Null- und Plusenergiegebäude: Hintergründe, Projekte, Planungswerkzeuge

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1 Null- und Plusenergiegebäude: Hintergründe, Projekte, Planungswerkzeuge Bergische Universität Wuppertal Fachbereich D, Architektur Schwebebahn, Baujahr 1901 Folie 1

2 Inhalt Kontext Projekte Energiebilanzierung Werkzeuge für die Praxis Fazit & Ausblick Plusenergiehaus der Uni Wuppertal Solar Decathlon Europe, Madrid, 2012 Folie 2

3 Klimaschutz und Gebäude - Beispiel Deutschland Im Gebäudesektor entstehen etwa 1/3 der CO 2 -Emissionen. Etwa die Hälfte entstehen vor Ort, die andere Hälfte in den Kraft- und Heizwerken zur Energieversorgung durch die Netze. (nur Eigenverbrauch und Verluste) Quelle: Kosten und Potenziale zur Vermeidung von Treibhausgasen in Deutschland Sektorbericht Gebäude, McKinsey, 2007 Folie 3

4 Energieverbrauchskennwerte aus der Praxis Die erfolgreiche 250 Verbrauchsminderung bei der Gebäudetechnik steigert die Bedeutung des 200 nutzungsbedingten Stromverbrauchs (Ø 60% der 150 Primärenergie) kwh/m²a Primärenergie Nutzer! 90 Büro-/Verwaltungsgebäude Endenergie Strom Wärme TGA Nutzer TGA EnOB EnOB EnBop BMVBS Primärenergie Endenergie Endenergie EnEV 2009 Folie 4

5 Kostenmonitoring und Kostenkennwerte Wachsendes Interesse an nachhaltigen & energieoptimierten Objekten am Immobilienmarkt durch institutionelle Anleger (Investoren, Fonds,...), aber auch Verunsicherung durch Begriffsvielfalt und mangelnde Transparenz. Die investiven Kosten der untersuchten Demoprojekte sind unauffällig oder liegen höchstens 5 % über denen marktüblicher Gebäude. Es besteht kein signifikanter Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Bauwerkskosten! Quelle: Uni Wuppertal / KIT Folie 5

6 Baunutzungskosten Dieses neue Themenfeld bedingt zeitintensive Recherchen und ein hohes Maß an Vertrauen zwischen der Forschern und Bauherren. Erste Ergebnisse liegen für 15 Büro- und Verwaltungsbauten vor. Bauübliche Kostenschätzungen aus der Planungsphase werden meist unterschritten. Beispielauswertung N4 S1 S2 N1 N9 S5 Wartungskosten Klima/Lüftung N9 N4 N8 S1 S2 Wartungskosten Heizung 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 [ / m² NGF Jahr, netto] Neubau Sanierung Mittelwert OSCAR 2009 Quelle: Uni Wuppertal / KIT Folie 6

7 Freizeitbad in Passivhausbauweise in Bamberg, 2011 Architektur: pbr-planungsbüro Rohling Forschung/Evaluierung: Passivhaus Institut Foto: Stadtwerke Bamberg Bäder GmbH Folie 7

8 Energieoptimierter Discounter in Rastatt, Architektur: Ingenieur- und Planungsbüro Finzel Forschung/Evaluierung: Fraunhofer ISE Bergische Universität Wuppertal 2010 Foto: Aldi Süd GmbH Folie 8

9 Der SPAR-Klimaschutz-Supermarkt in der Grazer Floßlendstraße 11 verblüfft nicht nur Klimaschutz-Experten. Schließlich ist es der erste Supermarkt in Österreich, der nur so viel Energie verbraucht, wie er selbst erzeugt. Mittels modernster Baustoffe und fortschrittlicher Technologien wie LED-Beleuchtung mit Tageslichtsteuerung oder Wärmerückgewinnung sinkt der Energieverbrauch des SPAR-Marktes markant. In Kooperation mit der Energie Steiermark macht der Einsatz von erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik und einer geplanten Wasserkraftturbine im angrenzenden Schleifbach den am eröffneten Supermarkt energieautark und somit auch CO 2 -neutral. Auch SPAR-Kooperationspartner WWF ist von dem mit ÖGNI-Gold ausgezeichneten Markt begeistert. Folie 9

10 Passivhaus-Supermarkt Thening (A), 2003, 400 m² Solarstromanlage, Architektur: Poppe-Prehal Folie 10

11 Plusenergieschule in Hohen Neuendorf, 2011 Architektur: IBUS Architekten & Ingenieure Forschung/Evaluierung: HTW Berlin Biomasse Kessel und KWK, 22 m² Fassadenkollektoren, 4 m³ Pufferspeicher, 55 kw p PV Folie 11

12 Schulsanierung Wolfurt, 2010 Bergische Universität Wuppertal Architektur: G. Zweier, Wolfurt Forschung/Evaluierung: EPLUS, Egg Erdsonden Wärmepumpe, 80 m² Fassadenkollektoren, 6 m³ Pufferspeicher, 26 kw p PV Folie 12

13 EPBD Fortschreibung 5/2010 Energy Performance of Buildings Directive, 2002 Article 2, Definitions: Nearly zero-energy building means a building that has a very high energy performance. The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very significant extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on-site or nearby. Article 9, Nearly-Zero Energy Buildings Member States shall ensure that: by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero-energy buildings after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public authorities are nearly zero-energy. Member States shall draw up national plans for increasing the number of nearly zero-energy buildings. These national plans may include targets differentiated according to the category of building. Source:The Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings, Official Journal of the European Union Folie 13

14 Weltweite Projektlandkarte: Null- und Plusenergiehäuser Folie 14

15 Bergische Universität Wuppertal Folie 15

16 Bilanz- statt Effizienzstandard GRUNDPRINZIP BEISPIEL FESTLEGUNGEN INDIKATOR Endenergie output Primärenergie, n. e. Primärenergie, gesamt Gutschrift für äquiv. CO 2 Emissionen Netzeinspeisung / Energiekosten Erzeugung + BILANZGRENZE HLK, WW & Beleuchtung + Geräte, Arbeitshilfen und = zentrale Dienste + Elektromobilität + Baustoffe und Materialien + externe Investitionen - Quelle: Uni Wuppertal input BILANZIERUNGSZEITRAUM Betriebsjahr Gesamtnutzungsdauer Lebenszyklus Gutschrift höher als Energiebezug Gutschrift geringer als Energiebezug Einspeise gutschrift Energieeinsparung/ Eigenverbrauchsdeckung Energiebedarf Folie 16

17 Auswertung von internationalen Beispielen Gesamtenergiebilanz aus Verbrauch und Gutschriften für die Eigenstromerzeugung 120 kwh/m²a PHPP nutzungsspezifische Verbräuche berücksichtigt jeweils nationale Primärenergiefaktoren Quelle: Uni Wuppertal Folie 17

18 Dimensionierung von Solarstromanlagen Gebäude in unterschiedlichen Standorten (Klima, Primärenergiefaktoren), mit/ohne Sonnenkollektoren, KWK, W p /m² NGF nur HLK, WW, Licht Gesamtbilanz small large office educational residential residential settlements buildings buildings Folie 18

19 Kindertagesstätte, Mohnheim, Deutschland, 2009 Picture: A. Schröder, Stuttgart Folie 19

20 Sankey Diagram (Messwerte) Folie 20

21 Bilanzkennfeld - Kumulierte Monatswerte Strombilanz Primärenergiebilanz, Primärenergiebilanz, Anlagen am Gebäude mit Windkraftanteil cumulative electricity generation in kwh dec nov jan feb mar aug jul jun may apr sep oct cumulated electricity consumption in kwh cumulative primary energy credits in kwh prim dec nov oct sep aug jul apr mayjun feb mar jan 0 on-site PV, CHP cumulated primary energy consumption in kwh prim 0 cumulative primary energy credits in kwh prim jan feb mar jul jun may apr aug sep oct nov off-site wind dec cumulated primary energy consumption in kwh prim Folie 21

22 Bilanz ist nicht gleich Bilanz Planung: Erzeugung/Bedarf Unabhängige Berechnung von Erzeugung vor Ort (PV, KWK,..) und Gesamtenergiebedarf Betrieb: Import/Export Monitoring der Bezüge und der Einspeisung an den Energieschnittstellen unter Berücksichtigung einer Eigenbedarfsdeckung. Kompromiß: fiktiver Import/Export Unabhängige Berechnung von Erzeugung und Gesamtenergiebedarf mit monatlicher Bilanz Erzeugung Einspeisung Erzeugung, Einspeisung monalicher Nettobedarf Bezug Bedarf fiktive monatliche Eigenbedarfsdeckung Referenzgebäude Energiebedarf Eigenbedarfsdeckung Energieeinsparung monatliche Nettoerzeugung Folie 22

23 Planungswerkzeuge EnerCalc - DIN leicht gemacht, Version 11/2012 mit Bilanzierung von Null- und Plusenergiegebäuden Quelle: Uni Wuppertal / M. Lichtmeß Net ZEB Evaluation Tool, IEA SHCP Task 28 ECBCS Annex 52 Towards Net Zero Energy Solar Buildings, Verfügbar ab 12/2012 Quelle: EURAC, I Folie 23

24 Primärenergiebilanz, nzeb 1 Primärenergiebilanz, nzeb 1 CO₂ Bilanz, nzeb 1 kwh/(m²m) Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Restbedarf/Überschuss Strom aus PV Strom aus KWK Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen kwh/(m²a) 250 Restbedarf/Überschuss Bezug Gutschrift Strom aus PV Strom aus KWK Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen kgco 2 /(m²a) Bezug 1 Gutschrift Restbedarf/Überschuss Strom aus PV Strom aus KWK Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen Primärenergiebilanz, nzeb 63 Primärenergiebilanz, nzeb 63 CO₂ Bilanz, nzeb Restbedarf/Überschuss Strom aus PV Strom aus KWK Restbedarf/Überschuss Strom aus PV Strom aus KWK Restbedarf/Überschuss Strom aus PV Strom aus KWK kwh/(m²m) Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen kwh/(m²a) Bezug Gutschrift Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen kgco 2 /(m²a) Bezug Gutschrift Sonstiger Strombedarf Lüften Beleuchten TWW Erwärmung Heizen Kühlen Folie 24

25 Fazit & Ausblick (Nahezu-) Null- und Plusenergiegebäude sind im Neubau und der Sanierung zu vertretbaren Kosten mit hoher Qualität umsetzbar. Zur Planungsunterstützung ist der frühe Einsatz von Bilanzierungswerkzeugen in Abstimmung mit der Zieldefinition erforderlich. Erst sehr hohe Energieeffizienz schafft die Voraussetzung für den Ausgleich der Energiebilanz vor Ort. Speziell bei Nichtwohngebäude sind Solarstromanlagen allein oft nicht als Bilanzausgleich ausreichend. Für die Betriebsoptimierung und die Erfolgskontrolle ist ein Monitoring mit einer auf die Zieldefinition abgestimmter Zählerausstattung notwendig. ISBN Gute Demonstrationsprojekte bereiten den Markt Folie 25