Energiewende „in a nutshell“

Über das „Wie“ der Energiewende wird intensiv diskutiert. Klar ist: Eine Schlüsselrolle wird die klimagerechte Umgestaltung von Gebäuden und Quartieren spielen. Dafür gibt es jedoch nicht die eine Lösung, die überall zum Erfolg führt. Vielmehr müssen individuell passende Technologien identifiziert und intelligent kombiniert werden. Impulse dafür kommen auch aus der Energieforschung – zum Beispiel vom internationalen Hochschulwettbewerb Solar Decathlon Europe und dem daran anschließenden Living Lab NRW, das auch in den kommenden Jahren Forschungsergebnisse für klimafreundliches Wohnen liefern wird.

Die Energiewende ist geprägt von der zentralen Zielmarke, bis zum Jahr 2045 Klimaneutralität in Deutschland zu erreichen. Das Ziel ist also klar definiert – der Weg dorthin wird hingegen bis heute debattiert. Unstrittig ist, dass die knapp 20 Millionen Wohngebäude[1]  in Deutschland mit ihrer heterogenen Struktur hinsichtlich Alter, Energieeffizienz, Wärmeversorgung und Eigentümerverhältnissen eine Schlüsselrolle spielen. Alle diese Gebäude müssen bis zum Jahr 2045 klimaneutral sein! Gleichzeitig müssen neue Gebäude klimakompatibel gebaut und sinnvoll in bestehende oder zu erweiternde Infrastruktur eingebettet werden.

Wie kann das gelingen? Durch den Fokus auf Energieeffizienz, regenerative Wärme und intelligent kombinierte Technologien – und durch Impulse aus der Energieforschung.

[1] https://www.dena.de/fileadmin/dena/Publikationen/PDFs/2021/dena-Gebaeudereport_2022.pdf

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Technologien intelligent kombinieren

Eine Wärmepumpe liefert dann klimafreundliche Wärme, wenn sie erneuerbaren Strom nutzt – der im besten Fall über eine Photovoltaikanlage auf dem Gebäudedach selbst produziert wird. Allerdings finden Stromproduktion durch die Photovoltaikanlage und Stromverbrauch durch die Wärmepumpe nicht immer gleichzeitig und in gleichem Umfang statt. Es gibt also eine Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage, weswegen beide voneinander entkoppelt werden müssen. Lösungen dafür sind ein Stromspeicher oder ein Wärmespeicher – oder eine Kombination aus beiden Systemen.

Werden mehrere Technologien miteinander kombiniert, können sie über digitale, intelligente Steuerungssysteme aufeinander abgestimmt werden. So ist es möglich, Wärmeversorgung, Energie- und Wärmespeicherung, Nutzerverhalten und auch E-Mobilität intelligent und effizient zu kombinieren. Damit demonstrieren klimafreundliche Gebäude und Quartiere im Kleinen, wie die Energiewende im Großen funktionieren kann – eine Energiewende „in a nutshell“.

Umgesetzt werden klimaschonende Quartiere in Neubau und Bestand zum Beispiel über das im Juni 2022 gestartete „KlimaQuartier.NRW“ der Landesregierung. In dem zugehörigen Planungsleitfaden^[2] finden sich alle Anforderungen, Standards und konkreten Kennzahlen, die ein KlimaQuartier.NRW erfüllen muss. Dabei werden nicht nur einzelne Gebäude optimiert, sondern ganze Quartiere, in denen die Gebäude miteinander vernetzt sind.

Impulse setzen und Forschungsfragen beantworten

Neue Impulse aus der Energieforschung setzt regelmäßig der Solar Decathlon Europe, ein internationaler Hochschulwettbewerb für nachhaltiges Bauen und Wohnen in der Stadt. Er fand im Juni 2022 erstmals in Deutschland statt. Angelehnt an den olympischen Zehnkampf treten die studentischen Teams mit ihren Gebäuden in zehn Disziplinen gegeneinander an, darunter Architektur, Energie-Performance, Nachhaltigkeit und Komfort. Die Ergebnisse sind vielfältig und adressieren zum Beispiel Kreislauffähigkeit und Recycling, modulare Bauweise und Skalierbarkeit sowie energetische Fassadennutzung.

Acht der Demonstrationsgebäude verbleiben auch über den Wettbewerbszeitraum hinaus für mindestens drei Jahre auf dem Campus des Solar Decathlon Europe in Wuppertal. Sie werden zum Raum für die neue zentrale Forschungs- und Bildungseinrichtung des Landes Nordrhein-Westfalen für klimagerechtes Bauen und nachhaltiges Wohnen in der Stadt der Zukunft: das Living Lab NRW. In diesem Rahmen hat das Land Nordrhein-Westfalen ein Forschungskolleg mit fünf Promotionsstellen für NRW-Hochschulen gegründet. Die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden im Forschungskolleg hochrelevante Forschungsfragen in Bezug auf klimafreundliche Gebäude und Quartiere untersuchen – und damit den Weg des Gebäudesektors zur Klimaneutralität mitgestalten.

[2] https://www.energy4climate.nrw/waerme-gebaeude/initiativen-fuer-waerme-und-gebaeude-in-nrw/klimaquartiernrw

Wie hat sich der Stellenwert von Klimaschutz und Nachhaltigkeit bei den Studierenden in den vergangenen Jahren verändert?

Die Studierenden, die sich zum Beispiel für den Studiengang regenerative Energien bewerben, haben sich ganz bewusst für Klimaschutz und für Nachhaltigkeit entschieden, da bin ich mir sicher. Und sie haben sich auch dafür entschieden, sich später mit ihren Qualifikationen für Klimaschutz und Nachhaltigkeit zu engagieren. Sie wissen also schon von Anfang an, was sie machen möchten. Auch die Zahl der Studiengangwechsler, die sich gezielt für unseren Studiengang bewerben, hat sich in den vergangenen Jahren spürbar vergrößert.

Von anderen Hochschulen berichten mir Architekturkolleginnen und -kollegen, dass Klimaschutz und Nachhaltigkeit auch in ihrem Bereich angekommen sind. Und dass beides von den Studierenden auch eingefordert wird. Eigentlich gehört diese Themenbreite in jeden Studiengang!

Klimaschutz und Nachhaltigkeit sind auch die Kernthemen im Forschungskolleg des Living Lab NRW. Was ist das Besondere an diesem Forschungskolleg?

Mit dem Forschungskolleg sind fünf Promotionsstellen verbunden. Diese fünf jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen die Demonstrationsgebäude aus dem Solar Decathlon Europe und untersuchen sie aus ihrer jeweiligen Forschungsperspektive heraus. Das Besondere ist, dass die Häuser eine Feldforschung ermöglichen, die weit über eine typische Situation im Labor hinausgeht. Die Demonstrationsgebäude vor Ort sind deshalb eine sehr wertvolle und überhaupt nicht selbstverständliche Forschungsumgebung.

Darüber hinaus werden Austausch und Vernetzung im Forschungskolleg überaus bereichernd sein. Die Doktorandinnen und Doktoranden kommen aus ganz unterschiedlichen Fachdisziplinen. Wenn sie gemeinsam aus ihren unterschiedlichen fachlichen Perspektiven auf eine Fragestellung blicken, wird diese – wie man so schön sagt – transdisziplinär betrachtet. Untersucht zum Beispiel eine Doktorandin die Regelung und Steuerung der technischen Gebäudeausrüstung aus ingenieurtechnischer Sicht, dann tangiert das durchaus auch Behaglichkeitsaspekte, die wiederum in dem Forschungsansatz eines anderen Doktoranden verankert sein können. Und beide Forschungsansätze können sich dann vielleicht in einer dritten Betrachtung finden, die sich damit befasst, was man an den Demonstrationsgebäuden vor Ort überhaupt lernen kann. Kurz: Die Studierenden werden sich in dem Forschungskolleg austauschen, voneinander lernen und vor allem auch lernen, welche Perspektive der jeweils andere einnimmt. Sie üben sozusagen den Blickwechsel – und das finde ich besonders wichtig.

Mit welchen Forschungsfragen werden sich die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beschäftigen?

Was mich freut, ist, dass die Forschungsfragen die gesamte thematische Breite des klimagerechten Bauens abbilden. Zum Beispiel wird es um die Anwendungsmöglichkeiten von umfassenden und digital erfassten Gebäudedaten gehen (Building Information Modeling BIM) und um ihre Verknüpfung mit neuen Instrumenten, beispielsweise aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz. Modern ist auch der zeitliche Horizont der Forschungsfragen: Es wird nicht mehr ausschließlich der Betrieb eines Gebäudes betrachtet, sondern man blickt darüber hinaus und bewertet den gesamten Lebenszyklus des Hauses. Weitere Fragestellungen zielen auf das Behaglichkeitsempfinden ab oder auch auf die EU-Taxonomie, mit der die Europäische Kommission Standards für nachhaltiges Wirtschaften festlegt.

Was ich aus den Bewerbungen und eingereichten Themen für das Forschungskolleg gelernt habe, ist, dass sich die Betrachtungsweise des klimagerechten Bauens tatsächlich erweitert hat. Oder anders formuliert: Viele unterschiedliche Fachdisziplinen verorten heute ihre eigenen Themen auch im Bereich des klimagerechten Bauens. Klimagerechtes Bauen geht daher heute weit über die standardisierten Anforderungen hinaus.

Was erhoffen sich die Forschenden von ihren Arbeiten?

Man erhofft sich ja immer, dass man die Forschungsfragen beantworten kann, die einen selbst drängen und bewegen. Einfach auf dem eigenen Feld noch ein Stückchen weiterzukommen. Ein weiteres kleines Puzzleteilchen zu erarbeiten und in das große Ganze einzufügen.

Ist das Forschungskolleg auch eine Möglichkeit, die Attraktivität oder auch das Bewusstsein für das eigene Forschungsfeld in der Öffentlichkeit stärken?

Ich weiß natürlich nicht, ob sich die Kolleginnen und Kollegen das so überlegt haben. Aber ja, selbstverständlich, das Living Lab NRW ist eine fantastische Möglichkeit, mit der eigenen Forschung nochmal präsent zu werden. Und zwar eben nicht in einem Kollegenkreis oder auf Fachtagungen, wo man das sonst immer macht, sondern in einer breiten Öffentlichkeit. Diese Möglichkeit ist durch das Living Lab NRW ganz bestimmt gegeben.

Was können die Besucherinnen und Besucher des Solar Decathlon Europe und des Living Lab NRW jeweils für sich mitnehmen?

Auf dem Solar Decathlon Europe ist für die Öffentlichkeit allerhand zu sehen, denn die Häuser zeigen auf ganz unterschiedliche Weise, was heute technisch möglich ist. Das reicht von der Gebäudehülle über die installierte Technik bis hin zu Ausstattung und Möbeln. Die Studierenden zeigen mit ihren Häusern, wie wandelbar und variabel Wohnraum entwickelt und auch genutzt werden kann. Und was man deutlich sehen und auch spüren kann, ist, dass der Raumkomfort nicht darunter leiden muss, wenn klimagerechtes Bauen konsequent umgesetzt wird. Natürlich sind das pilothafte Anwendungen. Aber das sind ja genau die Anregungen, die einen dazu veranlassen können, eigene Wohngewohnheiten und Ansprüche zu überdenken.

Im Vergleich zum Solar Decathlon wird der Öffentlichkeitsstrom beim Living Lab NRW vielleicht etwas abebben. Ich kann mir aber durchaus vorstellen, dass man sich bei dem ein oder anderen Forschungsprojekt zum Beispiel als Proband einbringen kann. Zu den Zeiten, zu denen die Gebäude zur Besichtigung geöffnet sind, eröffnet sich sicherlich auch die Möglichkeit, noch viel vertiefter zu erfahren, was die Gebäude können. Und die Doktorandinnen und Doktoranden, die dann vor Ort sind, werden bestimmt mit dem gleichen Engagement und der gleichen Freude über ihre Forschungsaktivitäten berichten, wie es die studentischen Teams beim Solar Decathlon tun.

Können Solar Decathlon und Living Lab NRW auch den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis ankurbeln?

Das geht vor allem, wenn Entscheidungsträger, in Bauprozesse eingebundene Behörden, Bauherren und alle, die mit Wohnungsbau zu tun haben, das Angebot des Solar Decathlon und des Living Lab NRW annehmen. Sie finden auf jeden Fall Inspiration für neue und klimagerechte Vorhaben. Und ich denke, der Solar Decathlon und das Living Lab NRW bieten auch ausreichend Aspekte, die über den Wohnungsbau hinaus transferiert werden können. Gebäudehüllen mit integrierter Photovoltaik sind zum Beispiel nicht nur Thema im Wohnungsbau. Genauso die Möglichkeiten, mit möglichst geringem technischen Aufwand (ohne Klimaanlage) für ein angenehmes Raumklima und für Komfort zu sorgen. Solche Konzepte aus dem Solar Decathlon lassen sich – das eine besser, das andere weniger gut – übertragen. Die Aufgabe beim Solar Decathlon ist es ja gerade, Lösungen für den Gebäudebestand zu finden. Und ich habe es so wahrgenommen, dass man aus einigen Häusern des Solar Decathlon ganz deutlich ablesen kann, was sich auf das Bauen im Bestand übertragen lässt. Seien es einzelne Bauelemente oder das ganze Gebäude. In diesem Sinne gibt es eine ganz konkrete Übertragbarkeit in reale Bauvorhaben.

Was bedeutet das Forschungskolleg für Sie persönlich?

Als ich selbst Doktorandin war, hatte ich das große Glück, auch Teil eines Forschungskollegs zu sein. Ich habe als Architektin zu Photovoltaikmodulen promoviert – angesiedelt an der Universität der Künste in Berlin. Damals habe ich auch diesen Blick über den Tellerrand gelernt, denn auch Kunsthistoriker waren Teil des Forschungskollegs. Es war schon sehr eindrücklich, welche Fragen mir diese Kunsthistoriker gestellt haben. So ein technisches Element wie ein Photovoltaikmodul aus der Perspektive eines Kunsthistorikers betrachtet – das hat auch meinen eigenen Fokus sehr erweitert. Vor allem habe ich auch gelernt, solche Fragen zu beantworten und das eigene Wissen so verständlich zu machen, dass es auch andere Expertinnen und Experten verstehen. Insofern freue ich mich sehr für die fünf Promovierenden, die jetzt am Forschungskolleg des Living Lab NRW teilhaben und über den Tellerrand blicken werden.