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UrbanReNet - Vernetzte regenerative Energiekonzepte im Siedlungs- und Landschaftsraum

EnEff:Stadt - Forschung für die energieeffiziente Stadt

Vernetzung von Stadträumen

© TU Darmstadt, FG Entwerfen und Energieeffizientes Bauen

Steckbrief

Werkzeugtyp Planung, Analyse, Bilanzierung/Optimierung
Laufzeit Projektphase 1: August 2009 – August 2012; Projektphase 2: September 2012 – April 2015
Kürzel EnEff:Stadt - UrbanReNet
Schwerpunkte

Projektbeschreibung

Ziel des Forschungsprojekts UrbanReNet ist die Entwicklung eines Softwaretools für integrative Energieversorgungskonzepte auf Quartiersebene. Das Forschungsprojekt war in der ersten Projektphase von 2009 bis Herbst 2012 Teil des Verbundprojektes „Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen“. Das Vorhaben befindet sich seit September 2012 in einer zweiten Projektphase, die voraussichtlich bis April 2015 dauern wird.

Worum geht es?

Gegenstand des Projekts ist eine systematische und ganzheitliche Untersuchung von Energieerzeugungs-, Speicher- und Vernetzungspotenzialen von Bestandsgebäuden und urbanen Freiflächen im Siedlungsverbund. Das Projekt ist ein interdisziplinäres Forschungsvorhaben, das sich nach Beginn im Jahr 2009 inzwischen in der zweiten Bearbeitungsphase befindet. Inhalte des Projekts sind:

  1. das Aufzeigen von Energieerzeugungs-, Speicher- und Vernetzungspotenzialen im urbanen Raum;
  2. das Ermitteln von Potenzialen und Bedarfen zur energetischen Vernetzung und der stadtklimatischen Funktionen für eine ressourceneffiziente und zukunftsfähige Energieversorgung;
  3. die Entwicklung eines mathematischen Modells zur Abbildung von Stadtquartieren mit Simulation der jeweiligen Potenziale und Bedarfe sowie
  4. die Entwickelung eines Softwaretools als Entscheidungshilfe bei der Planung urbaner Energiekonzepte auf Quartiersebene.

Den methodischen Kern der Arbeit bildet die Entwicklung eines mathematischen Objektmodells, welches mittels Typisierung und Abstraktion in der Lage ist, das komplexe Gefüge eines Stadtausschnittes auf die für eine energetische Vernetzung entscheidenden Elemente zu reduzieren und in einer allgemeinen Form abzubilden. Die energetischen Gesichtspunkte stehen bei der Modellierung im Vordergrund. Das Modell bezieht aber auch urbane Aspekte wie das Stadtbild, das Stadtklima o.ä. mit ihrer „Hebelwirkung“ in Bezug auf die urbane Energieversorgung mit ein. Die Modellierung ist Grundlage des Planungstools, das perspektivisch als Simulationswerkzeug als Entscheidungshilfe bei der Planung integrativer, regenerativer Energieversorgungskonzepte auf Quartiersebene herangezogen werden kann.

Das Modell bilanziert in einem ersten Schritt anhand festgelegter Stadtraumtypen die energetischen Bedarfe und Potenziale eines ausgewählten Gebiets. Im zweiten Schritt werden die Bedarfe und Potenziale im Jahresgang simuliert und die Über- oder Unterdeckung mit Strom, Wärme und chemischer Energie im Betrachtungsgebiet ermittelt. Durch Veränderung spezifischer „Stellschrauben“ (variabler Parameter wie beispielsweise der solare Deckungsanteil oder Anpassungen im Bereich technischer Infrastruktur etc.) kann der Nutzer verschiedene Szenarien bilden und die Energieversorgung im Quartier bis zur gewünschten energetischen Zielgröße verändern bzw. optimieren.

Was hat man bislang erreicht?

In der ersten Projektphase wurden bestehende repräsentative stadtmorphologische Strukturen untersucht und deren energetische bzw. mikroklimatische Potenziale und Bedarfe ermittelt. Ergebnis sind 13 Stadtraumtypen, die in Steckbriefen mit ihren bau- und freiraumstrukturellen Eigenschaften sowie ihrem energetischen Profil grafisch aufbereitet wurden. Sie stehen seit Februar 2013 zusammen mit dem Abschlussbericht der ersten Projektphase online zur Verfügung (siehe Publikation 3).

Darüber hinaus wurde ein erstes mathematisches Modell entwickelt, um die energetischen Potenziale sowie Bedarfe auf Quartiersebene zu ermitteln. Das in der ersten Projektphase entwickelte Modell dient als Grundlage für weitere Anpassungen und Veränderungen bei der Modellierung. In der zweiten Phase des Vorhabens wurde die Bilanzierung der Bedarfe und Potenziale je Stadtraumtyp um ein Modell zur tageweisen Simulation der Über- oder Unterdeckung von Strom und Wärme in einem ausgewählten Gebiet erweitert.

Anhand der Ergebnisse der ersten Projektphase konnten die energetischen Bedarfe und Potenziale mehrerer ausgewählter Stadtquartiere im Gebiet der "Innovation City Bottrop" ermittelt und mit realen Verbrauchsdaten abgeglichen werden. Die Bestandsanalyse wird in Handlungsempfehlungen zur energetischen Optimierung der Freiraumstruktur in den Modellsiedlungen einfließen.

Nächste Schritte, Veröffentlichung der Ergebnisse

Nächste Schritte der Modellierung sind die Einbindung variabler Parameter und die Festlegung von Parametern und Schlüsselgrößen, die eine sinnvolle Kombination energetischer Potenziale unterschiedler Stadtraumtypen im Quartiersverbund ermöglichen. Unabhängig von der Modellierung wurden die Ergebnisse des ersten Projektabschnitts mit den Steckbriefen der Stadtraumtypen im Oktober 2014 in der EnEff:Stadt-Schriftenreihe als Buch publiziert. Die Veröffentlichung der Ergebnisse des laufenden Projektabschnitts ist für 2015 geplant.

Anwendungsreifes Planungswerkzeug

Das derzeit in Entwicklung befindliche Planungswerkzeug wird mit Ende der Projektlaufzeit einen zu Testzwecken anwendbaren Zustand erreicht haben (Betaversion). Es wird in Kombination mit der Publikation die Energieerzeugungs-, Speicher- und Vernetzungspotenziale im urbanen Raum aufzeigen und damit als Entscheidungshilfe zur Entwicklung urbaner Energiekonzepte dienen, die neben energetischen auch die urbanen und stadtklimatischen Funktionen miteinbeziehen.

Projektpartner

Das interdisziplinäre Vorhaben war in der ersten Projektphase Teil des Verbundprojekts „Netze - Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen“. Weitere Partner im Verbund „Netze" waren die TU Dresden und die Forschungsstelle für Energiewirtschaft in München. In der zweiten Phase wird das Projekt von den Fachgebieten „Entwerfen und Energieeffizientes Bauen“ sowie „Entwerfen und Freiraumplanung“ im Fachbereich Architektur der TU Darmstadt bearbeitet. Im Team arbeiten Architekten, Landschaftsarchitekten und Mathematiker gemeinsam am Forschungsgegenstand.  

Publikationen zum Projekt

Publikation 1: Team UrbanReNet: Urbane Biomasse - Methoden, Chancen, Hemmnisse, publiziert in: Stadt und Grün, Ausgabe 8/2011, S. 50 bis 54

Publikation 2: Team UrbanReNet: Urbanes Energiemodell zur nachhaltigen Quartiersentwicklung-Vernetzte, regenerative Energiekonzepte im Siedlungs- und Landschaftsraum, publiziert in: Greenbuildung, Ausgabe 11/2011, S. 24 bis 29

Publikation 3: Team UrbanReNet: UrbanReNet I EnEff:Stadt – Verbundprojekt Netzoptimierung – Teilprojekt Vernetzte regenerative Energiekonzepte im Siedlungs- und Landschaftsraum, Schlussbericht, 2013.

Publikation 4: Team UrbanReNet: Energetische Quartiersplanung - Potenziale und Bedarfe städtischer Freiräume, publiziert in: Stadt und Grün, Ausgabe 3/2013, S. 15-18.

 

  • Projekt-Website der TU Darmstadt, Fachbereich Architektur, Entwerfen und Energieeffizientes Bauen
  • Projekt-Website der TU Darmstadt, Fachbereich Architektur, Entwerfen und Freiraumplanung