Der Stellenwert des elektrischen Energiebedarfs beim NZEB Nearly Zero Energy Building nach EPBD 2010/31/EU

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1 Workshop Haushaltsgeräte als Schlüssel zum Nullenergiegebäude? am Campus Eisenstadt der FH Burgenland, 4. Juni 2014 Der Stellenwert des elektrischen Energiebedarfs beim NZEB Nearly Zero Energy Building nach EPBD 2010/31/EU Wolfgang Stumpf, Forschung Burgenland Mitarbeit: Bernd Hafner, Hannes Hebenstreit, Harald Mattenberger

2 Projekt REAct Renewable Energy & Efficiency Action Workpackages, Ziele Quelle:

3 Projekt REAct Renewable Energy & Efficiency Action Partner Quelle:

4 EPBD Directive on the Energy Perfomance of Buildings EU-Richtlinien über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden: EPBD 2002/91/EU --> EPBD 2008/xx/EU --> EPBD 2009/xx/EU --> EPBD 2010/31/EU --> EPBD 2012/27/EU --> Ziele, Aufgaben (bis zum Jahr 2020): Limitierung des weltweiten Temperaturanstiegs auf < 2 C Reduktion der Treibhausgasemissionen um > 20 % (30 %) bis zum Jahr 2020 im Vergleich zu 1990 kostenoptimierte Energieeinsparungen über Lebenszyklus Etablierung Niedrigstenergiegebäude (Artikel 9): nahe Null-Energie-Gebäude NZEB erneuerbare Energie Energiebereitstellung am Standort technische Hilfe und Beratung Öffentlicher Sektor als Vorbild

5 EPBD 2010/31/EU EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden deutsche Übersetzung englische Übersetzung Quelle:

6 NZEB Nullenergiegebäude Bilanzierung Bilanzgrenzen: räumlich energetisch zeitlich

7 NZEB Nullenergiegebäude Bilanzierung Quelle: K. Voss (2011): Nullenergiegebäude Internationale Projekte zum klimaneutralen Wohnen und Arbeiten. Detail Green Books, München

8 NZEB Nullenergiegebäude Bilanzierung Energetische Bilanzgrenzen - HWB Heizwärmebedarf - WWWB Warmwasserwärmebedarf - HHSB/BSB Haushalts-/Betriebsstrombedarf - BelEB Beleuchtung - LüEB Lüftung - HEB Hilfsenergiebedarf - KEB Kühlung, Be- und Entfeuchtung +Solarthermie für Warmwasser und Raumheizung +PV-Anlage Berechnungsprogramme: Energieausweis ETU Gebäudeprofi Duo (OIB Richtlinie 6) EnerCalc und TEK Teilenergiekennzahlen (DIN V 18599, Teil 1 bis 12) Polysun Designer Professional (Photovoltaik und Stromspeicher) REAct Bilanzierungshilfe

9 Einfamilienhaus Neubau Gebäudedaten Eisenstadt / Bratislava Ausrichtung Süd-West Grundfläche 11 x 8 m zweigeschossig nicht unterkellert BGF 173 m² BV 577 m³ A/V 0,73 m -1 Energieträger: Erdgas Biomasse Wärmepumpe Wohnraumlüftung mit WRG 75% mit/ohne Solarthermie für Raumwärme und Warmwasser Photovoltaik

10 Einfamilienhaus Neubau Dämmstandard, Energieträger Endenergie, Primärenergie nicht erneuerbar

11 Einfamilienhaus Neubau Dämmstandard 50 kwh/m²a nach Primärenergiebedarf nicht erneuerbar

12 Einfamilienhaus Neubau Dämmstandard 15 kwh/m²a nach Primärenergiebedarf nicht erneuerbar

13 Statistischer Haushaltsstromverbrauch in Österreich Quelle: Modellierung des Stromverbrauchs in privaten Haushalten Österreichs nach unterschiedlichen Verwendungszweck, Statistik Austria, Wien 2011

14 Haushaltsstrom Verbrauch nach Statistik vs. Bedarf nach PHPP 8.5 und OIB RL 6 HHSB Statistik Austria 1 PHPP OIB RL 6 Energieausweis BGF 173m² (ohne Beleuchtung) BGF 173m² Standardgeräte Topprodukte 3 Geräteklasse BGF 173m² A A++ A+++ [kwh/a] [kwh/m²a] 21,2 20,4 16,5 16,3 13,7 11,1 Kosten [ /m²a] 4,2 4,1 3,3 3,2 2,7 2,2 [1] Modellierung des Stromverbrauchs in privaten Haushalten Österreichs nach unterschiedlichem Verwendungszweck, Statistik Austria, Wien 2011, bewertet nach Wohnnutzfläche m² [2] Passivhaus Projektierungspaket PHPP 8.5, BGF=173m², 4 Personen [3] berechnet mit PHPP 8.5

15 Beleuchtungsenergie Verbrauch nach Statistik vs. Bedarf nach PHPP 8.5 BelEB Statistik Austria 1 Statistik Schweiz 2 PHPP ,29 Personen 2,29 Personen 4 Personen [kwh/a] 393 bis bis bis 714 [kwh/m²a] 2,3 bis 4,0 2,0 bis 3,1 0,4 bis 4,1 Kosten [ /a] 4 79 bis bis bis 143 [1] Modellierung des Stromverbrauchs in privaten Haushalten Österreichs nach unterschiedlichem Verwendungszweck, Statistik Austria, Wien ,29 Personen pro Haushalt, bewertet nach Wohnnutzfläche m² [2] Typischer Haushalt-Stromverbrauch, Bundesamt für Energie BFE, Bern ,29 Personen pro Haushalt, BGF=173m² [3] Passivhaus Projektierungspaket PHPP 8.5, BGF=173m² [4] Pro Pellets,

16 Lüftungsenergie Bedarf nach Betriebsstunden LüEB Dauerbetrieb Heizsaison Heizsaison anwesenheitsgesteuert Betriebsstunden [h] [kwh/a] 474 bis bis bis 142 [kwh/m²a] 2,7 bis 4,1 1,6 bis 2,5 0,5 bis 0,8 Kosten 3 [ /m²a] 0,55 bis 0,82 0,33 bis 0,49 0,11 bis 0,16 P Lü = n L t NGF p Lü P Lü Lüftungsenergie (Strom) n L Luftwechselrate 8 =0,5h -1 t Betriebsstunden p Lü spez. Leistungsaufnahme des Ventilators 1 0,30 bis 0,45 W/m³h BGF=173 m² -> NGF=138 m², Raumhöhe 2,6 m [1] komfortlüftung.at, Luftmengenempfehlung Nr. 10 [2] ÖNORM EN H7500 [3] Pro Pellets,

17 Hilfsenergie Bedarf nach Energieträger und Solarthermie HEB Erdgas Biomasse WP-S/W keine Solarthermie [kwh/a] Solarthermie für WW [kwh/a] Solarthermie für RW und WW [kwh/a] [kwh/m²a] 0,8 bis 1,3 2,3 bis 2,0 6,1 bis 4,1 Kosten 1 [ /m²a] 0,2 bis 1,2 0,2 bis 1,2 0,3 bis 0,8 berechnet mit Energieausweis ETU Gebäudeprofi Duo gewählt: Standardpumpe Eco groß 20 W möglich: Effizienzpumpe Eco klein 6 W [1] Pro Pellets,

18 Elektrische Energie Kategorien und Einsparpotenzial HEB Standard kwh/m²a möglich kwh/m²a Potenzial % HHSB [kwh/m²a] 20,4 11,1-46% BelEB [kwh/m²a] 2,3 bis 4,0 0,4 bis 4,1 +3% bis -90% LüEB [kwh/m²a] 2,7 bis 4,1 1,6 bis 2,5-7% bis -61% HEB [kwh/m²a] 0,8 bis 1,3 2,3 bis 2,0-70%* Elektr. Endenergie [kwh/m²a] 26,2 bis 29,8 15,4 bis 19,7-34% bis -41% Kosten 1 [ /m²a] 5,2 bis 6,0 3,1 bis 3,9-35% bis -40% * Pumpentausch, z.b. Effizienzpumpe Eco klein, 6 Watt statt Standardpumpe Eco groß 20 W [1] Pro Pellets,

19 Endenergie in kwh/m²a Elektrische Energie Bedarf Worst Case vs. Best Case , ,1 4,1-40% bis -58% 0,3 0,4 0, ,4 5 11,1 0 Worst Case Best Case Hilfsenergie Lüftung Beleuchtung HHSB

20 Keramikfachschule Stoob Sanierung Nichtwohngebäude Standort: Stoob (Seehöhe 244 m) Baujahr: etwa 1965 Internat: zweigeschoßig, 2.567m², 65 Schüler Schule: zweigeschoßig, 2.320m², 110 Schüler Werkstatt: eingeschoßig, 2.011m², 30 Schüler A/V-Verhältnis (gesamt): 0,48 m -1 Energiekennzahl: HWB = 80 kwh/m²a Energieträger Raumwärme: Erdgas Lüftung: manuelle Fensterlüftung dezentrale Warmwasserbereitung: Strom

21 Keramikfachschule Stoob Sanierungsvarianten Nr. Gebäudehülle saniert Energieträger Beleuchtung sonstige Geräte 1 nicht saniert Erdgas Glühbirne Fensterlüftung (FL) 2 nicht saniert Erdgas Glühbirne FL, zentrale WW- Bereitung (WWB) 3 nicht saniert Erdgas Glühbirne FL, zentrale WWB und Solaranlage 4 nicht saniert Erdgas Leuchtstoffröhre (LSR) Fensterlüftung 5 nach Baustandard 2010 Erdgas Leuchtstoffröhre Fensterlüftung 6 nach Baustandard 2010 Biomasse Leuchtstoffröhre Fensterlüftung 7 nach Baustandard 2010 Wärmepumpe Leuchtstoffröhre Fensterlüftung 8 nach Baustandard 2010 Erdgas Leuchtstoffröhre Lüftung mit Wärmerückgewinnung (WRG) 9 nach Baustandard 2010 Biomasse Leuchtstoffröhre Lüftung mit WRG 10 nach Baustandard 2010 Wärmepumpe Leuchtstoffröhre Lüftung mit WRG 11 nach Passivhaus-Kriterien Erdgas Leuchtstoffröhre Lüftung mit WRG 12 nach Passivhaus-Kriterien Wärmepumpe Leuchtstoffröhre Lüftung mit WRG 13 nach Passivhaus-Kriterien Wärmepumpe Leuchtstoffröhre Lüftung mit WRG 14 nach Passivhaus-Kriterien Wärmepumpe Glühbirne Lüftung mit WRG 15 nach Passivhaus-Kriterien Wärmepumpe LSR, Sonnenschutz Lüftung mit WRG 16 nach Passivhaus-Kriterien Biomasse LSR, Lichtregelung Lüftung mit WRG 17 nach Passivhaus-Kriterien Biomasse LED, Lichtregelung Lüftung mit WRG 18 nach Passivhaus-Kriterien Biomasse LED, Lichtregelung Lüftung mit WRG und dezentrale WWB

22 Keramikfachschule Stoob Sanierungsvarianten nach Endenergiebedarf EEB

23 Keramikfachschule Stoob Sanierungsvarianten nach Primärenergie nicht erneuerbar PEB ne

24 Keramikfachschule Stoob Sanierungsvarianten Nullenergiebilanz nach PE ne nach Primärenergie nicht erneuerbar PE ne Energiegutschrift: Photovoltaik 180 kwp

25 EEB nach Verbrauchsstellen [kwh/m 2 a] Keramikfachschule Stoob Betriebsstrombedarf OIB RL 6 (Energieausweis): Der Betriebsstrombedarf ist als flächenbezogener Defaultwert festgelegt und entspricht der Hälfte der mittleren inneren Lasten konventionell saniert PH saniert Variantenbezeichnung Beleuchtung Heizung Lüftung & Hilfsenergie RH Warmwasser Hilfsenergie WW (ETU) Betriebsstrombedarf

26 Keramikfachschule Stoob Beleuchtungsenergie

27 maximal saniert effiziente Geräte Bestand Keramikfachschule Stoob Bestand vs. Sanierung nach Endenergie - 92% Raumwärmebedarf +249% Warmwasserwärmebedarf (dezentral auf zentral) - 60% Betriebsstrombedarf - 91% Beleuchtung +487% Lüftung & Hilfsenergie RW -63% bis -73% Endenergie Strom

28 maximal saniert effiziente Geräte Bestand Keramikfachschule Stoob Bestand vs. Sanierung nach Endenergie - 92% Raumwärmebedarf +249% Warmwasserwärmebedarf (dezentral auf zentral) - 60% Betriebsstrombedarf - 91% Beleuchtung +487% Lüftung & Hilfsenergie RW -63% bis -73% Endenergie Strom

29 Keramikfachschule Stoob Bestand vs. Sanierung Nullbilanzen

30 Gutschriften Bedarfswerte und Energieträger interne Lasten allgemeine Gebäude- und Nutzerdaten REAct Bilanzierungshilfe zum Nullenergiegebäude HAUPTBLATT Legende Ausgabewert Eingabewert Übernahmenwert (EA) allgemeine Gebäudedaten Angaben zur Nutzung (laut DIN oder eigene Werte) Konversionsfaktoren nach OIB RL 6 oder eigene Werte, marktübliche Energiepreise Fläche (BGF) 2300 [m 2 ] Personen 35 [-] rel. Anwesenheit Personen 1 [-] effiziente Geräte =1 ineffiziente Geräte=0 Verfügbarkeit Beleuchtung & Geräte 1 [-] effiziente Geräte in kwh/a 6048 durchschnittl. Nutzungsstunden 1700 h/a ineffiziente Geräte in kwh/a Strom Eingabe Gebäude und Nutzerdaten PE PEn.ern. kg CO2/kWh /kwh Einsparung -65,00% 2,6 2, ,2 Biomasse 1,16 0,06 4 0,1 Erdgas 1,17 1, ,1 Fernwärme 1 0,2 73 0,1 ohne LED Heizöl 1,2 1, ,1 LED Einspeisevergütung PV 0,1 Berechnung der internen Lasten Geräteeinstellungen Adaptierung Betriebsgeräte Adaptierung Beleuchtung LED-Button (LED=1/ansonst 0) (nur bei Auswahl von T16 Leuchten mit EVG) (LED Option nur auswählen wenn T16 Lampen mit EVG verwendet werden ) 0 0 BSB [W] Bel [W] Personen [W] interne Gewinne 2,74 W/m² (interne Lasten der EA Software ersetzen durch den orange markierten Wert) Ausgabewerte der EA Software Aus EA Software vor Änderung der internen Lasten (Eingabe in Gebäudeblätter) Eingabe nach Änderung der internen Lasten! Verbrauchsstelle Energieträger berechneter Jahresbedarf Beleuchtungsenergiebedarf [kwh/a] Strom Betriebsstrombedarf (aus eigener Berechnung - Gebäude1,2 & 3) [kwh/a] Endenergiebedarf RW Biomasse [kwh/a] Endenergiebedarf WW Strom [kwh/a] Hilfsenergiebedarf RH (beinhaltet Lüftung) Strom [kwh/a] Hilfsenergiebedarf WW Strom 0 [kwh/a] Kühlung Strom 0 [kwh/a] Hilfsenergie Kühlung Strom 0 [kwh/a] Be-/Entfeuchtungsenergiebedarf Strom 0 [kwh/a] Auslegung und Ertrag PV Anlage benötigte kwp bzw. PV Fläche 105,0 kwp 840 m 2 PV Ertrag und Eigenbedarf aus Software PV Ertrag (Monatsbasis) [kwh/a] 120 MWh/a Eigenbedarf 20 [%] (überschlägiger Richtwert!) Eigenbedarf plausibel

31 Keramikfachschule Stoob Bilanzierungen nach fiktiven Photovoltaik-Flächen Variante PEB n.ern. Gebäude benötigte PV Fläche MWh/a m _eff

32 Elektrischer Energiebedarf Diskussion 1) Anforderungen an Elektrogeräte für den Einsatz in NZEB welche (zusätzlichen) Funktionen müssen solche Geräte in Zukunft erfüllen? 2) Auswahlkriterien für Haushaltsgeräte für den Einsatz im NZEB z.b. in Bezug auf die Verwendung im PV-System? 3) Wie kann aus der Sicht der Elektrogeräte der Unterschied zwischen erwartetem und tatsächlichem Energieverbrauch eines NZEB gering gehalten werden? 4) Wie können sich Elektrogeräte an das Nutzerverhalten anpassen und Energieeffizienz-Ziele des NZEB positiv beeinflussen? Folie 14

33 weitere Projekt-Tätigkeiten: Monitoring von Einfamilienhäusern Messung von Raumklima und Energie Kennwerte zum Nutzerverhalten Kennwerte zum Innenraumklima (Temperatur, Feuchte, CO 2 ) Kennwerte zum Energieverbrauch (Wärme und Strom) Kennwerte zu Geräte-Ausstattung und Nutzungszeiten Vergleich Energiebedarf und Energieverbrauch Folie 14

34 weitere Projekt-Tätigkeiten: Baustoffentwicklung Dämmstoff aus regionalen Ressourcen Optimierung von Holzschaumbeton zu Dämmstoffplatten Gemisch aus Schilf oder Stroh mit Magnesiumschaum für Dämmung der Außenwand (innen und/oder außen) Wärmeleitzahl λ 0,06 W/mK Wasserdampfdiffusionswiderstand μ<10 Quelle: Folie 14

35 weitere Projekt-Tätigkeiten: Ökobilanzierung Analyse der Mustergebäude über den gesamten Lebenszyklus weg von cradle-to-gate, hin zu cradel-to-cradle Quelle: Folie 14

36 weitere Projekt-Tätigkeiten: Energieberater-Ausbildung Zusatz-Schulungen: Bilanzierung von Nullenergiegebäuden Schulungen im Labor der FH Burgenland Biomassekessel, Wärmepumpe, Thermografie Folie 14

37 Einladung zur e-nova 2014 Nachhaltige Gebäude 13./14. November 2014, Campus Pinkafeld Quelle: Folie 14

38 Kontakt DI Wolfgang Stumpf Forschung Burgenland GmbH Folie 14