Der Weg zum Energieüberschuss im Mehrfamilienhaus

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1 49. Tagung Arbeitskreis Energieberatung am Nullemission, Nullenergie, Plusenergie Häuser für morgen Der Weg zum Energieüberschuss im Mehrfamilienhaus Margrit Schaede Institut Wohnen und Umwelt GmbH (IWU)

2 Übersicht 1. Cordierstraße 2-6 Frankfurt am Main 2. Effizienzkonzept 3. Technikkonzept 4. Energiebilanz 5. Deckungsraten 6. Parameterstudie zu MFH 7. Zielwerte für Null-/Plusenergiehäuser 8. Fazit AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 2

3 1. Ersatzneubau Cordierstraße 2-6 Frankfurt am Main Bauherr und Vermieter: Planung: Unterstützung der Begleitforschung: Beteiligte Firmen: Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Gebäudedaten: 17 Wohnungen 1190 m² EBF Ausrichtung: -60 Quelle: maps.google.de Verschattung durch Nachbargebäude und Bestandbäume Bilder: AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 3

4 2. Effizienzkonzept: Der Weg zum Energiegewinn 1. Reduktion des Heizwärmebedarfs: Bau im PH-Standard 2. Reduktion des Wärmebedarfs für Warmwasser: - Verringerung WW-Temperatur auf 48 C (möglich durch den Einsatz der Diaphragmalyse) - Rohr-in-Rohr-System für Steigleitungen - Erhöhte Dämmung der Rohrleitungen - Nutzung von Solarthermie 3. Reduktion des Strombedarfs - Hilfsstrom: effiziente Anlagentechnik - Haushaltsstrom: effiziente Beleuchtung Standby- Abschalter Trockenschränke Vorausstattung der Küchen mit effizienten Haushaltegeräten 4. Deckung des gesamten Energiebedarfs durch regenerative Energien überschüssige Stromerzeugung führt zum Energiegewinn AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 4

5 WW 60 C, Rohrdämmung 100% EnEV WW 60 C, Rohrdämmung 250% EnEV WW 48 C, Rohrdämmung 250% EnEV WW 48 C, Rohrdämmung 250% EnEV, Rohr-in-Rohr- Zirkulation Verluste Warmwasserbereitung in kwh/(m²a) Verlustanteil (bezogen auf Nutzwärme Warmwasser ohne Solaranlage) in % 2. Effizienzkonzept: Reduktion des Wärmebedarfs für WW % 53% Verluste Warmwasserbereitung in kwh/(m²a) Verlustanteil (bezogen auf Nutzwärme Warmwasser) in % 70% 60% 50% 8 38% 34% 40% ,8 9,1 6,5 5,8 30% 20% 2 10% 0 0% AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 5

6 Stromeinsparung in % bei Vergleich verschiedener Geräte 2. Effizienzkonzept: Reduktion des Strombedarfs 100% 100% Einsparung in % 90% 80% 70% 60% 50% 67% 63% 40% 30% 20% 35% 30% 23% 10% 0% Trockenschrank ggü. Effizienter Ablufttrockner Beleuchtung 90% Energiesparlampen gegenüber 20% Kühl- Gefrierkombi A+++ gegenüber A+ Waschmaschine A+++ gegenüber A Spülmaschine A+++ gegenüber A Herd Induktion gegenüber Ceran AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 6

7 3. effiziente Anlagentechnik Einsatz regenerativer Energien AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 7

8 Heizwärme Warmwasser BHKW Biomethan BHKW Biomethan Energie in kwh/(m²a) BHKW Biomethan Haushaltsstrom Hilfsstrom Photovoltaik Solarthermie Photovoltaik 4. Energiebilanz nach PHPP/Gemis kwh/(m²a) Verluste überschüssige Stromerzeugung 12 kwh/(m²a) Wärmebedarf Wärmeerzeugung Strombedarf Stromerzeugung Primärenergiebedarf Primärenergiegutschrift -10 Grundlage der Berechnung ist die Bilanzierung des Gebäudes anhand des PHPP, Primärenergiefaktoren wurden mit dem Programm GEMIS Version 4.7 des Öko-Instituts berechnet AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 8

9 4. Bilanzierung nach den Richtlinien des BMVBS - Ansatz anderer Primärenergiekennwerte - Aufgrund des Verdängungsstrommixes: Je höher die Einspeisung ins Netz, umso höher die Primärenergiegutschrift, aber Anteil eigengenutzter Energie muss ausgewiesen werden Gemis 4.7 DIN V Biomethan 0,30 kwh/kwh 0,5 kwh/kwh Photovoltaik 0,39 kwh/kwh 0,0 kwh/kwh Allgemeiner Strommix 2,34 kwh/kwh 2,4 kwh/kwh Verdrängungsmix 2,34 kwh/kwh 2,8 kwh/kwh - Ansatz Haushaltsstrom: 20 kwh/(m²a) - Ergebnisse für die Cordierstraße: Endenergie: -1,5 kwh/(m²a) Primärenergie: -6,1 kwh/(m²a) AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 9

10 Primärenergie in kwh/(m² EBF a) 4. Elektrobilanz: Jahresverlauf Summe Gutschrift Summe PE Bedarf Quelle: Voss, Karsten; Musall, Eike; Lichtmeß, Markus: From Low-Energy to net Zero-Energy Buildings: Status and Perspectives; Journal of Green Building Volume 6, Number 1; Januar 0 Dezember AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 10

11 Deckungsrate 5. Elektrobilanz: Deckungsraten mit: i=zeitintervall (Stunde, Tage, Monate, Jahr) 100% Gesamtsystem PV BHKW 75% 50% 25% Potenzial für elektrische Energiespeicher Quelle: Voss, Karsten; Musall, Eike; Lichtmeß, Markus: From Low- Energy to net Zero- Energy Buildings: Status and Perspectives; Journal of Green Building Volume 6, Number 1; % Jahr Monat Tag Stunde AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 11

12 Deckungsrate monatliche Einspeisung in kwh 5. Elektrobilanz: zeitlicher Ausgleich % 75% 50% Gesamtsystem PV 500 BHKW monatlicher Bezug in kwh monatliche Balance Gesamtsystem monatliche Balance nur PV 25% 0% Jahr Monat Tag Stunde AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 12

13 6. Übertragung der Ergebnisse - Parameterstudie 4 Modellgebäude verschiedener Größe: - typische MFH, Blockbebauung in der Stadt - Wohnungen mit 70 m² für 2 Personen - PH-Standard, Bilanzierung anhand des PHPP - Flachdach - solare Energieerzeugung: - Nutzung des Daches zu 100%, hocheffiziente Module - Nutzung der Fassade zu 70%, Fassadenmodule Verwendete Kennwerte: - Strom f P =2,21 kwh/kwh; CO 2 -Äquivalent=594 g CO 2 /kwh - Biomethan f P =0,5 kwh/kwh; CO 2 -Äquivalent=300 g CO 2 /kwh 8 Wohnungen, 2 Stockwerke 16 Wohnungen, 4 Stockwerke 20 Wohnungen, 5 Stockwerke 28 Wohnungen, 7 Stockwerke AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 13

14 Bedarf und Erzeugung in kwh/(m² EBF a) 6. Parameterstudie Nutzenergiebedarf Wärme & Strom Stromerzeugung Photovoltaik inkl. Verluste, exkl. Wärmeerzeuger Energieerzeugung kann Energiebedarf nicht mehr 1:1 decken Ausgleich durch Anlagentechnik: BHKW oder Wärmepumpe Wohnungen 16 Wohnungen 20 Wohnungen 28 Wohnungen AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 14

15 Bedarf und Erzeugung in kwh/(m² EBF a) 6. Parameterstudie: Vergleich von Anlagentechnik 80 Nutzenergiebedarf Wärme & Strom Stromerzeugung Photovoltaik Strombilanz Überschuss - / Bezug + Primärenergie Überschuss - / Bezug + CO2 negativ - / Ausstoß CO 2 -Ausstoß Anlagentechnik: Solarthermie 1 m²cpc-kollektor/pers. BHKW zur Erzeugung des Restwärmebedarfs Wohnungen 16 Wohnungen 20 Wohnungen 28 Wohnungen AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 15

16 Bedarf und Erzeugung in kwh/(m² EBF a) 6. Parameterstudie: Vergleich von Anlagentechnik 80 Nutzenergiebedarf Wärme & Strom Stromerzeugung Photovoltaik Strombilanz Überschuss - / Bezug + Primärenergie Überschuss - / Bezug + CO2 negativ - / Ausstoß Anlagentechnik: Nutzung der ges. Dachfläche für PV Wärmepumpe (JAZ=3,5) Erzeugung des ges. Wärmebedarfs Wohnungen 16 Wohnungen 20 Wohnungen 28 Wohnungen AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 16

17 Bedarf und Erzeugung in kwh/(m² EBF a) 6. Parameterstudie: Erhöhung des Energiebedarfs Nutzenergiebedarf Wärme & Strom Stromerzeugung Photovoltaik Strombilanz Überschuss - / Bezug + Primärenergie Überschuss - / Bezug + CO2 negativ - / Ausstoß + Raumtemperatur: 22 C (alt 20 C) Warmwasserbedarf: +20% (alt 25 l/pers.) Anlagentechnik: Nutzung der ges. Dachfläche für PV Wärmepumpe (JAZ=3,5) Erzeugung des ges. Wärmebedarfs Wohnungen 16 Wohnungen 20 Wohnungen 28 Wohnungen AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 17

18 Bedarf und Erzeugung in kwh/(m² EBF a) 6. Parameterstudie: Erhöhung des Energiebedarfs Nutzenergiebedarf Wärme & Strom Stromerzeugung Photovoltaik Strombilanz Überschuss - / Bezug + Primärenergie Überschuss - / Bezug + CO2 negativ - / Ausstoß + Raumtemperatur: 22 C (alt 20 C) Warmwasserbedarf: +20% (alt 25 l/pers.) Anlagentechnik: Solarthermie 1 m²cpc-kollektor/pers. BHKW zur Erzeugung des Restwärmebedarfs Wohnungen 16 Wohnungen 20 Wohnungen 28 Wohnungen AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 18

19 6. Pro- und Kontra Biomasse-BHKW Pro: Kontra: - Sehr effiziente Nutzung von Biomasse - Das elektrische Netz wird nicht als saisonaler Speicher genutzt - höhere Deckungsraten und Eigenverbrauch als bei nur PV-Konzepten - großes Potenzial für elektrische Energiespeicher da diese auch in den Wintermonaten genutzt werden - Erreichung der Zielkennwerte auch bei erhöhten Komfortanforderungen der Nutzer möglich - begrenztes Biomasse-Potenzial in Deutschland von ca. 32 kwh/(m²a) - je nach eingesetzter Biomasse fallen CO 2 -Emissionen an die nicht kompensiert werden können Die Vorteile von Biomasse-BHKWs können genutzt werden, wenn - die Biomasse sparsam eingesetzt wird - der Energieträger sorgfältig ausgewählt wird AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 19

20 6. Fazit und Ausblick MFH können einen Energieüberschuss erreichen durch - Reduktion des Energiebedarfs in allen Bereichen - Deckung des verbleibenden Energiebedarfs mit regenerativen Energien Nutzung von Biomasse in BHKWs führt zu einem stärkeren Ausgleich des Jahresverlaufs von Bedarf und Erzeugung im Vergleich zu nur PV-Konzepten Mit zunehmender Gebäudekompaktheit wird die Erreichung von Null-/Plusenergie schwieriger, dann müssen hocheffiziente Technologien eingesetzt werden und die vorhandenen Flächen bestmöglich ausgenutzt werden Potenzial besteht bei der Entwicklung weiterer Konzepte die einen Ausgleich der Bilanz von Erzeugung und Verbrauch im Jahresverlauf berücksichtigen Thema Plusenergie sollte langfristig im Kontext von Quartieren und Städten betrachtet werden AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 20

21 Angeführte Quellen [Diefenbach 2002] [Großklos 2011] [Voss et al. 2011] Diefenbach, N.: Bewertung der Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen und Biomasseheizsystemen; Institut Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt, 2002 Großklos, M.: Wissenschaftliche Begleitung der Sanierung Rotlintstraße , Teilbericht: Dokumentation der Bauphase; Institut Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt, 2011 Voss, K.; Musall, E.; Lichtmeß, M.: From Low-Energy to net Zero- Energy Buildings: Status and Perspectives; Journal of Green Building Volume 6, Number 1, 2011 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! AKE - Der Weg zum Energieüberschuss im MFH - Margrit Schaede 21