LEUCHTTURMPROJEKT
Projektinhalte
Im Forschungs- und Demonstrationsprojekt EnStadt:Pfaff werden innovative Lösungen für die Sektoren Energie, Gebäude, Elektromobilität und Digitalisierung in städtischen Quartieren erstmals in einem integrierten Ansatz interdisziplinär erforscht, entwickelt, demonstriert und getestet. Die Technologieforschung wird ergänzt durch eine sozialwissenschaftliche Forschung zu Nutzerbedürfnissen, Akzeptanzfragen und zur Verzahnung von Planungsprozessen der Bereiche Städtebau, Infrastruktur und Gebäude.
Das Projekt EnStadt:Pfaff ist als Reallabor konzipiert, in dem innovative Methoden und Technologien gemeinsam mit Planern, Investoren und Nutzern des Quartiers erprobt, weiterentwickelt und optimiert werden. Den Raum hierfür bietet das Reallabor-Zentrum im ehemaligen Kesselhaus der Pfaff-Fabrik. Dieses enthält auch eine Ausstellung der im Quartier eingesetzten Technologien, die sich an Laien und Experten richtet und unter anderem durch Virtual Reality Technologien die Entwicklung des Quartiers bis zum Endausbau im Jahr 2029 sichtbar machen wird.
Folgende sektorübergreifende Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben sind in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen und Unternehmen geplant:
(Quelle: ASTOC/Mess)
Konzepte für das klimaneutrale und zukunftsorientierte Pfaff-Quartier im Endausbau
Im ersten Projektteil werden Langfristkonzepte zur Gestaltung des Pfaff-Quartiers im Endausbau erstellt. Die Fertigstellung wird für 2029 erwartet. Ziel ist dabei, ein klimaneutrales und modernes Quartier mit hoher Lebens- und Aufenthaltsqualität zu realisieren.
Das Energiekonzept 2029 beschreibt, wie eine klimaneutrale Quartiersversorgung unter maximaler Nutzung lokaler erneuerbarer Energie- und Abwärmequellen, einer hohen Energieeffizienz, der Sektorkopplung, der Integration von Speichern und einem intelligenten Quartiersenergiemanagement am kostengünstigsten erreicht werden kann.
Im Mobilitätskonzept 2029 wird aufgezeigt, wie durch Multimodalität (Verknüpfung von Fußwegen, Radfahren, PKW- und ÖPNV-Nutzung), Wegeführung und Stellplatzsteuerung ein autoarmes Quartier erreicht und durch Elektromobilität lokale Emissionen vermieden werden können. Zur Förderung der alternativen Mobilitätsformen und deren benötigter Infrastruktur im öffentlichen und privaten Bereich, wird für die Realisierung der Maßnahmen ein innovatives Finanzierungskonzept erarbeitet.
Das IKT-Konzept 2029 zeigt auf, wie die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) im Quartier entwickelt werden sollte, um eine nachhaltige Digitalisierung zu erreichen. Das Pfaff-Quartier wird damit ein Baustein der Initiative „herzlich digital“ , die die Stadt Kaiserslautern zu einer digitalen Modellstadt für Rheinland-Pfalz entwickelt.
Eine Integrierte Planungs- und Monitoringsoftware für die Energieversorgung wird entwickelt, um die Planungen von künftigen Neubauvorhaben deren Auswirkungen auf das Energiekonzept überprüfen und Empfehlungen für die Gebäudeenergiesysteme geben zu können. Mit der Software soll kontinuierlich überprüft werden, ob die energetischen Ziele während des Aufbaus und Betriebs des Quartiers erreicht werden.
Sozialwissenschaftliche und ökonomische Rahmenbedingungen für die Quartiersplanung
Das Pfaff-Quartier soll auch noch zum Zeitpunkt seiner Fertigstellung zukunftsweisend sein und muss deshalb absehbare Entwicklungen in Bezug auf Technologien, Lebens-, Mobilitäts- und Arbeitsweisen berücksichtigen. Darüber hinaus werden ökonomische Fragestellungen für die Umsetzung des Quartiers untersucht.
Die Lebensweise in Städten und Kommunen ändert sich durch Urbanisierung, Digitalisierung, Globalisierung und Demographischen Wandel zunehmend. In Kommunen werden postindustrielle Quartierstypologien immer bedeutender. Welchen Einfluss veränderte Lebens-, Mobilitäts- und Arbeitswelten auf die Planung und Umsetzung von Städtebau und Infrastruktur haben, wird in diesem Arbeitspaket untersucht.
Ein digitaler regionaler Wertschöpfungsrechner wird entwickelt, um zu untersuchen, welche ökonomischen Auswirkungen die Realisierung eines nachhaltigen Quartiers auf die regionale Wirtschaft hat.
Innovative Lösungsansätze im Bereich Gebäudetechnologien
Im zweiten Projektteil werden innovative Technologien und Methoden erforscht und während der Projektlaufzeit demonstriert und getestet.
Um hohe Anteile lokal erzeugter erneuerbarer Energien zu erhalten, bedarf es einer maximalen Nutzung der vorhandenen Solarpotenziale auf Dächern und an den Fassaden von Gebäuden. Es wird untersucht, wie groß die Potenziale sind und wie dies gelingen kann.
In der Fassade müssen Solarstromanlagen sich architektonisch gut einfügen. Eine neue Beschichtungstechnik erlaubt, Solarfassaden farblich anzupassen, ohne den Wirkungsgrad stark zu reduzieren. Eine solche, architektonisch hochwertige Solarfassade wird demonstriert und vermessen.
Eine kontrollierte Lüftung ist in der Gebäudesanierung oftmals schwer zu integrieren. Im Projekt wird eine fensterrahmenintegrierte Lüftungstechnik entwickelt und demonstriert.
Elektrochrom schaltbare Fenster, deren Lichtdurchlass durch eine elektrische Spannung verändert werden kann, sind eine elegante Lösung, um die Sonneneinstrahlung ins Gebäude zu regulieren, wo einen außenliegende Verschattung nicht möglich ist. Dies wird an einem denkmalgeschützten Gebäude im Quartier demonstriert.
Was bei der energetischen Sanierung von denkmalgeschützten Gebäuden zu beachten ist, wird in einem Arbeitspaket untersucht.
Inwieweit Smart Home Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz in Gebäuden beitragen können und wie sie sinnvoll in das Gebäudeenergiemanagement und dieses in das Quartiersenergiemanagement integriert werden kann, wird untersucht.
Um die Wiedernutzung von Bauteilen und Baumaterialien sowie das Recycling in einer künftigen Kreislaufwirtschaft zu unterstützen, wird eine Materialdatenbank für die Gebäude im Pfaff-Quartier entwickelt. Damit sollen Planer beraten werden, die in den Materialien gebundene graue Energie schon in der Planung zu reduzieren.
Innovative Lösungsansätze im Bereich Quartierstechnologien
Die fortschreitende Digitalisierung soll für verschiedene Dienstleistungen im Quartier genutzt werden, z.B. für die effiziente Energienutzung, für nachhaltige Mobilitätsdienstleistungen und für Nachbarschaftsangebote im Quartier. Hierzu wird eine Digitale Quartiersplattform mit entsprechenden Services entwickelt.
Alle Gebäude im Quartier werden Energie erzeugen und verbrauchen, sie werden damit zu Prosumern (Produzenten und Konsumenten). Durch die Entwicklung eines agentenbasierten Energiemanagementsystems soll der Handel von Strom und Wärme zwischen verschiedenen Prosumern automatisiert möglich werden, um den Eigenversorgungsanteil zu erhöhen und Kosten zu sparen. Hierzu werden Blockchain-Technologien eingesetzt. Dies erfolgt zuerst innerhalb von Gebäuden, z.B. in einem sogenannten Mieterstrommodell. Wenn der regulatorische Rahmen es zulässt, wird das Modell auf das Quartier ausgeweitet.
Im elektrischen Smart Grid werden alle Stromverbrauchszähler und sonstige Komponenten des Stromnetzes mit einem Datennetz verbunden, um eine intelligente Steuerung des Stromnetzes zu ermöglichen.
Es ist geplant, sowohl mehrere dezentrale Lithium-Ionen-Batterien innerhalb von Gebäuden zur Optimierung des Eigenstromversorgung, als auch eine 1 MWh große Redox-Flow-Batterie zur Optimierung des Stromnetzes auf Quartiersebene und zur Bereitstellung von Flexibilitäten außerhalb des Quartiers zu installieren. Dabei werden auch Untersuchungen zur optimierten, verschleißmindernden Betriebsweise durchgeführt.
In Quartieren mit einer hohen Dichte an Verbrauchern sind die Solarflächen an und auf Gebäuden meist zu knapp, um einen hohen Eigenversorgungsgrad zu erreichen. Deshalb wird untersucht, inwieweit Solarflächen im öffentlichen Raum zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien genutzt werden könnten und was dem entgegensteht.
Ein wichtiger Teil der Energieversorgung ist die Versorgung mit Wärme und Kälte. Ein Smartes Nahwärme- und Kältenetz mit mittleren Vorlauftemperaturen oder ein kaltes Wärmenetz auf Umgebungstemperatur als Wärmequelle für Wärmepumpen wird realisiert, da es Effizienzvorteile bietet und über die Sektorkopplung die Grundlage für die Gesamtenergiesystemoptimierung bietet. Untersucht wird dabei auch, inwieweit ein solches Niedertemperaturnetz (LowEx) sinnvoll mit dem konventionellen Fernwärmenetz der Stadt gekoppelt werden kann.
Die Digitalisierung erfordert die Erfassung und Bereitstellung von Daten für neue Dienstleistungen. Sensorik wird im Quartier kostengünstig auf den Lichtmasten installiert, um z.B. Luftschadstoffe zu messen, den fließenden Verkehr zu überwachen und freie Parkplätze zu erkennen. Die Daten werden in der Digitalen Quartiersplattform in einem Open Data Ansatz bereitgestellt.
Reallabor-Zentrum als Showroom, Arbeitsraum, Labor und Begegnungsstätte
Im ehemaligen Kesselhaus entsteht das Reallabor-Zentrum, das Raum für mehrere Nutzungen bereitstellt.
In der interaktiven Ausstellung smarte Quartiere werden alle im Pfaff-Quartier eingesetzten Technologien und Konzepte gezeigt und spielerisch erklärt. Durch Virtual Reality Lösungen wird der Blick in der Zukunft bis zum Endausbau des Quartiers möglich. Die Ausstellung richtet sich sowohl an Laien als auch an Experten.
Die Quartierswerkstatt ist ein moderner Arbeitsraum mit innovativen Arbeitsmitteln, um die Planung und Steuerung von Quartierssystemen zu demonstrieren, daran Forschung und Entwicklung zu betreiben und mit den Anwendern (z.B. den Gebäudeplanern) zu testen (Reallabor).
Im E-Mobil- und Batterielabor wird am bidirektionalen Laden von Elektrofahrzeugen gearbeitet. Dazu werden die Batterien der Elektrofahrzeuge in gewissem Umfang zur Stützung des Stromnetzes zur Verfügung gestellt. Am Reallabor-Zentrum werden dazu E-Mobil-Ladesäulen mit Photovoltaikdach installiert.
Im Reallabor-Zentrum wird parallel zum Wechselstromnetz ein Gleichstromnetz installiert, mit dem die semitransparente Photovoltaikanlage im Lichtdach, die Lithium-Ionen-Batterie, die E-Mobil-Gleichstromladesäulen sowie weitere Gleichstromverbraucher im Gebäude angeschlossen sind. Es wird untersucht, wie groß die Effizienzvorteile durch die Vermeidung von Wechsel- und Gleichrichten des Stroms sind.
Die Haustechnik im Reallabor-Zentrum wird als smarte Haustechnik ausgeführt und an den Geräten Displays mit Informationen zur Momentanleistung, Betriebscharakteristik und Effizienz der Geräte angezeigt. Teilweise werden verschiedene Techniken parallel installiert, um den Besuchern einen Vergleich zu ermöglichen. So werden das Gebäude und seine Technik selbst zum Besichtigungsgegenstand.
Nachhaltige Mobilitätslösungen
Nachhaltige Mobilitätskonzepte sehen innerhalb von Quartieren die weitgehende oder ausschließliche Nutzung von Elektromobilen vor. Gleichzeitig wird von einer reduzierten Nutzung von eigenen PKWs ausgegangen, da Mobilität viel stärker auf das Teilen (Car-Sharing, Bike-Sharing) und die Nutzung des öffentlichen Nahverkehrs verlagert wird.
Durch die konsequente Förderung von Carsharing in allen Nutzungsbereichen des Quartiers wird eine Grundlage für die Entwicklung umfassender Carsharing-Geschäftsmodelle gelegt.
Es werden digitale Services für die Mobilität im Quartier konzipiert. Die Services sollen die Bewohner und Besucher des Quartiers dabei unterstützen, umweltfreundlich unterwegs zu sein.
Bei hohen Anteilen von Elektromobilität muss die Ladeinfrastruktur entsprechend ausgebaut werden. Hierfür werden Methoden und Werkzeuge zur Bestimmung der optimalen Positionierung der Ladeinfrastruktur angewendet. Durch die Entwicklung von gesteuertem Uni- und Bidirektionalen Laden von E-Fahrzeugen werden Lastspitzen durch die E-Fahrzeugbeladung vermieden.
Sozialwissenschaftliche Fragestellungen in der Quartiersentwicklung
Sozialwissenschaftler untersuchen die Frage, wie durch die Unterstützung von Kommunikation und Vernetzung von Bewohnern und Mitarbeitern die soziale Interaktion im Quartier gestärkt werden kann.
Die sozioökonomische Begleitung des Projektes untersucht die Wechselwirkung zwischen der sich verändernden Stadtgesellschaft und dem möglichen Raumangebot eines Konversionsquartieres. Die Akzeptanz und die Auswirkung auf Raum und somit Lebensqualität werden mit jeder Technologieentwicklung verändert und sollen in diesem Arbeitsschwerpunkt differenziert untersucht werden.
Prozessevaluierung und Monitoring
In der Quartiersentwicklung finden verschiedene Planungsprozesse parallel statt, die ineinander greifen. Dies sind vor allem die Bauleitplanung (Städtebau mit Rahmenplan und Bebauungsplan), die Erschließungsplanung (Strom, Wasser, Abwasser, Verkehr) und die Energieplanung. Zusätzlich werden die Grundstücke auf dem Gelände vermarktet. Im Projekt EnStadt:Pfaff müssen zusätzlich die Empfehlungen für die Quartierskonzeption zum richtigen Zeitpunkt in diese Prozesse eingepflegt werden, um berücksichtigt werden zu können. Dabei wird untersucht, welche Planungsprozesse noch besser verzahnt werden könnten und Verbesserungsvorschläge für die Planungsoptimierung bei der Entwicklung nachhaltiger Quartiere erarbeitet.
Da Planung und Umsetzung des Quartiers ein Langfristprozess sind und Planungsdaten aufgrund neu hinzukommender Investoren immer wieder aktualisiert werden müssen, muss regelmäßig überprüft werden, inwieweit die Umsetzung innerhalb des vorgesehenen Ausbaupfads liegt und die Zielsetzung erreichbar ist. Zur Überwachung werden ein automatisiertes Monitoringkonzept auf Basis von Indikatoren und einem Ausbauplan erarbeitet und implementiert und jährliche Monitoringberichte erstellt.