Umsetzung der Energiestrategie 2050: technische Regulierungen. Ansätze und Methoden für den Gebäudepark

Transkript

1 Umsetzung der Energiestrategie 2050: technische Regulierungen Ansätze und Methoden für den Gebäudepark Dr. Kristina Orehounig Urban Energy Systems Laboratory, Empa

2 Ausgangslage Gebäude haben grossen Anteil am nationalen Endenergieverbrauch 2

3 Ausgangslage Heizwärmebedarf von Wohngebäuden im Kanton Zürich Quelle: M. Zimmermann CCEM 3

4 CO2 Intensität [g CO2 eq/kwh] Integration von Erneuerbaren Energieträgern Ausgangslage und Zielsetzung für Gebäude 300 Gebäudebestand Steigerung der Energie Effizienz Energie Intensität [kwh/(m2*a)] Quelle Daten: Prognos

5 Ausgangslage und Zielsetzung für Gebäude Heizwärmebedarf von Wohngebäuden im Kanton Zürich Effizient (Reduktion des Energieverbrauchs) Integration (Dezentrale Energieträger) Intelligent (Digitalisierung, Internet of things) Gebäude haben eine wichtige Rolle in der Zukunft Quelle: M. Zimmermann CCEM 5

6 Inhalt der Präsentation Ausgangslage Wo liegen die Probleme in der Zielerreichung? Ansätze und Methoden Energieverbrauch Optimale Lösungen auf Gebäudeebene Optimale Lösungen auf Quartiersebene Zusammenfassung 6

7 Sanierungsraten Weiter wie bisher in 2050 Stadt Stadtrandsiedlung Ländlich 7

8 Heizungserneuerungen Fossil durch fossil ersetzt Oft wird ein anderes Heizsystem nicht in Erwägung gezogen Ersatz des Heizsystems in Zürich Quelle: Econcept 2017 Studien von Wüest und Partner (2014) und Econcept (2017) 8

9 Technische Regulierungen wo wollen wir hin? Einheitliche Lösungen gesucht, das Problem ist aber komplex Umsetzungsschwierigkeiten der Regulierungen Modular anwendbare Lösungen Abstimmung auf regionale Unterschiede Miteinbezug von Quartiersmöglichkeiten Digitalisierung kann helfen? 9

10 Modellierung und Optimierung Boundary conditions Energy strategy goals Energy Potentials Costs Solutions space Pareto Front Energy scenario Configurations Data Optimisation Energy hub approach Target or threshold value CO 2 Emissions Energy demands Business models 10

11 Gebäuddaten Was ist vorhanden? GWS - Generelle Statistiken über Heizsysteme, Renovierungen, Gebäudeart GWR - Gebäude- und Wohnungsstatistik Gebäudereferenznummer Perimeter, Höhe, Nutzung, Anzahl Einwohner Baujahr, Verwendete Energieträger 3D Daten Gebäudeinformation (Swisstopo, Openstreetmap, Lidar Daten ) GIS - Geografische Informationssysteme von Kantonen SIA-GIS Energie Initiative (Bedarfswerte von Gebäude, Abwärme, Potenziale) Smart-meter und Energieverbrauchsdaten nur sehr eingeschränkt verfügbar 11 Quellen: BFS, Swisstopo 2016, GIS Zurich 2016 maps.zh.ch 2016 Gebäudevolumenkörper ohne Dachform Beispiel GIS Stadt Zürich - Wärmenutzungspotenzial

12 Energieverbrauch 12

13 Dynamische Evaluation des Energieverbrauchs kwh/m -2 a Vorverarbeitete Geodaten von 3D-Gebäuden -> Geografische Koordinaten der Grundrisspunkte Automatisierter Prozess Erstellen von Simulationsmodellen (idf files) Integration von Gebäudedaten aus verschiedenen Datenbanken Simulation des Energieverbrauchs aller Gebäude im Quartier 13

14 Analyse verschiedener Quartiere Renovierungspotentiale

15 Modellierung Änderung des Energieverbrauchs Business as usual Low High

16 Modellierung Änderung des Energieverbrauchs Business as usual Low High

17 Modellierung Änderung des Energieverbrauchs New Energy Policy Low High

18 Sanierungsraten Weiter wie bisher vs. Neue Energiepolitik 18

19 Optimale Lösung auf Gebäudeebene 19

20 Fallstudie eines Dorfes: Zernez 2050 Heizsysteme in Zernez 20

21 Sanierung der Gebäudehülle jährliche Heizenergie F E A C B Example buildings D Gebäudetypen: D: Einfamilienhaus SD: Zweifamilienhaus L: Mehrfamilienhaus Altersgruppen: < Base case: keine Renovation -> Dach (SIA 380 Grenz- & Zielwert) -> Fenster -> Fassade (Fenster & Wände) -> Ganzes Gebäude 21

22 TREIBHAUSGASEMISSIONEN Optimale Kombination Gebäudehülle und -system Kostenoptimum Multi-Kriterien-Analyse: Pareto Front Mögliche Lösungen Optimale Kombination von Sanierung der Gebäudehülle und Gebäudesystemen Kosten und Treibhausgas Optimierung Treibhausgasoptimum KOSTEN 22

23 Resultate für Mehrfamilienhäuser: Treibhausgase vs. Kosten

24 Optimale Lösungen aufs Quartiersebene 25

25 Regionale Unterschiede Regionale Unterschiede des Energieverbrauchs Unterschiede von Energiepotenzialen (Solarpotenzial, lokale Abwärme, Erdwärmepotenzial, ) Durchschnittlicher Heizwärmebedarf von Gebäuden Quelle: Daten: Dr. Stefan Schneider, Universite de Geneve Plot: Jonas Landolt, ETH-BP, ETH Zurich 26

26 CO 2 Emissionen CO 2 Emissionen Energie Autonomität [%] Energie Autonomität [%] Quartierslösungen oder dezentral? S1 Dezentral S2 Dezentral + Kleinwasserkraftwerk S3 Dezentral + Thermisches Netz Quartier pre ret pre S1 S1s ret S2 S1 S2s S1s S3 S2 S3s S2s S4 S3 S4s S3s S4 S4s CO2 [t] CO Autonomität Energieautonomität 92% Szenarien Szenarien Energieeffizienz -55% CO 2 Emissionen Energieautonomität CO 2 Emissionen -90% 27

27 Zusammenfassung 1. Energetische Sanierung der Gebäudehülle allein genügt nicht für CO 2 -Ziele 2. Optimale Lösung hängt vom Gebäude ab (Heterogenität des Gebäudeparks) 3. Erhöhung der Sanierungsraten erforderlich 4. Regionale Unterschiede sollten in Betracht gezogen werden 5. Lösungen sollten auf Siedlungs- und urbaner Ebene entwickelt werden 6. Gebäudedaten können helfen eine genauere Abschätzung zu treffen 28

28 Umsetzung der Energiestrategie 2050: technische Regulierungen Ansätze und Methoden für den Gebäudepark Dr. Kristina Orehounig Urban Energy Systems Laboratory, Empa