klimaneutrale Stadtquartiere - Erste Pilotprojekte

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1 Institut für Gebäude- und Solartechnik Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig klimaneutrale Stadtquartiere - Erste Pilotprojekte Dipl.-Ing. Architekt Thomas Wilken

2 Technische Universität Braunschweig IGS - Institut für Gebäude und Solartechnik Ingenieure (ca. 30) aus den Bereichen Architektur Bauingenieurwesen Maschinenbau In der Fakultät Architektur Bauingenieurwesen Umweltwissenschaften SMA, Niestetal HHS, Architekten, Kassel 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 2

3 Klimaneutrale Stadtquartiere Planung und Umsetzung Campus TU Braunschweig Heide Wolfsburg Heide - Rüsdorfer Camp Braunschweig Frankfurt Esslingen Neue Weststadt, Esslingen Zukunftsraum Wolfsburg 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 3

4 20 CO 2äq -Emissionen in Deutschland Entwicklung und Ziele CO 2äq -Emissionen pro Einwohner [t/(ew*a)] (2016) THG-Emissionen Ziele EK September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 4

5 Masterplan Wohn- und Gewerbegebiet + Hochschule BGF Gesamt: ca m² RVI Wohnen ca m² (500 WE) RVI Gewerbe ca m² Hochschule ca m² Bauphase: Bahnhof 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 5

6 AG E-Versorgung im Quartier Energieversorgungskonzept (Antragsphase 07/2017) Hochschule: Energiezentrale: Blöcke (A) + E + D Blöcke B + C: H 2 Vertrieb Industrie, Mobilität Elektrolyse PEMFC Gasnetz Stromnetz Nahwärmenetz (A), D, E, HSE EZ Hochschule E D Technikzentralen (A), B, C C B A Baubeginn September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 6

7 Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen fossile Brennstoffe Strom-Mix Gebäude Quartier Strom/ Gas/ Wärme- Export aus EE CO2 - Bezug Jahresbilanz CO2 - Gutschrift 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 7

8 Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen Solarertrag ca MWh/a Strombedarf ca MWh/a Solarer Deckungsanteil 50% Nutzer + Gebäudebetrieb Import CO 2 - freier Energie erforderlich! Strom- und Gaserzeugung aus erneuerbaren Energiequellen 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 8

9 Klimaneutrales Stadtquartier Weststadt Esslingen CO 2 - Bezug CO 2 - Gutschrift Input Output CO 2 -Bilanz - 2 t/a StromMix + 60 t/a Grünstrom 0 t/a Gutschrift (Einspeisung) t/a Gas + 53 t/a Biogas t/a Gasnetz anteilig 25% 75% Stromnetz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 9

10 Simulationen Bedarfsprofile Funktionsprinzip Planungswerkzeug Stadtquartier Modellierung Stadtquartier Gebäudemodelle Heizwärme Heizung Lüftung Beleuchtung & Nutzerstrom Photovoltaik-Modelle Strom Photovoltaik Bedarf Deckung Erzeuger Speicher Stromnetz Wärmenetz Gasnetz Energiebilanz CO 2 -Bilanz Normen und Richtlinien Verbrauchswerte Synthetische Profile Trinkwarmwasser 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 10

11 Ansätze zur Energiespeicherung im Quartier aktueller Stand im Forschungsprojekt QUARREE September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 11

12 David Sauss siz-energie-plus.de Ziele von QUARREE 100 Zelluläres und effizientes Strom-, Kraftstoff- und Wärmeversorgungskonzept nach dem Subsidiaritätsprinzip Berücksichtigung zentraler als auch dezentraler regenerativer Energiequellen Intelligente Steuerung auf Quartiersebene und Entlastung des regionalen Stromnetzes Schnittstellen zur Mobilität mit unterschiedlichen Energieträgern Flexibilität und Resilienz im System und für die vorgelagerten Netze erhöhen Strom aus erneuerbaren Quellen vollständig verwerten 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 12

13 David 13 Sauss siz-energie-plus.de Arbeitspakete 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 13

14 Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Systemanalyse für eine vernetzte und (nahezu) CO 2 -neutrale Energieversorgung Volkswagen Betrachtungsraum ha Wohneinheiten Quartiere 1 Hellwinkel 2 Hellwinkel (750 WE) 7 3 Reislingen 4 Steimker Berg 5 Steimker Gärten (1.250 WE) 6 6 Nordsteimke x Bestandsquartier 7 Nordsteimke-Hehlingen (3.700 WE) x Neubauquartier 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 15

15 Projektziele Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Szenarien für eine systemisch vernetzte und (nahezu) CO 2 -neutrale Energieversorgung maximaler regenerativer Deckungsanteil hoher Eigenstromnutzungsanteil Vernetzung von Bestand und Neubauquartiere Sektorkopplung Wärme Strom - Mobilität Optimierung der CO 2 -Einsparungskosten Grundlagenmatrix als Entscheidungshilfe für Stadtplanung und Fachplaner 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 16

16 Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Forschungsprojekt 2,4 t CO2 /(EW*a) ,4 t CO2 /(EW*a) -20% 3,8 t CO2 /(EW*a) -0,8 t CO2 /(EW*a) 3,0 t CO2 /(EW*a) - 40% -1,5 t CO2 /(EW*a) 2,3 t CO2 /(EW*a) - 80% Bezugsjahr 2000, ohne Industrie - 3,0 t CO2 /(EW*a) 0,8 t CO2 /(EW*a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 17

17 Handlungsfelder Integration EE PV-Potenzial Dachflächen Bestand Maximal installierbare Leistung im Bestand ca. 23 MW p Mittleres CO 2 -Einsparpotenzial ca. 0,6 t CO2 /(EW a) Größtes CO 2 -Einsparpotenzial ca. 1,2 t CO2 /(EW a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 18

18 Handlungsfelder Mobilität Mobilität Quartier Steimker Gärten VW (Arbeitsweg 1 Person, 5 km einfach) VW PKW 240 d/a; 10 km 518 kg CO /(EW a) 2 e-mobilität 130 d/a; 10 km 72 kg CO /(EW a) 2 VW Bus 60 d/a; 10 km 57 kg CO /(EW a) 2 Fahrrad 50 d/a; 10 km 0 kg CO /(EW a) kg /(EW a) CO kg CO /(EW a) kg CO /(EW a) 2-33% 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 19

19 Maßnahmenkombinationen Beispiel Gebäudeeffizienz und Arbeitsmobilität 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 20

20 EnEff Campus 2020 Integraler energetischer Masterplan TU Braunschweig Architektur Altgebäude Forum Audimax Campus TU Braunschweig Luftbild von Süden 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 21

21 TU Braunschweig Kennzahlen 6 Fakultäten 140 Institute Beschäftigte Studierende 200 Gebäude m² Nettogrundfläche Campus Nord Gebäudebestand Campus Ost Verbrauch Endenergie Wärme 38 GWh/a 95 kwh/m² NGF a Strom 33 GWh/a 83 kwh/m² NGF a Zentralcampus CO 2 - Emissionen 70 kg/(m² NGF a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 22

22 EnEff Campus TU Braunschweig Energetische Zielsetzung 2020 Primärenergie minus 40% (Bezug 2011) Verbesserung von Lern- und Lebensqualität Architektur Altgebäude Forum Audimax Campus TU Braunschweig Luftbild von Süden 2035 klimaneutraler Campus nahezu ausgeglichene CO 2 - Bilanz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 23

23 EnEff Campus 2020 TU Braunschweig als Vorreiter Umsetzung Masterplan energetische Optimierung bis % Primärenergie Entwicklung langfristiger Strategien klimaneutraler Campus 04I I Masterplan Umsetzung Ende Phase 1 Start Phase 2 Monitoring Klimaneutralität 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 24

24 TU Braunschweig Ausgangslage Entwicklung Energiekosten Kosten [Euro] 10. Mio. 9 Mio. 8 Mio. 7 Mio. 6 Mio. 5 Mio. 4 Mio. 3 Mio. 2 Mio. 1 Mio. Strom Fernwärme Strompreis 2015/16 0,184 / 0,190 /kwh FW-Preis 2015/16 0,099 / 0,102 /kwh 5 % des Gesamtbudget! Stromkosten bis 2018 ca. 9 Mio. Verdoppelung der Energiekosten in 10 Jahren! Wärmekosten bis 2018 ca. 4,7 Mio September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 25

25 EnEff Campus: bluemap Ausgangssituation 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 26

26 gebäudespezifische Erfassung gebäudespezifische Kennwerte (Flächen Nutzung EnEV- Nachweis) > 500 Mess-Stellen 15 Minutenwerte Strom- und Wärmeverbrauch EnEff Campus: bluemap TU Braunschweig Datengrundlage zentral aufgeschaltetes Energiemanagementsystem (EMS) Altgebäude Audimax TU Hochhaus Scheibe Informatikzentrum 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 27

27 EnEff Campus: bluemap Gebäudeklassifizierung Anzahl der Gebäude und Gesamt-NGF der jeweiligen Baualtersklassen Konstruktion / Bautyp Baujahr Anzahl bis seit 2008 Nettogrundfläche [m²] Baualtersklassen nach den Regeln der Datenaufnahme von Nichtwohngebäuden gem. BMUB Nutzung (DIN 277-2) sontige Nutzflächen 4% Bildung, Unterricht, etc. 18% Lagern, Verteilen, etc. 2% Technikflächen 1% Wohnen und Aufenthalt 4% Büroarbeit 29% Experimente und Forschung 42% Endenergieverbrauch [kwh/m² NGF a] Endenergieverbrauch Wärme (witterungsbereinigt) in kwh/m² NGF a NF 3 - Experimente und Forschung 135 kwh/m² NGF a (mittlerer Richtwert gem. BMVBS) Gebäudenummer 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 28

28 EnEff Campus: bluemap Energiekataster Konzeptentwicklung vom Gebäude zum Quartier Campus TU BS Klassifizierung Typisierung Typ 5 Energiekataster Baukonstruktion Baujahr Typ 01 Typ Gebäude 3316 Hans-Sommer-Str Braunschweig Nutzung: Laborgebäude Baujahr: 1962 Fläche (NGF): 4.975m² Nutzung Typ Verbrauchsdaten (Wärme/Strom) Typ Typ September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 29

29 Gebäudeberechnung AnSaGe - Analyse-Tool für Sanierung von Gebäuden Baujahr, Baualtersklassen Gebäudenutzung (DIN V 18599) phys. Kenndaten Gebäudehülle Flächen /Volumen NGF, BGF, V e Raumhöhen, Geschosse Nutzung DIN V Endenergieverbrauch [kwh/m²a] 165,9 Wärme 0% 60,7-16% Strom Investition: Amortisationszeit: Einsparung Energiekosten: Primärenergie: CO2-Emissionen: (17 /m²) 6,7 Jahre /a 150 MWh/a 36 tco2/a Gebäudedatenbank Modellierung Gebäude Kostendatenbank l K l L = n 2 x l K l K l L = n 2 x l K Ableitung und Berechnung Sanierungsmaßnahmen - spez. Kosten - Maßnahmenbezogen l K l K l L = n 1 x l K l L = n 1 x l K l K l L = n 2 x l K l L = n 1 x l K l K Erfassung Bestand Beleuchtung, RLT-Anlagen, PV-Potenzial ENerGO+ 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 30

30 EnEff Campus: bluemap Szenarien - 40 % Primärenergiereduzierung 100% -51% -39% -31% Zielgröße - 40 % Primärenergie 40% 9% 9% Bestand 01 Gebäudehülle 02 Gebäudetechnik 03 Beleuchtung 04 techn. Ausstattung 05 Photovoltaik 06 BHKW 07 Flächeneffizienz 08 Nutzerverhalten 09 fehlende PE-Einsparung 50% 0% 134 Mio. 13 Mio. 8 Mio. Bestand Szenario 01 Szenario 02 Szenario 03 (Status 2011) alle untersuchten kurzfristig Einzelmaßnahmen umsetzbar! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 31

31 EnEff Campus TU Braunschweig PE-Verbrauch und CO 2 -Emissionen 18 % Berücksichtigung Strom 100% erneuerbar TU- BS ist Vorreiter Quartiers-Sanierung! Wir schaffen unser Ziel 2020 (40%) nicht! Wir müssen die Umsetzung von Maßnahmen erheblich beschleunigen! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 32

32 EnEff Campus 2020 Umsetzung von Photovoltaikanlagen über EFRE Förderung Start Umsetzung: 2018 /19 I - 04/16 85 kw p kw p kw p 3210 bewilligt am Dachflächen 9 PV-Leistung 615 kw p Investition 1,43 Mio. Förderung 50 % Amortisation: < 7 Jahre II - 11/16 32 kw p kw p 45 kw p bewilligt am Einsparung III - 04/ kw p 44 kw p 49 kw p Strom 587 MWh/a Kosten EUR/a Primärenergie MWh/a CO 2 -Emission 357 t/a 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 33

33 EnEff Campus: bluemap TU Braunschweig Solarisierung - Photovoltaik Dachflächenanalyse Campus gesamt PV relevante Dachflächen: m² PV-Fläche: m² Potenzial PV ca kw p Investitionskosten *1) : ca. 6 Mio. ca. 2 T /kw p Ertrag gesamt : Einsparung: ca. 2,5 GWh/a ca. 500 T /a keine Dachintegration möglich Amortisationszeit: 5 bis 12 a < 850 kwh/kwp kwh/kwp > 925 kwh/kwp * 1 ) einschl. Unterkonstruktion, Blitzschutz, Baunebenosten, 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 34

34 EnEff Campus 2020 Umsetzung Dokumentation Maßnahmen Sanierung seit Einführung Energiekostenbudgetierung ( ) Abgleich mit Bauunterhaltungsliste GB3 Ergänzende Identifikation über Gebäudelastgänge (ENerGO+) Integration in den Gebäudesteckbriefen Neubauten Errichtete und geplante Neubauten seit 2011 Übersichtskarte Kenndaten Steckbriefe September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 35

35 EnEff Campus 2020 Umsetzung Interaktive Campuskarte - Dokumentation - Information - Transparenz September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 36

36 EnEff Campus 2020 Energiekostenbudgetierung 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 37

37 Energieeffizienz Wohngebäude - Istzustand! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 38

38 Beitrag der Gebäude? % Sanierungsquote 1,2 %/a Gebäudebestand % 160 Anteil Neubau Sanierungsquote 2,4 %/a Anteil Neubau Anteil Neubau! Verschärfung der EnEV? September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 39

39 EnergiePLUS Klimaneutral im Bestand Frankfurt, Riederwald, ABG 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 40

40 Klimaneutral im Bestand nach Sanierung 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 41

41 Klimaneutral Investitionskosten? Wohngebäude (Neubau / Bestand) Klimaneutral ist nicht kostenlos! Geringste Baumehrkosten Gebäudehülle EnEV 2016 und PV + Wärmepumpe ca /m 2 NGF - EFH, Neubau bis ca /m 2 NGF - MFH, Bestand 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 42

42 Wir brauchen mittelfristig eine Neuausrichtung! Gebäude- Energie- / Klimaschutz- Gesetz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 43

43 Nicht weil es schwer ist wagen wir es nicht, sondern weil wir es nicht wagen ist es schwer! Vielen Dank 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 44