Netzwerktreffen Effizienzhaus Plus Bau 2015 Manfred Hegger. Mehrfamilienhäuser

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1 Netzwerktreffen Effizienzhaus Plus Bau 2015 Manfred Hegger Mehrfamilienhäuser

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3 Plusenergiehaus Frankfurt-Riedberg, HHS

4 Das Plus-Energie-Mehrfamilien-Wohnhaus entsteht im Westen des neuen Wohnquartiers an der Graf-von-Staufenberg-Allee. In unmittelbarer Nachbarschaft sind eine neue Grundschule (im Osten), eine Kletterhalle (im Norden) und weitere Wohnhäuser geplant. 4

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7 7 Schnitt Tiefgaragenabfahrt

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9 Bauliche Mittel Kompakte Gebäudeform Optimierte Fensterflächenanteile Hoch wärmegedämmte, luftdichte Gebäudehülle Dreifachverglaste Fenster Solar ausgerichtete Fassaden Effizienter Sonnenschutz für Fenster und Loggien

10 Technikkonzept Solare Nutzung von Dachfläche und Südfassade Nur Strom Energieversorgung Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung Saisonaler Eisspeicher für Beheizung und Kühlung Vollausgestattete Küchen (A+++ Standard) Batteriespeicher

11 1.662 qm Energiebezugsfläche kwh/a Wärmebedarf (Heizung, Trinkwarmwasser) kwh/a Elektrizitätsbedarf kwh/a Endenergiebedarf insgesamt = 56 kwh/qm x a Endenergiebedarf

12 Energiebilanz kwh/a Energiegewinnung aus PV kwh/a Wärmepumpe(COP bei Eisspeicher = 4,0: kwh/a) kwh/a Elektrizität (für Hilfsstrom, Lüftung, Beleuchtung und Haushaltsgeräte) kwh/a Energieüberschuss (= km e Mobilität)

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14 Aktiv-Stadthaus Frankfurt, HHS

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16 Schnitt 9 m Tiefe 8 Geschosse 74 Wohneinheiten Quelle: HHS Planer + Architekten

17 Der Standort Quelle: HHS Planer + Architekten

18 Regelgeschoss Quelle: HHS Planer + Architekten

19 Innenraumatmosphäre Quelle: HHS Planer + Architekten

20 Erdgeschoss Ort der Mobilität Quelle: HHS Planer + Architekten

21 Das Forschungsprojekt Untersuchungs und Entwicklungsschwerpunkte [A] Gebäudeenergiekonzept [B] Elektro Mobilität [C] Energiemanagement für den Nutzer [D] Lebenszyklusanalyse

22 Arbeitspaket A Gebäudeenergiekonzept

23 Das Ziel Effizienzhaus Plus Standard Einhaltung des Passivhausstandards nicht zwingend erforderlich Primärenergie und Endenergie 0 Einbeziehung von E Mobilität Berücksichtigung einer Ökobilanz Quelle: FGee, TU Darmstadt

24 Der Start Netto-Minus-Energie-Bilanz, Stand , Quelle: STZ Planung, Stand , Quelle: HHS Planer + Architekten

25 Die Herausforderung Der Gebäudestandort Grundstück und Verschattung Verschattungsstudie am 21. September, Herbstfall; Quelle: FGee, TU Darmstadt

26 Die Herausforderung Energiebezugsfläche im Verhältnis zur solar aktivierbaren Hüllfläche Im Verhältnis zu einem EFH kommt 1m² Dach PV auf eine 2,5 fach größere Energiebezugsfläche > größere Bedeutung der Energieeinsparung (sehr guter Hüllstandard, Passivhausstandard) > größere Bedeutung der Maximierung des solaren Energieertrags (höhere Wirkungsgrade, Nutzung der Fassade) Quelle: FGee, TU Darmstadt

27 Reduzierung des Bedarfs - Hüllstandard 18 kwh/m 2 a (gefordert 15 kwh/m 2 a) Ausbildung der Gebäudehülle,Quelle:STZ

28 Wärme Reduzierungspotenziale - Bedarf Einfluss des Heizenergiebedarfs auf die Plus Energie Bilanz bei einem Nu Strom Konzept: Jahresheizwärmebedarf: 20,91 kwhm² 10,06 kwh/m² 10,85 kwh/m²a Endenergiebedarf (Wärmepumpe): 10,08 kwh/m² 2,64 kwh/m²a 7,44 kwh/m²a

29 Reduzierung - Haushaltsstrom Nutzung von A+++ Geräten Optimierungspotential des Strombedarf - Haushaltsgeräte; Quelle: FGee Sicherstellung des Einsatzes: Die Geräte werden durch den Vermieter gestellt

30 Strom Maximierungspotenziale - Ertrag Variantenvergleich Stromertrag von PV Dachanlagen, Stand: April2012; Quelle:STZ

31 Strom Maximierungspotenziale - Ertrag Ertragsstudie der PV Aufdachanlage inkl. Fassadenintegration des Aktiv Stadthauses, Stand: ; Quelle: STZ

32 Allgemeine Übertragbarkeit Verhältnis der Plus Energie Bilanzen bei unterschiedlichen Gebäudebreiten von Zeilenbebauungen Quelle: FGee

33 Allgemeine Übertragbarkeit Verhältnis der Plus Energie Bilanzen bei unterschiedlichen Grundflächen und Gebäudehöhen von Punkthäusern Quelle: FGee

34 Analyse lokaler regenerativer Energiequellen Quelle: STZ

35 Technologiekonzeptionen Variante A WP + PV Variante B Solarthermie + WP + PV Variante C BHKW + WP + PV Nutzung von Umweltwärme: Abwasserwärmenutzung oder Erdsonden Nutzung von Umweltwärme: Abwasserwärmenutzung oder Erdsonden Nutzung von Umweltwärme: Abwasserwärmenutzung oder Erdsonden Quelle: FGee, TU Darmstadt

36 Technologiekonzeptionen Quelle: STZ

37 Technologiekonzeptionen Wahl der Nur Strom Konzeption Quelle: STZ

38 Energiekonzeption Quelle: HHS Planer + Architekten

39 Schema Energieversorgung 250 kw Photovoltaik Wechselrichter Energiemanagement Stromspeicher Haushaltsgeräte Elektronische Geräte Beleuchtung Warmwasser Raumwärme 80 kw Pufferspeicher Wärmepumpe Dezentrale Lüftung mit WRG Gebäudeautomation Luft Abwasserkanal 120 kwth 250 kwh Stromnetz E Mobilität Quelle: STZ

40 Wärmequelle Abwasser Trasse in der Straße Hafenstraße Der Kanal ist aufgrund zu geringer Abwassermengen nicht geeignet. Quelle: STZ EGS

41 Photovoltaik - Dach Hocheffizienzmodule auf dem Dach: ~ Module Modulwirkungsgrad 19,7 % Installierte Leistung 249 kw p Quelle: HHS Planer + Architekten

42 Photovoltaik - Fassade Photovoltaik Fassade ~ 40 kw an den oberen drei Geschossen ~ 40 kw an den unteren drei Geschossen 2 x 165 Module Quelle: HHS Planer + Architekten

43 Endenergiebilanz Quelle: EGS - STZ Fassade: Arnold Glas (a Si/ μsi Dünnschicht, 9, 2 %)

44 Primärenergiebilanz Quelle: EGS - STZ Fassade: Arnold Glas (a Si/ μsi Dünnschicht, 9, 2 %)

45 Eigennutzungsgrad Monatsbasis vs. Stundenbasis Monatsbasis Stundenbasis Quelle: FGee, TU Darmstadt

46 Speicherintegration Stromspeicher Batterietyp: Lithium-Eisen-Phosphat Speichergröße: ca. 300 kw/ 250 kwh Abmessungen: ca. 2,20 x 6,00 x 0,70 m (HxBxT) Vorteile durch Speichernutzung: Erhöhung des Eigennutzungsgrades Reduzierung von Lastspitzen Unterbrechungsfreie Stromversorgung Eigenschaften: gute Tiefentladeeigenschaften hohe Zyklenfestigkeit Quelle: EGS - STZ

47 Speicherdimensionierung Quelle: EGS - STZ Inkl. Förderung für Stromspeicher und PV

48 Eigennutzungsgrad mit Stromspeicher Quelle: FGee, TU Darmstadt

49 Stromlastmanagement Haushaltsgeräte Effizienzklasse Verschiebung Spülmaschine [kwh/a] Verschiebung Waschmaschine [kwh/a] Verschiebung Trockner [kwh/a] Gesamtverschiebung [kwh/a] Steigerung des PV Eigennutzungsgrades [%] A ,5 A ,9 A ,8 Gesamtverschiebepotenzial: (Dauer der Vorgänge 2h) Bezug Haushaltsstrombedarf Gesamtstrombedarf A kwh 7,5 % Verschiebung 3,5 % Verschiebung A kwh 8,9 % Verschiebung 4,7 % Verschiebung A kwh 9,2 % Verschiebung 5,6 % Verschiebung Quelle: EGS - STZ

50 Stromlastmanagement im Haushalt Betrachtung des Lastverschiebepotenzials durch Lastmanagement bei Haushaltsgeräten durch Nutzung eines zentralen Stromspeichers (LiFePo Speicher) Betrachtung aller Wohneinheiten Gegenüberstellung der Investitionskosten des Stromspeichers und der Mehrkosten durch ansteuerbare Haushaltsgeräte Stromspeicher Kapazität Investitionskosten Stromspeicher Mehrkosten durch A+++ Geräte mit Ansteuerbarkeit Effizienzklasse Lastverschiebung Differenz kwh/a kwh A A A Fazit: Lastverschiebung durch den Einsatz eines Stromspeichers ist wirtschaftlicher! * Randbedingungen Speicherberechnung: PV 289 kw p Gesamtstrombedarf kwh/a Speicherkosten /kwh Lebensdauer Speicher 10 a Betrachtungszeitraum 20 a Quelle: EGS - STZ

51 Netzintegration von PV-Strom Erfolgreiche Integration EE in Stromnetz stellt zusätzliche Anforderungen an Plusenergiegebäude: PV Eigennutzungsgrad stellt nur ein Qualitätskriterium dar Reaktion auf Erzeugungsleistung und Leistungsbedarf im Netz (Besonders für Ausgleich auf lokaler und regionaler Ebene) Beteiligung am Regelenergiemarkt durch flexible Last (Poolbildung dezentraler Stromspeicher) Ziel: Keine Abregelung erneuerbarer Anlagen! Quelle: EGS - STZ

52 Arbeitspaket C Energiemanagement für den Nutzer

53 Energiemanagement für den Nutzer -Ziel Optimierung des Energieverbrauchs Sensibilisierung zum Energiesparen über ein Energieguthaben Einfaches Erfassungs und Abrechnungssystem für den Immobilienbetreiber Erhöhung des Eigennutzungsanteils an regenerativer Energie (über Empfehlungen, Gebäudeautomatisation, Lastmanagement)

54 Aufbau Nutzerinterface Konzept 1 für alle 74 WE wohnungsweise Verbrauchserfassung Mieteinheit Verbrauch Heizung Konzept 2 für 5 WE Messung einzelner Geräte Mieteinheit Verbrauch Heizung Konzept 3 für 5 WE Messung + Steuerung einzelner Geräte Mieteinheit Verbrauch Heizung Raumtemperatur in 1 Hauptraum Verbrauch Warmwasser Verbrauch Kaltwasser Stromverbrauch Verbrauch Warmwasser Verbrauch Kaltwasser Stromverbrauch Raumtemperatur in 4 Räumen Verbrauch Warmwasser Verbrauch Kaltwasser Stromverbrauch Raumtemperatur in 4 Räumen Stromerzeugung* Hilfsstrom Durchlauferhitzer Lüftung Haushalt Beleuchtung *Stromerzeugung Szenario 1: alle WE beziehen PV Strom Szenario 2: WE beziehen externen Strom (keine solare Stromproduktion) Szenario 3: WE bezieht externen Strom von einem dritten Anbieter Verbrauchsmessung Steuerung/Digitalstrom berechnet

55 Nutzerinterface - Inhalte Darstellung eines Energiekontingents Darstellung der wichtigsten Verbrauchswerte, auch im anonymisiertem Hausvergleich Lastmanagement der Gebäudetechnik auch unter Berücksichtigung verschiedener Profile (z.b. Urlaub, Ferientag, Arbeitstag) Koordination & Verwaltung der Elektromobilität Sekundäre Informationen: z.b. Wetter / Kalender Quelle: FGee, TU Darmstadt

56 Nutzerinterface - Startseite Startseite Verhaltensinformationen für alle 74 WE Darstellung der wichtigsten Angaben für den Mieter Einfache Darstellung Signalfarben Quelle: FGee, TU Darmstadt

57 Nutzerinterface Prognose Bezugsgr. : Haus 74 Wohneinheiten Prognose Prognose gem. Verbrauch Ertrags Bilanz Prognoseanzeige für die nächsten 4h Empfehlungen für Verbrauch mit Countdown Funktion Anreiz zum Energiesparen Steigerung des Eigengebrauchs Lastmanagement durch Information Quelle: FGee, TU Darmstadt

58 Nutzerinterface - Verbrauch Bezugsgr.: WE 10 Wohnungen Verbrauch Aktuell Aktueller Verbrauch gem. 10min Messung Maximum = Gerät mit der höchsten Leistung Quelle: FGee, TU Darmstadt

59 Nutzungsprofile - Mobilität Bezugsgr. : Haus 74 Wohneinheiten E Mobilität Anzeige des Kilometerkontingents Anzeige der Modelle, sowie dessen Ladezustand Möglichkeit des Buchens und Reservierens Quelle: FGee, TU Darmstadt

60 Arbeitspaket B Elektromobilität

61 Elektromobilität Mobilität für die Mieter Öffentliche Car-Sharing Konzeption Eigennutzungsgrad / Lastspitzenausgleich Quelle: FGee, TU Darmstadt

62 Die sichere Reichweite von Elektroautos reicht von ca. 60km bei tiefwinterlichen Bedingungen und ambitionierter Fahrweise, bis 150km bei sparsamer Fahrweise. Der 30 km Radius sollte auch bei ungünstigsten Verhältnissen (Winter, Nacht & Autobahn) mit einer Akkuladung erschlossen werden können (Hin & Rückweg) Die bereits vorhandenen Ladestationen im Rhein-Main Gebiet könnten eine zusätzliche Flexibilität ermöglichen. Lt. Future Fleet, einer Studie über die Akzeptanz und Nutzung von Elektroautos, sind bei permanenter Verfügbarkeit der Wagen, nur 10% der Fahrten länger als 50 km. Elektromobilität - der Bewegungsradius Quelle: mainova / SAP Ladestation der Mainova Quelle: FGee, TU Darmstadt

63 Elektromobilität - induktive Ladung Induktiver Ladevorgang, am Beispiel der Fa. SEW Eurodrive

64 Elektromobilität - konduktive Ladung

65 Elektromobilität - Szenarienentwicklung 1. All Inclusive Miete Jede Wohnung erhält mit der Warmmiete ein verbindliches Kilometerkontingent. (z.b. S-Paket: 100 km für 35 ;) 2. Kilometerbezogene Abrechnung 3. Anlehnung an Book n drive Insbesondere für Mischkonzepte interessant, für book n drive Nutzer, oder Bewohner d. Hauses die nur gelegentlich fahren (Zeitfaktor muss beachtet werden). Konzeption in Anlehnung an die bestehende book n drive Tarifstruktur. 4. Freiwillige Abnahme im Aktiv Stadthaus (Rücksprache b n d) Bedarfsbezogene Abnahme von Kilometerkontingenten, ohne Abnahmezwang innerhalb des Aktiv-Stadthauses. Quelle: FGee, TU Darmstadt

66 Arbeitspaket D Lebenszyklusanalyse

67 Lebenszyklusanalyse - Vorgehensweise Vergleichende Ökobilanz von Passiv und Plus Energie Haus Ausgangsbasis: Gebäudehülle im Passivhausstandard (Referenz) Bilanz Plus Energie Haus: Passivhaus + Energie gewinnende Gebäudetechnik Bauteilaufbauten und Massenermittlung entsprechend der realen Planung des Aktiv Stadthaus Quelle: TU Darmstadt, FGee Methode: Vereinfachtes Verfahren nach DGNB / BNB Detaillierung im Bereich der Energie gewinnenden Gebäudehülle. Daten aus verschiedenen Quellen: IPCC Report, Studie Uni Stuttgart, GEMIS Datenbank. Umweltwirkungen des Energieverbrauchs entsprechend PHPP Berechnung / EnEV Referenzgebäude Quelle: FGee, TU Darmstadt

68 Treibhauspotential Vergleich Aktivhaus mit Passivhaus Treibhauspotential Konstruktion Passivhaus: 5,98 kg CO 2 -Äqv./m 2 NGFa Treibhauspotential Konstruktion Aktivhaus: 9,78 kg CO 2 -Äqv./m 2 NGFa Mehremissionen ca. 64% Mehremissionen Gesamtgebäude kg CO 2 (jährlich über 50 Jahre) Das entspricht einer Autofahrt von ca km (jährlich über 50 Jahre) Quelle: FGee, TU Darmstadt

69 Treibhauspotential Vergleich Aktivhaus mit Passivhaus Treibhauspotential Aktivhaus: 9,45 kg CO 2 -Äqv./m 2 NGFa Treibhauspotential Passivhaus: 27,09 kg CO 2 -Äqv./m 2 NGFa Treibhauspotential DGNB Referenzgebäude: 42,70 kg CO 2 -Äqv./m 2 NGFa Einsparung Aktivhaus: Ca. 65% gegenüber Passivhaus Ca. 78% gegenüber DGNB Referenzgebäude CO 2 neutraler Betrieb Quelle: FGee, TU Darmstadt

70 Treibhauspotential Vergleich Aktivhaus mit Passivhaus Quelle: FGee, TU Darmstadt

71 Ausblick

72 Nachhaltiges Bauen Effizienz bessere Nutzung der verfügbaren Mittel Konsistenz Übergang zu naturverträgliche n Technologien Technische Optimierung Systemische Lösungsansätze Nutzung erneuerbarer Ressourcen Denken und Handeln in Kreisläufen

73 Nachhaltiges Bauen Effizienz Konsistenz Suffizienz bessere Nutzung der verfügbaren Mittel Übergang zu naturverträgliche n Technologien Angemessenheit des eigenen Verbrauchs Technische Optimierung Systemische Lösungsansätze Nutzung erneuerbarer Ressourcen Denken und Handeln in Kreisläufen Gesellschaftliche r Konsens nötig

74 Rebound-Effekt

75 New York City s Future Micro Apartment Quelle:

76 Plusenergiehäuser Vom Prototyp zum Gebäudestandard Einfamilienhäuser Neubau Mehrfamilienhäuser Nichtwohngebäude Bestand Einfamilienhäuser Mehrfamilienhäuser

77 Speicher Monitoring, Nutzerinterfaces Elektromobilität Quartiersintegration

78 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!