Ohne klimafreundliche Gebäude keine Energiewende – so viel ist klar. Wie digitale Lösungen diese Wärmewende in Schwung bringen können, hat ein großes Forschungsteam aus der Region unter Leitung des Oldenburger An-Instituts OFFIS im Verbundprojekt WärmewendeNordwest untersucht.
„Die Wärmewende ist eine zentrale Säule der Energiewende.“ Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff, Vorstandsvorsitzender des Oldenburger Informatikinstituts OFFIS und Professor für Energieinformatik an der Universität Oldenburg, betont, was auch andere Fachleute immer wieder sagen: Auf dem Weg in eine treibhausgasneutrale Zukunft ist es ein wichtiges Ziel, Gebäude energieeffizienter zu machen und Heizungen auf erneuerbare Energien umzustellen.
Der Betrieb von Gebäuden verursacht in Deutschland rund 35 Prozent des Endenergieverbrauchs und etwa 30 Prozent der CO₂-Emissionen, wie das Umweltbundesamt auf seiner Webseite feststellt. Verbesserungen kommen nur langsam voran: Seit einiger Zeit stagnieren die Emissionen im Gebäudesektor gar wieder.
Als Sprecher des großen Verbundprojekts „WärmewendeNordwest“ hat Lehnhoff in den vergangenen rund fünf Jahren in diesem Feld einige rasante technische Entwicklungen und politische Umschwünge miterlebt, erst zuletzt das Eckpunktepapier der Bundesregierung für ein neues „Gebäudemodernisierungsgesetz“. Eins ist für ihn jedoch klar: „Neben der Sanierung spielt auch die Digitalisierung bei der Wärmewende eine zentrale Rolle.“ Genau daran hat das Projektteam gearbeitet. Die rund hundert Forschenden entwickelten verschiedene digitale Lösungen, die Beteiligte bei den Herausforderungen der Wärmewende unterstützen sollen – vom Hausbesitzer bis zur Kommune.
Das Vorhaben, das offiziell im Herbst zu Ende gegangen ist, war ein großes Unterfangen: Beteiligt waren fünf Hochschulen, darunter die Universitäten Oldenburg und Bremen, elf Unternehmen vorwiegend aus der Region wie der Netzbetreiber EWE NETZ und der Bremer Versorger swb AG, außerdem mehrere außeruniversitäre Forschungsinstitute und die Stadt Oldenburg. Das Bundesforschungsministerium förderte das Projekt mit insgesamt 16 Millionen Euro, hinzu kamen drei Millionen Euro Eigenmittel der Verbundpartner. Einige Teilprojekte laufen aktuell noch weiter – sie haben eine Verlängerung für einige Monate erhalten, um Prototypen fertigzustellen oder die Ergebnisse in Fachartikeln, Leitfäden und Strategiepapieren aufzubereiten.
Wie sehr das Thema Wärmewende die Menschen bewegt, haben die Projektbeteiligten wiederholt erfahren. „Das Thema ist in aller Munde“, berichtet Christine Rosinger, Koordinatorin des Gesamtprojekts am An-Institut OFFIS. „Es sind immer wieder Bürgerinnen und Bürger auf uns zugekommen und wollten wissen, warum die Wärmewende überhaupt nötig ist, ob Wärmepumpen nicht das Stromnetz überlasten oder ob sie jetzt ihre Ölheizung austauschen müssen.“ Für gängige Fragen, zu denen teils auch Falschinformationen im Umlauf sind, hat das Team auf der Projektseite eine ausführliche FAQ-Liste zusammengestellt.
Digitale Gebäudeakte für Hauseigentümer
Noch hilfreicher für die Praxis sind indessen die Ergebnisse, die das Vorhaben erzielt hat. Die entwickelten digitalen Tools lassen sich auf verschiedenen Ebenen der Wärmewende nutzen – beginnend mit Hauseigentümern, die sich Gedanken um die Sanierung ihres Gebäudes machen. Für diese Gruppe hat ein Team um die Wirtschaftsinformatiker Prof. Dr. Jorge Marx Gómez und Sven Lampe von der Universität Oldenburg eine Onlineplattform erstellt. Anhand von eingegebenen Gebäudedaten und Fotos lässt sich dort eine digitale Gebäudeakte erstellen. Die Nutzerinnen und Nutzer erhalten Vorschläge, welche Sanierungsmaßnahmen sinnvoll sind, was sie kosten und welche Ersparnisse sie bringen. „Die Plattform kann sogar mögliche Anbieter aus der Region vermitteln, und sie berücksichtigt Förderprogramme, um die Kosten von Sanierungsmaßnahmen gering zu halten“, erklärt Marx Gómez.
Der Prototyp der Plattform wurde im Projekt ausgiebig getestet, etwa von Meisterschülerinnen und Meisterschülern. Auch Hauseigentümer*innen probierten das Tool aus und erhielten Tipps dazu, welche Fördermaßnahmen für ihr Objekt sinnvoll sind, wie viel sie einsparen können und wann sich die Kosten amortisieren. Aktuell beantragt das Team Fördergelder, um die Plattform mit dem Namen „Upweerten“ dauerhaft im Netz anbieten zu können.
Emissionsoptimierung auf dem Campus
Ein weiterer Bereich der Wärmewende betrifft größere Gebäudekomplexe oder Industrieanlagen, die sich aus verschiedenen Quellen versorgen und oft einen Teil der benötigten Energie selbst erzeugen. „Bei solchen ‚Multienergiesystemen‘ ist es sinnvoll, Strom- und Wärmebedarf als Ganzes zu betrachten und gemeinsam so zu optimieren, dass sowohl Stromkosten als auch CO2-Ausstoß sinken“, erklärt Ekaterina Lesnyak vom Department für Informatik der Universität Oldenburg.
Lesnyak untersuchte ein Beispiel vor der eigenen Haustür – den Campus der Universität Oldenburg. Labore, Rechenzentren und größere Gebäude müssen nicht nur über großtechnische Anlagen mit Strom und Wärme versorgt werden, sondern benötigen auch Kühlung und Lüftung. Als Praxispartner von „WärmewendeNordwest“ installierte die Uni 2024 und 2025 insgesamt drei innovative kälte- und wärmetechnische Anlagen: eine neue Lüftungsanlage in der Zentralbibliothek, eine sogenannte Absorptionskälteanlage auf dem naturwissenschaftlichen Campus und eine Anlage zur Abwärmenutzung im Rechenzentrum.
Durch die Sanierung ließ sich der Energieverbrauch deutlich senken: In der Bibliothek verringerte sich etwa der Bedarf an elektrischer Energie um 17 Prozent und an Wärmeenergie um mehr als drei Viertel, entsprechend sanken auch die CO2-Emissionen. Ein Teil der Kosten für die Baumaßnahmen stammte aus Mitteln von „WärmewendeNordwest“, den Restbetrag finanzierte die Universität aus Eigenmitteln.
Wie Lesnyak durch Simulationen herausfand, könnte sich der CO2-Ausstoß sogar noch weiter senken lassen, wenn man die drei Anlagen über eine gemeinsame Steuerung betreibt. Die Informatikerin erstellte einen sogenannten digitalen Zwilling der Anlagen, den sie mit echten Daten fütterte und mit maschinellem Lernen trainierte, um verschiedene Betriebsstrategien zu vergleichen. Das Ergebnis: „Da die Universität mit Blockheizkraftwerken, PV-Anlagen, Wärmerückgewinnung und Strom aus dem öffentlichen Netz über verschiedene Möglichkeiten der Energieerzeugung verfügt, gibt es Synergiepotenzial, wenn man zu jedem Zeitpunkt die jeweils emissionsärmste Variante einsetzt“, erklärt sie. Um bis zu zehn Prozent könnten sich die Emissionen der drei Anlagen noch senken lassen, wenn eine optimierte Gebäudeleitsystemtechnik zum Einsatz käme. In der Realität ist das derzeit noch nicht möglich, da die Messinfrastruktur noch nicht dafür ausgelegt ist. Lesnyaks Erkenntnisse lassen sich indessen auf andere Hochschulstandorte oder Industrieanlagen übertragen.
Vom Campus zum Quartier
Nicht weniger komplex als der energieeffiziente Betrieb einer Universität ist die nachhaltige Wärmeversorgung von Wohnquartieren. Ein Teilprojekt von WärmewendeNordwest unter Leitung des Oldenburger DLR-Instituts für Vernetzte Energiesysteme untersuchte ein Beispiel in Bremen: Das Viertel Neu-Schwachhausen umfasst sowohl Einfamilienhäuser als auch drei- bis fünfstöckige Blöcke mit Mietwohnungen aus den 1960-er Jahren. „Das Quartier ist sehr heterogen und war damit für unsere Untersuchungsziele gut geeignet“, erklärt Projektmitarbeiter Tino Mitzinger vom Fachgebiet Resiliente Energiesysteme der Universität Bremen.
Das Team der Uni Bremen untersuchte anhand von Modellrechnungen, wie sich die Versorgung von Neu-Schwachhausen mit Wärme in Zukunft sicherstellen lässt – und zwar so, dass das System alle möglichen Störungen von Stromausfällen über Wetterextreme bis zu technischen Problemen möglichst problemlos übersteht. „Wir haben mehr als 500 Zukunftsszenarien für 2030 und 2050 generiert und geprüft – darunter solche, in denen die gesamte Wärme über Strom generiert wird als auch solche, in denen Wasserstoff oder synthetisches Gas zum Einsatz kommen“, erklärt Mitzinger. Kriterien für ein möglichst resilientes System waren etwa Redundanzen, Pufferkapazitäten oder eine gewisse Diversität der Energiequellen.
Das Ergebnis steht zwar noch nicht fest, aber: „Es hat sich gezeigt, dass Speicher sehr wichtig sind, insbesondere, wenn der Strom zeitabhängig zur Verfügung steht“, so der Forscher. Gleichzeitig zeichnet sich ab, dass eine Wärmeversorgung über regenerative Energien die wirtschaftlichste Lösung ist. „Perspektivisch ist das auf jeden Fall preiswerter, als weiter auf fossile Energien zu setzen“, betont Mitzinger, das hätten die Modellrechnungen gezeigt. Endprodukt des Teilprojekts ist ein digitales „Werkzeug“ für Gemeinden, das es möglich macht, die Energieplanung anhand von Verbrauchsdaten und Modellierungen durchzuführen.
Transfer in die Region
Auch weitere Ergebnisse fließen nun nach und nach in die Praxis ein. „Die Stadt Oldenburg hat etwa ihr Kataster für erneuerbare Energien erweitert, ein Sanierungskonzept für kommunale Gebäude entwickelt und einen Leitfaden zum Thema ‚graue Energie‘ erstellt, also zur Wiederverwendung von Baumaterialien“, berichtet Projektkoordinatorin Rosinger. Die EWE NETZ untersuchte, wie sich dezentrale Elektrolyseure – elektrochemische Anlagen, die Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff spalten – ins Energiesystem einbauen lassen. Zudem entstand bei der Stadt Oldenburg ein rechtliches Gutachten zum Thema kalte Nahwärmenetze, also Netze, die oberflächennahe Geothermie nutzen. Das Projektteam richtete außerdem Veranstaltungen für Bürgerinnen und Bürger sowie Fachleute aus, entwickelte neue didaktische Konzepte für das Handwerk und bot Fortbildungen für Meisterschüler*innen an.
„Im Laufe des Projekts ist ein großer Zusammenhalt im Team entstanden“, berichtet Christine Rosinger. Das sei nicht selbstverständlich gewesen, da die Teilprojekte teils einen recht unterschiedlichen Fokus hatten. „Wichtig war, dass wir eine gemeinsame Vision entwickelt haben und alle auf ein gemeinsames Ziel hingearbeitet haben“, betont die Informatikerin. Sebastian Lehnhoff zieht eine positive Bilanz: „Das Projekt ist zwar zu Ende, aber der Impact geht weiter.“