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Die Installationszahlen von Kompressionswärmepumpen explodieren national als auch international. Allein in Österreich wurden im Jahr 2022 über 60 000 Wärmepumpen installiert, was einem Marktwachstum im Vergleich zu 2021 von 60 Prozent entspricht. Überwiegend werden diese für Raumheizung im privaten Wohnbau und mit Außenluft als Wärmequelle eingesetzt. Trotz enormer Anwendungspotenziale im Bestand von Geschoßwohnbauten, in Industrie und Gewerbe sowie in Nah- und Fernwärmenetzen ist dieses Segment noch praktisch unerschlossen. Hintergrund ist, dass aufgrund von teilweise deutlich unterschiedlichen Betriebsbedingungen einerseits noch spezifische Produktentwicklungen vorgenommen werden müssen sowie andererseits auch die Standards in der Erschließung von entsprechenden Wärmequellen und der Systemintegration fehlen. Interessant ist, dass sich für diesen Anwendungsbereich auch noch andere vielversprechende Wärmepumpen-technologien, wie zum Beispiel Rotationswärmepumpe, thermoakustische Wärmepumpe sowie auch thermisch angetriebene Wärmepumpen als geeignet darstellen. Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt Einblick in umgesetzte Pilotprojekte für Kompressionswärmepumpen und thermisch getriebene Wärmepumpen sowie berichtet über den Stand der Entwicklung bei Rotationswärmepumpen und thermoakustischen Wärmepumpen.

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Installation figures for compression heat pumps are steeply going up both nationally and internationally. In Austria, over 60,000 heat pumps were installed in 2022, representing a market growth of 60 percent compared to 2021. Predominantly, compression heat pumps are used for space heating in private residential buildings using outside air as the heat source. Despite the huge potential of applying heat pumps in existing multi-story residential buildings, in industry and commerce, as well as in local and district heating networks, these applications are still virtually nonexistent. The background to this fact is that, on the one hand, specific product developments are needed to cope with operating conditions that are significantly different compared to single family homes, and on the other hand, there is a lack of standards regarding different heat sources and their system integration. It is interesting to note that there are further promising heat pump technologies, such as rotating, thermoacoustic and thermally driven heat pumps suitable for these areas of application. The present issue of the magazine "nachhaltige technologien" gives insight into pilot projects using compression and thermally driven heat pumps and reports on the state of development of rotating and thermoacoustic heat pumps.

Für ein Gelingen der Transformation unseres Energie- und Mobilitätssystems kommt Städten eine besondere Rolle zu. Denn global gesehen sind unsere Städte für 78 Prozent des Energiekonsums bzw. für rund 75 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich. Aufgrund eines flächenbezogen hohen Energieverbrauchs bei gleichzeitig limitierter Flächenverfügbarkeit für Energiekonversion ist die Transformation der Energieversorgung deutlich komplexer und herausfordernder als im ländlichen Raum. Vor diesem Hintergrund ist es essenziell wichtig, dass städtespezifische Transformationspläne erstellt werden, dabei auch Stakeholder und Bürger*innen eingebunden sind und die Zielsetzungen einer zukünftigen Energieversorgung verbindlich in Stadtent¬wicklungs¬konzepten niedergeschrieben werden. Einige österreichische Städte sowie auch zahlreiche andere europäische Städte folgen bereits diesem Weg und werden durch nationale Programme (in Österreich beispielsweise „Klimaneutrale Stadt“ und „Pionierstädte“) als auch durch internationale Programme (zum Beispiel „100 European Climate-Neutral-Cities by 2030“) gelenkt und unterstützt. Der Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ Ausgabe 02-2023 gibt Einblick in diese Programme, präsentiert konkrete Transformationsfahrpläne beispielhafter Städte und berichtet über Erfahrungen in der proaktiven Partizipation von Bürger*innen und Stakeholdern in urbanen Transformationsprozessen.

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Cities play a special role with regard to a successful transformation of our energy and mobility system. In global terms, our cities are responsible for 78 percent of energy consumption and around 75 percent of CO2 emissions. Due to the high level of energy consumption and the limited availability of land for energy conversion, the transformation of the energy supply is significantly more complex and challenging than in rural areas. Against this background, it is essential that city-specific transformation plans are drawn up, that stakeholders and citizens are involved and that the objectives of a future energy supply are fixed by means of binding urban development concepts. Some Austrian cities as well as numerous other European cities have already established transformation concepts and are guided and supported by national as well as international programs. In Austria, "Climate-Neutral City" and "Pioneer Cities" are examples for such programs, on the European level the program "100 European Climate-Neutral Cities by 2030" is in place. The focus of the "nachhaltige technologien" issue 02-2023 provides insight into these programs, presents transformation roadmaps of exemplary cities and reports on experiences gained with regard to citizens and stakeholders actively contributing to urban transformation processes.

Das globale und permanente Sammeln von Daten und deren Nutzung durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz in unterschiedlichsten Anwendungen und Geschäftsfeldern hat enorm an Fahrt aufgenommen. Viele dieser Anwendungen generieren gänzlich neue Möglichkeiten und Vorteile. Im Gebäudesektor beispielsweise können durch die Sammlung von Daten aus der Planungs-, der Bau- und insbesondere aus der Betriebsphase erhebliche Kostenvorteile erzielt, die CO2-Emissionen reduziert und der Komfort der Nutzer*innen verbessert werden. Dazu werden aktuell eine Vielzahl von Methoden im Bereich des „Internet of Things“ erforscht oder bereits auch als Dienstleistung am Markt angeboten. Die Bandbreite ist enorm und reicht von Visualisierungen in Form von Dashboards und Building Information Modeling über (Betriebs-)datengestützte selbstlernende, vorausschauende Gebäuderegelung bis hin zu unterschiedlichsten Ausprägungen von Digitalen Gebäude-Zwillingen. Der gegenständliche Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ gibt einen Überblick über den Status quo der internationalen Aktivitäten und einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

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The collection of data and its use through the application of artificial intelligence has gained momentum with respect to a broad variety of applications and business areas. Many of these applications are generating entirely new opportunities and benefits. In the building sector, for example, the use of data from the planning, construction, and especially the operating phases is able to reduce costs and CO2 emissions, as well as improve the user comfort. To this end, a large number of methods are currently investigated in the area of the "Internet of Things" and are already offered as services on the market. The possibilities range from visualizations using dashboards and Building Information Modeling to control strategies supported by operational data, self-learning, predictive building control and multiple forms of digital building twins. The present focus of the magazine "sustainable technologies" gives an overview about the status quo of international activities and presents an outlook on future developments.

Die europäische Kommission hat sich im Rahmen des Green Deals zum Ziel gesetzt, bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Eine wichtige Säule ist darin die Transformation unserer linearen Wirtschaftsentwicklung in Richtung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Diese zielt darauf ab, den Wert von Ressourcen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu steigern und Materialkreisläufe zu schließen. In der Kreislaufwirtschaft gibt es drei grundsätzliche Stoßrichtungen: die möglichst lange Nutzung von Produkten, Stoffe so lange wie möglich im Wertstoffkreislauf zu führen und vor allem die sorgfältige und gezielte Verwendung von Materialen. Dazu ist ein kollektives Umdenken notwendig und das Engagement unterschiedlicher Stakeholder und Verantwortungsträger aus Politik, Wirtschaft und Forschung, aber auch der Zivilbevölkerung gefordert. In der vorliegenden Ausgabe unserer Zeitschrift „nachhaltige technologien“ finden Sie eine umfassende Übersicht über unterschiedliche Forschungsaktivitäten, die alle das Ziel haben, Wertschöpfung zu generieren und Materialkreisläufe zu schließen.

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As part of the Green Deal, the European Commission has set itself the goal of achieving climate neutrality by 2050. Therefore, an important pillar is the transformation of our linear economic system in the direction of a sustainable circular economy. This aims at increasing the value of resources along the entire value chain and at closing material cycles. There are three basic thrusts in the circular economy: using products for as long as possible, keeping materials in the cycle for as long as possible and, above all, using materials carefully and selectively. This requires a collective change in thinking and the commitment of various stakeholders and responsible parties from politics, business and research, but also the civilian population. In this issue of our journal "nachhaltige technologien" you will find a comprehensive overview of different research activities, all of which aim to generate value and close material loops.

Der Schwerpunkt der aktuellen Ausgabe beschäftigt sich mit dem Thema „Speicheroption Bauteilmasse“. Die Bedeutung von Speicheroptionen in einem transformierten Energiesystem steht mittlerweile außer Streit. Doch soll auf Energiespeicher, die heute noch einen geringen Technologiereifegrad aufweisen und trotz hoher Forschungsintensität erst in der nächsten Dekade zur Verfügung stehen oder auf Speichertechnologien, die bereits verfügbar sind, deren reale Umsetzung aber wegen ihrer großtechnischen Dimension und Neuheit mit höheren wirtschaftlichen Risiken verbunden ist, gesetzt werden? In zukünftigen Energiesystemen wird es alle Stoßrichtungen im Speicherportfolio brauchen. Die thermische Bewirtschaftung von ohnehin verfügbaren Bauteilmassen als Flexibilitätsoption in Gebäuden ist hinsichtlich Technologiereifegrad bereits am Markt angekommen, ist aus wirtschaftlicher Sicht höchst interessant und besitzt enormes Umsetzungspotenzial in Neubau und Sanierung. Berichte zu laufenden Demonstrations-projekten geben im gegenständlichen Schwerpunkt der „nachhaltigen technologien“ einen ausgezeichneten Überblick über Optionen zur flexiblen Aufnahme erneuerbarer Energien in Gebäuden, der Eignung unterschiedlicher Bauteile und Baumaterialien, zum Grad der Vorfertigung und Standardisierung, zu neuartigen vorausschauenden Regelungs¬konzepten sowie zu angepassten Geschäfts- und Nutzungsmodellen.

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The focus of the current issue is on using buildings and building components as energy storages. Generally, the importance of storages in a transformed energy system is beyond any dispute. But which technologies should be used in the basically well-filled portfolio? Do we need energy storage systems that are still at a low level of technological maturity today and will not be available until the next decade despite a high level of research intensity? Or should we focus on storage technologies that are largely available, but whose real implementation is associated with higher economic risks due to their large-scale technical dimension and novelty? The answer to these questions is relatively clear from today's perspective, because all thrusts and technologies in the storage portfolio will be needed in future energy systems. However, the alignment of activities requires corresponding efforts today. The thermal management of already available building component masses as a flexibility option in buildings, has already arrived on the market with regard to technological maturity. It is highly interesting from an economic point of view and has enormous potential for implementation in new construction and renovation. Reports in the current issue of „nachhaltige technologien“ on ongoing demonstration projects provide an excellent overview of new possibilities for the flexible use of renewable energies in buildings, the suitability of different components and building materials for storing options, the degree of prefabrication and standardization, new types of predictive control concepts, and adapted business and utilization models.

Zusätzlich zu den Auswirkungen des Klimawandels wird uns durch die aktuellen geo- und energiepolitischen Entwicklungen sehr deutlich bewusst gemacht, dass wir endlich ernsthaft aus der fossilen Abhängigkeit unseres Energiekonsums aussteigen müssen. Der Wärmesektor ist mit rund 65 Prozent fossiler Versorgung stark betroffen und steht in Bezug auf die notwendige „Wärmewende“ vor enormen Herausforderungen. Das „Erneuerbare Wärme Gesetz“, welches den Ausstieg aus den Fossilen regeln soll, ist überfällig und hängt in der Kompetenzteilung zwischen Bund und Ländern fest. Verlorene Zeit, da der aktuell gültige gesetzliche Rahmen es nach wie vor erlaubt, selbst im Neubau Gasheizungen zu errichten. Der aktuelle Umsetzungsstand des Gesetzes, der Rahmen sowie der vorgesehene Zeitplan wird im Leitartikel von „nachhaltige technologien“ vorgestellt. Eine zentrale Herausforderung der Wärmewende ist unter anderem die Dekarbonisierung der Fernwärme. Insbesondere die städtische Fernwärme ist stark von fossilen Energieträgern abhängig. Bestehende zentrale Systeme hin zu lokal verfügbaren, erneuerbaren Energieträgern zu transformieren, geht mit Dezentralisierung und mit Sektorkopplung einher. Die dadurch gesteigerte Systemkomplexität bringt zusätzliche Anforderungen an Planung, Umsetzung und Betrieb und erfordert neue Herangehensweisen. Das Großforschungsprojekt ThermaFLEX hat hier an der Nahtstelle zwischen Forschung und Anwendung neue Ansätze entwickelt und in 10 Demonstratoren umgesetzt. Eindrucksvoll konnte gezeigt werden, dass auch in Wärmenetzen die Transformation rasch gelingen kann.

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Not only the effects of climate change, but also the current geopolitical and energy policy developments raise the awareness that the phase out of the fossil dependencies with regard to our energy consumption is essential. The heating sector, with around 65 percent fossil supply, is heavily affected and faces enormous challenges in terms of the necessary turnaround. The "Renewable Heat Act", which is supposed to regulate the phase-out of fossil fuels, is overdue and stuck in the division of competencies between the federal and state governments. Lost time, since the currently valid legal framework still allows gas heating systems to be installed even in new buildings. The current implementation status of the law, the framework as well as the envisaged timetable is presented in the lead article of the courrent issue of "nachhaltige technologien". One of the key challenges of the heat transition is the decarbonization of district heating. Urban district heating in particular is heavily dependent on fossil fuels. Transforming existing centralized systems towards locally available, renewable energy sources goes hand in hand with decentralization and with sector coupling. The resulting increase in system complexity places additional demands on planning, implementation and operation and requires new approaches. The large-scale research project ThermaFLEX has developed new approaches at the interface between research and application and implemented them in 10 demonstrators. It was impressively demonstrated that transformation can also be achieved quickly in heating networks.

Die Digitalisierung durchdringt mittlerweile fast alle Bereiche des gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Lebens. Diese rasant fortschreitende Entwicklung ermöglicht Unternehmen Vorteile, um Produkte zum Beispiel besser an Kundenbedürfnisse anzupassen oder Geschäftsmodelle stetig zu optimieren. Vor allem die Energieversorgung durch volatile, erneuerbare Energien wird ihr Potenzial mit Hilfe von Digitalisierung zukünftig noch stärker nutzen können und zu optimalen flexiblen Energieversorgungslösungen beitragen. In dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ finden Sie einen umfassenden Überblick über unterschiedliche neue Ansätze zur Flexibilisierung industrieller Energiesysteme. Neben der Entwicklung von digitalen Energiezwillingen, die eine Echtzeitabbildung der erneuerbaren Energieversorgung für Industriebetriebe darstellen, finden sich Artikel über die Erstellung eines digitalen Abwärmeatlas, der georeferenziert die Potenziale der Abwärmenutzung für die Fernwärme darstellt, bis hin zu Cloudmanufacturing, mit dem die digitale Vernetzung von Lieferketten und die Steuerung und Vernetzung von global verteilten Fertigungsanlagen abgewickelt werden.

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Digitalization pervades nearly all areas of social and economic life. The digital development offers companies advantages, for example, to better adapt products to customer needs or to constantly optimize business models. In particular, the supply of energy from volatile, renewable sources will be able to exploit its potential even more in the future with the help of digitalization and thus contribute to opimised flexible energy supply solutions. This issue of "nachhaltige technologien" gives a comprehensive overview of different new approaches with regard to flexibilization of industrial energy systems. Articles about the development of digital energy twins, that enable real-time mapping of renewable energy supply systems for industrial processe, the creation of a digital waste heat atlas, that provides the geo-referenced potential of waste heat utilization for district heating and the development of a platform to use cloud manufacturing for digital supply chain networks as well as shared use of globally distributed manufacturing facilities are a few highlights.

Aktuelle Entwicklungen, Gebäude digital zu erfassen und damit Energiebedarf und Komfortbedingungen in der Simulation abzubilden, bevor noch ein Gramm Material verbaut ist, hat in den letzten Jahren enorm an Fahrt aufgenommen. Innovative Rechenmodelle und Softwarelösungen ermöglichen es uns mittlerweile, virtuelle Gebäudezwillinge in der Gebäudeplanung und dem Betrieb umfassend zu integrieren. Das volle Potenzial der Gebäudesimulation muss aber wohl erst noch ausgeschöpft werden. Die Gebäudesimulation wird sich auf jeden Fall stark weiterentwickeln, aber was können wir uns in den nächsten Jahren erwarten? Aktuelle Entwicklungen zeigen die Entwicklung hin zu komplexen Mikroklima- und Quartierssimulationsmodellen über Cloudrechner, automatisierte BIM-Simulationsworkflows, kostengünstige multifunktionale Sensoren, die mit Simulationsmodellen gekoppelt werden, datengetriebene Smart-City-Konzepte und simulationsbasierte Steuerung und Regelung zur kontinuierlichen Optimierung des Gebäudebetriebs. Einige dieser spannenden Entwicklungen dürfen wir ihnen in dieser Ausgabe vorstellen. Auch ein Trend lässt sich bei vielen dieser neuen Ansätze klar erkennen: zukünftige Simulationsmodelle werden auf jeden Fall mit intelligenter Technologie und IOT-Sensorik koexistieren und viel stärker zusammenwachsen. In dieser Ausgabe finden Sie einen anwendungsorientierten Blick auf innovative neue Simulationsmethoden - von der „Echtzeitkopplung von Simulation und Betrieb mittels digitaler Gebäudezwillinge“ bis hin zu „Mikroklimasimulationen“.

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Current developments with regard to simulation of buildings and their energy requirements and comfort conditions before construction have gained enormous momentum in recent years. Innovative computational models and software solutions enable us to integrate virtual building twins in the building‘s design and operation phase. However, the full potential of building simulation has yet to be fully explored. Building simulation will definitely evolve, but what will be the developments in the coming years? There is research concerning the simulation of the microclimate of cities as well as models using cloud computing, automated BIM simulation workflows, low-cost multifunctional sensors coupled with simulation models, data-driven smart city concepts and developments concerning simulation-based control and regulation for continuous optimization of building operations. In the current issue of „nachhaltige technologien“ we have the pleasure to present some of these exciting developments. One trend can be clearly seen in many of these approaches: future simulation models will definitely coexist with smart technology and IoT sensor technology and the technologies will even converge in future. In this issue, you will have a look at different innovative simulation methods from the application-oriented point of view - from real-time coupling of simulation and operation using digital building twins to microclimate simulations.

Kommunale Kläranlagen gehören zu den größten Stromverbrauchern in einer Gemeinde. Dabei werden durch die Reinigung von Abwasser organische Bestandteile aerob abgebaut und so energetisch ungenutzt verarbeitet. Diese organischen Bestandteile des Abwassers könnten jedoch zum Beispiel in Form von Biogas oder Ammoniak rückgewonnen werden und einer energetischen Verwertung zugeführt werden. Umgesetzte Beispiele haben bereits gezeigt, dass Kläranlagen der Zukunft technologisch so umgebaut und erweitert werden können, dass sie mehr Energie (Wärme, Gas und Strom) produzieren als sie verbrauchen und durch eine intelligente Verschaltung mit Fernwärmenetz, Gasnetz und Stromnetz zur nachhaltigen energetischen Versorgung einer Kommune beitragen können. In den letzten Jahren wurden mehrere nationale und internationale Forschungs- und Demonstrationsprojekte initiiert. In diesem Zusammenhang sind es vor allem Umsetzungen, die mittels Wärmepumpen die thermische Energie aus dem Abfluss von Kläranlagen für die Einbindung in die Fernwärme nutzbar machen. In der vorliegenden Ausgabe unserer Zeitschrift „nachhaltige technologien“ finden Sie eine umfassende Übersicht über unterschiedliche Initiativen, die alle das Ziel haben, zukünftig Abwasserreinigungsanlagen auf den Weg von einem Energieverbraucher und Treibhausgasverursacher zu einem Produzenten von erneuerbarer Energie zu bringen.

Wärmespeicher werden in einem nachhaltig transformierten Energiesystem eine zentrale Rolle einnehmen. Einerseits macht der Wärmebedarf in Österreich aktuell rund 50 % des Energiebedarfs aus und andererseits kann Wärme aus heutiger Sicht wesentlich kostengünstiger gespeichert werden als elektrischer Strom. Aktivitäten im Themenbereich Großwärmespeicher haben zuletzt sowohl national als auch international deutlich an Fahrt aufgenommen. In Österreich widmete sich in den letzten drei Jahren das Großforschungsprojekt gigaTES mit 18 internationalen Partnern aus Industrie und Forschung der gezielten Weiterentwicklung von Großwärmespeichern, zudem werden durch Technologieentwicklungen auf Material-, Komponenten- sowie Konstruktionsebene spannende Umsetzungen erwartet. Auf internationaler Ebene startete letztes Jahr unter österreichischer Leitung eine Experten-Arbeitsgruppe unter dem Schirm der Internationalen Energieagentur. Darüber hinaus gibt es international einige neue Demonstrationsvorhaben, allen voran der Wärmespeicher der dänischen Fjernvarme Fyn mit einem Volumen von 1,05 Millionen m³. In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten wir über Aktivitäten in diesem Zusammenhang.

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Heat storage systems will play a central role in a sustainably transformed energy system. On the one hand, the demand for heat in Austria currently accounts for about 50 % of the energy demand and, on the other hand, heat can be stored much more cost-effectively than electricity from today's point of view. Activities in the field of large-scale heat storage have increased nationally and internationally in the last few years. In Austria, the research project gigaTES with 18 international partners from industry and research focused on further development of large-scale heat storage systems. Furthermore, as a result of technological developments at the material, component and design level new exciting implementations are expected. At the international level, an expert working group was also launched last year under Austrian leadership supported by the International Energy Agency. In addition, there are a number of new large-scale construction projects national and internationally, like the heat storage facility of the Danish Fjernvarme Fyn with a volume of 1.05 million m³. Read more about large-scale heat storages in the current issue of the magazine "sustainable technologies".

Viele Jahre wurde bereits über die Wichtigkeit der raschen Einführung von Energieraumplanung in der nachhaltigen Entwicklung von städtischen und kommunalen Strukturen gesprochen. Zumeist jedoch mit einem entscheidenden Schönheitsfehler, nämlich wenigen Fortschritten in der Überführung in die Praxis. Nun nimmt dieses Thema aber tatsächlich auch in der Umsetzung Fahrt auf und zwar nicht nur in der Schweiz, wo es schon seit einigen Jahren Erfahrung im Umgang mit sogenannten Energie-Masterplänen gibt, sondern auch in Österreich. Im Bundesland Salzburg ist das Thema Energie mittlerweile in für Gemeinden verpflichtenden „Räumlichen Entwicklungskonzepten (REK’s)“ ein fixer Bestandteil, in der Steiermark wurde das Sachbereichskonzept Energie als Beitrag zum Örtlichen Entwicklungskonzept (ÖEK) eingeführt und in Wien wurde 2020 bereits in acht Bezirken die verpflichtende Umsetzung von Energieraumplänen verordnet. Mehr über die Erfolgsfaktoren der Verfügbarkeit spezieller digitaler Planungsgrundlagen mit Raumbezug sowie die Etablierung geeigneter Rahmenbedingungen und Prozessabläufe in der öffentlichen Verwaltung finden Sie in der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“.

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For many years now the importance of introducing energy space planning in communities has been emphasized with regard to the sustainable development of urban and municipal structures. However, little progress has been made concerning the transfer of the findings into practice. Actually, the topic is gaining momentum, not only in Switzerland, where there has been experience in dealing with so-called energy master plans for several years, but also in Austria. In the province of Salzburg, the topic of energyspace planning is fixed in so-called "spatial development concepts (Rämliche Energiekonzepte - REK's)", which are mandatory for municipalities. In Styria, the topic was introduced as a contribution to the local development concept (ÖEK); and in Vienna, the mandatory implementation of energy master plans was already decreed in eight districts in 2020. The new magazine „nachhaltige technologien“ presents success factors for this development in respect of the availability of special digital planning tools as well as the establishment of suitable framework conditions and process flows in public administration.

Digitalisierung beeinflusst unsere Gesellschaft auf vielfältige Art und Weise. Neben bekannten Entwicklungen in der Kommunikationsbranche, im Finanzsektor, in der Industrie, im Handel oder in der öffentlichen Verwaltung hält das Thema der Digitalisierung auch im Energiesektor mehr und mehr Einzug. Neue Methoden und Schlagwörter wie „Internet of Energy“, „Digitale Energiezwillinge“, „Datenbasierte Regelung“, „Künstliche Intelligenz und Energie“, etc. gewinnen zunehmend an Bedeutung. Die Gründe dafür sind mannigfaltig, orientieren sich aber zumeist an den enormen Potenzialen zur Einsparung von Energie und Ressourcen, Steigerung der Effizienz in der Regelung von Prozessabläufen sowie der Erhöhung des Anteils an Erneuerbaren Energien. Als besonders vielversprechend und zugleich auch herausfordernd erweisen sich dabei die sich bietenden Möglichkeiten der automatisierten Einbindung von Kundinnen und Kunden bzw. deren Verhaltensgewohnheiten. In der gegenständlichen Ausgabe der „Nachhaltigen Technologie“ werden beispielhafte und aktuelle Forschungsaktivitäten mit Schwerpunkt auf Digitalisierung im Energiesektor und deren erwarteter Wirkungspotenziale vorgestellt. Da zunehmende Digitalisierung bekanntlich nicht ausschließlich Vorteile mit sich bringt, widmet sich der Leitartikel dem Spannungsfeld „Digitalisierung und Beschäftigung“.

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Digitization influences our society in many ways. In addition to well-known developments in the communications industry, in the financial sector, in industry, in trade or in public administration, the topic of digitization increasingly finds its way into the energy sector. New methods and buzzwords such as "Internet of Energy", "digital energy twins", "data-based regulation", "artificial intelligence and energy", etc. are becoming more and more important. The reasons for this are manifold, but are mostly based on the enormous potential for saving energy and resources, increasing efficiency due to the control of process flows, and increasing the share of renewable energies. The opportunities for automated integration of customers including their habits are proving to be particularly promising and challenging at the same time. The current issue of the magazine "nachhaltige technologien" presents exemplary and current research activities with a focus on digitalization in the energy sector and their expected impact potential. The lead article deals with the contradictively discussed topic „Digitization and Employment“.

Die große Herausforderung der Zukunft wird die Umsetzung einer „klimafitten“ Energieversorgung für Gebäude und Quartiere sein. Dies gilt sowohl für den Winter und zunehmend mehr auch für den Sommer. Diesbezüglich gibt es zwar eine große Anzahl an Forschungsvorhaben – die Umsetzung in der Praxis ist jedoch immer noch schwierig. In dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologie“ werden innovative Demonstrationsgebäude und -quartiere vor den Vorhang geholt, an denen diese Ziele hervorragend und auch leistbar umgesetzt wurden. Monitoringergebnisse bestätigen den innovativen Ansatz und den tatsächlich sehr geringen Energieverbrauch.

Bauteilaktivierung, Energiemanagementsysteme, Eisspeicherlösungen, Digitalisierungskonzepte für Bewohner sind nur einige Schlagwörter, welche in zukünftigen Energie- und Haustechnikkonzepten nicht mehr wegzudenken sind. Diese Beispiele sollen ermutigen, zukünftig nicht nur bewährte Standardlösungen, sondern durchaus Neuerungen und Innovationen erfolgreich umzusetzen.

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In future one of the big challenges will be to implement climate-friendly energy supply systems in buildings and neighborhoods. The focus for Central Europe still is heating in wintertime, but the energy input for cooling devices during summer is increasing. Although there is a large number of research projects in the energy field, there are still barriers to implement innovative solutions in practice.

In the current issue of the magazine "nachhaltige technologien", innovative demonstration buildings and quarters are presented. Diverse solutions prove that energy efficiency, energy savings and well-being of the inhabitants can be implemented in an affordable manner. Monitoring results confirm the innovative approach and the actually very low energy consumption.

Building component activation, energy management systems, ice storage solutions, digitalization concepts for residents are just a few keywords that will be indispensable in future energy and building technology concepts. The examples provided in the magazine are intended to encourage the successful implementation of proven standard solutions as well as new developments and innovations.

Zahlreiche Wissenschaftler aus unterschiedlichen Fachbereichen forderten von der Politik zuletzt in Folge von Covid-19 eine Forcierung von integrierten Maßnahmen, die sowohl die Konjunktur befeuern als auch dem Klimaschutz nachhaltig dienen. Dr. Fatih Birol, Executive Director der Internationalen Energieagentur (IEA), sieht diesen Weg als unumgänglich und gibt im Leitartikel der vorliegenden Ausgabe Handlungsempfehlungen für die Politik.

Dem Thema Versorgungssicherheit und Resilienz in der Energieversorgung kommt in diesem Zusammenhang große Bedeutung zu. Hybride erneuerbare Versorgungssysteme können hier einen wichtigen Beitrag leisten. Hybride Solartechnologien (PVT) haben sich in den letzten Jahren im Schatten der Einzeltechnologien Photovoltaik und Solarthermie zu einem etablierten Anwendungssegment mit einer weltweit installierten Fläche von 1,17 Mio. m² entwickelt. PVT-Systeme überzeugen durch eine wesentlich höhere Flächeneffizienz als die vergleichbaren Einzeltechnologien. Das macht sie aufgrund der zukünftig verstärkt geforderten Versorgung mit vor Ort generierter erneuerbarer Energie besonders für den Gebäudesektor interessant.

Mehr zu hybriden Solartechnologien erfahren Sie in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“.

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Because of Covid-19, numerous scientists of various disciplines called on politicians to push on integrated measures that would both boost the economy and help protect the climate in the long term. Dr. Fatih Birol, Executive Director of the International Energy Agency (IEA), sees this path as essential and gives recommendations for policymakers.

In the context of security and resilience of the energy supply hybrid renewable energy systems play an important role. In recent years, hybrid solar technologies (PVT) have developed in the shadow of the single technologies, namely photovoltaics and solar thermal energy. Now the technology is established with a collector area of 1.17 million m² installed worldwide by the end of 2019. PVT systems have a much higher efficiency per unit area than comparable single technologies. This makes them particularly interesting for the building sector due to the increasing demand of locally generated renewable energy.

Read more about hybrid solar technologies in the current issue of the magazine "sustainable technologies".

Das Ziel einer biobasierten Industrie ist die Entwicklung einer ressourceneffizienteren Produktion, um zur Steigerung des Wirtschaftswachstums und der Beschäftigung, insbesondere in ländlichen Gebieten, beizutragen. Dazu müssen nachhaltige und wettbewerbsfähige Bioraffinerien in Europa entwickelt werden, die sich auf fortschrittliche Prozesstechnologien und Energieversorgungskonzepte stützen, um Biomasse in nutzbare Produkte und Energievektoren, wie z. B. Wasserstoff und Methan umzuwandeln. Die Herausforderungen liegen vor allem in der Demonstration innovativer Technologien, die neue chemische Bausteine, neue Materialien und neue Produkte aus Biomasse ermöglichen und den Bedarf an fossilen Rohstoffen ersetzen. Neue Geschäftsmodelle, die die Akteure entlang der Wertschöpfungskette von der Lieferung von Biomasse an Bioraffinerieanlagen bis hin zu den Verbrauchern von biobasierten Materialien, Chemikalien und Kraftstoffen integrieren, müssen dafür entwickelt werden. Die Einrichtung von Vorzeige-Bioraffinerieanlagen, die Technologien und Geschäftsmodelle für biobasierte Materialien, Chemikalien und Kraftstoffe einsetzen und Kosten- und Leistungsverbesserungen demonstrieren, die mit den Alternativen auf fossiler Basis konkurrenzfähig sind, ist dabei essenziell.

Die aktuelle Ausgabe der Zeitschrift „nachhaltigen technologien“ bietet Einblick in verschiedene europäische und österreichische Initiativen, Umsetzungen sowie Forschungsprojekte und die zukünftige Relevanz einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

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Biobased industries aim to reach ressource efficient production and to foster economic growth and employment especially in agricultural regions. For this purpose cost competitve biorefineries have to be developed using progressive process technologies and energy supply systems for converting biomass to utilisable products as well as to source materials for energy production like methane or hydrogen. The challenge is to demonstrate innovative technologies and develop business models integrating stakeholders along the whole length of the value chain, e.g. integrate supplyers of biomass used in biorefineries as well as well as consumers using bio-based materials, chemicals and fuels. The implementation of demo biorefineries, proving technologies and business models with regard to bio-based materials and demonstrating cost reduction and performance enhancement, is essential in this connection.

The current issue of the magazine “nachhaltige technologien“ provides some insights in European as well as national Austrian initiatives and research projects showing the relevance of sustainable circular economy.

Zukünftig wird der Bedarf an Energiespeichern erheblich zunehmen, was auf das nicht-kontinuierliche Angebot der verstärkt zum Einsatz kommenden erneuerbaren Energieträger und der damit einhergehenden Vergrößerung und Dezentralisierung des Versorgungsportfolios zurückgeführt werden kann. Wärmespeicher werden in einem nachhaltig transformierten Energiesystem eine zentrale Rolle einnehmen, da einerseits der Wärmebedarf in Österreich rund 50 % des gesamten österreichischen Endenergiebedarfs ausmacht und andererseits Wärme wesentlich kostengünstiger gespeichert werden kann als Strom.

Um das Ziel einer 100 %-igen Energieversorgung durch erneuerbare Energieträger zu erreichen, genügen jedoch heute verfügbare Technologien zur Speicherung von Wärme und Ansätze zur Systemimplementierung nicht. Gezielte Forschung, Entwicklung und Demonstration von Wärmespeichertechniken sind essentiell notwendig. Insbesondere kompakte Wärmespeicher mit höheren Energiedichten für die Anwendung in Gebäuden, Industrie, Mobilität und zur Netzentlastung als auch Großwasserwärmespeicher stehen hier im Zentrum des Interesses.

In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ möchten wir Ihnen den Status quo nationaler und internationaler Forschungsaktivitäten zu unterschiedlichen Wärmespeichertechnologien vorstellen und deren Einsetzbarkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen zeigen.

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Most probably the untilization of storage technologies will increase significantly in future because energy suppliers are challenged to reinforce the application of renewable energy sources. As renewables are not available continously but fluctuate, it is essential to use storages for transforming the energy system with regard to sustainability. Another important fact is that heat has a share of about half of a country’s total energy consumption and is stored cheaper than electricity. In Austria 50% of the final energy consumption is heat.

Currently available storage technologies for heat and available implementing strategies for systems are not sufficient to reach the aim of 100% energy supply by the use of renewables. Therefore targeted research, development and demonstration of heat storage technologies is necessary. On the one hand compact thermal energy storages reaching higher energy density than water storages to apply with buildings, industry, mobility and relieving the grids, and on the other hand giga-scale water storages are in the centre of attention.

The current issue of „nachhaltige technologien“ shows the status quo with regard to national and international research dealing with various heat storage technologies and their applicability in different sectors.

Gebäude verursachen nicht nur beim eigentlichen Bau, sondern über den gesamten Lebenszyklus hinweg Kosten. Der Lebenszyklus eines Gebäudes beginnt mit der Bauproduktphase (Herstellung der Baustoffe), der Bauwerksphase (Errichtung und Nutzung) und der Entsorgungsphase. Derzeit wird in der Planung meist nur die Herstellungsphase betrachtet, die Nutzungsphase unzureichend und die Entsorgungsphase selten berücksichtigt.

Laut EU-Kommission entfallen in der Europäischen Union jedoch auf den Bau und die Nutzung von Gebäuden rund 50 % aller geförderten Werkstoffe und des Energieverbrauchs sowie etwa ein Drittel des Wasserverbrauchs. Darüber hinaus ist der Gebäudesektor für rund ein Drittel aller Abfälle verantwortlich (Bau, Nutzung, Renovierung und Entsorgung von Bauschutt).

Es ist daher umso wichtiger bzw. notwendig, sich mit dieser Problematik zukünftig weit mehr zu beschäftigen, als dies bis dato geschieht. Die Forderungen des nachhaltigen Bauens können nur erfüllt werden, wenn ökonomische, ökologische und gesundheitliche Aspekte im Zusammenhang mit dem Lebenszyklus integral in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit betrachtet werden.

Diese Ausgabe von „nachhaltige technologien“ beschäftigt sich hauptsächlich mit diesem Themenbereich der integralen Planung und zeigt innovative und interessante Lösungsansätze auf.

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There are costs for constructing buildings, but there are also costs with regard to the whole life cycle of a building. Defining the life cycle of a building different periods can be determined: the production of building materials (building products), the construction and utilisation period as well as the disposal period. Currently, if buildings are planned, the construction period is well considered, whereas the utilisation period is considered unsufficiently and the disposal period often is neclected.

According to the European Commission 50% of the produced materials and energy consumption and a third of the water usage account for construction and usage of buildings. Moreover the building sector is responsible for about 30% of waste (construction, usage, renovation and dumping of constructing materials.

Therefore it is very important to consider all these aspects to a much higher extent in future. Requirements for sustainable buildings can be realised as soon as economic, ecologic and health aspects are considered within their interdependency. The current issue of „nachhaltige technologien“ deals with integral planning with regard to building life cycles and addresses innovative and interesting approaches.

Eine zukunftsfähige Energieversorgung basiert auf erneuerbaren Energieträgern. Das setzt aber auch voraus, dass genügend Flächen verfügbar sind, um den Bedarf an erneuerbar bereitgestellter Wärme und Strom zu generieren. Um den vorherrschenden Wettbewerb bei der Nutzung von freien Landflächen für unterschiedlichste Verwendungen zu entschärfen, gilt es insbesondere auch die Gebäudeoberflächen für die Energieumwandlung zu nutzen. Gleichzeitig können Bauteile in der Gebäudehülle synergetisch genutzt werden, das heißt neben den klassischen Aufgaben des Witterungsschutzes, des Wärme- und Schallschutzes sowie der Ästhetik kommen noch Aufgaben wie Energieumwandlung, Energiespeicherung, Energieverteilung sowie Versorgung mit Frischluft hinzu. Durch diese Funktionserweiterung sowie aufgrund der reduzierten Verteilverluste und des hohen Vorfertigungspotenzials können über den Lebenszyklus des Gebäudes erhebliche Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Fassadenkonstruktionen sowohl im Neubau als auch in der Bestandssanierung von großvolumigen Gebäuden erreicht werden. Insbesondere in der Sanierung bieten vorgefertigte Fassaden aufgrund der kurzen Montagezeiten und der dadurch geringen Belastungen für BewohnerInnen und NutzerInnen erhebliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen Fassadensanierungen und haben somit ein enormes Potenzial zur Steigerung der Sanierungsraten.

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Sustainable energy supply systems are based on renewable energy sources. Of course the availability of the space required for producing renewable heat and electricity is essential. Currently diverse ways of utilizing the available land area are competing, and using building surfaces could alleviate such competition. Moreover using building components and building surfaces respectively for energy production, energy storage as well as for energy distribution and supply with fresh air could generate synergies in respect to classical functions of building surfaces like aesthetics, weather and heat protection or noise insulation. Because of such multiple integrated functions, reduction of distribution losses as well as high prefabrication potential considerable economic benefits are expected with regard to the life cycle of new built as well as refurbished multi-storey buildings. In respect to refurbishing the existing building stock prefabricated facades are especially advantageous considering short installation time and little strain on the residents compared to conventional refurbishment procedures. Therefore prefabricated facades have a huge potential to increase the overall rate of refurbishment.

2016 benötigte die österreichische Industrie ca. 30% des gesamten Endenergiebedarfs. Dabei entfallen drei Viertel des industriellen Energiebedarfs auf Prozesswärme und etwa die Hälfte davon auf das niedrige und mittlere Temperaturniveau. Nur 18% davon werden durch erneuerbare Energieträger bereitgestellt. Kombiniert man diese Fakten, den hohen Anteil des Wärmebedarfs im Nieder- und Mitteltemperaturbereich und den hohen Energiebedarf der österreichischen Industrie mit einem vergleichsweise geringen Anteil an erneuerbaren Energien, wird deutlich, dass die Umsetzung von Projekten in der Industrie ein Schlüssel zur Erreichung der Emissionsziele sein werden.

Die Versorgung von industriellen Prozessen durch solarthermische Großanlagen bieten eine technisch sinnvolle und wirtschaftlich vertretbare Lösung in der Erreichung der Klimaziele. Das konnte in den letzten Jahren durch die Umsetzung von „Best Practice Examples“ in verschiedenen Industriesektoren und in unterschiedlichen Teilen der Welt bewiesen werden. Nichtdestotrotz braucht es weitere Anstrengungen, um Solarthermie als einen wichtigen Bestandteil in der Energieversorgung von Produktionsstätten zu etablieren. Diese Ausgabe unserer Zeitung „nachhaltigen technologie“ bietet Ihnen Einblick in verschiedene Initiativen und Umsetzungen sowie Forschungsprojekte mit dem Ziel, die Technologie weiter zu entwickeln und das Potenzial für neue Anwendungen zu erhöhen.

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In 2016, approx. 30% of the total final energy demand was needed by the Austrian industry sector. Process heat accounts for three quarters of the industrial energy demand and about half of the heat is used on low and medium temperature level. Only 18% of the energy demand from the industry sector is provided by renewable energy sources. Combining the facts of a high share of heat demand in low and medium temperature range and high energy demand of Austrian industry with a comparatively low share of renewable energies, it becomes clear that the implementation of projects in industry will be a key to achieving the emission targets set by the Austrian government.

Energy for industrial processes could be provided by large-scale solar thermal systems. This is technically feasible and economically reasonable and contributes to achieving the climate targets. This has been proven in recent years by the implementation of "best practice examples" in various industrial sectors and in different parts of the world. Nevertheless, further efforts are needed to establish solar thermal energy as an important option for the energy supply of production facilities. The current issue of our newspaper "nachhaltige technologien" offers an insight into various initiatives and implementations as well as research projects aiming at the further development of solar thermal technology for the industry sector. Through the activities in R&D as well as pilot projects and demo systems presented in the magazine the potential for new applications with regard to solar thermal energy for industry will be addressed.

Neben der Entwicklung von neuen Energietechnologien und Systemen ist deren Erprobung unter realen Bedingungen von großer Relevanz. Dabei liefern nicht nur Demonstratoren auf Basis von Einzelanlagen wichtige Erkenntnisse, sondern auch Aktivitäten und Umsetzungen, die sich einerseits über größere Gebiete erstrecken und die andererseits auch die Nutzerinnen und Nutzer inkludieren, sind unerlässlich. Diese Erkenntnis ist mittlerweile weithin bekannt und hat in den letzten Jahren zum Start verschiedener gezielter Initiativen geführt.

In Deutschland wurde bereits im Jahr 2016 das Programm „Schaufenster intelligente Energie“ gestartet, in welchem in fünf Modellregionen komplementäre Ansätze verfolgt werden, um das Energiesystem der Zukunft aufzubauen.

Praktisch zeitgleich mit dem Programmstart in Deutschland wurde in Österreich mit der Vorbereitung der FTI-Initiative „Vorzeigeregion Energie“ begonnen. Nach mehreren Evaluierungsschleifen konnten im Herbst 2018 schlussendlich drei Vorzeigeregionen vom Stapel laufen. Drei Vorzeigeregionen, die sich mit vielversprechenden, komplementären Themen befassen und somit unterschiedliche Eckpfeiler eines zukünftigen Energiesystems adressieren. Innerhalb dieser Initiative kooperieren über 200 Partner bei einem geplanten Investitionsvolumen von über 400 Mio. Euro.

Wir freuen uns, Ihnen mit dieser Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ sowohl einen Überblick über die Programmerfahrungen aus Deutschland als auch einen Überblick über die Vorhaben der österreichischen Vorzeigeregionen geben zu können.

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Testing of new (energy) technologies and (energy) systems with realistic boundary conditions is very relevant for research and development. With demonstration systems it is on the one hand possible to gain insights based on the energy systems themselves but moreover broad demonstration sites that also include users are vital for implementing innovative energy systems. Therefore several initatives have been launched in different countries recently.

In Germany a programme called „Schaufenster intelligente Energie“ was started in 2016. Five model regions with different complementary approaches focusing on regional particularities try to contribute to an overall sustainable energy system that is to be built in the near future.

Almost at the same time Austria started its preparations for the research, technology and innovation initiative „Vorzeigeregion Energie“. After having passed several assets three „Vorzeigeregionen“ started in autumn 2018. The regions deal with different topics: „Green Energy Lab“ trys to boost promising energy technologies, demonstrate them and bring them to the market, „New Energies for Industry“ focuses on energy transition for industry and the third „Vorzeigeregion“ puts its emphasis on power based on hydrogen and synthetic gas. More than 200 partner institutions and companies cooperate within this Austrian research and demonstration initiative. The allocated budget is planned to be more than 400 million euros.

The current issue of „nachhaltige technologien“ gives an overview in regard to the German programme „Schaufenster intelligente Energie“ and allows a deeper insight into the Austrian initiative „Vorzeigeregionen Energie“.

In Zukunft wird der hohe Anteil bei der Einspeisung von erneuerbaren Energieträgern in Strom- und Wärmenetze einen Übergang von einer am Bedarf ausgerichteten Energieproduktion zu einem der Produktion angepassten Verbrauch bedingen. Das ist sinnvoll und notwendig, um die zwar kurzfristig vorhersagbare, aber zeitlich unbeeinflussbar erzeugte Energiemenge z. B. aus Wind- oder Solarstrom-, aber auch aus Solarthermieanlagen gezielter direkt nutzen zu können. Das entlastet die Netze und die entsprechenden Speichernotwendigkeiten enorm. Das heißt eine Anpassung des Energieverbrauchs von Gebäuden und Gebäudeverbänden an die künftige Energieerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern ist wesentlich und unabdingbar für die Zukunft.

Die Wärmespeicherkapazitäten in den Bauteilen (z. B. Speicherung durch Bauteilaktivierung), die Anzahl und Größe von Warmwasserspeichern und Batterien, die Anzahl und Ausstattung mit elektrischen Geräten und Verbrauchern wie z. B. Wärmepumpen, die jeweils in Verwendung befindlichen Regelungssysteme und Ähnliches bestimmen das Potenzial der „Energie-Flexibilität“ in Gebäuden und Gebäudeverbänden. Einen besonderen Schwerpunkt bezüglich Wärmespeicherung und Lastspitzenverschiebung nimmt aus meiner Sicht hier zukünftig die Forcierung der Bauteilaktivierung in Gebäuden ein. Die gesamte durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert und kann neben der Speicherfunktion auch zusätzlich für Heizen und Kühlen verwendet werden.

In der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ wird versucht, zukunftsfähige Möglichkeiten für Energieflexibilität in Gebäuden und Gebäudeverbänden zu charakterisieren, die Potenziale zu erfassen und Regelungs- bzw. Lösungsstrategien aufzuzeigen.

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The increasing share of renewable energy sources feeding in electricity and heating networks will require a change from demand based energy production to production based energy consumption. This is due to the short-term predictable energy based on wind and solar (PV as well as solar thermal) that is not open to influence, but that could be used more efficiently. That will release pressure from the net and necessary storage facilities. Energy consumption of buildings and building ensembles aligned with future energy production based on renewable energy sources will play a vital role in future.

The possibility to store heat via components of buildings (for example through thermal component activation), the number and size of hot water storages and batteries, the number and equipment of electrical compliances and consumers such as heat pumps, the applied control systems and so on define the building‘s potential of energy flexibility. In future a special focus in regard to heat storage and shift of load peaks of buildings should be on activating of building components. The thermal activated massive ceiling or wall can be additionally used for heating and cooling purposes besides its storage function.

The current issue of „nachhaltige technologien“ tries to characterize sustainable options of energy flexibility for buildings and shows the potential and strategies for implementation.

Wasser ist für den Energie- und Lebensmittelsektor von größter Bedeutung. Der Zugang zu Energie, die Energiesicherheit oder die Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs können durch die Verfügbarkeit von Wasser beeinträchtigt werden. Fossile Brennstoffe benötigen Wasser für Gewinnung, Transport und Verarbeitung. Wärmekraftwerke (Kernkraft, fossile Brennstoffe, biobasierte Brennstoffe und konzentrierende Solarenergie) benötigen Wasser zur Kühlung, und Wasserkraftwerke benötigen robuste Flussströme. Die Rohstoffproduktion für Biokraftstoffe und Biokunststoffe hängt von Wasser für deren Erzeugung ab.

Energie ist ebenso wichtig für die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser, Bewässerung in der Landwirtschaft und Abwasserentsorgung: Pumpen von Grund- und Oberflächenwasser, Behandeln und Transportieren von Wasser zu den Endverbrauchern und Reinigen von Abwasser für das Recycling.

Gegenwärtig sind die Wasser-, Lebensmittel- und Energiesysteme voneinander abhängig, aber sie agieren ohne wirklicher Interaktion. Die Energieerzeugung und -verteilung ist oft ein nationales Thema, während Wasser in den Verantwortungsbereich von Regionen und Gemeinden fällt und die industrielle Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung von Firmen und Konzernen bestimmt wird. Die Untersuchung des Zusammenspiels - des "Nexus" - zwischen Energie, Lebensmittel und Wasser bietet daher eine ganzheitliche und systemische Sicht auf diese komplexen und kritischen Fragen.

Fortschritte in Forschung und Analyse haben zu innovativen Technologien und integrierten Ansätzen für ein effizientes Zusammenspiel geführt. In der aktuellen Ausgabe „nachhaltige technologien“ finden Sie unterschiedliche Beispiele, die diese Lösungsansätze beschreiben.

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Water is essential for the energy and food sector. The access to energy, energy security and the environmental impact are influenced by the disposability of water. Fossil fuels need water for extraction, transport and processing. Thermal power plants (based on nuclear, fossil fuels, biomass, concentrating solar power) use water for cooling purposes and for hydroelectric plants resilient river currents are crucial. Similarly, production of bio fuels and bio plastics require water for the production processes.

Energy is important for accessing clean drinking water, for watering in agriculture and waste water treatment: pumping of ground and surface water, treatment and transport of water to the end-users as well as cleaning of wastewater in order to recycle it.

Currently water, food and energy systems are dependent but do not interact actively. In Austria national regulations for energy production and distribution exist whereas issues concerning water are regulated on community level. Industrial agriculture and food processing is ruled by companies and multicorporate enterprises. The analysis of the nexus between energy, food and water therefore tries to address these complex and critical subjects in a holistic and systemic way.

Lately, progress in research and analysis led to innovative technologies and integrated approach concerning the above addressed subjects. In the current issue of the magazine “nachhaltige technologien” examples for these the discussed questions are given.

Der Marktanteil der Nah- und Fernwärme am gesamten Wärmebedarf Österreichs (inklusive Warmwasserbereitung) lag zuletzt bei rund 25 Prozent und hat sich seit 1990 etwa verdreifacht. Trotz dieser insgesamt sehr beeindruckenden Zahlen erfolgte die Entwicklung in den letzten Jahren sowohl nach verkaufter Wärme als auch nach Neuinstallation von Leitungen (von 4.900 km im Jahr 2013 auf etwa 5.400 km in 2016) etwas verhaltener. Die Ursache liegt überwiegend darin begründet, dass mittlerweile große Teile der dicht verbauten Quartiere und Städte mit Nah- und Fernwärme erschlossen sind. Gleichzeitig bedeuten stetige Reduktionen der Heizwärmebedarfe von Neubauten und Sanierungen eine Verringerung der Energiedichte pro erforderlichen Trassenmeter. Spezifisch höhere Wärmeverluste aufgrund kleiner werdender verkaufter Wärmemengen führen zwangsläufig zu geänderten Rahmenbedingungen mit Auswirkungen auf Wirtschaftlichkeit, Tarifmodelle und Ausbaustrategien. Klassische Nah- und Fernwärme mit den vorherrschenden hohen Versorgungstemperaturniveaus stößt hier vielfach an ihre Grenzen.

Neue Netzarchitekturen mit angepassten Temperaturniveaus sowie verteilten Erzeugungs- und Speicherstrukturen mit intelligenten Regelungsalgorithmen bieten hier gänzlich neue Möglichkeiten. Sowohl um zukünftig die netzgebundene Wärmeversorgung weiter auszubauen als auch um die Integration von Erneuerbaren weiter voranzutreiben. Mittlerweile liegen erste Erfahrungsberichte von Wärmenetzen auf Basis sogenannter „Anergienetze“ oder „Kalter Fernwärme“ vor und demonstrieren hier großes Potenzial. Aber auch Niedertemperaturnetze und die Versorgung gesamter Netzstränge aus dem Rücklauf werden zunehmend interessant. Deutlich wird dabei aber auch, dass einerseits die Systeme aufgrund der angepassten Netzarchitekturen, der Dezentralisierung, der zunehmenden Kopplung von Energiesektoren und neuer Regelungsmöglichkeiten komplexer werden. Andererseits müssen die Netze konsequent energetisch effizient betrieben werden um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu sein. Beide Aspekte erfordern angepasste Methoden für Modellbildung und Simulation.

Über nationale und internationale Entwicklungen zu diesem Thema möchten wir in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten.

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Considering the overall heating demand in Austria the share of district heating accounts for 25 % and about triplecated since 1990. Nevertheless the development over the last years was less fast than before in respect to sold heat as well as newly installed lines (increasing from 4 900 km in the year 2013 to about 5 400 km in 2016). The reason for this mainly lies in the fact that in the meantime many of the dense city centers and quartiers already are supplied with district heating networks. Moreover the heating demand decreases due to better insulated building standards for newly built houses as well as renovated buildings. Therefore the energy demand per meter of constructed line decreases. This leads to an increase in specific heating losses and thus changes the framework conditions of heating networks in respect to economic feasibility, tariffs and expansion strategies. Classical district heating systems with high temperature levels therefore face limitations.

New district heating network strategies with adapted temperature levels as well as spread production and storage structures with smart control algorithms show completely new possibilities for increasing construction of district heating networks as well as integrating renewables. Recently some projects based on „anergy networks“ and „cold district heating networks“ respectively have been developed. First experiences are available showing the big potential of such networks. Heating networks with low temperature levels and networks using the return flow increasingly get interesting for suppliers. On the one hand the complexity of these systems increases due to new network designs, decentralisation, coupling of energy sectors and new control systems. On the other hand new systems have to be operated in an economically feasible way to be competitive. Both aspects require new simulation and modelling tools that are presented in the new issue of „nachhaltige technologien“.

Es ist hinlänglich bekannt, dass neben technologischen Herausforderungen vor allem eine geeignete Finanzierung im Bereich Energieeffizienz und erneuerbarer Energie die größte Barriere für einen flächendeckenden Durchbruch in diesem Sektor darstellt. Neben den Möglichkeiten, Förderungen aus öffentlicher Hand zu beantragen, geht es dabei vermehrt darum, das Interesse von Privatkapitalgebern insbesondere durch Maßnahmen der Marktstrukturierung und Risikoreduktion zu wecken. Investoren sind zunehmend bereit in nachhaltige Energieprojekte zu investieren, jedoch sollten diese interessant aufbereitet werden, um sich von bestehenden Investitionen abzuheben. Des Weiteren müssen den Investoren eine Minimierung des Risikos bei gleichzeitiger Sicherstellung einer adäquaten Rendite geboten werden.

Unterschiedliche internationale Studien sprechen von einem massiven Finanzierungsbedarf für Projekte im Bereich Energieeffizienz und erneuerbarer Energie. Angesichts der finanztechnischen Rahmenbedingungen der Branche, wie langer Rückzahlungsperioden, illiquide Vermögenswerte und hohe regulatorische Abhängigkeiten, wird es entscheidend sein, das Zusammenspiel zwischen Staat und privaten Investoren bestmöglich zu gestalten und geeignete Finanzierungsmodelle auf den Markt zu bringen.

In der aktuellen Ausgabe der „nachhaltigen technologien“ finden Sie unterschiedliche Beispiele von möglichen Finanzierungsmodellen im Gebäude wie auch im industriellen Bereich, deren Vor- und Nachteile, deren Herausforderungen bei der Etablierung auf dem Finanzsektor sowie die Beschreibung von „best practice examples“ erfolgreich finanzierter Projekte.

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It is well known that besides technological challenges suitable financing instruments are crucial for financing energy efficiency measures and renewable energy technologies in the industrial sector. Along with subsidies provided by governmental institutions the interest of the private finance sector should be attracted more and more by structuring the market and taking measures for minimizing risks. Investors are increasingly willing to invest their money in sustainable energy projects but the projects have to be processed in an interesting way to attract attention compared to other possible investments. In this connection the risk has to be minimized for investors and an adequate return rate is expected.

Various international studies address the grand need of financing of projects in the field of energy efficiency and renewable energy. In the light of existing financial boundary conditions of the industry sector like long payback periods, illiquid assets and regulatory dependencies, organizing the relationship between governmental bodies and private investors will be crucial for bringing appropriate financing models to the market.

The current issue of “nachhaltige technologien” highlights different examples of possible financing models for buildings as well as for the industrial sector, shows advantages, disadvantages and challenges in establishing the models in the finance sector and describes “best practice examples” of successfully financed projects.

Ein Portfolio aus erneuerbaren Energieträgern bestimmt unser zukünftiges Energiesystem. Solarthermie ist wichtiger Bestandteil dieses Portfolios. Das zeigen einerseits viele konkrete Umsetzungsvorhaben großtechnischer Solarthermieprojekte (z. B. BigSolarGraz) und andererseits auch zahlreiche Studienergebnisse namhafter Institute.

Neben den großtechnischen Solarthermieprojekten für den urbanen Raum sind es weltweit aber viele andere Anwendungsmöglichkeiten, in denen Solarthermiesysteme sowohl in Bezug auf Primärenergieeinsatz und Ökonomie als auch in gesellschaftlicher Hinsicht (Zugang zu Energie, Versorgungssicherheit, Entlastungspotenzial für Netzinfrastrukturen, Arbeitsplätze, etc.) mehr als nur wettbewerbsfähig sind. Diese Anwendungspalette reicht von klassischen regionsspezifischen Warmwasserbe¬reitungs¬¬systemen bis hin zu solarthermischer Wärme-/Kältebereitstellung in größeren Anlagen für Industrie, Gewerbe- und Dienstleistungsgebäuden sowie für Wärmenetzeinspeisung. Aber auch Anwendungen, die bisher eher als Nischenmärkte betrachtet wurden, wie z. B. solare Trocknungsanlagen, hybride Systeme (PVT) und konzentrierende Solarsysteme, haben sich etabliert und besitzen enormes Marktpotenzial.

Aus österreichischer Sicht ist besonders erfreulich, dass heimische Unternehmen in all den oben genannten Anwendungsbereichen weltweit aktiv sind und die Exportquote von Solarkollektorflächen schon seit vielen Jahren über 80 % liegt. Wenn auch nicht in allen Disziplinen Weltmarktführerschaft vorherrscht, ist doch die technologische Expertise und die Produktqualität der Unternehmen grundsätzlich sehr hoch. Gute Bedingungen also für die Erschließung der immensen Marktpotenziale.

In der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ mit dem Titel „Exporterfolge Solarwärme – Beispiele, Märkte, Potenziale“ möchten wir einerseits über vielversprechende Anwendungen und Märkte berichten sowie andererseits Aktivitäten heimischer Unternehmen mit hoher Exportaffinität vorstellen.

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Renewable energies are going to dominate our future energy supply systems and solar thermal energy is an important factor in this field. Large scale solar thermal projects in the pipeline (e.g. BigSolarGraz) and numerous studies carried out by namable institutes illustrate the huge potential.

Besides large scale projects for urban societies there exists a considerable number of different solar thermal applications that are very competitive in terms of primary energy input and economics as well as socioeconomic factors like access to energy, security of energy supply, load relief in respect of electricity grid infrastructures, job creation and so on.

The field of applications stretches from the meanwhile classical hot water preparation to large solar thermal heat/cold supply systems in industry and service buildings as well as systems feeding into the district heating system. There are some new applications in niche markets such as solar drying systems, hybrid systems (PVT) and concentrating solar systems with immense market potential.

In the actual issue of “nachhaltige technologien” we would like to report about promising applications and markets as well as address the activities of export-oriented companies.

Neue Gebäude müssen zukünftig so gebaut werden, dass sie energetisch und ökologisch auch noch im Jahre 2050 bestehen können. Der Bestand muss fachkundig geprüft werden, ob er zu ersetzen, zu erneuern bzw. energetisch hochwertig zu sanieren ist.

Bei der Entscheidung zur hochwertigen thermischen Sanierung kommt der Art und Ausführung der neuen Fassaden eine immer bedeutendere Rolle zu. Fassaden und Fenster haben ein enormes Potential zur Energieeinsparung und CO2-Reduktion im Bestand. Daher widmet sich diese Ausgabe speziell diesem spannenden Thema.

Es werden dabei einerseits nachhaltige Fassadensysteme in unterschiedlichsten Bereichen und Einsatzgebieten beschrieben und andererseits Möglichkeiten von Zusatznutzen an der Fassade aufgezeigt. Aktive Gebäudetechnik- und Lüftungselemente, Versorgungsleitungen und energieerzeugende Komponenten müssen Teil einer im Werk vorgefertigten Fassade sein. Es müssen Fassadensysteme entwickelt und eingesetzt werden, die mehr können als nur "Dämmen" - nur dann werden diese nachhaltigen Fassadenkonstruktionen gegenüber Wärmedämmverbundsystemen wirtschaftlich konkurrieren können. Dies stellt große Herausforderungen an Architekten, Fachplaner und Industrie – sie sind jedoch lösbar.

Österreich kann auch auf diesem relativ neuen Gebiet der Entwicklung von multifunktionalen Fassadensystemen für Sanierungen und Neubauten wieder eine Vorreiterrolle in Europa übernehmen.

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New buildings should be built in such a way that they are still energetically and ecologically feasible in 2050. Furthermore experts have to check the building stock in regard to the necessity of high-quality renovation or complete reconstruction. The setup of façades in respect to design layout and construction play a major role in high-quality renovation processes. Furthermore the energy and CO2 emissions saving potential of facades and windows of the building stock is enormous. The current issue of “nachhaltige technologien” deals with this interesting issue.

On the one hand sustainable façade systems are described in different fields of application and on the other hand possibilities of creating additional benefit via façade systems are shown. Multifunctional façade elements that are being developed will reveal their economic advantages compared to conventional wall insulation systems.

Concerning research and development activities in this sector Austria could take a lead role in Europe.

Unsere Städte wachsen. Österreichs Landeshauptstädte haben beispielsweise in den letzten zehn Jahren ein durchschnittliches Wachstum um 7,4% erzielt. Im Vergleich dazu bedeutet das durchschnittliche Wachstum von Gesamtösterreich um 4,3% eine Verschiebung von Landbevölkerung hin zu den Ballungszentren und deren Speckgürteln. Mit dieser Entwicklung steigen klarerweise auch die Treibhausgasemissionen, die weltweit bereits zu über 70% von menschlichen Aktivitäten in urbanen Gebieten verursacht werden. Diesem globalen Trend konnten die städtischen Aktivitäten zur Reduktion der Treibhausgasemissionen durch Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung, dem Einsatz erneuerbarer Energieträger und nachhaltigen Mobilitätskonzepten bislang nicht ansatzweise folgen.

Einige Städte haben sich jedoch bereits vor einigen Jahren verbindlich dazu entschlossen, den Weg in Richtung „smart city“ und „low carbon economy“ zu gehen. Neben einzelnen bereits gelungenen Umsetzungsprojekten haben diese Städte (in Österreich allen voran Salzburg, Wien und Graz) auch neue Instrumente in der Stadtplanung entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen sind neue numerische Methoden entstanden, die eine simulationstechnische Abbildung von komplexen urbanen Energiesystemen ermöglichen.

Über diese Entwicklungen möchten wir in der aktuellen Ausgabe von „nachhaltige technologien“ berichten.

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Cities grow worldwide. Considering the last ten years, Austrian regional capitals for example had a population growth rate of about 7.4 % compared to rural areas with a growth rate of 4.3 %. This means a shift of population from the rural areas to the cities and their banlieues. According to this development greenhouse gas emissions caused by urban population increases, too, counting already for 70 % of the worldwide induced greenhouse gases. Therefore activities of city governments in regard to energy efficiency, the deployment of renewable energy sources and sustainable mobility concepts are crucial, even though the achievements currently are not at all sufficient. However, a couple of years ago several city governments decided to develop binding strategies for “smart city” and “low carbon economy” concepts. Beside to successful demonstration projects realized, these city governments (in Austria especially the city governments of Vienna, Salzburg and Graz) developed new tools in respect of urban planning. Novel numerical methods for simulation of complex urban energy system have been developed in cooperation with research institutions.

In the current issue of “nachhaltige technologien” we would like to illustrate these developments.

Mit einer Ressourcenentnahme von rund 68 Milliarden Tonnen Material jährlich verbraucht der Mensch heute global fast zehnmal mehr als noch im Jahr 1902. Angetrieben von dieser Tatsache und einer Reihe von Herausforderungen wie z.B. Klimaveränderung und expandierende Populationen, wird die Entwicklung einer sogenannte „bioeconomy“, die eine Kreislaufschließung aller Makronährstoffe (Stickstoff, Phosphor, Kalium) sowie Rohmaterialen forciert, immer wichtiger.

Die Europäische Kommission hat in diesem Zusammenhang Ende 2015 eine neue ehrgeizige Strategie zur Kreislaufwirtschaft entworfen, wo der Abfall jedes Wirtschaftssektors eine wichtige Rolle einnimmt. Eine reststoffbasierte Bioökonomie wird realistisch betrachtet keine komplette Verschiebung in Richtung Umweltverträglichkeit schaffen, bringt aber jedenfalls Investitionsmöglichkeiten in Reststoffmärkten.

Das Mengenpotential an Ressourcen in Industrieabwässern und kommunalen Abwässern einschließlich Gärrest aus Biogas und Klärschlamm ist wesentlich und damit ein potentieller Treiber für einen langfristigen strategischen Paradigmenwechsel hin zu einer Bioökonomie. Aufgrund erschöpfender nicht erneuerbarer Mineralvorkommen (z.B. Phosphor) dem Anstieg der Produktionskosten (z.B. Stickstoff-Dünger) sind zum Beispiel Technologieentwicklungen von der Entsorgung und Behandlung zur Wertstoffrückgewinnung in den Fokus von Forschung & Entwicklung gerückt.

Im aktuellen Interesse der Weiterentwicklung stehen Technologien wie zum Beispiel die Membrandestillation, der in der gegenständlichen Ausgabe „nachhaltige Technologien“ ein Schwerpunkt gewidmet ist. Wie vielfältig diese Technologie einsetzbar ist aber auch welche technologischen Herausforderungen zu lösen sind, beweisen die unterschiedlichen Beispiele in den Artikeln dieser Ausgabe.

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Resources consumption add up to around 68 billion tons of materials per year, meaning a consumption ten times higher globally than in 1902. Driven by this fact and a number of challenges such as climate change and expanding populations, the development of a so-called "bioeconomy", which drives closing the loop of nutrients like nitrogen, phosphorus and potassium as well as raw materials, is becoming increasingly important.

In this context, the European Commission drafted an ambitious strategy for recycling management at the end of 2015, in which the waste of each economic sector plays an important role. A residue-based bio-economy will contribute to environmental sustainability and it will provide investment opportunities with respect to waste industry markets.

The resources of industrial and municipal wastewater, including digestate from biogas and sewage sludge, are substantial and could drive a long-term strategic paradigm shift towards a bio-based economy. Due to the depletion of non-renewable mineral resources (e.g. phosphorus) and the increase in production costs (e.g. nitrogen fertilizers), the focus of research and development has shifted from disposal and treatment to the recovery of resources.

Technologies such as membrane distillation, to which the current issue of "nachhaltige technologien" is dedicated, are currently of interest for further development. The various examples in the articles show the diversity of the technology, but also demonstrate what challenges need to be solved.