Erneuerbare Energie für Gebäude

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1 Work package 3 Erneuerbare Energie für Gebäude Vorstellung AEE Bürogebäude AEE 1

2 Vorstellung AEE Vorstellung AEE 2

3 Vorstellung AEE Gesamtwärmebedarf: kwh / Jahr Fassadenkollektor: kwh / Jahr Überschuss kwh / Jahr Vorstellung AEE 3

4 Vorstellung AEE CO2 Emission bisher ca. 60 t/a CO 2 Emission ab jetzt 0 t/a Erneuerbare Energie 4

5 Einheiten Energieverbrauch in Österreich, Anteil erneuerbare Quelle: Statistik Austria, Energiebilanz Österreichs

6 Erzeugung / Verbrauch Fossile Energieträger 6

7 Fossile Energieträger TWh Erneuerbare Energie, Potenziale 7

8 Verbrauch pro Kopf Effizienz 8

9 Ökostromanlagen Verbrauch Erneuerbare Energie flächenbezogen 9

10 Energiedienstleistung Heizen ist das permanente Kompensieren von Baumängeln warum viel heizen? warum nicht viel dämmen? Beweis für den Klimawandel Neue Beweise für den Klimawandel! (Quelle unbekannt) 10

11 Regionale Energieträger Bioenergie Solarstrom Solarwärme Kleinwasserkraft Umgebungs/Erdwärme Windkraft Ökonomische Vorteile regionaler Energieträger Kaufkraft bleibt in der Region Regionales Gewerbe profitiert, Umsatz, Beschäftigung Regionale Investitionen Preisstabilität regionale Kontrolle über Preise Verkauf von Energie bei Überproduktion 11

12 Auf einem ha Agrarfläche kann man: Biotreibstoffe anpflanzen und damit einen PKW km im Jahr betreiben oder eine Photovoltaik-Anlage errichten und mit dem E-Mobil 3,25 Mio. km weit fahren Quelle: Photon Flächenbedarf für Energieautarkie Quelle: Johannes Fechner, klima aktiv 12

13 Energieautarkie Unterscheidung Bilanzgerechte Autarkie Energie, die im Jahr benötigt wird, wird auch im selben Zeitraum lokal erzeugt Lastgerechte Autarkie Zu jedem Zeitpunkt kann die erforderliche Energie aus lokalen Quellen (inkl. Speicher) bereitgestellt werden Effiziente Wärmeversorgung mit Sonne, Biomasse und Umweltwärme 13

14 Solarthermie Solarstrahlung in Österreich auf die Horizontalfläche 14

15 Solarstrahlung in Österreich Liter kwh/jahr Heizöl Solarstrahlung 15

16 Kollektorneigung und Globalstrahlung Verluste eines Flachkollektors 16

17 Wirkungsgrad Kennlinie Glasfaktor Flossenfaktor Absorptionsfaktor Optische Verluste Thermische Verluste Nutzwärme Warmwasser Solaranlagen 17

18 Warmwasser Solaranlagen Heizungseingebundene Solaranlagen 18

19 Heizungseingebundene Solaranlagen Heizungseingebundene Solaranlagen 19

20 Heizungseingebundene Solaranlagen Jenni Solarhaus Erstes Haus, das seinen Wärme- und Strombedarf zu 100% mit der Sonne decken konnte. Ausbildung zum zertifizierten Solarwärmeinstallateur und -planer 20

21 Speichergröße und Deckungsgrad Solarer Gesamtdeckungsgrad in Abhängigkeit von Heizungs- Speichergröße und Kollektorfläche 70,0 60,0 Kollektorfläche [m²] 50,0 40,0 30,0 20,0 >0,75m³ x 10m² 10,0 empfohlene Heizenergiespeichergröße: > 0,5 m³/10 m² Kollektorfläche 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5, Heizenergiespeichervolumem [m³] Speichergröße und Deckungsgrad Marktübliche Speicher bis ~ 60% Deckungsgrad Riesenspeicher für 100% Deckung 21

22 Speichergröße und Deckungsgrad Marktübliche Speicher bis ~ 60% Deckungsgrad Riesenspeicher für 100% Deckung Solarenergie 22

23 Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 23

24 Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 24

25 Solarthermie, Marktentwicklung weltweit Quelle: AEE Intec Solarthermie, Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 25

26 Solarthermie, Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie, CO2 und Arbeitsplätze 6500 Vollzeitarbeitsplätze Quelle: AEE Intec 26

27 Rechenbeispiel - Solarwärme Heizen eines Niedrigenergiehauses: 20 kwh/m² und Jahr 100m²: 2000 kwh pro Jahr > 400 kwh/m² Sonnenkollektor und Jahr > 5m² Sonnenkollektorfläche und: Warmwasserbedarf (4 Personen): 1,5 kwh/person und Tag 1800 kwh/jahr >4,5 m² Sonnenkollektorfläche..Summe: 10 m² Kollektorfläche für gesamten Wärmebedarf eines 4-Personenhaushaltes (Jahresbilanz) PROBLEM: Erzeugungs- und Lastkurve weichen ZEITLICH stark voneinander ab Solaranlagen Comutersimulation mit TSOL 27

28 Photovoltaik PV Zellen verschiedene Typen Wirkungsgrade von Silizium-Solarzellen Material Wirkungsgrad im Labor [%] Wirkungsgrad in der Produktion [%] Monokristalines Silizium Ca Polykristalines Silizium Ca Amorphes Silizium Ca

29 Photovoltaik Technologien in Österreich Quelle: FH Technikum Wien PV Grundlagen 29

30 PV Grundlagen PV Grundlagen 30

31 Inselanlage Inselanlage 31

32 Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules 32

33 Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules 33

34 Neigung und Ausrichtung Photovoltaik Technologien in Österreich 34

35 Photovoltaik Technologien in Österreich Photovoltaik Technologien in Österreich 35

36 PV-Erzeugung und Strombedarf PV Strom-Erzeugung am Hausdach (H0 Standardlastprofil) HH-Stromprofil Werktag gemessene Lastkurve Leistung in W Gemessenes Profil Synthetisches Profil 00:00 05:00 10:00 15:00 20:00 36

37 Lastausgleich auf Einzelhausebene Den Lastausgleich auf Einzelhausebene durchzuführen ist - kostenaufwändig (Batterien etc ) - nachteilig für das Gesamtsystem Stromüberschüsse zur Mittagszeit wären im öffentlichen Stromnetz willkommen Lastkurve des öffentlichen Stromnetzes Gesamtes Gesamtes öffentliches öffentliches Stromnetz Stromnetz Solar-Erzeugung auf tausenden Hausdächern Jän.05 Feb.05 Mär.05 Apr.05 Mai.05 Jun.05 Jul.05 Aug.05 Sep.05 Okt.05 Nov.05 Dez.05 Die solare Stromerzeugung unterstützt das öffentliche Netz während der Lastspitzen 37

38 Lastausgleich ist der entscheidende Faktor in der Unterscheidung Bilanzgerechte Autarkie und Lastgerechte Autarkie die zeitliche Übereinstimmung zwischen solarer Erzeugung und Bedarf ist in der Einzelanwendung meist nicht gegeben Erster Gedanke: große individuelle Speicher Rechenbeispiel - Solarstrom Strombedarf Durchschnittshaushalt (4 Personen): 4000 kwh 7 m² Fläche für 1000 kwh/a erforderlich. 28m² Modulfläche für gesamten Strombedarf eines 4- Personenhaushaltes (Jahresbilanz) PROBLEM: Erzeugungs- und Lastkurve weichen zeitlich stark voneinander ab 38

39 Photovoltaik Marktentwicklung in Österreich Quelle: FH Technikum Wien Photovoltaik Installationen in Österreich Quelle: FH Technikum Wien 39

40 Photovoltaik Installationen kumuliert in Österreich Quelle: FH Technikum Wien Photovoltaik, Preise pro kwp in Österreich Quelle: FH Technikum Wien 40

41 Spezifische Kosten PV Anlage Spezifische Kosten PV Anlage Die Kosten für PV Anlagen, die heute bei etwa ca pro kw liegen, werden bis 2020 auf sinken, langfristig sind 500 möglich. 41

42 Photovoltaik, CO2 Einsparung und Arbeitsplätze Quelle: FH Technikum Wien PV Computersimulation mit PV-SOL 42

43 Kostenlose Online Dimensionierung: Biomasse 43

44 Biomasse in großem Maße verfügbar Wir nutzen nur rund die Hälfte des Zuwachses! Ziel der österreichischen Bundesregierung: Umstellung von mind Haushalten auf erneuerbare Energieträger bis 2020, davon Haushalte bis Stand der Technik Wirkungsgrade von Biomassekleinfeuerungen (alle Brennstoffe: Scheitholz, Hackgut, Pellets) 44

45 Stand der Technik CO-Emissionen von Biomassekleinfeuerungen (alle Brennstoffe: Scheitholz, Hackgut, Pellets) Verkaufte Biomassekessel in Österreich < 100 kw Quelle: BIOENERGY

46 Verkaufte Biomassekessel in Österreich > 100 kw Quelle: BIOENERGY Verkaufte Biomasseöfen in Österreich Quelle: BIOENERGY

47 Feste Biomasse Marktentwicklung in Österreich Quelle: BIOENEERGY Biomasse Verbrennung Gleichstromverfahren (Unterschubfeuerung) Querstromverfahren (seitlich beschickte Feuerung) Gegenstromverfahren (von oben beschickte Feuerung) 47

48 Dreizugtechnik Vorteile: Kleine Baugröße = geringe Außenabmessungen des Kessels Automatische Asche- u. Flugascheabscheidung, keine händische Reinigung des Brennraumes udgl. während der Heizperiode notwendig Seitlicher Einschub mit schamottierter Brennkammer 48

49 Brennwerttechnik mit externem Wärmetauscher Abgas ca. 150 C Abgaswärmetauscher aus Niro Heizungsrücklauf ca Abgas ca C Verbrennungsluft Biomasse Verbrennung CO / Lambda - Verhältnis 49

50 Biomasse Verbrennung Lambdasonde Sprungsonde Biomasse Verbrennung Lambdasonde 50

51 Biomasse Brennstoffe im Vergleich Platzbedarf für Kesseltechnik und Brennstofflager Ausgangssituation: Nutzenergiebedarf von kwh/a Heizölbedarf: bisher Heizölbedarf: Neuanlage Pelletsbedarf Raumbedarf Pellets Raumbedarf Hackgut (Fichte W30) Liter Liter 25 Tonnen/a 42 Srm³/a 143 Srm³/a (eta 85%) (eta 81%) Biomasse Brennstoffe im Vergleich Lagerbedarf Hackgut / Pellets [Srm] Faktor 3,5! ,00 Hackgutbedarf Pelletsbedarf 51

52 Bodenrührwerk mit Gelenkaustragung Pendelschneckenaustragung 52

53 Überkopfbeschickung Feste Biomasse im österreichischen Energiesystem Quelle: BIOENEERGY

54 Hackgutmarkt in Österreich Quelle: BIOENERGY Pelletsmarkt in Österreich Quelle: ProPellets Austria 54

55 Energiepreisindices Quelle: statistik austria Grafik: Biomasse Pellets gute Raumausnutzung bewährte Fördertechnik Baukastensystem variable Kesselanbindung einfache Lösung kostengünstig 55

56 Biomasse Pellets sehr variabel Umluftsysteme mit und ohne Filter bis 20 m Sauglänge Biomasse Pellets 56

57 Pellets Lagersysteme FleXILO COMPACT 60 % mehr Füllvolumen dank innovativem Funktionskonzept mittels Zugfedern und elastischem Schrägboden Type L cm B cm H cm Tonnen KGT ,7-3,3 KGT ,0-6,2 KGT ,5-7,0 KGT ,5-9,0 LEER VOLL Biomasse Pellets Lagerung außerhalb des Hauses Raumersparnis einfache Befüllung 57

58 Biomasse Pellets Biomasse Pellets 58

59 Raumluftunabhängiger Betrieb Fast alle Wohnraumgeräte (Holzfeuerung) sind raumluftabhängig Ein Wohnraum-Gerät braucht etwa 20 bis 30 m³/h 10% davon sind auch bei externer Luftzufuhr zur Scheibenspülung meist raumluftabhängig! Zuluft über ein Rohrsystem von extern (Wärmebrücken). Max. 2 Pa. Druckdifferenz. Luftstutzen am Gerät mm. Leitung möglichst kurz oder über einen Pufferraum Raumluftunabhängiger Betrieb Der Betrieb unterdruckerzeugender Geräte (Küchenablufthaube, Abluftanlage,..) im Luftverbund mit raumluftabhängigen Wohnraumgeräten ist nicht zulässig! Ausnahmen sind mit Absicherungsmaßnahmen möglich. Feuerstätte hat Betriebsvorrang! Lüftungsgerät wird ggf. abgeschaltet. Moderne Ablufthauben 900 m³/h. Nur in Kombination mit Fensterschalter. Abluftanlagen nur mit Unterdruck-Controller! Ist eine Be- und Entlüftungsanlage mit einem Unterdruck-Controller ausgestattet, schaltet dieser den Abluftventilator weg und die Lüftung sorgt für die Zuluft des Kessels! 59

60 Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC PLUS Pelletskessel mit Brennwerttechnik Leistungsbereiche 12, 15, 20, 25, 32 kw Abgas ca. 150 C Abgas ca C Abgaswärmetauscher aus Graphit Heizungsrücklauf ca Kondensat Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART All-in-one-Prinzip Solar-Schichtenspeicher 600 Liter Pellets-Brennwert-Modul 2 gemischte Heizkreise 1 Solarkreis Solar Wärmetauscher Frischwassermodul Steuerung und Regelung 60

61 Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Solarwärmetauscher leicht zugänglich nachträglicher Einbau möglich Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Heizkreispumpen und Mischer sowie Frischwassermodul fertig installiert max. 2 gemischte Heizkreise Warmwasser (Frischwassermodul) Solarkreis modular wählbar Pumpen -Effizienzklasse A 61

62 Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Aschebox mit 12kg Ascheaufnahme Entleerung: 4 kw 1 x pro Heizsaison 6 kw - 8 kw 2 x pro Heizsaison Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Manuelle Befüllung Heizlast 4 kw ~ 15 kg Pellets/Tag Zwischenbehälter 36 Liter = 22 kg 62

63 Pellets-Zentralanlagen für NEH Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Mehr Effizienz mit Brennwerttechnik bis zu 15% weniger Brennstoff Edelstahl - Wärmetauscher Flammrohr Brennteller Feuchtbeständiger Kamin Edelstahl oder Keramik Ø130 mm Brennkammer C 63

64 Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Kesselwirkungsgrad 105,7% Staub 4 mg/mj Kohlenmonoxid (CO) 13 mg/mj Org.geb Kohlenstoffe < 1 mg/mj Stickoxide (Nox) 70 mg/mj Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Der Blaue Engel ist das strengste Umwelt-Gütezeichen in Europa. Mit der PELLEMATIC SMART wird der geforderte Staubemissionswert um über 70% unterschritten! 64

65 Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Einbaubeispiel mit Gewebetank 6,7 m² CO2 Einsparung durch feste Biomasse Quelle: BIOENERGY

66 Umsatz und Arbeitsplätze durch feste Biomasse Quelle: BIOENERGY Umsatz und Arbeitsplätze durch Biomasse Kessel Quelle: BIOENERGY

67 Kachelofen Ganzhausheizung Kachelofen Ganzhausheizung 67

70 Umweltwärme Wärmepumpen Funktionsweise von Wärmepumpen Energie aus der Umwelt Expansionsventil Verdampfer Kondensator Verdichter Heizkreise Boilerladung 70

71 Typen von Wärmepumpen Erdreich / Wasser Flachkollektor COP B0/W35 > 3,5 Erdreich / Wasser Tiefenbohrung COP B0/W35 > 3,5 ca m²/kw ca m/kw Typen von Wärmepumpen Wasser / Wasser COP W10/W35 > 4,5 ca. 150 l/(kw, h) 71

72 Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Quelle: EEG 72

73 Betriebsweisen von Wärmepumpen Strommix in Österreich Quelle: AIT Stumpf

74 Energiebilanz Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf 2009 Anteil Atomstrom am Mix der Versorger in Österreich 74

75 COP und Jahres Arbeitszahl Betriebsweisen von Wärmepumpen Quelle: AIT Stumpf

76 monovalenter Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 Bivalent alternativer Betrieb Quelle: AIT Stumpf

77 Bivalent paralleler Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 Bivalent teilparalleler Betrieb Quelle: AIT Stumpf

78 Leistungsermittlung Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf 2009 Wassererwärmung mit Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf

79 Arbeitszahl Quelle: AIT Stumpf 2009 Bodentemperatur Quelle: AIT Stumpf

80 Erdreichtemperaturen Quelle: AIT Stumpf 2009 Leistungszahl COP Quelle: AIT Stumpf

81 Leistungsziffer Wasser-Sole WP 7 6 Leistungszahl (COP) t = 35 C t = 55 C t = 65 C Wasser- bzw. Soletemperatur in C Wärmepumpen Gütesiegel Für Förderungen in Österreich: Mindestanforderung für alle Technologien JAZ = 4 Wärmepumpendaten 81

82 Berechnung der Jahresarbeitszahl Google / energie_ee_liste_waermepumpen.pdf energie_ee_liste_waermepumpen.pdf JAZ nach VDI

83 Jahrearbeitszahl JAZ Quelle: AIT Stumpf 2009 Wärmepumpen Jahresarbeitszahl Quelle: AIT Stumpf

84 Wärmepumpen Jahresarbeitszahl Quelle: AIT Stumpf 2009 Berechnung der Jahresarbeitszahl VDI 4650 Berechnung Tool dz. Wohnbauförderung 84

85 Berechnung der Jahresarbeitszahl Berechnung der Jahresarbeitszahl Bestimmung des Bivalenzpunktes Heizlast 5,4 kw (9 kw) Normaußentemperatur

86 Bestimmung des Bivalenzpunktes Der Bivalenzpunkt eines Wärmepumpentypes hängt ab von Normaußentemperatur des Standortes Heizkurve Bestimmung des Bivalenzpunktes 86

87 Berechnung der Jahresarbeitszahl Betriebsweisen von Wärmepumpen 87

88 Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Quelle: EEG Wärmepumpen Marktanteil der Wärmequellen 88

89 Emissionsfaktoren Strom Wärmepumpen CO2 Einsparung in Österreich 89

90 Wärmepumpen Arbeitsplätze in Österreich (Mio.) Wärmepumpen Feldmessungen 90

91 Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 91

97 Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 97

102 Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Objekt E.. 102