Technische und wirtschaftliche Betrachtung energietechnischer Anlagen

Wolff - VdW : Technik und Energieeffizienz - Bonn - 4. Dezember 2013 Technische und wirtschaftliche Betrachtung energietechnischer Anlagen Prof. D...
Author: Ernst Kolbe
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VdW : Technik und Energieeffizienz - Bonn - 4. Dezember 2013

Technische und wirtschaftliche Betrachtung energietechnischer Anlagen

Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff Ostfalia - Hochschule Wolfenbüttel

Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Gliederung: Fehlentwicklungen: Gesetze – Verordnungen – Förderung Praxisbeispiele – EnEV auf dem Holzweg oder hin zu WP oder FW? Wegfall des Kompensationsprinzips: Bau – Anlagentechnik Beispiel KfW-Programm 432: Energetische Stadtsanierung Bedarfs- oder Verbrauchsanalyse – Zukunft von Energieberatung und Energieausweis – Mietrechtsnovelle 2013 – Contracting? Gasbrennwert – Solar – Holz – WP – BHKW – FW (Kohle / Erdgas) Wann lohnt sich der Austausch eines alten Kessels? Verteilung und Optimierung: gering investive Maßnahmen OPTIMUS und andere Projektergebnisse (Kontrollierte Wohnungslüftung: wann sinnvoll?) - optional Fazit Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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enev-easy: Auswahl von Bauteilqualitäten – ab 2016

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Modernisierungsstrategien: auf Basis von Bedarfsrechnungen Berechnete Einsparung höher als Verbrauch vorher

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Energiebilanz neue Mehrfamilienhäuser – BMU-Projekt Solarertrag 8 kWh/(m² a) - Endenergie minus 7 kWh/(m² a) In Mehrfamilienhäusern Solarwärme nicht sinnvoll

Energiekennwert, in kWh/(m²a)

Energiebilanz, gewichteter Ø 8 Feldanlagen, (Σ 17.967 m², ohne Nahwärme, mit Gasbrennwertkessel) 120

Kollektorkreis

100

Brennstoff

80

Erzeuger

60

Zentrale mit Speicher

40

Trinkw armw asserzirkulation Trinkw armw assernutzen

20

Raumheizung

0 Energiezufuhr

Energieverbraucher

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Forderung Wegfall des Kompensationsprinzips zwischen Bau und Anlagentechnik nach EnEV Beispiel KfW-Programm 432: Energetische Stadtsanierung

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Erfolgskontrolle der Energiebilanz für Wärme und Strom vorher - nachher

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Bedarfs- oder Verbrauchsanalyse Zukunft von Energieberatung und Energieausweis Mietrechtsnovelle 2013 – Contracting im Wohnungsbau?

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TGA – Fachplaner 06/2012 – Erfolgsnachweis zusammen mit Allianzen als Problemlöser

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Energieanalyse aus dem Verbrauch E–A–V Energieanalyse Energieanalyse aus aus dem dem Verbrauch Verbrauch

Leistung Leistungaus aus ausVerbrauch, Verbrauch, Verbrauch,in in inkW kW kW Leistung Leistung aus Verbrauch, in kW

100 100 100 90 90 90 80 80 80 70 70 70 70 60 6060

Beispiel: DBU – Neuerkerode Messpunkte Messpunkte Messpunkte Messpunkte Winterpunkte Winterpunkte Winterpunkte Sommerpunkte Sommerpunkte Sommerpunkte Winterpunkte Messpunkte Grundleistung Grundleistung Grundleistung

Steigung Steigung H H == 4,42 4,42 kW/K kW/K

Winterleistung Winterleistung Warmwasserleistung Sommerpunkte Warmwasserleistung Warmwasserleistung

Gebäude Verteilung Erzeuger Warmwasser

50 50 5050 40 40 4040 mittlere Heizleistung 34,9 kW 30 30 3030 20 20 2020 10 10 10 10 0 0 00 0 00 0

Grundleistung 17,5 kW Heizgrenze Heizgrenze 15°C 15°C

Grundleistung Grundleistung 17,5 17,5 kW kW

10 5 5 Temperatur 10 mittlere 10 55 in der Heizzeit 7,1°C

Jahresenergiemenge: 363 MWh/a

Nur eine EnergieAnalyse aus dem Verbrauch zeigt die Höhe der Einzelverluste:

15 15 15 15

20 25 20 25 20 25 20 20 25 Außentem peratur, in °C Außentem peratur, in °C Außentemperatur, Außentem Außentemperatur, peratur, in in in °C °C °C

1000 € für Energiebedarfsrechnung oder 100 € für einjährige E-A-V?

34,9 kW · 251 d/a · 24 h/d = 210 MWh/a (58%) + 17,5 kW · 365 d/a · 24 h/d = 153 MWh/a (42%)

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Kostenneutralität bei Contractinglösungen nur durch EAV nachweisbar

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Altbau unsaniert

Heizwärmeverbrauch: 2 W/(m²K) mal 60 kKh/a = 120 kWh/(m²a) Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Modernisiert 2001

Heizwärmeverbrauch: 1,13 W/(m²K) mal 60 kKh/a = 68 kWh/(m²a) Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Modernisiert 2011

Heizwärmeverbrauch: 0,97 W/(m²K) mal 60 kKh/a = 58 kWh/(m²a) Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Passivhausstandard

Heizwärmeverbrauch: 0,62 W/(m²K) mal 60 kKh/a = 37 kWh/(m²a) Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Vorschläge für eine Bestandsaufnahme auf Basis einer E – A – V Es ist zukünftig eine mindestens einjährige Verbrauchmessung von unterjährigen Messdaten mit Gas- und Wärmemengenzählern durchzuführen. Zusätzlich sind Daten zur Gebäudesubstanz und Anlagentechnik aufzunehmen. Mit den Verbrauchswerten ist eine EAV zu erstellen, um reale Daten zur Gebäudequalität, zur Heizlast, zu den Anlagenverlusten und zur Grundlast aus der Warmwasserbereitung zu erhalten. Auf dieser Grundlage können anschließend Berechnungen zur Modernisierung von Gebäudehülle und Anlagentechnik stattfinden. Erfolgt vorher allein die Sanierung der Gebäudehülle, ist eine Verbrauchsmessung spätestens nach Abschluss der Modernisierung durchzuführen.

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Verlegedichte von Trinkwarmwasserleitungen - Zirkulationsleitungen und zukünftige elektrische Konsequenzen ungünstig: lange flache Baukörper

0,38 m/m²

günstig: kompakte, hohe Baukörper

0,14 m/m²



im Beispiel links ergeben sich gemessen für 2011: 19 kWh/(m²a) Zirkulationsverlust bei 12 kWh/(m²a) Warmwassernutzen



selbst mit Solarthermie (hier 34 %) und einem üblichen Kessel (88 % brennwertbezogen) rückt elektrische Versorgung in den Fokus der Überlegungen

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Bei der ökologischen Bewertung von Gebäuden ist grundsätzlich mit den transparenten Werten des realen Energieträgereinsatzes (Wärme – Strom) für ein Quartier - unter Berücksichtigung der regenerativen und fossilen Anteile und ohne Stromgutschrift - für die energetische Bewertung und für die CO2-Bilanz zu rechnen. Dadurch wird verhindert, dass ein schlechterer Gebäudestandard durch eine Anlagentechnik, die vermeintlich niedrige Kohlenstoffdioxid-Emissionen und Primärenergien besitzt, gerechtfertigt wird. Es ist also zukünftig fortwährend mit den tatsächlichen Energieträgern und Emissionswerten zu rechnen, um nicht nur rechnerisch sondern real eine CO2-Reduzierung zu erreichen. Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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DBU – Brennwertkesselprojekt – Praxisergebnisse von 1998 - 2002 Typische Kesselverluste liegen - bezogen auf die beheizte Wohnfläche bei 3 bis knapp 40 kWh/(m² a) für Gasbrennwertkessel und bei 12 bis über 50 kWh/(m² a) für Gasniedertemperaturkessel – Heizwertkessel, wesentlich abhängig vom Gebäudestandard [DBU - Brennwertkesselstudie]. Alte, mehr als 25 Jahre alte Standardkessel können in schlecht gedämmten 20- bis 30 Liter-Häusern mehr als 60 - 80 kWh/(m² a) Verluste aufweisen. Das Minderungspotenzial der Kesselverluste sollte vor einer wirtschaftlichen Kesselmodernisierung bekannt sein. Würden die 20 Jahre alten Brennwertkessel aus dem DBU-BrennwertkesselProjekt heute gegen neue mit Optimierung (94% Brennwertbezogener Nutzungsgrad) ausgetauscht, ergäben sich ca. 10 kWh/(m² a) Einsparpotenzial – Ein vorgezogener Kesseltausch wäre unwirtschaftlich!

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Praxiswerte Bei etwa gleichem Endenergiekennwert von 160 – 165 kWh/(m²a) von drei Anlagen (zweimal Brennwert- BW einmal Niedertemperaturkessel NT) als Stichproben aus dem Projekt [DBU – Brennwertkessel] ergeben sich als Beispiel folgende Verhältnisse: Anlage-Nr.

Fläche [m²]

Gasverbrauch [kWh/(m² a)]

5 (BW) 35 (BW) 56 (NT)

90 145 126

166,9 160,2 165,2

Kesselverluste [kWh/(m² a)]

Nutzungsgrad [-]

38,4 16,8 53,6

0,77 0,90 0,68

Nur für Anlage 56, evtl. auch für Anlage 5, wäre ein Kesseltausch wirtschaftlich. Kriterium: Einsparung 25 – 40 kWh/(m²a) für vorgezogenen Kesseltausch Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff - Ostfalia-Hochschule für angewandte Wissenschaften

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ΔQE = (1 – ηalt/ηneu) x QE,alt mit: ΔQE: Endenergieeinsparung durch Kesselerneuerung ηalt: Nutzungsgrad des alten Kessels ηneu: Nutzungsgrad des alten Kessels QE,alt: Endenergieverbrauch der Altanlage

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Endenergieeinsparung durch Kesseltausch abhängig vom Ver hältnis der Nutzungsgr ade des alten und neuen Kessels 0

Der EAV - Faktencheck

50

100

150

200

250

20 10 162

0 Endenergieeinsparung, in [kWh/(m²a)]

Alleinig grobe Abschätzungen oder Kurzzeitchecks der Kesselnutzungsgrade mit einer Sicherheit der Erfassung von über +/- 5 bis zu 10% liefern keine seriöse Prognose des durch einen Kesseltausch erzielbaren Einspareffekts und keine Aussage über die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme.

-10

-10

0,80 0,85

-20 -30 -36 -40 η alt / η neu -50

0,6

0,7 0,9

0,7 -60

0,8 0,9

-70

1 1,1

-80 Endenergie vorher, in [kWh/(m ²a)]

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Vor Kesselaustausch messen mit einer Energieanalyse aus dem Verbrauch: EAV Weder Fachleute und noch weniger Laien wissen im voraus, ob die geplante Kesselerneuerung ein wirtschaftlicher Erfolg oder ein Fehlschlag wird. Deshalb lohnt es sich für den einzelnen Hausbesitzer, die in seinem speziellen Fall maximal erreichbare Minderung des Heizenergieverbrauchs durch eine vorherige Messung der Kesselverluste abzuschätzen.

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Einige Zusammenhänge: Fußbodenheizungen sind gut für die Effizienz von Brennwertkesseln: Effekt: Einsparung: 5 – 10 kWh/(m² a) gegenüber Heizkörpern Aber: in gut gedämmten Gebäuden (Heizlast < 30 W/m²) nicht oder nur noch schlecht regelbar: Effekt: Mehrverbrauch: 20 – 30 kWh/(m² a) - Optimierung sinnvoll? Summeneffekt: 10 – 25 kWh/(m² a) Mehrverbrauch! Brennwertkessel mit Überströmventil verschlechtern ihre Effizienz, Brennwertkessel ohne Überströmventil verbessern ihre Effizienz nach Durchführung einer Optimierung / Hydraulischer Abgleich

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