Erdwärme Lüftung Smart Grid. Thorsten Schröder 2014

Transkript

1 Erdwärme Lüftung Smart Grid

2 Der Heizwärmebedarf eines neuen Gebäudes setzt sich zusammen aus: Dämmung 1. dem Transmissionswärmebedarf (rund 70%) 2. dem Lüftungswärmebedarf (rund 30%)

3 Für die Jahresbilanz werden solare Erträge ebenso berücksichtigt wie innere Wärmelasten wie z.b. die Beleuchtung

4 Je luftdichter ein Gebäude ist, umso weniger Energie geht durch Undichtigkeiten verloren. Bei einem Blowerdoortest wird eine Windlast simuliert, Welche von außen mit 5kg/m² gegen das Gebäude drückt (Windstärke 5).

5 Beim Unterdrucktest wird gemessen, welche Luftmengen über Undichtigkeiten in das Gebäude nachströmen. Bei alten Gebäuden ist dies in einer Stunde oft mehr als das 10-fache des eigenen Gebäudevolumens. Die Werte neuer Häuser liegen dagegen häufig unter 1,0.

6 Daher wird im ersten Schritt der Planung ein Lüftungskonzept erstellt. Für jeden Raum werden die benötigen stündlichen Luftmengen berechnet.

7 Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung sind die beste Möglichkeit, für einen sicheren Luftaustausch zu sorgen. Dabei wird die Wärme aus der verbrauchten Luft genutzt, um die frische Luft von draußen anzuwärmen.

8 Im nächsten Schritt wird die Wärmeverteilung geplant. Die Art der Wärmeverteilung spielt bei modernen Gebäuden eine wichtige Rolle. Sie soll im wesentlichen 2 Anforderungen gerecht werden: 1. Hohe Behaglichkeit für die Nutzer 2. Effiziente Wärmeübertragung mit geringen Verlusten, dabei kombinierbar mit allen modernen Heizungstechniken.

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11 Historisch betrachtet sind die Temperaturen der Wärmeverteilung immer weiter gesunken. In der Anfangszeit der Zentralheizungen wurden Heizkörper mit 110 C heißem Dampf beschickt. Entsprechend hoch waren die Wärmeverluste bei der Verteilung, die hohen Temperaturen waren jedoch notwendig, da die Gebäude überhaupt nicht gedämmt waren. Es folgten Heizkörpertemperaturen von erst 90 C, dann 75 C, in den 1990er Jahren wurde das Temperaturniveau auf schließlich 55 C abgesenkt, da die Gebäude immer besser gedämmt wurden. Seit den 2000er Jahren werden überwiegend Flächenheizungen eingesetzt, welche mit Temperaturen von C arbeiten können. Für die Heizungstechnik bieten diese niedrigen Temperaturen neue Möglichkeiten.

12 Fußboden- und Wandheizungen können mit Temperaturen von unter 30 C betrieben werden.

13 Zukunftsmerkmal für Gebäude: die Speicherfähigkeit Die große Herausforderung bei der zukünftigen Energieversorgung ist und bleibt die Speicherung von erneuerbaren Energien. Denn Photovoltaikanlagen und Windkrafträder liefern Strom mitunter unregelmäßig. Wenn man bedenkt, das rund die Hälfte der Energie in Deutschland für die Produktion von Wärme aufgewendet wird, so steckt auch ein riesiges Potential in der Speicherung von Wärme.

14 Energiebedarf von Gebäuden

15 Eine 200m² große Fußbodenheizungsfläche kann, wenn sie nur um 2 C erwärmt wird, 18,33kWh Wärme speichern. Das entspricht in etwa der Speicherkapazität des Akkus vom neuen BMW I3, nur dass dieser statt Wärme Strom speichert. Und ein Wärmespeicher nutzt sich nicht ab.

16 Koalitionsvertrag 2013, Seite 40: In einem Strommarkt mit einem weiter zunehmenden Anteil von Strom aus erneuerbaren Energien werden wir Strom, der sonst abgeregelt werden müsste, für weitere Anwendungen, etwa im Wärmebereich, nutzen

17 Smart Grids die intelligenten Netze von morgen

18 Die Kühlung von Gebäuden wird in Zukunft eine größere Rolle spielen.

19 Letzter Schritt: Wahl des Wärmeerzeugers

20 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) Bereits am 01. Januar 2009 ist das Erneuerbare-Energien- Wärmegesetz in Kraft getreten. Es schreibt vor, dass Eigentümer neuer Gebäude von mehr als 50m² einen Teil ihres Wärmebedarfs (und seit 2012 auch des Kältebedarfs) aus erneuerbaren Energien decken müssen. Dabei gibt es folgende Möglichkeiten: 1. Solarwärme: mindestens 15% des Wärmebedarfs 2. Geothermie und Umweltwärme (z.b. Wärmepumpen): mindestens 50% 3. Biomasse (z.b. Pelletsheizungen): mindestens 50%

21 Ersatzmaßnahmen: Statt des Einsatzes erneuerbarer Energien kann die Pflicht auch durch folgende Ersatzmaßnahmen erfüllt werden: 1. Nutzung von Abwärme zu 50% 2. Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplung, durch die Nutzung von vor-ort produzierter Wärme und Strom Einsparung von mindestens 10% der eingesetzten Energie 3. Durch Steigerung der Energieeffizienz, etwa durch die Verbesserung der Wärmedämmung um mehr als 15% als nach ENEV Anforderung Energie-Einspar- Verordnung

22 Energiekonzept: Lüftung, Wärmeverteilung, Wärmeerzeugung

23 Die Planung sollte vor Baubeginn abgeschlossen sein, um alle Schlitze- und Durchbrüche zu planen, Förderungen zu beantragen, Genehmigungen einzuholen und ggf. Wärmequellen auf dem Grundstück zu erstellen.

24 Heizen und Kühlen mit Erdwärme

25 Erdwärme wird schon lange genutzt.

26 Wärme aus dem Erdreich? Oberflächennahe Geothermie

27 Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

28 Wichtig: je höher die benötigte Vorlauftemperatur des Heizsystems, umso schlechter die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpenheizung!

29 Die Leistungszahl einer Wärmepumpe

30 Niedrige Heizkreistemperaturen sind Voraussetzung für eine effiziente Wärmepumpe

31 Die Bedeutung der Wärmequelle für die Effizienz der Anlage

32 Eine Wärmequelle wird immer für mehrere Generationen gebaut Über die Nutzungsdauer der Heizungsanlage lohnt sich die Investition in eine effiziente Wärmequelle. Die Wärmequelle besteht mit über 50 Jahren in der Regel so lange wie das Gebäude selbst! In der Praxis müssen viele Kriterien berücksichtigt werden: die Erdreichbeschaffenheit, rechtliche Einschränkungen und bauliche Gegebenheiten. Insgesamt gibt es über 20 verschiedene Wärmequellen. Die Physik zur Nutzung dieser Quellen ist jedoch immer die gleiche.

33 Außenluft-Wärmepumpen Außenluftwärmepumpen nutzen die direkte Außenluft zum Wärmeentzug und können außen und innen aufgestellt werden. - einfach zu installieren - geringe Investition - geringere JAZ Außenaufstellung Innenaufstellung

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35 Wärmepumpen Effizienz Messtechnische Untersuchung von Wärmepumpenanlagen zur Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb

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37 Die Schallentwicklung muss bei der Planung berücksichtigt werden.

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39 Sole-Wasser-Wärmepumpen Glykol als Wärmeträger

40 Erdreichtemperaturen in Deutschland

41 Erdwärmekollektoren Verlegetiefe -1,20 bis 2,50m

42 Spezifische Entzugsleistung qe in Watt/m2 für: Trockener, sandiger Boden = ca W/m² Feuchter, sandiger Boden = ca W/m² Trocken, lehmiger Boden = ca W/m² Feuchter, lehmiger Boden = ca W/m² Wasser gesättigter Boden = ca W/m² (siehe auch VDI 4640 Blatt 2)

43 Einflüsse auf die Vegetation Rasenfläche über einem Erdkollektor nach der Schneeschmelze

44 Die Geschichte vom Maulwurf und der Wurzel

45 Varianten des Erdkollektors Grabenkollektoren

46 Lagenweise Verlegung des Erdkollektors

47 Energiekörbe

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49 Erdsonden und Tiefenbohrungen Tiefe der Erdwärmesonden in der Regel bis 100m.

50 Absorber Nutzung solarer Erträge für die Wärmepumpe

51 Absorber der Energiezaun

52 Massivabsorber Wärme aus Beton Beton kann Wärme gut leiten und gut speichern.

53 Massivabsorber werden in erster Linie dort eingesetzt, wo ohnehin mit Beton gebaut wird.

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56 Eisspeicher Heizen mit Eis

57 Funktionsschema einer Eisspeicherheizung

58 Grundwasser-Wärmepumpen

59 Verockerung eines Schluckbrunnens durch zu hohen Eisen- und Mangangehalt im Wasser.

60 Kühlen mit der Wärmepumpe

61 Genehmigungsverfahren Die fachlich gute Ausführung wie der Nachweis einer Druckprüfung werden hierbei eingefordert. Wird dem Grundwasser bzw. dem Erdreich Wärme entzogen, stellt dies eine Gewässerbenutzung dar. Diese muss von der zuständigen Behörde genehmigt werden. Die Antragsbearbeitung dauert etwa 4-6 Wochen.

62 Wärmepumpen gibt es auch für Großobjekte Verteiler einer Großanlage: diese Wärmepumpe leistet 270kW und beheizt ein 5.500m² großes Industriegebäude in Verl.

63 In der Lagerhalle sorgt eine Betonkernaktivierung für Wärme. Eine separate Wärmepumpe für den Büroteil kann heizen und kühlen.

64 Das neue Energielabel "ErP" kommt Nach Verabschiedung durch die Europäische Union (EU) müssen spätestens im September 2015 alle Hersteller von Raumheizgeräten, Kombiheizgeräten, Verbundanlagen aus Raumheizgeräten, Warmwasserbereitern und Warmwasserspeichern die neue Ökodesignrichtlinie sowie das neue Energielabel umgesetzt haben. Die gesetzliche Verordnung für energierelevante Produkte (Energy related Products) kurz ErP genannt bewertet unterschiedliche Geräte und teilt diese in verschiedene Effizienzklassen ein.

65 Wärmepumpen punkten mit Bestnoten für Energieeffizienz Erdgas KWK GWP A+++ A++ A+ Strom Sole-Wasser WP Wasser-Wasser WP Luft Wasser WP Brennwert Heizwert A B C D Quelle: Vaillant

66 Energiekonzepte für Wohngebäude