Energiesysteme - vom Gebäude zur Stadt

Transkript

1 Energiesysteme - vom Gebäude zur Stadt Nutzung von Synergien und Energieeinsparpotentialen in städtischen Kontext Dr. Dietrich Schmidt Abteilungsleiter Energiesysteme Fraunhofer-Institut für Bauphysik Auf Wissen bauen SophienHofAbende, ABGNova Frankfurt 15.Februar 2011

2 Aktuelle Situation und Entwicklungen Reduktion der CO 2 Emissionen Klimawandel -anpassung Neue Versorgungstrukturen Urbanisierung Megacities Steigerung der Energieeffizienz Ressourcenverknappung steigender Energieverbrauch Andere Anforderungen an Gebäude Demographischer Wandel

3 Themengebiete für Immobilien und das Fraunhofer IBP Mensch Energie Ökologie Gebäude als Kraftwerke

4 Green Building Berücksichtigung des örtlichen Klimas für eine optimierte Konstruktion!

5 Green Building Anchorage Abu Dhabi Moskau Planung und Bau müssen unter Beachtung des lokalen Klimas erfolgen, dann Gebäude entsprechend Shanghai dem Plan betreiben!

6 Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen 2005 (2583 TWh) Mechanische Energie 39,4 % Heizen/Kühlen 31,6% 38,8 % Warmwasser 5,2% Kunstlicht Andere Wärmeprozesse 2,0% 21,8 % Quelle: BMWi

7 Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie 2020: Klimaneutrale Gebäude (Neubauten) 2020: Beginn des Sanierungsfahrplanes zunächst nur für Gebäude die sowieso saniert werden müssen stufenweise Ausweitung der Bestimmungen um das Ziel der Verringerung der CO 2 Emissionen um 80 % bis 2050 zu erreichen 12

8 Zukunftsthema Bau: serienreife Plusenergiehäuser Wir bewohnen zukünftig kleine Kraftwerke

9 Maximale Energieeffizienz in Bürogebäuden Zentrum für Umweltbewusstes Bauen in Kassel Guter Dämmstandard Solar-optimierte Fassade Effektiver Sonnenschutz Thermisch aktivierte Bauteile Passive Kühlung Bedarfsgeregelte Lüftung Guter Komfort Geringer Energieverbrauch

10 Maximale Energieeffizienz in Bürogebäuden Zentrum für Umweltbewusstes Bauen in Kassel TGA Strom Endenergie Heizung 175 Typischer Bürobau [kwh/(m²a)] 70 Zielwert EnBau 39 Verbrauch ZUB

11 Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie 16

12 Mögliches Einsparpotenzial durch Sanierung Gebäude und Energie Anteil [ % ] Focus Altbau gebaut nach 1982 gebaut vor zahlenmäßig energetisch 17

13 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2009)

14 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2010)

15 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2010); Energiesparkompass (2009)

16 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2010); Energiesparkompass (2009)

17 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2010); Energiesparkompass (2009); Statistisches Bundesamt (2009)

18 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWH (2008) Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (2010); Energiesparkompass (2009); Statistisches Bundesamt (2009)

19 Einsparpotential bei der Sanierung

20 Einsparpotential bei der Sanierung

21 Bauteilentwicklung für die Gebäudesanierung WDVS mit integrierter Luftführung für Wohnungslüftungsanlagen Lösungsansatz: Aussparungen im WDVS dienen als Kanalführung in Fassade Kostengünstig und flexibel Praktisch keine Arbeiten im Gebäude nötig Realisierung des Ansatzes an einem Bestandsgebäude in Kassel Überwachung des Bauprozesses Messtechnische Überprüfung des Konzeptes

22 Bauteilentwicklung für die Gebäudesanierung WDVS mit integrierter Luftführung für Wohnungslüftungsanlagen Mit Hilfe der Dämmung von Außenbauteilen kann der Transmissionswärmeverlust deutlich gesenkt werden Minimierung der Lüftungswärmeverluste erst durch Einbau einer Wohnungslüftungsanlage mit WRG möglich. 300 Q S Gewinne / Verluste [kw h/(m²a)] Q V Q T Q i Q h Q V Q T Q S Q i Q h Q V Q T Q S Q i Q h Verluste Gewinne Verluste Gewinne Verluste Gewinne

23 Zukünftige High-Performance Gebäude? Versorgungstemperaturen reduzieren und Niedertemperatur-, Abwärme- oder Umweltquellen nutzen Passiv Haus Q end = 70 kwh/m 2 a Q H = 60 kwh/m 2 a...keine Verbrennung im Gebäude Q end = 16 kwh/m 2 a Q H = 15 kwh/m 2 a Luft Wärmerückgewinnung...aber zukünftige Niedertemperatur-Gebäude sind keine Passiv-Häuser Source: ETH

24 Zukünftige High-Performance Gebäude?? Primärenergieeinsatz minimieren: durch Nutzung von Niedertemperatur-, Abwärme- oder Umweltquellen Passiv Haus LowEx Haus 40% solare Deckung Q end = 16 kwh/m 2 a Q H = 15 kwh/m 2 a Q end = 6 kwh/m 2 a H 40 Q kwh/m H = 40 2 kwh/m 2 a Luft Wärmerückgewinnung Wärmepumpe...keine Verbrennung und minimaler Stromeinsatz (Primärenergie) Source: ETH

25 Fokus der Aktivitäten Nachhaltige Stadtentwicklung Gebäudesysteme Versorgungssysteme

26 Leitbild für innovative Stadtkonzepte Wie entwickeln sich einzelne Stadtsysteme bis zum Jahr 2020? Intelligente Stromnetze Plus-Energie-Gebäude/ Stadtquartiere Klimagerechter Stadtumbau Smart Mobility & Elektromobilität Regenerativer Energiemix Smart Infrastructures & Versorgungssysteme

27 Das Mine Water Projekt Heerlen: Anpassung von Versorgung und Bedarf Verteilung FW 3-Rohrsystem Bedarf Gebäude ausgestattet mit geeigneten Übergabesystemen(TABs) Versorgung Grubenwasser plus Biomasse, solar Integraler Systemansatz

28 Energieeffiziente Stadt: Erfassung von Bedarfen Versorgungsstrukturen Potentialen höchste Effizienzpotentiale liegen in der Erschließung ungenutzter Synergien zur Identifizierung dieser Synergien muss das Energiesystem Kommune abbildbar sein aus der Abbildung lassen sich die gewinnbringendsten Maßnahmen ableiten die Auswertung muss offen für alle gängigen Indikatoren und Fragestellungen sein

29 Umbau zur Energieeffizienten Stadt 100% Erneuerbare Energien Wolfhagen Wolfhagen ist Gewinner im Wettbewerb Energieeffiziente Stadt des BMBF Ganzheitlicher Optimierungsprozess Betrachtung des Gesamtsystems Stadt Technologie- und Dienstleistungsentwicklung Förderung für fünf Jahre als Modellprojekt Weitere Modellvorhaben: Stuttgart (IBP), Essen, Magdeburg, Delitzsch (FhG-IFF)

30

31

32 Potentiale für Solarenergienutzung über Solarflächenkataster

33 Potentiale für Solarenergienutzung

34 Solarpotenziale Wolfhagen

35 CO 2 neutrale Stadtentwicklung Kassel

36 Quelle Anpassung der Energiequalität der Versorgung an den Bedarf Energieversorgung Energienutzung Quelle: VTT Energiequalität q 1 0 Fossile Energien, Strom Niedertemp. versorgung Fernwärme Niedertemp. 0 0 C versorgung Niedertemp. 55 versorgung 0 C 40 0 C 1 Energiequalität q 0 Haushaltsgeräte, Beleuchtung Sauna Trinkwarmwasser Raumheizung

37 Schwerpunkte: Versorgungssysteme und exergetische Bewertung Hocheffiziente Gebäude mit LowEX Heizungs- / Kühlsystem Solarthermie für TWW und Fotovoltaik für CO 2 -Kompensation Anschluss der Neubauten an vorhandenen Fernwärmerücklauf Netzoptimierung und Abschätzung der Gesamteffizienz

38 Unterschiedliche Energieprofile auf Quartiersebene Quelle: REAP Projekt, TU Delft

39 Synergien durch Restwärmenutzung und Kaskadierung Quelle: REAP Projekt, TU Delft

40 Nutzung vorhandener Energiepotentiale CO 2 -neutrale Siedlung Kassel Oberzwehren Vorhandene Fernwärmeleitung Guter Dämmstandard LowEx Anlagentechnik Nutzung Fernwärmerücklauf PV-Anlagen zur CO 2 -Kompensation

41 Nutzung vorhandener Energiepotentiale CO 2 -neutrale Siedlung Kassel Oberzwehren Massenströme und Temperaturen primärseitig Primärseite Fernwärmenetz Lokales Nahwärmenetz - Sekundärseite 0.6 T ret,dh =27 Exergy Efficiency [-] Exergetische Effizienz [-] T ret,dh = T ret,dh =45 T in,dh = T in,dh =60 T in,dh = T in,dh = P RH,Bedarf =168 kw Massenstrom Primärseitig [kg/h]

42 Zusammenfassung Energieeffizienz ist unsere größte Energiequelle Größtes Potenzial in der Sanierung: Neue und innovative Lösungen werden gebraucht! E 4 bedenken! Energie-Effizienz & Erneuerbare Energien Integration aller Teilsysteme ist die Aufgabe der Zukunft!

43 Bedarf minimieren Effizienz steigern Eneuerbare Energien nutzen