neuen Technologien zur effizienteren Wärmespeicherung:

Hochtemperatur-Latentwärmespeicher: Diese nutzen spezielle Salzmischungen und ermöglichen die Speicherung von Wärme bei sehr hohen Temperaturen.
Thermochemische Speicher mit Zeolithen: Diese Materialien können Wärme nahezu verlustfrei über lange Zeiträume speichern.
Phase Change Materials (PCM): Innovative Materialien, die bei der Phasenumwandlung große Mengen Wärme aufnehmen oder abgeben können.

Herausforderungen bei der Integration von Wärmespeichern im urbanen Raum

Platzmangel und bauliche Einschränkungen

Eine der größten Herausforderungen in dicht bebauten städtischen Gebieten ist der begrenzte Platz für die Installation von Wärmespeichern. Insbesondere große saisonale Speicher benötigen erhebliche Flächen, die in Städten oft nicht verfügbar sind. Lösungsansätze umfassen:

Die Integration von Speichern in bestehende Gebäudestrukturen
Die Nutzung unterirdischer Räume für Speicheranlagen
Die Entwicklung kompakterer Speichertechnologien mit höherer Energiedichte

Technische Komplexität und Systemintegration

Die Einbindung von Wärmespeichern in bestehende Energiesysteme erfordert oft komplexe technische Lösungen:

Anpassung der Hydraulik in Heizungssystemen
Integration in Gebäudeleittechnik und Energiemanagementsysteme
Koordination mit anderen Energiequellen und -verbrauchern

Wirtschaftlichkeit und Investitionskosten

Die hohen Anfangsinvestitionen für Wärmespeichersysteme können eine Hürde darstellen:

Lange Amortisationszeiten, insbesondere bei großen saisonalen Speichern
Unsicherheiten bezüglich zukünftiger Energiepreise und Förderprogramme
Notwendigkeit innovativer Finanzierungsmodelle und Betreiberkonzepte

Regulatorische und rechtliche Aspekte

Die Integration von Wärmespeichern in städtische Energiesysteme kann durch rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen erschwert werden:

Genehmigungsverfahren für große Speicheranlagen
Eigentumsrechte und Nutzungsvereinbarungen bei quartiersbezogenen Lösungen
Anpassung von Energiegesetzen und Förderrichtlinien

Potenziale zur Bewältigung städtischer Hitzeprobleme

Reduzierung des Urban Heat Island Effekts

Wärmespeicher können einen Beitrag zur Minderung des Urban Heat Island Effekts leisten:

Aufnahme überschüssiger Wärme aus der Umgebung während Hitzeperioden
Nutzung gespeicherter Wärme für Heizzwecke in kühleren Perioden, was den Gesamtenergiebedarf reduziert
Kopplung mit Kühlsystemen zur effizienten Gebäudeklimatisierung

Lastmanagement und Netzstabilität

Durch die Fähigkeit, Wärme zu speichern und bei Bedarf abzugeben, tragen Wärmespeicher zur Stabilisierung von Energienetzen bei:

Ausgleich von Spitzenlasten im Stromnetz durch Verlagerung des Wärmebedarfs
Ermöglichung einer flexibleren Nutzung erneuerbarer Energien
Verbesserung der Gesamteffizienz des Energiesystems

Verbesserung der Luftqualität

Indirekt können Wärmespeicher auch zur Verbesserung der städtischen Luftqualität beitragen:

Reduzierung des Bedarfs an fossilen Brennstoffen für Heizzwecke
Verminderung von Emissionen durch effizientere Energienutzung
Unterstützung der Elektrifizierung des Wärmesektors

Innovative Konzepte und Anwendungen

Quartierskonzepte mit integrierten Wärmespeichern

Moderne Stadtentwicklungskonzepte setzen zunehmend auf quartiersweite Energielösungen:

Zentrale Wärmespeicher für mehrere Gebäude
Kombination verschiedener Speichertechnologien für optimale Effizienz
Integration von Wärmespeichern in Nahwärmenetze

Sektorenkopplung und Power-to-Heat

Die Verbindung verschiedener Energiesektoren eröffnet neue Möglichkeiten:

Nutzung von Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen zur Wärmeerzeugung und -speicherung
Bidirektionale Wärme-Strom-Systeme mit Wärmepumpen und Wärmespeichern
Integration von Elektrofahrzeugen als mobile Energiespeicher

Smart Grids und digitale Steuerung

Die Digitalisierung ermöglicht eine intelligente Steuerung von Wärmespeichersystemen:

Prädiktive Steuerung basierend auf Wettervorhersagen und Verbrauchsmustern
Einbindung in Smart-Home-Systeme für optimierte Nutzung
Aggregation vieler kleiner Speicher zu virtuellen Großspeichern

Fallstudien und Best Practices

Hamburg: Saisonaler Wärmespeicher im Energiebunker

In Hamburg wurde ein ehemaliger Flakbunker zu einem innovativen Energiezentrum umgebaut:

2 Millionen Liter fassender Warmwasserspeicher
Versorgung von über 800 Wohnungen mit Wärme
Kombination von Solarthermie, Biogas und industrieller Abwärme

München: Geothermie und Wärmespeicher

München setzt auf die Kombination von Geothermie und großen Wärmespeichern:

Mehrere Geothermieanlagen im Stadtgebiet
Große Pufferspeicher zur optimalen Nutzung der geothermischen Wärme
Ziel: Bis 2040 vollständig erneuerbare Fernwärmeversorgung

Wien: Intelligentes Lastmanagement mit Wärmespeichern

In Wien werden Wärmespeicher zur Optimierung des Fernwärmenetzes eingesetzt:

Große Speicher an strategischen Punkten im Netz
Dynamische Steuerung zur Lastglättung und Effizienzsteigerung
Integration von Abwärme aus Industrieprozessen und Müllverbrennung

Zukunftsperspektiven und Forschungstrends

Hochtemperatur-Wärmespeicher

Die Entwicklung von Hochtemperatur-Wärmespeichern eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten:

Speicherung von Prozesswärme aus der Industrie
Erhöhung der Energiedichte und Effizienz
Neue Materialien für Temperaturen über 1000°C

Kopplung mit CO2-Abscheidung

Innovative Konzepte verbinden Wärmespeicherung mit CO2-Abscheidung:

Nutzung der Absorptionswärme bei der CO2-Bindung
Entwicklung von Speichermaterialien, die gleichzeitig CO2 binden können
Integration in Konzepte zur Dekarbonisierung von Industrieprozessen

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen

Der Einsatz von KI-Technologien verspricht weitere Effizienzsteigerungen:

Optimierung der Speichersteuerung durch selbstlernende Algorithmen
Verbesserte Prognosen für Wärmebedarf und -erzeugung
Automatisierte Fehlerdiagnose und vorausschauende Wartung

Ausblick

Wärmespeicher spielen eine zentrale Rolle bei der Transformation urbaner Energiesysteme hin zu mehr Nachhaltigkeit und Effizienz. Sie bieten vielfältige Lösungsansätze für die Herausforderungen, die der Klimawandel und die Energiewende mit sich bringen. Insbesondere im Kontext städtischer Hitzeprobleme können Wärmespeicher einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas und der Lebensqualität leisten.

Die erfolgreiche Integration von Wärmespeichern in städtische Energiekonzepte erfordert jedoch einen ganzheitlichen Ansatz. Technologische Innovationen müssen mit angepassten regulatorischen Rahmenbedingungen, neuen Geschäftsmodellen und einer verstärkten Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren einhergehen. Städte und Kommunen sind gefordert, langfristige Strategien zu entwickeln, die Wärmespeicher als integralen Bestandteil nachhaltiger Energiesysteme berücksichtigen.

Mit fortschreitender technologischer Entwicklung und zunehmender Erfahrung in der Planung und dem Betrieb großer Speichersysteme werden Wärmespeicher in Zukunft eine noch größere Rolle in der urbanen Energieversorgung spielen. Sie sind ein Schlüsselelement für die Realisierung klimaneutraler Städte und tragen maßgeblich zur Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels im urbanen Raum bei.

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29.08.2023

Projekt

Das Quartett – Entwurfsstudio „Into the Wild“

Johanna König

Studium

Der Berliner Volkspark Prenzlauer Berg erscheint wild und robust – und bietet Platz für Aneignung. In ihrem Entwurf möchte Johanna König die vorhandenen Qualitäten des Parks weiterentwickeln. In ihrem Konzept beschreibt sie vier Bereiche für unterschiedliche Nutzungen. Wo neue Treffpunkte entstehen sollen und wo Besucher*innen mit Flora und Fauna in Kontakt kommen, erläutert Sie im Folgenden selbst in ihrer Projektvorstellung. Die Arbeit entstand im Rahmen des Entwurfsstudios „Into the Wild“ an der TU Berlin. Dabei bearbeitete Johanna König von den drei im Studio vorgegebenen, zugespitzten Szenarien die Variante „Human Nature“.

Nicht nur in unserer Septemberausgabe 2023 machen wir Raum für Projekte aus dem Studium. Auch auf unserer Webseite stellen Studierende ihre eigenen Arbeiten selbst vor – zum Beispiel in diesem Beitrag. Die Projekte finden Sie alle auf unserer Themenseite „Studium“ und die Septemberausgabe gibt’s in unserem Shop.

Annäherung

Der Volkspark Prenzlauer Berg überzeugt besonders durch seinen wilden, ungepflegten sowie robusten Charakter. Durch die freien, offenen und scheinbar ungeplanten Flächen bietet er seinen Besucher*innen ungestörte Räume und ausreichend Platz für Aneignung. Diese Qualitäten machen den Park in Berlin einzigartig.

Vier Intensitäten. Ein Park.

Ziel meines Konzeptes ist es, die vorhandenen Qualitäten des Parks aufzunehmen, weiter zu denken und aus dem Bestand heraus zu entwickeln. Die zukünftigen Nutzungen sollen den Park wieder stärker erlebbar und sichtbar machen. Zudem sollen sie es besonders Kindern und Jugendlichen ermöglichen, den verwilderten und naturnahen Charakter dieses Ortes zu entdecken.

Um im Park dauerhaft Erfahrungsräume für Kinder und Jugendliche zu gewährleisten, muss die bestehende Vegetation geschützt und schonend genutzt werden. Dazu werden aus der bestehenden Vegetation vier Bereiche entwickelt, die sich in ihrer Nutzungsintensität unterscheiden. Der schattige, ruhigere Wald wird ausschließlich extensiv genutzt, während die zwei Plateaus und die neue Wiesenbühne zu bunten und stark frequentierten Treffpunkten im Park werden.

Piktogramm und konzeptioneller Schnitt zu den vier Nutzungsintensitäten im Park, Grafik: Johanna König

Der Wald.

Beobachten und Lauschen von Flora und Fauna steht im dichten Waldbereich im Vordergrund. Die Nutzung erfolgt hier ausschließlich auf und entlang der Waldwege, sodass der naturnahe Charakter weiterhin geschützt bleibt. Durch Nischen und Balkone entlang der Wege entsteht eine Waldgalerie, die zu einer Pause zwischen dem Schlendern einlädt, zeitgleich bewusste Blicke in den Wald zulässt und den Besucher*innen die Möglichkeit zur Umweltbildung bietet.

Konzept für die Waldgalerie im schattigen und ruhigen Waldbereich des Parks. Grafik: Johanna König

Im lichten Schatten.

Hier sind vor allem Kinder und Jugendliche explizit eingeladen, den Wald mit seiner Topografie und seinem verwilderten Unterholz zu erkunden und zu erforschen. Naturnahe Spielelemente aus Holz, Hangrutschen und Baumhäuser zum Klettern machen hier den Charakter der locker baumbestandenen Fläche aus.

Auf der blühenden Wiese.

Die offene Spiel- und Liegewiese lädt zum Sporttreiben, Frisbee- oder Ballspielen sowie zu jeglicher Form der Aneignung ein. Dieser Bereich soll bewusst offen und frei bleiben. Die blühenden Wieseninseln und vereinzelte lockere Gruppen von Sitz- und Liegemöbeln sowie Wiesenschaukeln bieten Möglichkeit zum längeren Verweilen.

Piktogramm zur Raumbildung und Vegetation. Durch die unterschiedliche Intensität der Vegetation, von dichter Gehölzstruktur bis zu Solitärgehölzen, werden die vier Parkbereiche räumlich unterschiedlich ausformuliert. Grafik: Johanna König

Die bunten Plateaus.

Hier entstehen neue Treffpunkte im Park. Das laute Plateau verfügt über eine großzügige Rundbank, die Kommunikation nach innen und Aussicht nach außen vereint. Gemeinsam am Lagerfeuer dürfen hier bis in die Abendstunden Geschichten erzählt werden. Die neue Wiesenbühne gestaltet sich als Tribüne und Bühne zugleich, die frei für Performance, Musik oder Tanz angeeignet werden soll. Das leise Plateau ist ein grünes Klassenzimmer und liegt verborgen auf der Bergspitze, sodass beispielsweise Schulklassen dort ungestört lernen können.

Der Entwurf entstand im Rahmen des Entwurfsstudios „Into the Wild“ an der TU Berlin. Mehr über die Hintergründe des Studios und den Volkspark Prenzlauer Berg lesen Sie hier, und weitere Entwürfe von Studierenden gibt’s hier zu entdecken.

03.12.2024

Event

BuGG-Award 2024: Zukunftsweisende Begrünung prämiert

Redaktion G+L

Der Firmensitz der GEFÄSSERIE, umgeben von 6.171 heimischen Pflanzen, wurde mit dem BuGG-Award 2024 für die beste Fassadenbegrünung ausgezeichnet.Quelle: Mobilane

Nachhaltige Architektur und Gebäudebegrünung stehen im Mittelpunkt des BuGG-Award 2024. Zwei herausragende Projekte, der Firmensitz der GEFÄSSERIE und die Innenraumbegrünung im Timberjacks Köln, wurden ausgezeichnet und setzen neue Maßstäbe in der grünen Bauweise.

Der BuGG-Award, verliehen vom Bundesverband GebäudeGrün e.V. (BuGG), zeichnet jährlich die besten Projekte in den Kategorien Dach-, Fassaden- und Innenraumbegrünung aus. 2024 wurden insgesamt 55 Projekte eingereicht, von denen die besten durch eine öffentliche Abstimmung gewählt wurden. Die diesjährigen Gewinner zeigen eindrucksvoll, wie Begrünung die Architektur nachhaltig transformieren kann.

Gewinnerprojekt: Firmensitz der GEFÄSSERIE

Die grünste Fassade 2024

Der neue Firmensitz der GEFÄSSERIE in Fuchsstadt hat die BuGG-Fassadenbegrünung des Jahres 2024 gewonnen. Mit einer beeindruckenden Fläche von 172 m² wandgebundener Begrünung, die 6.171 heimische Pflanzen umfasst, setzt das Projekt neue Maßstäbe. Die Pflanzen sind nicht nur ein ästhetisches Highlight, sondern sie leisten auch einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und verbessern das Stadtklima erheblich.

Technische Innovation

Das Unternehmen entschied sich für das modulare MobiPanel-System von Mobilane, das die Verwendung vorkultivierter Pflanzkassetten ermöglicht. Diese Kassetten vereinfachen die Installation und Pflege der Begrünung. Ein kapillares Bewässerungssystem sorgt für eine gleichmäßige Versorgung der Pflanzen, wodurch der Pflegeaufwand minimiert wird. Das System überzeugt nicht nur durch seine Funktionalität, sondern auch durch seine umweltfreundliche Struktur.

Dach- und Innenraumbegrünung als Ergänzung

Neben der Fassadenbegrünung wurde das Projekt durch ein 140 m² großes Gründach und 23,5 m² Innenraumbegrünung ergänzt. Diese Maßnahmen tragen zu einer besseren Isolierung des Gebäudes bei und schaffen gleichzeitig ein angenehmes Arbeitsumfeld. Die Kombination aus Dach-, Fassaden- und Innenraumbegrünung zeigt, wie ganzheitliche Nachhaltigkeit in der Architektur umgesetzt werden kann.

Freudige Übergabe des BuGG-Awards 2024 in der Kategorie „BuGG-Fassadenbegrünung des Jahres“: (v.l.n.r.) Kathrin Stein, Annelies Kieboom, Dr. Gunter Mann, Heike Schneider und Achim Eilingsfeld (GEFÄSSERIE).Quelle: Bundesverband GebäudeGrün

Gewinner 2024 in der Kategorie „BuGG-Fassadenbegrünung des Jahres“: Das Betriebsgebäude der GEFÄSSERIE in Fuchsstadt, ausgezeichnet für seine beeindruckende grüne Fassade. Quelle: Mobilane

Gewinnerprojekt: Timberjacks Köln

Innenraumbegrünung als Wohlfühlfaktor

Das Timberjacks BBQ-Restaurant in Köln erhielt den Titel „BuGG-Innenraumbegrünung des Jahres 2024“. Die 41 m² große grüne Wand, realisiert durch das LivePanel Indoor System von Mobilane, verbessert das Raumklima und sorgt für ein angenehmes Ambiente.

Technische Herausforderungen gemeistert

Die Integration der Begrünung war komplex, da sie in eine bestehende Architektur mit Treppe und Wanddurchbruch integriert werden musste. Dank des modularen Systems konnten diese Herausforderungen gemeistert werden, ohne die Ästhetik oder Funktionalität der Begrünung zu beeinträchtigen.

Gewinner des BuGG-Award 2024 in der Kategorie „BuGG-Innenraumbegrünung des Jahres“: Die beeindruckende Innenbegrünung im Timberjacks Restaurant Köln. Quelle: Mobilane

Die beeindruckende Innenbegrünung im Timberjacks Restaurant Köln, ausgezeichnet mit dem BuGG-Award 2024, schafft eine grüne Wohlfühlatmosphäre für Gäste. Quelle: Mobilane

Warum der BuGG-Award wichtig ist

Förderung von Nachhaltigkeit

Der BuGG-Award würdigt Projekte, die zeigen, wie Begrünung zur nachhaltigen Stadtentwicklung beitragen kann. Gewinnerprojekte wie die GEFÄSSERIE und das Timberjacks inspirieren Architekten und Stadtplaner, innovative Lösungen umzusetzen.

Öffentliche Aufmerksamkeit für Gebäudebegrünung

Erstmals war die Abstimmung zum BuGG-Award 2024 für die Öffentlichkeit zugänglich. Diese Entscheidung sorgte für breitere Aufmerksamkeit und zeigte, wie wichtig Gebäudebegrünung in der öffentlichen Wahrnehmung geworden ist.

Die Vorteile von Begrünung: Was die Gewinnerprojekte beweisen

Klimaschutz und Energieeffizienz

Gebäudebegrünung reduziert den Energieverbrauch durch natürliche Isolation und senkt die Temperaturen in urbanen Räumen. Dies hilft, den Hitzeinseleffekt in Städten zu bekämpfen.

Ästhetik und Wohlbefinden

Grüne Fassaden und Innenräume steigern die Lebensqualität, indem sie eine beruhigende Atmosphäre schaffen und die Luftqualität verbessern. Projekte wie das Timberjacks zeigen, wie Begrünung das Wohlbefinden von Nutzern steigern kann.

Biodiversität fördern

Begrünte Gebäude schaffen Lebensräume für Insekten, Vögel und andere Tiere. Besonders in städtischen Gebieten fördern sie die Biodiversität und tragen zum ökologischen Gleichgewicht bei.

Der BuGG-Award 2024 als Inspiration für die Zukunf

Die Gewinner des BuGG-Award 2024, der Firmensitz der GEFÄSSERIE und das Timberjacks Köln, sind herausragende Beispiele für die transformative Kraft der Begrünung. Sie zeigen, wie innovative Begrünungslösungen nicht nur die Ästhetik, sondern auch die Funktionalität und Nachhaltigkeit von Gebäuden verbessern können.

Mit Projekten wie diesen setzt der BuGG-Award neue Maßstäbe und inspiriert Architekten, Städteplaner und Unternehmen, Begrünung als festen Bestandteil moderner Architektur zu betrachten. Die Zukunft der Bauweise ist grün – und der BuGG-Award 2024 ist ein Beweis dafür.

Gewinnen Sie hier einen Überblick über Dachbegrünung.