Warmwasserversorgung der Zukunft: Dezentrale elektronische Durchlauferhitzer - Chancen und Innovationshemmnisse

Transkript

1 Warmwasserversorgung der Zukunft: Dezentrale elektronische Durchlauferhitzer - Chancen und Innovationshemmnisse Dr. Bernd Steinmüller Sustainability Management Consulting BSMC Beraternetz SustainCo Leuphana Energieforum Lüneburg

2 Philips Experimentierhaus Aachen (1974ff) Pionierprojekt nach der Ölkrise: Effizienz & Erneuerbare Weltweit BSMC 2012 Quelle: Hörster, Steinmüller (PFA)

3 Problemstellung 1. Mit sinkendem Heizwärmebedarf wird der Warmwasserbedarf zu einer maßgeblichen Größe in der Gebäudeenergiebilanz, so dass die Frage nach seiner energieeffizienten Deckung, seiner tatsächlichen Größe und Struktur zunehmend Gewicht erhält und unter Berücksichtigung neuer Erkenntnisse und Lösungsansätze diskutiert werden muss. 2. Zu den innovativen Ansätzen gehören dezentrale, elektronisch geregelte, elektrische Durchlauferhitzer (DLE), die auf Grund fehlender Verteil- und Speicherverluste, bedarfsgerechter Zapftemperaturen und steigendem Anteil regenerativer Stromerzeugung eine zunehmend attraktive Alternative zu zentralen Systemen bzw. dezentralen Systemen mit Vorortspeicher werden können. 3. Sowohl auf informatorischer wie regulatorischer Ebene stehen einer Verbreitung jedoch Hemmnisse entgegen. Im Innovationsverbund Nachhaltiger Mittelstand (INaMi) der Leuphana Universität Lüneburg ist daher die Arbeitsgruppe Energieeffizienz dezentraler Warmwasserversorgung aufgesetzt worden, um anstehende Fragen und Innovationshemmnisse zu klären. BSMC, Sep. 2012

4 Parameterstudie Ziel: Exploration grundlegender Parameterabhängigkeiten Berücksichtigung der verlustabsorbierenden Wirkung des Gebäudes Vorgehen: Wahl einer transparenten Modellierungsmethode: Passivhausprojektierungspaket PHPP Wahl eines vorkonfigurierten Beispielgebäudes: PH-Kranichstein Variation grundlegender Parameter Fokus Einfamilienhäuser (EFH, inkl. Reihenhäuser), da sich an diesen bereits wesentliche Abhängigkeiten demonstrieren lassen begrenztes Zeitbudget BSMC, Sep. 2012

5 Ausgangspunkt/Beispielgebäude Passivhaus Kranichstein Erstes Passivhaus, erbaut 1991 in Darmstadt-Kranichstein, Reihenendhaus für 4,5 Personen ( Standardbelegung ) Sehr gut erforschtes Gebäude, Daten liegen in geeigneter Form vor, (variierbarer) Baustandard der Zukunft definiert wegen kurzer HP untere Grenze zu erwartender Verlustabsorption Heizung/Warmwasserbereitung: solar unterstützte Brennwerttechnik. Heizwärmebedarf < 15 kwh/m 2 a Angenommener WW-Bedarf: pro Person: 25l/d Person a 60C oder 524 kwh/pa, zusätzlich WW-Bedarf für Spül- und Waschmaschine Modifizierter Startfall im Folgenden: keine Solaranlage, keine zentrale WW- Versorgung Spül-/Waschmaschine

6 Variierte Größen Primärenergiefaktor Personenbelegung Personenspezifischer Warmwasserbedarf Leitungs-/Speicherverortung Keller/Wohnbereich Gebäudestandard

7 Betrachtete Bilanzposten WW-Nutzenergie Zirkulationsverluste Stichleitungsverluste (Verteil- und Leitungsverluste) Speicherverluste Technische Anlagenverluste Elektrische Hilfsenergie Primärenergie WW CO 2 -Emissionen

8 Betrachtete Bilanzkennzahlen, Effizienzmaßstäbe Auf die Nutzenergie normierte Aufwandszahlen AZ Energiebilanzposten/Nutzenergie Inverses Energie-Effizienzmaß für die Bewertung von Energieaufwänden Speziell: Primärenergieaufwandszahl PEZ Primärenergie/Nutzenergie Zentrale Kenngröße für die Bewertung des Gesamtsystems Für Zusatzbetrachtung (später, geplant) ergänzt durch: Nutzenergie-Aufwandzahl NEZ = Nutzenergieaufwand/Nutzenergiebedarf für spezifischen WW-Nutzungszweck (um z.b. Effizienzgewinne durch dienstleistungsspezifische Durchflussoptimierung berücksichtigen zu können) PEZtot := PEZ*NEZ ein nutzen- statt nutzenergiebezogenes Maß für die (Gesamt-)Primärenergieeffizienz Diskussionspunkt

9 Hauptauswertung (siehe folgende Diagramme) Primärenergieaufwandzahl PEZ als Funktion der Primärenergiefaktors Strom Referenzkurve für dezentrale elektrische Durchlauferhitzer DLE Vergleichskurvenschar konventionelle WW-Versorgung parametrisiert Parametervariation (nur für Vergleichskurven, da DLE davon unabhängig) Personenbelegung bzw. Personenspezifischer Warmwasserbedarf (äquivalent!) Leitungs-/Speicherverortung Keller/Wohnbereich

10 Primärenergieaufwandzahl WW Dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE: Entwicklung/Trend Primärenergieaufwand Trends dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE % 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% DLE 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Historie Entwicklung, Zukunft

11 Primärenergieaufwandzahl WW Dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE: Entwicklung/Trend Primärenergieaufwand 400% Trends dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE versus Brennwertkessel mit Speicher BWK im Einfamilien-/Reihenhaus mit hoher Personenbelegung bzw. hohem Verbrauch 350% 300% 250% 200% 150% BWK: 4,5 Personen 100% 50% DLE 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Historie Entwicklung, Zukunft

12 Primärenergieaufwandzahl WW Einfluss solare Unterstützung für hohe Personenbelegung von 4,5 400% Trends dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE mit solarer Vorerwärmung versus BWK-Solar bei hoher Personenbelegung von 4,5 Personen % 300% 250% 200% 150% 100% BWK-Solar: 4,5 Personen DLE-Solar 50% 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Historie Entwicklung, Zukunft

13 Primärenergieaufwandzahl WW Dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE: Entwicklung/Trend Primärenergieaufwand 400% Trends dezentrale elektronische Durchlauferhitzer DLE versus Brennwertkessel mit Speicher BWK bei abnehmender Personenbelegung (bzw. Zapfintensität) 350% BWK: 1 Person 300% 250% 200% 150% 100% BWK: 2 Personen BWK: 3 Personen BWK: 4 Personen BWK: 4,5 Personen 50% DLE 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Historie Entwicklung, Zukunft

14 Ergebnis für 1P-Belegung (bzw. sparsame Haushalte, s.u.) DLE schon seit geraumer Zeit primäreffizienter als BWK für 2 P-Belegung heute näherungsweise Äquivalenz DLE, BWK für 3 P bis 4,5 P-Belegung DLE erst ab Primärenergiefaktor 1,5 bis 2 primärenergieeffizienter als BWK Bei Berücksichtigung niedrigerer Verbräuche (bzw. niedrigerem Nutzenergieaufwand s.o.) aber auch schon früher: wie viel lässt sich mit selbiger Grafik abschätzen! Insgesamt Effizienzvorteil DLE gegenüber BWK insbesondere in kleinen Haushalten und/oder bei Energiesparern /Wenigverbrauchern

15 Primärenergieaufwandzahl WW Einfluss Speicher-/Leitungslage (kalt, mix, warm) für Personenbelegung 1 (oben) und 4,5 (unten) Systemvergleich WW: DLE versus BWK : Einfluss Speicher-/Leitungslage kalt <==> warm 450% 400% 350% kalt BWK kalt: 1 Person BWK: 1 Person 300% 250% 200% 150% 100% warm kalt warm BWK warm: 1 Person BWK kalt: 4,5 Personen BWK: 4,5 Personen BWK warm: 4,5 Personen 50% DLE 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Historie Entwicklung, Zukunft

16 Ergebnis zeigt Anlage-/Leitungsort (Warm-/ Kaltbereich) gerade bei geringer Belegung und/oder Niedrigverbrauchern ein erhebliches, nicht zu vernachlässigendes Gewicht hat. DLE in Bezug auf Primärenergieaufwandszahl vorteilhaft spätestens ab PEZ 1,5 Wiederum: besonders hoher Effizienzvorteil DLE in kleinen Haushalten und/oder bei Energiesparern /Wenigverbrauchern

17 Weitere Untersuchungen Detailanalysen zu obigen Punkten Einzelne Bilanzposten CO 2 -Emissionen Vergleich DLE-BWK mit solarer Nach-/Vorerwärmung Stichproben WW-Nutzprofile im Vergleich zu Normdaten Fallbeispiel Ausschnitt Lebenszyklus Niedrigenergiehaus-/familie Normenrecherche

18 Hinterfragen Warmwasserbedarf, Fallbeispiele Ergebnis einer Adhoc-Stichprobe Duschen WW- Verbrauch pro Duschgang Grad [l/p] P1 P2 P3 P4 P5 P6 Personen Nach VDI-Norm: 12 bis 60 l/p Mittel 36 l/p Stichprobe BSMC 5 bis 13 l/p Mittel 9 l/p Folgerungen Norm zu hinterfragen Sparpotentiale! Chancen Verbraucher, Hersteller, Umwelt! Weiterführende Analysen notwendig

19 Primärenergieaufwandzahl WW 450% 400% Lebenszyklus-Szenarien "Niedrigenergiehaus-/familie" (Fallbeispiel) < ? 2030? 2040? 2050? 2P real : 2P-7,5l 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 2-4P Optionen 2012 ff 4P real, P Theorie : 4P-10l 2012ff?: 2P-opt7l, BWKneu, w 1987: 4P-PHPP-Std25l 2012ff?: 2P-opt7l, BWKneu, w eff. 2012ff?: 4P-25l, BWKneu, w eff. 0% 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 DLE Historie Primärenergiefaktor Strom (nicht reg.) Entwicklung, BSMC, Sep. 2012

20 Fazit Dezentrale elektronische Warmwassersysteme (DLE) bieten Chancen ermöglichen schon heute signifikante Energieeinsparungen/Effizienzvorteile insbesondere bei geringem Warmwasserbedarf Vorteil steigt mit abnehmendem Primärenergiefaktor für Strom, sinkenden Belegungsdichten, regelfähigeren Abgabeeinrichtungen, kleiner werdenden Zapfmengen Untersuchte Normen, Verordnungen spiegeln dies nur unzureichend wieder und stellen ein Innovationshemmnis dar Geben keinen Anreiz, WW-Bedarf und Zapfmengen als Ursache der Wirkungskette zu hinterfragen/abzusenken Benachteiligen dezentrale, verlustarme Systeme, die bei geringem Bedarf punkten Bewertungsfehler werden primärenergetisch durch gegenwartsbezogene Primärenergiefaktoren und Malus auf zulässige Primärenergiehöchstwerte verstärkt Innovationshemmnisse müssen dringend beseitigt werden Anwendungen müssen entsprechend tatsächlicher Effizienzvorteile richtig bewertet und die Systemvielfalt entsprechend gefördert werden. Nicht mehr zeitgemäße Annahmen in der EnEV müssen revidiert werden: fehlsteuernde, wettbewerbsverzerrende Elemente sind unverzüglich zu streichen und durch physikalisch fundierte, realitäts- und zukunftsbezogene Ansätze zu ersetzen.

21 Danke!

22 Weitere Informationen