Gesamtheitlich optimierter Kostenvergleich - einfach und zuverlässig

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1 Hintergrund-Informationen zum Optimierungsprogramm Optihaus, Version Gesamtheitlich optimierter Kostenvergleich - einfach und zuverlässig Warum Optihaus...1 Ein Beispiel...2 Die Modellhäuser...4 Die Haustechnik Varianten...5 So rechnet Optihaus...6 Warum Optihaus? In 21 Kantonen (weitere kommen später dazu) dürfen Neubauten nur zu 80% mit nicht erneuerbaren Energien für Heizung und Warmwasser versorgt werden. Die restlichen 20% müssen durch eine verbesserte Wärmedämmung eingespart oder durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Es gibt also zwei Wege diese 80/20% Regel zu erfüllen. Optihaus quantifiziert die Kosten dieser Varianten für verschiedene Modellwohnhäuser. Planer und Bauherrschaft können dieses effiziente Instrument für die Optimierung ihrer eigenen Bauprojekte nutzen. Ein Gebäude besser zu dämmen, bedeutet etwas mehr Geld für die Gebäudehülle zu investieren. Der Energiebedarf und somit die Energiekosten werden dadurch reduziert. Eventuell kann eine günstigere und einfachere Wärmeerzeugung installiert werden, da die benötigte Wärmeleistung kleiner wird. Untenstehendes Bild veranschaulicht dieses Konzept. Dämmung Dämmung Dämmung minimum mittel maximum Dämmkosten Kosten Haustechnik und Wartungskosten Energiekosten 1

2 Ein Beispiel Optihaus nutzt verschiedene Modellwohnhäuser, um die in der Einleitung erwähnten Kosten zu berechnen. Es ist einfach zu erkennen, dass die Energie- und Haustechnikkosten von der Art der Wärmeerzeugung (Gas, Öl, Wärmepumpe etc.) abhängig sind. Es sind jedoch auch die Dämmkosten von der Art der Wärmeerzeugung abhängig, da Optihaus die in der Einleitung erwähnte 80/20% Regel immer erfüllt. Das bedeutet, dass Gebäude mit einem Wärmeerzeugersystem, welches nicht-erneuerbare Energien nutzt besser gedämmt werden müssen. Das Energienachweis Deckblatt erläutert diesen Sachverhalt: Standort- und Gebäudeabhängige Grenzwert Haustechnik und Gebäudeabhängige Werte 80% des Grenzwertes Heizwämebedarf und Warmwasser darf mit nicht-erneuerbarer Energie gedeckt werden (Punkt ❷; 154.5MJ/m 2 ). Das obige Beispiel ist ein Einfamilienhaus mit einer Gasheizung und einer Solaranlage für die Warmwasseraufbereitung in Lugano. Der Energiebedarf des Gebäudes (mit Warmwasser) beträgt MJ/m 2 (Punkt ❸). Da die Solaranlage 38.0MJ/m 2 erneuerbare Energie beiträgt, werden nur (192.4MJ/m MJ/m 2 ) = 154.4MJ/m 2 mit nichterneurbarer Energie gedeckt, das Energiegesetz ist erfüllt. Um das Energiegesetz zu erfüllen, darf der maximale Heizwärmebedarf für die Gasheizung mit Solaranlage 142MJ/m 2, für die Gasheizung 104MJ/m 2, betragen. Wird für das selbe Gebäude anstelle der Gasheizung mit Solaranlage eine reine Gasheizung verwendet, so fällt der Anteil an erneurbarer Energie weg (38,0MJ/m 2 ) und der Energiebedarf des Gebäudes müsste von MJ/m2 auf 154.4MJ/m2 reduziert werden. Das Gebäude muss also mehr gedämmt werden, welches Mehrkosten verursacht. Dafür wird keine Solaranlage mehr verwendet, was die Investitionskosten der Haustechnik reduziert. Auch benötigt das besser gedämmte Gebäude weniger Energie. Welche Variante ist nun gesamtheitlich wirtschaftlich günstiger? Optihaus beantwortet diese Frage. 2

3 Dazu wählt man ein Modellwohnhaus und den Gebäudestandort aus. Zum Vergleich zweier Wärmeerzeugervarianten zieht man diese in das Gebäude. Untenstehendes Beispiel vergleicht eine Gasheizung mit einer Solaranlage für die Warmwasserbereitung (links) und eine Gasheizung (rechts). Als Gebäude wurde ein kompaktes Einfamilienhaus (EFH) am Standort Lugano gewählt. Die linke Variante hat einen Heizwärmebedarf von 142MJ/m 2, die Rechte nur 104 MJ/m 2. Der Dämmhebel veranschaulicht, dass die die linke Variante weniger stark gedämmt werden muss um das Energiegesetz zu erfüllen. Weiter unten sieht man den wirtschaftlichen Vergleich der Jahresbetriebskosten. Die Jahresbetriebskosten der Dämmung sind höher für die Gasheizung ( Fr./Jahr). Plausibilität: Das Gebäude muss mehr gedämmt werden, um das Energiegesetz zu erfüllen. Die Haustechnikkosten sind Fr./Jahr tiefer für die Gasheizung. Plausibilität: Die Investitionskosten der Solaranlage fallen bei der reinen Gasheizung nicht an. Die Energiekosten sind 68.- Fr. höher für die Gasheizung. Plausibilität: Das Warmwasser wird nicht mit einer Solaranlage aufbereitet. Im Total sind für diesen Vergleich die Jahresbetriebskosten für eine reine Gasheizung ( Fr./Jahr) tiefer als für eine Gasheizung mit Solaranlage für Warmwasseraufbereitung ( Fr./Jahr). Eine Zusammenfassung dieser Resultate, sowie weitere Details (wie Endenergiebedarf etc.) kann man als pdf-dokument herunterladen, indem man auf den Link Berechnungs-Details klickt. Desweiteren ist es möglich einige Einstellungen (wie die Energiepreise) unter dem Link 3

4 Optionen abzuändern. 4

5 Die Modellwohnhäuser Optihaus bietet dem Nutzer drei verschiedenen Gebäude und 32 Standorte zur Wahl. Das Gebäude kann ein Flach- oder Giebeldach aufweisen. Detailinformationen zu den Modellwohnhäusern sind in untenstehender Tabelle ersichtlich (nur mit Flachdächern) Allgemeine Beschreibung EF-Haus klein Kompaktes Einfamilienhaus mit verwinkelter Gebäudehülle und kleinen Südfenstern EF-Haus gross Grosse Einfamilienhaus mit kompakter Gebäudehülle und grossen Südfenstern MF-Haus Mehrfamilienhaus mit 7 Wohnungen, kompakter Gebäudehülle und vielen Südfenstern Beheizte Wohnfläche (Energiebezugfläche) 212 m2 339 m m2 Gebäudehüllzahl (A th /A E ) Da Optihaus eine komplette Energienachweisberechnung nach Norm SIA380/1 durchführt, sind die dafür nötigen Parameter (Bauteilflächen, Materialkennwerte, Wärmespeicherfähigkeit, Verschattungsfaktoren etc.) den jeweiligen Gebäuden zugeteilt. 5

6 Die Haustechnikvarianten Es stehen acht verschiedene Haustechnikvarianten zur Auswahl. Diese sind in untenstehender Tabelle zusammengefasst. Die Haustechnikkosten beinhalten keine Wärmeverteilung und auch keine Sanitär Kalt- und Warmwasserleitungen (da diese bei allen Varianten gleich sind). Prinzip Ölheizung Ölheizung mit Solaranlage für Warmwasseraufbereitung Ölheizung mit mechanischer Lüftung Prinzip Gasheizung Gasheizung mit Solaranlage für Warmwasseraufbereitung Gasheizung mit mechanischer Lüftung Prinzip Wärmepumpe Erdsonde Wärmepumpe Luft/Wasser Die Haustechnik-Komponenten werden aufgrund verschiedener Parameter wie der Norm- Heizlast (z.b, Wärmeerzeugung), der Energiebezugsfläche (z.b. Wassererwärmer / Solaranlage), der Gebäudehöhe (z.b Abgasleitungen / Solarleitungslängen) ausgelegt. 6

7 So rechnet Optihaus Optihaus schätzt die Kosten, Energiebedarf, Heizleistungen etc. für Modellwohnhäuser, an verschiededenen Standorten und Haustechnikvarianten ab. Dafür werden viele Parameter benutzt und in Abhängigkeit zueinander gebracht. Eine ausführliche Beschreibung der Berechnungsgrundlagen ist in diesem Dokument nicht enthalten. Diese Beschreibung soll eine Grundidee geben, wie Optihaus rechnet Energienachweis Die Energienachweisberechnung nach der SIA-Norm 380/1 Thermische Energie im Hochbau ist eine wichtige Grundlage des Optihaus Programmes. Mithilfe dieser Berechnung lässt sich der Energiebedarf für die Raumheizung und die Wassererwärmung aufgrund der Gebäudehülle, dem Gebäudestandort und anderen Faktoren bestimmen. Für alle Modellwohnhäuser wurde ein kompletter Energienachweis berechnet. Optihaus berücksichtigt somit wichtige Werte wie Sonneneinstrahlung an verschiedenen Standorten, Verschattungen, genutzte Wärmegewinne, Wärmebrücken, Lüftungsverluste etc. Falls eine Haustechnikvariante mit mechanischer Lüftung gewählt wird, reduziert Optihaus automatisch den Aussenluftvolumenstrom. In einem zweiten Schritt wurden mit Hilfe eines komplexen Optimierungsalgorithmus die Gebäudebauteile (wie Aussenwände, Dächer, Fenster etc.) stärker bzw. schwächer gedämmt. Dieser Algorithmus beruht hauptsächlich darauf, dass Bauteile mit einem hohem Energieverlust zuerst gedämmt werden, da diese energietechnisch am meisten sparen. Um zu vermeiden, dass nur ein Bauteil optimiert wird (da es sehr viel Fläche aufweist) und um die inverse Proportionalität des u-wertes zur Dämmstärke zu berücksichtigen, wurden Optimierungsbereiche definiert. Diese Optimierungsbereiche basieren auf Grenz- und Zielwerten aus verschiedenen SIA380/1 Normen (aus dem Jahr 2001, 2007 und 2009). Der Optimierungsalgorithmus führt somit zu einer realistischen Gebäudehüllenoptimierung. Der resultierende Heizwärmebedarf pro Dämmkonfiguration wird gespeichert. Jahresbetriebskosten Dämmung Die Investitionskosten der Gebäudehülle wurden mithilfe der gespeicherten Dämmkonfiguration berechnet. Eine Dämmkonfiguration beinhaltet für alle Bauteile: - eine Dämmstärke in cm für opake Bauteile - einen u-wert und g-wert für transparente Bauteile - Grundkosten pro m 2 - Inkrementkosten pro cm Dämmung (opak) bzw. u-wert verbesserung (transparent) Die Investitionskosten werden nun für jede Dämmkonfiguration gerechnet, indem die Bauteilfläche mit den Grund- und Inkrementkosten multipliziert wird. Die Jahresbetriebskosten werden dann mittels eines Zinssatzes von 5% und einer Lebensdauer von 50 Jahren (opake Bauteile) bzw. 30 Jahren (z.b. Fenster) berechnet. 7

8 Das Verschieben des Dämmhebels nach rechts (besser dämmen) bewirkt eine Zunahme der Jahresbetriebskosten der Dämmung. 8

9 Jahresbetriebskosten Haustechnik Die Investitionskosten der ausgewählten Haustechnikvariante werden mit einer aufwändigen Kostenanalyse berechnet. Diese berechnet mithilfe von Ausgleichsrechnungen (fitting) die Investitionskosten aufgrund verschiedener Parametern (wie Norm-Heizlast, Energiebezugsfläche etc.). Die Jahresbetriebskosten werden dann mittels eines Zinssatzes von 5% und einer Lebensdauer von 15 Jahren (Haustechnik) berechnet. Das Verschieben des Dämmhebels nach rechts (besser dämmen) bewirkt eine Abnahme der Jahresbetriebskosten der Haustechnik, da die Norm-Heizlast abnimmt und kleinere und günstigere Wärmeerzeuger verwendet werden können. Energiekosten Die Energiekosten werden anhand des berechneten Wärmebedarfs bestimmt. Der Wirkungsgrad der verschiedenen Haustechnikvarianten wird dabei berücksichtigt (Wirkunsgrad aus Minergie-Standards). Der Nettobeitrag an erneuerbaren Energien wird gem. Energienachweis abgezogen. Desweiteren wird ein Zuschlag von 10% für das Aufheizen und Decken der Wärmeverteilverluste zugerechnet. Ebenfalls berücksichtigt Optihaus Hilfsenergien (elektrisch) für Umwälzpumpen, Ölbrenner etc. Das Verschieben des Dämmhebels nach rechts (besser dämmen) bewirkt eine Abnahme der Energiekosten. 9