Wirtschaftliche und ökologische Betrachtung von Wärmepumpen und Solarthermiekonzepten. Martin Vukits Sebastian Odorfer

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1 Wirtschaftliche und ökologische Betrachtung von Wärmepumpen und Solarthermiekonzepten Martin Vukits Sebastian Odorfer AEE Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19 AUSTRIA

2 Bewertungsgrundlagen Kriterien für die primärenergetische Bewertung Primärenergetischer Verbrauch der Systeme CO2-Ausstoß der Systeme Kriterien für die wirtschaftliche Bewertung Wärmegestehungskosten der Systeme

3 Betrachtete Systeme Referenzsysteme ohne Solarthermie

4 Betrachtete Systeme Referenzsysteme ohne Solarthermie Referenzsysteme mit Solarthermie

5 Betrachtete Systeme Referenzsysteme ohne Solarthermie Referenzsysteme mit Solarthermie Hochintegrierte Kombinationen aus Solarthermie und Wärmepumpen

6 Betrachtete Systeme Referenzsysteme ohne Solarthermie Referenzsysteme mit Solarthermie Hochintegrierte Kombinationen aus Solarthermie und Wärmepumpen Datengrundlagen: Simulationsdaten des IWT Graz für die genannten Systeme Passivhaus (15 kwh/m²a) Neubau (aktueller Dämmstandard 45 kwh/m²a) Altbau (100 kwh/m²a) Messdaten der real vermessenen Anlagen

7 Übersicht Referenzsysteme Systeme Technische Daten Leistung bei 15 kwh/m²a Leistung bei 45 kwh/m²a Leistung bei 100 kwh/m²a Luft- Wärmepumpe mit Solar Luft- Wärmepumpe ohne Solar Sole- Wärmepumpe mit Solar Sole- Wärmepumpe ohne Solar Pellets mit Solar A koll : V Puffer : V Puffer : V Puffer : V Puffer : V Puffer : 14 m² 1000 Liter 3,03 kw 5,36 kw 9,18 kw 0 m² 300 Liter 3,03 kw 5,36 kw 9,18 kw 14 m² 1000 Liter 3,03 kw 5,36 kw 9,18 kw 0 m² 300 Liter 3,03 kw 5,36 kw 9,18 kw 14 m² 1000 Liter 10 kw 10 kw 10 kw Pellets ohne Solar V Puffer : 0 m² 300 Liter 10 kw 10 kw 10 kw Gas mit Solar V Puffer : 14 m² 1000 Liter 10 kw 10 kw 10 kw Gas ohne Solar AKoll: VPuffer: 0 m² 300 Liter 10 kw 10 kw 10 kw

8 Hochintegrierte Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Konzept I Unabgedeckter Solarkollektor mit Wärmepumpe & Eisspeicher (1,2 m³ Eisspeicher & 30 m² Solarthermie) Konzept II Unabgedeckter Solarkollektor mit Wärmepumpe ohne Eisspeicher (Verdampferunterstützung & 30 m² Solarthermie) Konzept III Abgedeckter Solarkollektor & Luft-Wärmepumpe mit Luftvorwärmung (14 m² Solarthermie) Konzept IV Abgedeckter Solarkollektor & Luft-Wärmepumpe mit Verdampferunterstützung in den Kältekreislauf (14 m² Solarthermie)

9 Definition des Primärenergieverbrauch Definition: Der Primärenergieverbrauch ist der Verbrauch an primären Energieträgern, die noch keiner Umwandlung unterworfen wurden. (Landesamt für Natur, Umwelt- und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen) Primärenergiefaktoren (Konversionsfaktoren) Energieträger fpegesamt* fpefossil* Quelle [-] [-] Strom Österreich-Mix 2,62 2,15 OIB 6 Richtlinie Erdgas Ö. 1,17 1,17 OIB 6 Richtlinie Holzpellets Ö. 1,08 0,06 OIB 6 Richtlinie

10 Primärenergieverbrauch [kwh] Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? Primärenergieverbrauch der Systeme Primärenergieverbrauch gesamt [kwh] Primärenergieverbrauch fossil [kwh] ohne Solarthermie mit Solarthermie Hochintegrierte Konzepte

11 Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? Definition CO2-Ausstoß Der CO2-Ausstoß der Systeme wird wie folgt berechnet: *CO2-Faktor: chemisch definierte Größe des Ausstoßes pro Brennstoff (ca. 80 % des Wertes!), Energieinhalt Brennstoff, Gewinnung, Transport, (Brennstoff-)Aufbereitung, Verteilung, Heizsystem, alles inkl. beteiligte graue Energie der Anlagen Verwendete CO2-Faktoren Energieträger fco2fossil Quelle [g/kwh] Strom Österreich-Mix 417,00 OIB 6 Richtlinie Erdgas Ö. 236,00 OIB 6 Richtlinie Holzpellets Ö. 4,00 OIB 6 Richtlinie

12 CO2-Ausstoß der Systeme CO2 Ausstoß gesamt [kg/a] ohne Solarthermie mit Solarthermie Hochintegrierte Konzepte CO2 - Ausstoß der Systeme [kg/a] Luft WP Sole WP Pellets Gas Luft WP & Solar Sole WP & Solar Pellets & Solar Gas & Solar Konzept I Konzept II Konzept III Konzept IV

13 Definition Wärmegestehungskosten Die Wärmegestehungskosten des Systems setzen sich aus den Wärmegestehungskosten der einzelnen Kostenarten zusammen: Für die kapitalgebundenen Wärmegestehungskosten gilt: Für die verbrauchsgebundenen Wärmegestehungskosten gilt : Für die betriebsgebundenen Wärmegestehungskosten gilt:

14 Parameter der wirtschaftlichen Betrachtung Parameter Finanzierung Bezeichnung Einheit Wert Eigenkapital EK [%] 100 eigene Angabe Kalkulationszinsfuß i [%] 3% ÖNB Betrachtungszeitraum T [a] 20 eigene Angabe Annuitätenfaktor a [-] 0,06722 nach VDI 2067 preisdyn. Annuitätenfaktor Instandsetzung & Betrieb bain, bab [-] 1,66049 nach VDI 2067 preisdyn. Annuitätenfaktor Verbrauch bav [-] 1,99449 nach VDI 2067 Quelle Energiepreise Bezeichnung Einheit Wert Quelle Erdgas [ /kwh] 0,075 e-control Heizöl extra leicht [ /kwh] 0,104 bmwfj Energiesparhaus Pellets lose [ /kwh] 0,046 Energiekosten propellets Heizwerte agrarplus Pellets in Säcken [ /kwh] 0,051 Energiekosten propellets Heizwerte agrarplus Strom [ /kwh] 0,188 e-control jährliche Steigerungsraten Bezeichnung Einheit Wert Inflationsrate [%] [%] 2,2 wko Erdgas [%] 4,0 ON M 7140 Heizöl [%] 3,0 ON M 7140 Pellets [%] 3,1 ON M 7140 Strom [%] 3,0 ON M 7140 Quelle

15 Wärmegestehungskosten der Systeme [ /kwh Nutz] Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? Wärmegestehungskosten der Systeme 0,50 0,45 kapital. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] verbrauchsg. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] betriebsg. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] ohne Solarthermie mit Solarthermie Hochintegrierte Konzepte 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

16 Systeme der Feldmessreihe Technische Daten Speichervolumen/ Kollektorfläche Heizenergiebedarf System A* (Luft/Wasser) V Speicher : WP-P Nom : 16 m² 1000 Liter 9 kw th 62,5 l/m² 70 kwh/m²a System B (Luft/Wasser) V Speicher : WP-P Nom : 20 m² 1000 Liter 19 kw th 62,5 l/m² 79 kwh/m²a System C (Erdreich/Wasser) V Speicher : WP-P Nom : 24 m² 1500 Liter 15 kw th 62,5 l/m² 65 kwh/m²a System D (Luft/Wasser) V Speicher : WP-P Nom : 8 m² 800 Liter 19 kw th 100 l/m² 73 kwh/m²a System E** (Luft/Wasser) V Speicher : WP-P Nom : 15 m² 1000 Liter 8 kw th 66,7 l/m² 38 kwh/m²a System F (Wasser/Wasser) A Koll V Speicher : WP-P Nom : 30 m² 2690 Liter 22 kw th 89,7 l/m² 27 kwh/m²a System G** (Luft/Wasser) A Koll V Speicher : WP-P Nom : 15 m² 1000 Liter 9 kw th 66,7 l/m² 42 kwh/m²a

17 Primärenergieverbrauch [kwh/m²a] Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? Primärenergieverbrauch der Systeme Primärenergieverbrauch gesamt [kwh/m²] Primärenergieverbrauch fossil [kwh/m²] ohne Solarthermie mit Solarthermie Messanlagen

18 CO2 - Ausstoß pro m²[kg/m²a] Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? CO2 Ausstoß pro m² Wohnfläche CO2-Ausstoß/Nutzenergie [kg/m²a] ohne Solarthermie mit Solarthermie Messanlagen

19 Wärmegestehungskosten der realen Systeme [ /kwhnutz] Workshop Solarthermie und Wärmepumpenkombinationen Heizsysteme der Zukunft? Wärmegestehungskosten der Systeme 0,80 0,70 kapital. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] verbrauchsg. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] betriebsg. Wärmegestehungskosten [ /kwhnutz] ohne Solarthermie mit Solarthermie Messanlagen 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

20 Fazit Solarthermie-Wärmepumpenkombinationen reduzieren den Primärenergieverbrauch und die CO2-Emissionen im Vergleich mit anderen Wärmeversorgungskonzepten erheblich (Ausnahme Pellets) Ohne Berücksichtigung von Investitionsförderungen für Solarthermieanlagen liegen die Wärmegestehungskosten für die kombinierten Systeme etwas höher, erweisen sich aber durchaus konkurrenzfähig. Wie bereits aus den energetischen Vergleichen ersichtlich, sind die Potenziale von hochintegrierten Systemen Primärenergie bzw. CO2 einzusparen geringer als erwartet. Der Unterschied bei den Wärmegestehungskosten wird zwischen den betrachteten Wärmeversorgungssystemen mit zunehmendem Wärmebedarf kleiner Die Solarthermie- und Wärmepumpenanlagen aus dem österreichischen Feldtest entsprechen trotz zahlreicher technischer Optimierungspotenziale bei der ökologischen Betrachtung