Mit dem Dockyard entsteht am Berliner Osthafen ein zukunftsweisendes Bürogebäude in Holz-Hybridbauweise mit ca. 32.300 m² BGF. Das Gebäude erfüllt den Effizienzhausstandard EH 55 EE und wird nach LEED, WELL und LEED Zero Carbon jeweils mit Platin zertifiziert.
Speicher sind eine der entscheidendsten Optionen, um in Ballungsgebieten die Wärmewende mit lokaler Umweltenergie zu realisieren und zugleich die sommerliche Hitze abführen.
Für ein großflächig verglastes Bürogebäude wurde ein komplexes, multivalentes Wärme- und Kälteversorgungskonzept umgesetzt, das in der Jahresbilanz bessere Ergebnisse als ein Passivhaus liefert. Die Vielzahl der möglichen Betriebszustände und Variabilität von Umwelteinflüssen und Nutzerverhalten einerseits, und der begrenzten Energie, die aus der Umwelt bereit gestellt werden kann, andererseits, erfordert eine „intelligente“ Bewirtschaftung der Speicher. Vorausschauend muss die Versorgung gewährleistet sein, dabei die Betriebskosten und Umwelt- bzw. Klimawirkung optimiert werden. Menschliche Einflussnahme kann das nicht leisten, festgeschriebene Regelungsbedingungen werden kein Optimum erzielen. In dem Vortrag wird die Herangehensweise und Implementierung von „KI“ beschrieben um dieser Herausforderung zu begegnen.
Neben Boden- und Bohrpfahlaktivierung wurde dazu ein ehemaliges Tunnelbauwerk freigelegt und als ein Eisspeicher mit 1,5 Mio Liter Inhalt umgebaut, so dass der ehemals eingesetzte Beton eine sinnvolle Nachnutzung erfährt und graue Energie spart. Hier stellt sich die Frage von der energetischen Amortisation von Eisspeichern bei Einbeziehung der grauen Energie.
Unser Mitglied Michael Viernickel (eZeit Analytics GmbH) erläutert das Konzept mit seinen verschiedenen Aspekten und berichtet aus der Praxis – von Bedarfsermittlung und Simulationen bis zur Planung und Betreiberwahl:
- Multivalente Energieversorgung: Kombination verschiedener regenerativer Energiequellen wie PVT-Kollektoren, Eisspeicher, Geothermie und Abwärmenutzung, um eine ganzjährige, effiziente Versorgung sicherzustellen.
- Saisonale Energiespeicherung: Nutzung eines über 1.500 m³ großen Eisspeichers zur Speicherung von Wärme im Sommer und deren Nutzung im Winter, wodurch saisonale Schwankungen ausgeglichen werden.
- Passive Kühlung: Einsatz des Eisspeichers zur passiven Gebäudekühlung ohne zusätzliche Anlagentechnik, was den Energieverbrauch und die Betriebskosten reduziert.
- Thermische Bauteilaktivierung: Integration von geothermischer Bauteilaktivierung in Gründungspfählen und Fundamentplatte zur zusätzlichen Wärme- und Kältespeicherung.
- Simulation und Optimierung: Durchführung umfassender thermischer Gebäudesimulationen und Anlagensimulationen zur Ermittlung optimaler Betriebsstrategien und Regelungen für das multivalente Versorgungssystem.
- Wirtschaftlichkeitsanalyse: Erarbeitung verschiedener Versorgungsszenarien mit Bewertung nach ökonomischen und ökologischen Aspekten sowie Erstellung von Entscheidungsvorlagen zur Auswahl der effizientesten Lösung.
- Contracting-Modell „Teil-Abkauf“: Entwicklung eines innovativen Contracting-Modells mit festgelegten Benchmark-Mischpreisen und Preisgleitformel, um preisstabile und konkurrenzfähige Energiepreise zu gewährleisten.
- Nutzung vorhandener Infrastruktur: Umnutzung eines stillgelegten Bahntrogs als Eisspeicher, wodurch bestehende Strukturen effizient integriert und Ressourcen geschont werden.
Diese Abwägungen zeigen, dass das Energiekonzept des Dockyard-Projekts nicht nur auf technischer Innovation basiert, sondern auch wirtschaftliche und ökologische Aspekte berücksichtigt, um eine nachhaltige und praktikable Lösung zu realisieren.
Die mit einem Passwort geschützten Vortragsunterlagen stehen zunächst nur den Mitgliedern und Teilnehmern mit Bescheinigung zur Verfügung.
Hier ist eine klar strukturierte, verständliche und vollständige Zusammenfassung der Inhalte aus der Veranstaltung „Speichermanagement mit Solarenergie“ des Aktionskreis Energie – basierend auf dem vollständigen Transkript.
Speichermanagement mit Solarenergie – PVT, Eisspeicher, Geothermie & KI
Das Dockyard-Projekt zeigt, wie eine multivalente Energieversorgung mit Solarenergie, Geothermieähnlichen Quellen, Eisspeicher und Bauteilaktivierung in einem innerstädtischen Großbau gelingt. Die Kombination dieser Quellen – gesteuert durch ein lernfähiges System – führt zu einem hochflexiblen Heiz- und Kühlkonzept, das saisonale Schwankungen ausnutzt und gleichzeitig die urbane Überhitzung reduziert.
- Ausgangslage und Herausforderungen
Besondere Bedingungen am Standort
- instabiler Untergrund, Altlasten → keine klassischen Tiefensonden möglich
- große Glasflächen → hoher Kühlbedarf im Sommer
- urbanes Hitzeproblem → aktive Kühlung sollte die Stadt nicht weiter aufheizen
→ Lösung: Nutzung vorhandener Baustrukturen, Solarenergie und kombinierter Speicher, um Wärme und Kälte über längere Zeiträume verschiebbar zu machen.
- Die Energiequellen und Speicher im System
2.1 PVT-Module (Solink) als Kernkomponente
Warum Solink?
- kompakte Bauweise, hohe Leistungsdichte
- auch bei Frost voll funktionsfähig (Lamellen frieren nicht zu)
- zuverlässige Wärmequelle bis -15 °C
- Nutzung für:
- Wärmegewinnung
- Regeneration des Untergrunds (Abwärme über Nacht abstrahlen)
- Unterstützung der Vereisung des Eisspeichers
Erfahrungen:
- sehr gute Leistung, besonders abhängig von Windgeschwindigkeit und Temperaturdifferenz
- hydraulisch einfach und robust durch Tichelmann-Verschaltung in Fünfergruppen (weniger Armaturen, weniger Fehlerquellen)
2.2 Eisspeicher (alter Bahntunnel – Upcycling)
- alter Tunnel als Betonkörper genutzt → enorme Ressourcenersparnis
- saisonaler Großspeicher (Wärme im Sommer entziehen → Vereisung; im Winter Wärme entnehmen)
- günstige Ökobilanz: Neubau eines Betonspeichers bräuchte ~20 Jahre zur energetischen Amortisation → Upcycling enorm wertvoll
Flexibilitäten:
- passive Kühlung über Deckensegel (hohe Anforderungen der Norm)
- aktive Kühlung möglich über Wärmepumpen
- Regeneration:
- tagsüber über PVT
- nachts durch Abstrahlung in den Himmel (Nachtkühlung)
2.3 Bauteilaktivierung & Bohrpfähle
- vorhandene Gründungspfähle wurden mit Rohrleitungen ausgestattet – thermisch aktivierter Beton
- liefern Wärme/Kälte über sehr große Masse → ideal für:
- passive Kühlung
- mittel- bis langfristige Wärmeaufnahme
- bodenseitige Kapazität abhängig von Grundwasserströmung, aber relativ stabil
2.4 Luftwärmepumpen
- 16 kleinere Geräte in Kaskade (Schallschutz, Platzgründe)
- dienen als:
- Zusatzwärmequelle
- aktive Kühlung
- Redundanz im Fehlerfall
- Zusammenspiel und Betriebsmodi
Multivalentes Energiesystem
Alle Quellen und Senken können flexibel kombiniert werden:
| Ziel | Quellen/Senken | ||
| Heizen | Geothermieersatz (Pfahlaktivierung), Eisspeicher, PVT, Luftwärmepumpe | ||
| Passiv kühlen | Eisspeicher, Bodenplatte, Bohrpfähle | ||
| Aktiv kühlen | Wärmepumpe → PVT oder Außenluft | ||
| Regenerieren | PVT + Nachtabstrahlung, Luftwärmepumpe, passive Regeneneration | ||
Die Simulationen zeigen:
- PVT kann Geothermie stark unterstützen/regenerieren (250 kW kurzfristige Leistung möglich)
- Luftwärmepumpen können Geothermie oder Eisspeicher aktiv „kaltziehen“ (bis 350 kW)
- Intelligente Steuerung & KI-Einsatz
Eine KI soll zukünftig entscheiden:
- wann passiv, wann aktiv gekühlt wird
- wann Eisspeicher vereisen bzw. regenerieren
- wie der Untergrund thermisch konditioniert wird
- Prognose: Wetter, Gebäudezustand, Nachtabstrahlung, Kapazitäten der Bauteile
Begründung:
Die Entscheidungen sind mehrtägig bis mehrwöchig wirksam, daher muss das System „vorausdenken“.
Zentrale Parameter für die KI:
- Eisspeicher-Vereisungsgrad
- Rücklauftemperaturen der PVT
- Untergrundtemperaturen in Pfählen/Fundament
- Bivalenzpunkte der Wärmepumpen
- Komfortgrenzen (z. B. Serverraumtemperatur)
- Energetische Ergebnisse und Effizienz
Simulationsergebnisse:
- Strombedarf für Heizen & Kühlen nur 1,7 kWh/(m²·a) im bilanziellen Betrieb
- ohne Rückspeiseanrechnung: ~7 kWh/(m²·a)
→ Werte besser als Passivhaus Referenz trotz großer Glasfassade
→ beeindruckender Effekt des Umweltenergiemixes
- Gute Erfahrungen & bewährte Komponenten
PVT (Solink)
- sehr zuverlässig, frostfest
- hohe Leistung bei geringem Platzbedarf
- als alleinige Wärmequelle möglich
Eisspeicher (Upcycling-Tunnel)
- extrem kostengünstig im Ressourcenverbrauch
- ideal für saisonale Verschiebungen
Bauteilaktivierung
- robust, jahrzehntelang bewährte Technologie
- liefert stabile Grundlagen für passive Kühlung
Tichelmann-Hydraulik
- deutlich weniger Fehlerquellen
- perfekte Durchströmung ohne aktive Abgleiche
Multiquellen-Wärmepumpenkonzept
- Redundanz + Flexibilität
- hohe Betriebssicherheit
Fazit
Das Projekt zeigt, wie sich Solarenergie, PVT-Technik, Eisspeicher, Bauteilaktivierung und KI-Regelung zu einem überaus effizienten, resilienten und stadtverträglichen Energiesystem verbinden. Durch die Kombination bewährter Bautechniken, intelligenter Speicherstrategie und innovativer PVT-Technologie entsteht eine Anlage, die ganzjährig Wärme und Kälte bereitstellt – mit minimalem Energieeinsatz und hoher Zukunftsfähigkeit.
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