Vortrag 2015 christian kley energie plus gebaeude

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Technische Universität Braunschweig

Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS)

Hochschule Biberach

Masterstudiengang Gebäudeklimatik

Energie PLUS - Gebäude

SYSTEMUNTERSUCHUNGEN FÜR EINE

100 % ERNEUERBARE ENERGIEVERSORGUNG

Master-Thesis . Christian Kley

Univ. Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch . Prof. Dr.-Ing. R. Koenigsdorff

Datum: 23.03.2015

2Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015

Inhalt

1. Zielsetzung und Vorgehensweise

2. Definition PLUS-Standard

3. Das Referenzgebäude

4. PLUS Versorgungskonzept A: PV-SystemBasisvariante, Parameterstudie und Auslegungsdiagramme

5. PLUS Versorgungskonzept B: Solarthermie/PV-SystemBasisvariante

6. Wirtschaftlichkeit der Energie PLUS-Konzepte

7. Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung und Vorgehensweise

ZIELSETZUNG

Untersuchung von Energie PLUS-Konzepte in einer Parameterstudie hinsichtlich

der energetischen und ökonomischen Performance

Ziel hoher solarer Deckungsanteil und hoher direkter Eigenstromanteil

DURCHFÜHRUNG

1. Aufstellung des Gebäude- und der Anlagensimulationsmodelle

auf Basis des Referenzgebäudes

2. PLUS Versorgungskonzept A: PV-SystemBasisvariante und Parameterstudie

3. PLUS Versorgungskonzept B: Solarthermie/PV-SystemBasisvariante und Parameterstudie

4. Auslegungsdiagramme u. -kennwerte

5. Vergleich der beiden Energie PLUS-Konzepte

Heizung

Warmwasser

Hilfsenergie

Beleuchtung

Haushaltsstrom

Erneuerbare Energien

Photovoltaik

Bilanzraum Anforderungen

PEV: Primärenergie-

verbrauch

Jahresbilanz Primärenergie ≤ 0

Eigennutzungs- und Deckungsanteil > 30 %

Lüftung

Definition EnergiePLUS-Standard

Solarthermie

PV-Eigennutzungsanteil und Deckungsanteil

PV-Eigennutzungsanteil (ENA) PV-Deckungsanteil (DA)

Referenzgebäude – Architektur

„Netto-Energie-PLUS-Gebäude“ in Berghalde, Leonberg

Einfamilienhaus (3 bzw. 4 Personen)

Fertigstellung Ende 2010

260 m² Wohnfläche

Energieeffizient durch:

Ausrichtung

Gebäudeform

hochwertige, luftdichte Hülle

Versorgungsvariante A

PV-System

„Nur-Strom-Konzept“

Energie PLUS-Versorgungskonzept

Versorgungsvariante A – PV-SystemEnergieflussschema „Nur-Strom-Konzept“

Ergebnisse PV-System Primärenergiebedarf – Jahresbilanz

EnergiePLUS

48,7 kWh/(m²a) = 30 %

Ergebnisse PV-System Eigennutzungsanteil und Deckungsanteil im Jahresverlauf

PV-Eigennutzungsanteil: 30,1 %

Anteil PV-Netzeinspeisung: 69,9 %

PV-Deckungsanteil: 37,5 %

Anteil Netzstrombezug: 62,5 %

Parameterstudie PV-System

1. Einfluss der Batteriekapazität

2. Einfluss der Leistung der PV-Anlage

3. Vorlauftemperaturbegrenzung der WP

(max. Kondensator-Austrittstemperatur)

4. Nutzung aller verfügbaren thermischen Speicherkapazitäten

FBH-Steuerung über Raum- oder Bodentemperaturfühlern

5. PV-Überschuss Regelung mit Pufferspeicher-Erweiterung

Ziel: Erhöhung der Eigenstromnutzung

Nutzerkomfort darf nicht eingeschränkt werden!

Einfluss der Leistung der PV-Anlage

Aufbauend auf der Basisvariante mit

7 kWh Blei-Säure Batterie

Parameterstudie

Einfluss der PV-LeistungErreichbarer PV-Eigennutzungs- und Deckungsanteil

min. PV-Leistung rund 10,4 kWp zur

Einhaltung des PLUS-Standards

ENA < 40 %

DA > 33 %

Einfluss der Regelstrategie:

PV-Überschuss Regelung

mit Pufferspeicher-Erweiterung

Freigabe der Regelung bei PV-Leistung > 3 kW

Überhitzung Pufferspeicher (PS) auf 55 °C

Parameterstudie

PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungErhöhung der Eigenstromnutzung – PV-Deckungsanteil

PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungEinsparung am Netzstrombezug

PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungKostenvergleich zwischen Batterie und Pufferspeicher

27 kWh

0,825 m³

2,0 m³

Kapitalkosten

über 20 a

53 300 €

38 750 €

63 000 €

41 800 €

42 kWh

0,825 m³

5,0 m³

Batterie Speicher PV

15,3 kWp

Mehrkosten

Batterie

+ 14 550 €

+ 21 200 €

Zinssatz 2 %

Betrachtungszeitraum 20 a

Investitionskosten

PV 1.600 €/kWp (20a)

Bat 400 €/kWh (10a - 12a)

PS 995 € - 3.940 € (20a)

Raumvolumen 250 €/m³ (40a)

DA 45 %

DA 50 %

Batteriespeichersystem (Blei-Säure)

Kapitalkosten rund 37 % bis 51 % höher,

um einen gleichen PV-Deckungsanteil zu erreichen

Ziel gleicher PV-Deckungsanteil

Zusammenfassung Parameterstudie PV-System

Steigerung PV-Eigennutzungsanteil Widerspruch möglichst hohen solaren

Deckungsanteil am Strombedarf

ERHÖHUNG DES EIGENSTROMANTEILS

thermische Speicher und die Gebäudemassen (Estrich der FB-Heizung)

mit Wärme aufladen (Power-to-Heat)

Batteriespeicher für die Stromspeicherung aufwendig und kostenintensiv

Thermische Speicher wesentlich preisgünstiger als die adäquate

Energiebevorratung in einer Batterie

Auslegung der PV-Leistung für PLUS-Standard nach Strombedarf für TGA und Haushalt sowie ENA und DA

NUR – STROM – KONZEPT (Kartesisches Koordinatensystem)

Versorgungsvariante B

Solarthermie/PV-System

„Wärme-Strom-Konzept“

Energie PLUS-Versorgungskonzept

Versorgungsvariante B – Solarthermie/PV-SystemEnergieflussschema „Wärme-Strom-Konzept“

Ergebnisse Solarthermie/PV-System Deckungsanteil durch Solarthermie

Ergebnisse Solarthermie/PV-System Primärenergiebedarf – Jahresbilanz

EnergiePLUS

1,2 kWh/(m²a) = 2 %

Pellets

Vergleich der Energie PLUS-KonzepteWirtschaftlichkeit ohne und mit Preissteigerung

JAHRESGESAMTKOSTEN OHNE PREISSTEIGERUNG:

Versorgungsvariante PV-System rund 45 % preiswerter als Solarthermie/PV-System,

Gesamtkostenersparnis von rund 1 400 €/a

+ 23 % + 17 %

+ 14 %

Preissteigerung: Pellets 2 % / Strom 6 %

Zusammenfassung und AusblickVergleich der beiden Energie PLUS-Konzepte

Ausgleich Primärenergiebedarf für PLUS-Standard:

„Nur-Strom-Konzept“ rund 38 Wp/m²WF (grob 0,29 m²PV/m²WF)

„Wärme-Strom-Konzept“ rund 27 Wp/m²WF (ungefähr 0,20 m²PV/m²WF)

„Nur-Strom-Konzept“ rund 45 % niedrigere Jahresgesamtkosten (rund 1 400 €/a)

im Vergleich zum „Wärme-Strom-Konzept“

Entwicklungs- und Optimierungspotenziale bei Wärmepumpen und PV-Anlagen

deutlich ausgeprägter als bei der Solarthermie

erneuerbare Energie lässt den Primärenergiefaktor der Netze sinken und damit auch

die Gutschrift für den eingespeisten Strom!

Plus-Energie-Gebäude mit hohem Eigenstromanteil = wichtiger Baustein für

unsere zukünftige Energieversorgung mit erneuerbaren Energien

Technische Universität Braunschweig

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Hochschule Biberach

Masterstudiengang Gebäudeklimatik

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

und dem Unternehmen Uponor

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