Im Rahmen des Städtebaulichen Wettbewerbs der Stadt Freiburg 2018 hat die Bietergemeinschaft ein Energiekonzept für den neuen Stadtteil Freiburg-Dietenbach erstellt.

Klimaneutrale Plusenergie ohne Verbrennung

Das Energiekonzept für den neuen Stadtteil Dietenbach

Das Energiekonzept realisiert die Vision einer klimaneutralen Stadtteilversorgung, die örtlich mehr Energie erzeugt als seine Bewohner verbrauchen und vollständig auf Verbrennungstechnologien verzichtet. Gleichzeitig bietet das Konzept die Chance für eine flexible und sehr kostenstabile Energieversorgung, da praktisch alle benötigte Energien vor Ort aus der Umwelt gewonnen und zellulär genutzt werden.

Zellulär bedeutet, dass jede „Zelle“ sich möglichst eigenverantwortlich mit Energie versorgt und nur Überschüsse und Restenergiebedarfe mit übergeordneten Zellen austauscht. Für Dietenbach heißt dies, dass die Bewohner eines Gebäudes (Zellebene 1 – Gebäude) zunächst möglichst viel Energie auf ihren eigenen Flächen erzeugen, verbrauchen und speichern. Hierfür werden photovoltaisch-thermische Hybridanlagen (PVT) auf Dächern und auf Fassaden montiert, die gleich­zeitig Strom und Wärme erzeugen. Integrierte Dach- und Fassadenbegründungen optimieren deren Effizienz und tragen durch Verdunstungskühlung, Regenwasserrückhaltung und Feinstaubbindung zu einem gesunden Stadtklima bei.

Die sommerlichen Wärmeüber­schüsse werden unter den Gebäuden in saisonalen Erdwärmespeichern (EWS) oder im Innenhof der Baufelder in Erdwärmekollektoren (EWK) für den Winter gespeichert (Zellebene 2 – Baufeld). Hierfür sind lediglich rund 20 % der bebauten Fläche bzw. rund 20 % der Innenhofflächen erforderlich. Die Sonnenwärme wird bei größeren Gebäuden von zentralen Wärmepumpen genutzt, die hieraus Heizwasser (27-35°C) erzeugen und an die Wohnein­heiten (WE) des Gebäudes oder des Baufelds liefern. Ist zu wenig Sonnenwärme verfügbar, wird kalte Nahwärme (5-17°C) aus einer zentralen Ringleitung entnommen. In den Wohnungen wird das Heizwasser dann von kompakten Warmwasserwärme­pumpen genutzt, um bedarfsgerecht Warm­wasser (55-60°C) bereitzu­stellen. Bei kleinen Gebäuden wird das Heiz- und Warmwasser durch eine Wärme­pumpe gemeinsam bereitgestellt. Die Raumheizung erfolgt über Fußbodenheizungen oder Klimadecken. Klima­decken können im Sommer das Wasser der kalten Nahwärme direkt zur Kühlung nutzen. Ohne Mehrkosten können damit auch die Wohnbereiche im Sommer gekühlt werden – ein wesentlicher Vorteil angesichts der zunehmenden Klimaüberhitzung. Der Kältebedarf der Gewerbegebäude wird entweder direkt über die kalte Nahwärme oder über reversible Wärmepumpen bereitgestellt.

Die zentrale Ringleitung verbindet alle Baufelder des Stadtteils (Zellebene 4 – Stadtteil) und gleicht deren Wärme- und Kühlbedarfe aus. In die Ringleitung werden auch weitere Wärmequellen eingebunden, die eine sichere und flexible Wärmeversorgung gewährleisten. Hierzu zählen die PVT-Anlage der Lärmschutzwand, der Abwasserhauptleiter sowie 15 Grundwasserbrunnen. Die Brunnen bieten aufgrund der hydrologischen Eigenschaften vor Ort ein voraussichtlich höher nutzbares Wärmepotential als Erdsonden, daher wird auf Erdsonden verzichtet. Das Quellwasser von jeweils 3 Brunnen wird einer Quartiersgarage zugeführt und die Wärme über einen Wärmetauscher entzogen und in die Ringleitung eingespeist.

Für die zelluäre Stromversorgung werden die Stromüberschüsse der PVT-Anlagen zunächst vor Ort in den Gebäuden soweit möglich in Batteriespeichern zwischengespeichert. Die Stromnetze von jeweils rund 3 bis 5 Baufeldern werden dann in jeweils einer Quartiersgarage zusammengeführt (Zellebene 3 – Quartier). In der Quartiersgarage können dann die Erzeugungsschwankungen der PV-Anlagen sowie die Lastschwankungen der Wärmepumpen und der E-Ladestationen der Garagen intelligent gesteuert und mit Hilfe eines hochflexiblen elektrischen Leistungsspeichers sowie einer optionalen Power-2-Heat-Anlage soweit möglich geglättet werden. Im intelligent gesteuerten Verbund bieten die Anlagen auch Flexibilitätsdienstleistungen an Strommärkten an und beziehen z.B. Strom bei negativen Börsenpreisen.

Mit dem zellulären Konzept kann sich der neue Stadtteil Dietenbach bilanziell vollständig selber versorgen. Die PV-Anlagen erzeugen mehr Strom als verbraucht wird. Die vor Ort verfügbare Sonnenwärme, Erdwärme und Abwärme können sogar ein Vielfaches des Wärmebedarfs decken. Damit wird eine klimaneutrale „Plus-Energieversorgung“ ohne Verbrennungstechnologien für einen ganzen Stadtteil möglich. Das Energiekonzept bietet damit die Chance, Dietenbach als ein internationales Leuchtturmprojekt zu realisieren und gleichzeitig den künftigen Bewohner eine günstige, flexible und langfristig sehr kostenstabile Energieversorgung zu bieten.