Energiekonzepte der Zukunft: Werkzeuge für den Planungsprozess
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- Carl Steinmann
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1 Energiekonzepte der Zukunft: Werkzeuge für den Planungsprozess Jahrestagung Berufsgruppe Technik: «Die Sonne in der Planung» 23. September 2014, Muttenz Dr. Andreas Witzig, Vela Solaris AG
2 Vorstellungsrunde! Andreas Witzig! Elektroingenieur ETH, Doktorat in Optoelektronik-Simulation! Produktmanager bei ISE AG und Synopsys Inc.! Solartechnik-Institut SPF, Hochschule Rapperswil HSR! Gründung Vela Solaris AG als Spin-Off der HSR! HSG Diplomkurs «Technologie-Unternehmer»! Aktives Engagement in Forschungsprojekten! Polysun Planungssoftware! Verkaufspreis zwischen 400 und CHF! Weltweit im Einsatz ( Lizenzen, davon in der Schweiz)! Polysun Designer, Polysun Inside, Polysun Online 2 2
3 Energiewende! neue Fragestellungen! Früher: Planung = Auslegung für den Extremfall (Leistungsoptimum)! Heute zusätzlich: Planung = Betrachtung im Jahresverlauf (Energieoptimum)! Neue Begriffe: Plusenergiehaus?! Plusenergie = über das Jahr gerechnet mehr Energie auf dem Grundstück produziert als zugeführt. (inkl. Heizung, Warmwasser, Lüftung, Haushaltsstrom, Kühlen, etc.) Eigenverbrauchquote?! PV-Eigenverbrauch Autarkiegrad?! PV-Erzeugung PV-Eigenverbrauch Gesamter Stromverbrauch 3
4 Energiewende! Systemdenken Energiequellen! Energieübertragung/ /wandlung! Energie/ speicher! Energiesenke// verbraucher! Strom& Photovoltaik!(PV)! Solaranlage,! Steckdose,!(Wärme: Kra<:Kopplung)!!!!!!Wechsel:!!!!!!!!!!!!!!richter!!!!!! Stromnetz! Tumbler,! Waschmaschine,! Kühlgeräte,! Aquarium,! Computer,!etc.!!! Wärme:! pumpe!!! Wärme& Solarkollektor,! Umgebungslu<,! Erdkollektor,!Erdsonde! Schichten: speicher,! Puffer: speicher,! Bauteil: aklvierung! Duschwarmwasser,! Gebäudeheizung!!!! Verteilnetz,! FrischwasserstaLon!!! 4
5 Simulation! Innovative Systeme in der Gebäudetechnik! Verschiedene Disziplinen wachsen zusammen: Solarwärme, Photovoltaik, Wärmepumpen, Geothermie! «Intelligente» Steuerung! Herausforderung: trotzdem einfacher Systemaufbau! Simulation immer wichtiger bei diesen Systemen:! Systemzusammenhänge verknüpfen die Parameter Dynamische Simulation: Systemzustände jahreszeitlich richtig gewichtet! Daumenregeln aus den Einzeldisziplinen sind oft falsch 5
6 Planungstools I: Gebäudehülle! Ziele Normerfüllung: SIA 38x, Minergie, Minergie-Eco, EnEV, GEAK! Tools Lesosai Thermo Bauphysik SIA Tec-Tool DDS-CAD, Plancal IDA ICE Vollständige und aktuelle Liste der 380/1 Tools: 6
7 Planungstools I: Gebäudehülle Beispiel: 7
8 Planungstools II: Photovoltaik! Ziele Wechselrichterzuordnung Berechnung der Solarerträge neu: Berechnung von PV-Eigenverbrauch und Autarkiegrad! Tools Sunny Design Web PVSyst PVSol Polysun 8
9 Planungstools II: Photovoltaik Beispiel: SMA Sunny Design 9
10 Planungstools II: Photovoltaik Beispiel: SMA Sunny Design PV-Eigenverbrauch 10
11 Planungstools II: Photovoltaik Beispiel: Polysun 11
12 Planungstools III: Photovoltaik-Montagesysteme! Ziele Statikberechnung Stückliste Dachplan, Elektroplan! Tools Creotool Alustand Tritec 12
13 Planungstools III: PV-Montagesysteme Beispiel: Creotool 3D Ansicht Verschattung CAD Plan, Schneelast Windlast Stücklisten für Wechselrichterauslegung und Ertragsvorhersage 13
14 Planungstools IV: PV + Solarwärme + Wärmepumpe! Ziele: Optimierung von Systemen Vergleich von Systemen (z.b: PV vs. Solarthermie) Besonders anspruchsvoll, Simulation aber sehr wichtig! Tools: Polysun (Einzeln + Kombination) WPesti (nur Wärmepumpen) TRNSYS Matlab-Simulink 14
15 Innovative Systemanbieter mit guten Gesamtlösungen Beispiel 1: Photovoltaik + Wärmepumpe (inkl. Regler «Sunny Home Manager») Tool: SMA Sunny Design, 15
16 Innovative Systemanbieter mit guten Gesamtlösungen Beispiel 2: Solarthermie + Wärmepumpe + Erdsonde Tool: Polysun Walter Meier Firmenvorlage 16
17 Innovative Systemanbieter mit guten Gesamtlösungen Beispiel 3: «2Sol» mit PVT-Kollektoren Tool vorerst nur intern in «2Sol-Allianz» 17
18 Zusammenfassung Tools (unvollständig ) Bezeichnung Anbieter Link Anwendungsbereiche Lesosai e4tech lesosai.com Gebäudehülle, Minergie-Eco Solarthermie*, WP* SIA Tec-Tool SIA energytools.ch Gebäudehülle IDA ICE Equa equa.ch Dynamische Gebäudesimulation Thermo Bauphysik Polysun (Polysun Inside*) Solar.Pro.Tool (z.b. Creotool) Dr. Jürg Krieg, ZHAW Vela Solaris thermo-bauphysik.ch polysunsoftware.com polysunonline.com Gebäudehülle, Minergie-Eco PV"Wechselrichter PV-Ertrag, Eigenverbrauch Wärmepumpen, Geothermie Solarthermie Levasoft solarprotool.com PV-Montagesysteme PV"Wechselrichter * PV-Ertrag, Eigenverbrauch* WPesti Exceltool, gratis endk.ch Wärmepumpen TRNSYS Transsolar transsolar.com Beliebig erweiterbar Matlab-Simulink Mathworks mathworks.ch Beliebig erweiterbar
19 Fazit! Energiewende:! Neue Fragestellungen! Simulation Energieeffizienz! Bedarf für Beratung in der frühen Planungsphase!! Tools:! Spezialisierte Software für Gebäudehülle, PV/Wechselrichter, PV-Montagesysteme, Thermie! Excel-Blätter für Lüftung, Beleuchtung, etc.: Oft eine Kombination von Softwaretools! Systeme:! Einige Anbieter kümmern sich tatsächlich um Gesamtsystem + Steuerung 19
20 Danke für die Aufmerksamkeit! Fragen?! Andreas Witzig Vela Solaris AG Stadthausstrasse Winterthur
21 Reserve-Folien (Simulationsresultate) 21
22 Beispiel 3: «2Sol» mit PVT Kollektoren Simulationsresultate! 6-8 Wohneinheiten! Minergie MFH! JAZ = 5.2 (ohne Pumpen) 22
23 Beispiel 3: «2Sol» mit PVT Kollektoren Simulationsresultate! Mehrertrag PV = +6% Thermisch = +120%! 6-8 Wohneinheiten! Minergie MFH! JAZ = 5.2 (ohne Pumpen) 23
24 Beispiel 3: «2Sol» mit PVT Kollektoren Vergleiche «2Sol» mit «PV+Erdwärmepumpe separat»! 6-8 Wohneinheiten! Minergie MFH! JAZSommer = 4.6! JAZWinter =
25 Simulationsresultate System «2Sol» mit PVT-Kollektor! Vergleich mit und ohne Solarthermische Regenerierung 8'000! 6'000! Entzugsenergie9der9Sonde9ohne9PVT9 Entzugsenergie9der9Sonde9mit9PVT9 kwh9 4'000! 2'000! 0! :2'000! Jan! Feb! Mar! Apr! Mai! Jun! Jul! Aug! Sep! Okt! Nov! Dez! 25
26 Simulationsresultate System «2Sol» mit PVT-Kollektor! Entzugsenergie der Sonde im langjährigen Betrieb Entzugsenergie9der9Sonde9in9kWh9 8'000! 6'000! 4'000! 2'000! 0! Anfangs9 59Jahre9 109Jahre9 209Jahre9 :2'000! Jan! Feb! Mar! Apr! Mai! Jun! Jul! Aug! Sep! Okt! Nov! Dez! 26
27 Innovative Systemanbieter mit guten Gesamtlösungen Beispiel 4: Eisspeicher Latenzwärme: Im Wasserspeicher wird durch Vereisung gleich viel Energie gespeichert werden, wie durch Erwärmung um 80 C 27
28 Beispiel 5 Achtung mit Kombination Solarthermie + Wärmepumpe! Wärmepumpe darf den Schichtenspeicher nicht durchmischen! Unterscheide Wärmepumpenbetrieb für Bodenheizung oder Warmwasser 28
29 Beispiel 6 Elegante Lösung für Solarthermie + Wärmepumpe mit Rücklaufanhebung: 29
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