CarbonZero4IMS

Die Inge-Morath-Siedlung in Graz wird über zentrale Gaskessel und dezentrale Gasthermen versorgt; Warmwasser wird im Falle der zentralen Gaskessel dezentral elektrisch bereitet. Für die Ablösung fossiler Energieträger und eine moderate Sommerkühlung ist ein gemeinsames Versorgungskonzept erforderlich. Ein Fernwärmeanschluss des Gesamtquartiers ist wirtschaftlich nicht umsetzbar, Luftwärmepumpen werden wegen der erwarteten Lärmbelastung ausgeschlossen. Die vorhandenen Fußbodenheizungen begünstigen eine Wärmepumpenlösung.

Deren Umsetzung erfordert jedoch die Klärung von Flächenverfügbarkeit, Eigentumsrechten und Genehmigungen für Sondenfeld und PVT-Anlage. Zusätzlich müssen fünf Eigentümergemeinschaften tragfähige Mehrheiten finden. Herausfordernd sind die wirtschaftliche Dimensionierung und langfristige Regeneration der Erdsonden sowie die Abstimmung von Wärmequellen, Gebäudespeichermassen und Warmwasserbereitung bei unterschiedlichen Zeitkonstanten. Dabei sind Komfort, Energiekosten und Netzbegrenzungen zu berücksichtigen.

Zielsetzung des Projekts CarbonZero4IMS

Ziel von CarbonZero4IMS ist die Entwicklung und Demonstration einer vollständig erneuerbaren Wärme- und Kälteversorgung für ein bestehendes Wohnquartier als übertragbare Alternative zu fossilen Versorgungssystemen. Dafür werden Wärmepumpen, Erdwärmesonden und PVT-Kollektoren über ein Anergienetz gekoppelt und mittels digitalen Zwillings sowie prädiktiver Regelung energetisch und wirtschaftlich optimiert. Zentrale Teilziele sind die Einbindung der Eigentümer:innen als Entscheidungsträger:innen, die klimaresiliente Systemauslegung und Komponentenoptimierung, die Umsetzung des Versorgungskonzepts sowie dessen Validierung im realen Betrieb. Dadurch soll der fossile Energieträger Gas ersetzt, CO₂-Emissionen reduziert, Effizienz und Nutzerkomfort erhöht und Investitionskosten durch eine optimierte Dimensionierung gesenkt werden. Langfristig soll ein skalierbarer Ansatz für die Dekarbonisierung bestehender Wohnquartiere und für erneuerbare Contracting-Lösungen geschaffen werden.

Vorgehensweise und Methodik des Projekts CarbonZero4IMS

StadtLABOR begleitet Eigentümer:innen bei der Entscheidungsfindung mit Workshops und Befragungen. Energie Steiermark klärt technische und rechtliche Rahmenbedingungen und setzt das Versorgungskonzept als Energieversorger um. Auf Basis von Wärme-, Kälte- und Stromlastprofilen entwickelt AEE INTEC einen digitalen Zwilling für die simulationsgestützte Auslegung von Wärmepumpen, Erdsonden, PVT-Anlage und Anergienetz. GREENoneTEC unterstützt die PVT-Auslegung und -Integration. Der digitale Zwilling wird mit dynamischen Jahressimulationen und Optimierungsalgorithmen gekoppelt, um Anlagenstruktur, Komponenten, Speichergrößen und Erdsondenlayout unter technischen, wirtschaftlichen und klimatischen Randbedingungen zu optimieren. Darauf aufbauend werden Lastprognosen mittels Machine Learning sowie Regelungsstrategien zur Nutzung der Systemträgheiten entwickelt. Messdaten, Wetterprognosen, Energiepreise und individuelle Komfortvorgaben fließen ein. Evon GmbH koppelt die Algorithmen über XAMControl und eine cloudbasierte Datenplattform mit der Gebäudetechnik. Im Realbetrieb werden die Modelle validiert sowie Effizienz, Kosten und Komfort anhand von Kennzahlen bewertet.

Demonstration und Pilotanwendungen des Projekts CarbonZero4IMS

Die Demonstration ist in der Inge-Morath-Siedlung in Graz geplant. Drei Heizzentralen werden über ein Anergienetz verbunden mit Erdsondenfeld und PVT-Anlage als Wärmequelle. Die dezentralen Gasthermen sollen durch Einzel-Wärmepumpen ersetzt werden. Erprobt werden Heizen, moderate Raumkühlung und Lastverschiebung durch die Nutzung von Speichermassen (Netz, Gebäude). Die prädiktive Regelung wird mit der bestehenden Gebäudetechnik gekoppelt und im Realbetrieb getestet. Betriebsdaten aus Gebäuden und Anlagen dienen zur Bewertung von Energieeffizienz, Regelverhalten und Nutzerkomfort sowie zur Validierung und laufenden Anpassung der Modelle. Bei der Umsetzung sind insbesondere Mehrheiten in den Eigentümergemeinschaften, geeignete Flächen für Sonden und PVT, Geschäftsmodelle für Bereitstellung von Quellenergie sowie Eigentumsrechte und Genehmigungen zu klären.

Erwartete Ergebnisse des Projekts CarbonZero4IMS

Als zentrale Projektergebnisse bzw. Musterlösungen werden ein übertragbares Konzept zur erneuerbaren Wärme- und Kälteversorgung von Bestandsquartieren und ein digitaler Zwilling zur optimierten Systemauslegung (Bewertung der Komponenten unter technischen, wirtschaftlichen und klimatischen Randbedingungen) sowie für die prädiktive, selbstlernende Betriebsführung erwartet. Ergänzend werden MPC-, MHE- und ML-Methoden mit Echtzeitdaten und der Gebäudeautomation verknüpft und im realen Betrieb validiert.

Nutzen und Impact des Projekts CarbonZero4IMS

Das Projekt schafft einen übertragbaren Ansatz zur Dekarbonisierung gasversorgter Bestandsquartiere und verbindet erneuerbare Wärme- und Kälteversorgung mit intelligenter Betriebsführung und sektorenübergreifender Optimierung. Für das Energiesystem ergeben sich Vorteile durch geringere fossile Energieverbräuche, eine netzdienliche Nutzung von Flexibilitäten und eine effizientere Dimensionierung und Betriebsweise der Anlagen. Wirtschaftlich profitieren Betreiber und Nutzer:innen durch reduzierte Energiekosten, optimierte Investitionen und neue Contracting- bzw. Dienstleistungsmodelle. Bei prognostizierten 80 Umsetzungen bis 2045 und rund 150 t CO₂-Äq.-Einsparung je Umsetzung ergibt sich ein Potenzial von rund 12.000 t CO₂-Äq. pro Jahr. Gleichzeitig könnten etwa 8.000 Haushalte erreicht werden. Die frühe Einbindung von Eigentümer:innen und Bewohner:innen stärkt Akzeptanz und Umsetzbarkeit und unterstützt die Skalierung auf vergleichbare Quartiere.

Dieses Projekt wird im Programm „Leuchttürme der Wärmewende“ durch den österreichischen Klima- und Energiefonds aus Mitteln des Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur gefördert und im Rahmen des Innovationslabors Allianz WärmeZukunft durchgeführt.