(Fraunhofer ISE) - PDF - ForschungsVerbund Erneuerbare Energien
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Solares Bauen – Ergebnisse und Erfahrungen aus Monitoring-Projekten Sebastian Herkel Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg FVS-Workshop„Systemanalyse“, Stuttgart 10.11.2008 Folie 1,BAS Rev. 10. November 2008 Randbedingungen Gebäudesektor ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Folie 2,BAS Rev. 10. November 2008 Im Gebäudebereich werden mehr als 40% der Energie verbraucht, überwiegend in Form von fossilen Brennstoffen Nutzungsarten Wohnbau und Nichtwohnbau Neubau und Sanierung Erneuerungszyklus von Gebäuden maximal 2-3% pro Jahr Wachsender spezifischer Flächenbedarf (1995 -> 2004) 35 m²/Person -> 50 m²/Person Energieeffizienz-Investitionen im Bau haben zum Teil Amortisationszeiten von 25 Jahren Endenergieverbrauch Deutschland 2005 ¾ ¾ ¾ Beitrag des Gebäudesektors rund 42 % Davon 75 % für Heizung 12 % für Warmwasser 40.0% 35.0% Raumw ärme mechanische Energie Warmw asser Beleuchtung sonstige Prozessw ärme 30.0% 25.0% 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0% Industrie Gew erbe, Handel, Dienstleistungen private Haushalte Verkehr Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Verband der Elektrizitätswirtschaft - Projektgruppe Nutzenergiebilanzen Folie 3,BAS Rev. 10. November 2008 Ziel ¾ ¾ ¾ Folie 4,BAS Rev. 10. November 2008 Nullenergie, d.h. Gebäude oder Siedlungen weisen im Jahresmittel eine Null-Energie-Bilanz auf Basis: Verbrauch an „Primärenergie der zeitlich endlichen Energieträger“ (Energieträger mit zeitlich endlicher Verfügbarkeit) Genereller Weg Drastische Reduktion Verbrauch Deckung des verbleibenden Energiebedarfs im Jahresmittel durch erneuerbare Energien Inhalt Bürogebäude und Gewerbemobilien ¾ Monitoring: Energiekennzahlen Kühlung ¾ Umweltenergie Quellen / Senken ¾ Raumklima und Komfort Wohnungsbau ¾ Neue Technologien ¾ Nullenergiehäuser ¾ Sanierung: Faktor 4 Folie 5,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Endenergieverbrauch - ENOB:Monitor Heizen, Kühlen, Lüften, Beleuchtung Energieforum ISE EcoTec TZM GIT Wagner DB Netz AG Lamparter Pollmeier EnerGon BOB SIC UBA Dessau HdR Lebenshilfe SurTec Ziel Solvis Heizen 40 kWh/m²a Hübner FH BRS Strom 20 kWh/m²a ZUB GMS Non-electricity Electricity Office Production Education 0 50 100 Site Energy Consumption for HVAC and Lighting only [kWh/m²a] Folie 6,BAS Rev. 10. November 2008 67 75 48 150 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Primärenergieverbrauch - ENOB:Monitor Heizen, Kühlen, Lüften, Beleuchtung Ziel 100 kWhPE/m²a Energieforum ISE EcoTec TZM GIT Wagner DB Netz AG Lamparter Pollmeier EnerGon BOB SIC UBA Dessau HdR Lebenshilfe SurTec Solvis Hübner FH BRS ZUB GMS Non-electricity Electricity Office 169 Production129 Education 0 50 100 Primary Energy Consumption for HVAC and Lighting, only [kWh/m²a] Folie 7,BAS Rev. 10. November 2008 81 158 74 150 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Nullenergiegebäude Primärenergiegutschrift in kWh/m²a 150 Idee 125 Dezentrale Erzeugung 100 75 Es wird dezentral soviel Strom durch regenerative und Kraft-Wärme-kopplung erzeugt, das die Jahresbilanz ausgeglichen ist z n a il B „ 50 ll“ u N Reduzierung des Bedarfs 25 0 0 25 50 75 100 Primärenergiebezug in kWh/m²a Folie 8,BAS Rev. 10. November 2008 125 150 Energon Solar Info Center Bilanz Null Projekte Lamparter Folie 9,BAS Rev. 10. November 2008 GMS Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Nullenergiegebäude Primärenergiegutschrift in kWh/m²a Projekte 150 Bilanz 0 Gutschriften >10% Bezug 125 Gutschriften <10% Bezug 100 u „N keine Gutschriften “ e i rg e n lle -25 -50 -75 75 Solvis 50 -100 ISE Lebenshilfe Lamparter 25 SIC Energon 0 0 25 50 75 100 125 150 Primärenergiebezug in kWh/m²a Quelle: EnOB:Monitor, Voss et al. Folie 10,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Kosten und Energie KG 300 + 400 Primärenergie(bilanz)kennzahl in kWh/m² 300 BKI99 250 BÜRO, BILDUNG 200 PRODUKTION 150 100 50 0 0 100 200 300 Bauwerkskosten in €/m³ Folie 11,BAS Rev. 10. November 2008 400 500 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Inhalt Bürogebäude und Gewerbemobilien ¾ Monitoring: Energiekennzahlen Kühlung ¾ Umweltenergie Quellen / Senken ¾ Raumklima und Komfort Wohnungsbau ¾ Neue Technologien ¾ Nullenergiehäuser ¾ Sanierung: Faktor 4 Folie 12,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit sehr unzufrieden Zufriedenheitsanalyse Gebäude A Temperatur Luftqualität Tageslicht Geräusche Kunstlicht Bürogestaltung Wohlbefinden Arbeitszufriedenheit Sauberkeit Fassadensystem, keine ausreichende Lüftungsmöglichkeit negative Bewertung v. a. aufgrund des Verschattungssystems hohe Identifikation mit dem Unternehmen sehr wichtig Folie 13,BAS Rev. 10. November 2008 Quelle: E. Gossauer, Uni Karlsruhe Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Passive Kühlung - Technologien Nachtlüftung e2a-HX and night ventilation Bauteilkühlung water driven TABS Ground Cooling Night Ventilation ~7 h -1 ~6 h -1 ~7,5 h -1 ~7 h -1 Folie 14,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Raumklima Thermoaktive Bauteilsysteme vs. Nachtlüftung zufriedene Nutzer BOB Aachen Lamparter Operative Raumtemperatur [°C] 32 BOB Aachen, 2003 30 Lamparter, 2003 28 26 90% 24 80% 22 65% 20 18 -10 Folie 15,BAS Rev. 10. November 2008 -5 0 5 10 15 20 gleitende mittlere Außentemperatur [°C] 25 30 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Thermischer Raumkomfort im Sommer EN 15251: Gebäudeklassifizierung W/SENKE E R D R E I C H GRUNDWASSE R 2005 2006 2006 Jahr 2002 2003 2005 2004 2005 2003 2004 2003 2004 2005 ISO 7730 B/- - A/B -/- C/A/C A A/A EN15251 A/B B A/A -/C B/A/A A A/A - - 2007 AUSSENLUFT 2004 2005 2002 2003 - C/- C/- B B/B B/- ¾ Überschreitung der Komfortgrenzen A,B,C ¾ Komfortbewertung nur während Anwesenheit der Nutzer ¾ Komfortklasse: alle Gebäude innerhalb Komfortgrenzen (2 Ausnahmen 2003) Folie 16,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Erschließung von Umweltenergiequellen und -senken Erdreich – Grundwasser - Außenluft ERDREICH Erdwärmesonde: 40 – 100 m Energiepfahl: 8 – 10 m Sohlplatte des Gebäudes Heizen: 20 – 150 kW Kühlen: 50 – 150 kW Folie 17,BAS Rev. 10. November 2008 GRUNDWASSER Saug- / Schluckbrunnen Tiefe 16 m Heizen/Kühlen: 80 – 250 kW Förderrate: 10 – 70 m³/h AUSSENLUFT Trocken-/ Nasskühlturm Nachtlüftung ( natürlich, hybrid) Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Bereitstellung von Umweltenergie Energiebilanz: Energie und Effizienz im Kühlfall D R E I C H LUFT 32 4 0 0 Strombezug Strombezug (Primärpumpe) (Primärpumpe) SOBIC05 5 EFB05 8 EBD07 10 BOB06 12 BOB04 15 TMZ04 16 EGU07 20 EGU05 20 EGU04 25 ZUB03 24 GMS06 30 GMS05 28 Kühlenergie Kühlenergie(Wärmesenke) (Wärmesenke) Folie 18,BAS Rev. 10. November 2008 R JAZ JAZ Energieeffizienz (JAZ) [kWhtherm/kWhend] E 35 LHL06 Energiebezug [kWh/m²TABSa] 40 GRUNDWASSE R Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Energieeffizienz Low-Ex Systeme Betonkernaktivierung und Wärmepumpe BOB Aachen Betonkernaktivierung 4 JAZ [kWhNutz/kWhEnd]: 1: JAZ = 12,8 3 2: JAZ = 3,5 3: JAZ = 3,4 2 4: JAZ = 2,6 1 COP (WP) = 4,8 Heizfall Erdsonden Folie 19,BAS Rev. 10. November 2008 Wärmetauscher Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Monitoring / Betriebsoptimierung Datenbank EnOB:Monitor Ziel ¾ Betriebsoptimierung ¾ Qualitätssicherung Monitoring ¾ Sicherung von wissenschaftlichen Ergebnissen Folie 20,BAS Rev. 10. November 2008 Inhalt Bürogebäude und Gewerbemobilien ¾ Monitoring: Energiekennzahlen Kühlung ¾ Umweltenergie Quellen / Senken ¾ Raumklima und Komfort Wohnungsbau ¾ Neue Technologien ¾ Nullenergiehäuser ¾ Sanierung: Faktor 4 Folie 21,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Thermoaktive Bauteilsysteme – InHaus – Wohnungsbau – Fazit VIP Passivhaus Voggenthal 2005 Vorfertigung mit Vakuumisolationspaneelen Energieeffiziente Kühlung mit Regenwasserzisterne Phasenwechselmaterial zur Erhöhung der Speichermasse Im Auftrag von Variotec, Architektur: Forstner, Neumarkt Folie 22,BAS Rev. 10. November 2008 Folie 23,BAS Rev. 10. November 2008 Montage Draufsicht mounting cross section Folie 24,BAS Rev. 10. November 2008 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Energieversorgung Sammlung Regenwasser Solarkollektoren TABS + PCM TABS + PCM Warmwasser natürliche Lüftung Wärmepumpe Speicher Erdwärmetauscher mechanische Lüftung mit WRG Frischwasser LÜ FT EN Beheizte Netto-grundflächeHüllfläche 294 m² 294 m² Folie 25,BAS Rev. 10. November 2008 Kältezisterne Wärmezisterne H EI Z EN Nettovolumen 294 m² Kältezisterne Garten / WC K Ü H LEN Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Primärenergiebilanz 2007 Primärbezug TGA: 52 kWhprim/m²a PV deckt 75% vom TGA-Primärbezug Hilfsenergie: 28% vom TGAPrimärbezug Folie 26,BAS Rev. 10. November 2008 Primärenergiebezug TGA und Haushalt [kWh/m²a] Voggenthal 110 100 90 80 70 60 Netz PV 50 40 34% 30 20 22% 10 0 28% 75% Deckung Haushalt Lüftung Nachheizregister Wärmepumpe Hilfsenergie Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Arbeitszahl Wärmepumpe Optimierungsmaßnahme PH Voggenthal 8 Okt – Dez 2007 Jan – Mar 2007 Effizienz WP und System [kWhtherm/kWhel] 7 6 energiewirtschaftlich sinnvoll 5 4 3 2 COP WP 1 JAZ WP+Primärpumpe COP: 4 – 6 JAZ: 2.4 0 0 10 20 30 40 Vorlauftemperatur Wärmepumpe [°C] Folie 27,BAS Rev. 10. November 2008 50 60 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Raumtemperaturen Flächenkühlung 32 operative Raumtemperatur [°C] EN 15251:2007-08 30 28 26 24 22 2007 2006 20 18 0 Folie 28,BAS Rev. 10. November 2008 5 10 15 20 25 gleitendes Tagemittel der Außentemperatur [°C] 30 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Ertrag Photovoltaik PV-Anlage: Beitrag zum Gesamtbedarf 1800 Eges Epv 1600 1000 800 600 400 200 Folie 29,BAS Rev. 10. November 2008 Au gu st Se pt em be r O kt ob er N ov em be r D ez em be r Ju li Ju ni ai M Ap ril 0 M 2006: spezifischer Ertrag 918 kWh/kWp 1200 är z Energie [kWh] 1400 Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Blaue Heimat, Heidelberg Pufferspeic her BHK W Pufferspeic her Kes sel Folie 30,BAS Rev. 10. November 2008 Warmwasser bereiter Heizkreis Warmwasse r Heizkreis Zirkulation Architektur: J. Gerstner, Heidelberg Energiekonzept: solares bauen GmbH, Freiburg ¾ Gebäudekennwerte Baujahr:1951; Sanierung: 2005; Zero-Haus Beheizte Wohnfläche: 3375m² Gebäudenutzfläche AN nach EnEV: 4690m² ¾ Bauliche Maßnahmen Dämmung der Außenwände, Dachboden, Kellerdecke Verglasung: 3- fach; Transmissionswärmeverlust: HT‘=0,31 W/m²K ¾ TGA Gasbetriebenes BHKW 50 kWel / 80 kWth 3 x 1.000 l Pufferspeicher 2 Spitzenlastkessel 184 kW Zu- und Abluftanlage mit WRG (>85 %), 3- stufige Regelung in den Wohnungen Zusätzliche Versorgung der Nachbargebäude „Zero“- Konzept: ausgeglichene Primärenergiebilanz Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Energieflussanalyse „Blaue Heimat“ ¾ ¾ ¾ Energetische Sanierung Optimierung Anlagentechnik 40 kWh Primärenergie pro m2 und Jahr Abw ärme WRG -84 28 Strom Primärenergie 40 124 Alle Einheiten: kWh/ m²a 33 (99 PE) KWK Erdgas Folie 31,BAS Rev. 10. November 2008 3 5 2 Wirkungsgrad (ηtherm =0.58) (ηelektr. =0.31) 109 Lüftung Pumpen/ Regelung Speicher 55 45 WärmeWärmeverluste 10 verluste 6 (Nachbargebäude 72) WW 29 Heizung 10 Ergebnisse Gebäudeanalyse „Blaue Heimat“ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Folie 32,BAS Rev. 10. November 2008 Passivhausstandard in der Sanierung trotz sanierungs-spezifischer Probleme (Lüftung, Wärmebrücken, Luftdichtigkeit) möglich Warmwasser bestimmende Größe des Wärmebedarfs Haushaltsstrom hat größten Anteil am PE Bedarf Versorgung: BHKW deckt bis zu 95 % des Wärmebedarfs Effizienzsteigerung durch angepasste Systeme Qualitätssicherungsmethoden gewinnen an Bedeutung Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Stand Wohngebäude Primärenergiebedarf gem. EnEV [kWh/m²ANa] 450 Blaue Heimat Freyastraße Rislerstr. KfW 40 Rislerstr. KfW 60 389 400 350 300 270 292 288 250 80-93% 200 150 81 71 89 89 100 34 32 39 50 IEA Task 37: Fraunhofer ISE, Fraunhofer IBP, Passivhausinstitut Folie 33,BAS Rev. 10. November 2008 59 0 vor Sanierung Anforderung EnEV nach Sanierung Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Fazit I Energie und Technologie ¾ ¾ ¾ ¾ Kennwerte für Primärenergie von <=100 kWh/m²a können erreicht werden Nullbilanzgebäude sind machbar zu (typischen) Baukosten, so kann Solarenergie auch in Nichtwohngebäuden einen signifikanten Beitrag leisten Detaillierte Planung und Qualitätssicherung, z. B in der Hydraulik sind notwendig Phasenwechselmaterialen in Kombination mit Kühldecken reduzieren die Last Raumklima ¾ ¾ ¾ ¾ Folie 34,BAS Rev. 10. November 2008 Einheitliche Bewertung des Komforts ist notwendig Normaler Sommer und moderate Wärmelasten: Nachtlüftung als einzige Kühlquelle in Kombination mit einem entsprechenden Gebäudekonzept ausreichend. Höherer Komfort bei Gebäuden mit Thermoaktiven Bauteilsystemen (TABS) „Low-Exergie“ Systeme sind auch in der Sanierung realisierbar Bürogebäude – Energieeffiziente Kühlung – Wohnungsbau – Fazit Fazit II Wohnungsbau ¾ ¾ ¾ Folie 35,BAS Rev. 10. November 2008 Passivhausstandard in der Sanierung möglich trotz sanierungsspezifischer Probleme (Lüftung, Wärmebrücken, Luftdichtigkeit) Warmwasser + Strom Haushalt bestimmende Größe Effizienzsteigerung durch angepasste Systeme (zentral – dezentral, direkte Erzeugung – Speicherung, getrennte Erzeugung WW – Heizung) INFO www.ise.fraunhofer.de Bürogebäude mit Zukunft Konzepte, Erfahrungen, Analysen Hrsg. Voss, Herkel, Löhnert, Wagner, Wambsganß 2. Auflage im SolarPraxis-Verlag www.enob.info [email protected] Energieeinsparung contra Behaglichkeit ? Voss, Pfafferott, Hoffmann, Kalz Heft 121, Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung Folie 36,BAS Rev. 10. November 2008 www.bbr.bund.de
