EnergiePLUS Gebäude als Kraftwerk mit E-Mobilität

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1 Institut für Gebäude und Solartechnik Prof. Dr. Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig bs.de EnergiePLUS Gebäude als Kraftwerk mit E-Mobilität Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken 21.Feb. 2012

2 Kontext zu Forschung und Praxis Ganzheitliche nachhaltige Sanierung von Stadtquartieren Energetische Betriebsoptimierung Gebäude auf dem Teststand Netto Plusenergie Gebäude Klimaneutrale Wohn und Gewerbesiedlungen Export: Energieeffizienz + Nutzung Erneuerbare Energien Made in Germany 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 2

3 Ziele - Begriffe- Lösungen E- Mobilität Virtuelle Kraftwerke Smart Gid Grids Smart Homes Smart Buildings Foto: Fotolia 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 3

4 Energieversorgung heute zentral Megawatt Kraftwerke flexibel? zukunftsfähig? 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 4

5 Topics Gebäude Stadt Land 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 5

6 Time Die gute Nachricht energieplus- Gebäude gibt es bereits! Haus Berghalde, Stuttgart, Architekten: Berschneider+Berschneider SOLON Headquarters Berlin, Architekten: HSF, Berlin SMA Solar Academy, Architekten: HHS, Kassel 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 6

7 . Netto- Plusenergie? Jahresbilanz: Nicht Verbraucher sondern Erzeuger A+++ A++ A+ A A++ zzgl. Grau Energie A+ zzgl. Elektromobilität A zzgl. Haushaltsstrombedarf (Energieerzeugung > Gesamtenergieverbrauch/ bedarf) Bilanzierung nach EnEV (Wärme für Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung, Hilfsenergiebedarf) Plusenergie 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 7

8 . Netto- Plusenergie? Jahresbilanz: vom Verbraucher zum Erzeuger Lebenszyklus: Energierückflusszeit kleiner Nutzungsdauer Gebäude 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 8

9 Gesamtbilanz - Energiebedarf / Energieeinspeisung Energiegutschrift aus Netzeinspeisung Gutschrift höher als Energiebezug Plusenergie Gutschrift geringer als Energiebezug Energie Einsparung Eigenstrom Nutzung Einspeisegutschrift (Primär ) Energie EnEV + Nutzerstrom 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 9

10 über dem Lebenszyklus EnergiePlus Plus- Energie Haus 40 Primärenergie Bau Graue Energie Passiv- Haus EnEVEV - Standard 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 10

11 . erste Entwurfsidee Zusammenspiel von Architektur und Technik 2008 Idee/ Zieldefinition/ Entwurf 2009 Planung/ Umsetzung 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 11

12 . in Realität 2008 Idee/ Entwurf 2009 Umsetzung 2010/11 Nutzung + Monitoring 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 12

13 .. Ausrichtung. Zonierung Hangnutzung. Bad WC HWR Schlafzimmer Ansicht sc tsüd Terrasse Wohnzimmer Küche Grundriss Erdgeschoss Süd-Nord Schnitt 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 13

14 Netto-Plusenergie Wohnhaus Gebäudehülle - Gebäudetechnik 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 14

15 Gebäudehülle Dach 0,12 W/(m 2 K) Fenster Wand < 0,9 W/(m 2 K) 0,15 W/(m 2 K) Boden 0,3 W/(m 2 K) Anforderung nach EnEV Berechneter Gebäudekennwert Jahresprimärenergiebedarf Q P in kwh/(m²a) 104,2 34,3 (-66 %) Spez. Transmissionswärmeverlust H T in W/(m²K) 0,54 0,27 (-50 %) 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 15

16 Sommerlicher Wärmeschutz - Südseite 3 fach WSV (VSG/ESG/VSG) U = 08W/m²K 0,8 g = 048 0,48 t = 069 0,69 Sonnenschutzlamellen flach 100mm Seilführung 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 17

17 Sommerlicher Wärmeschutz - Südseite 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 18

18 Nur Stromhaus Integrales Energiedesign 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 19

19 Technik- Konzept Energiequelle Niedertemp. Flächenheizung Kontrollierte Wohnraumlüftung mit WRG Wärme Pumpe Wärmequelle Erdreichwärmetauscher 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 20

20 Investitionskosten Energiepreis Photovoltaik Euro/kW P Solarthermie kwh/kw P ct/kwh S ct/kwh S 6 7 cent/kwh cent/kwh w 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 21

21 Entwicklung Strompreise 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 22

22 Investition zur Einsparung einer Kilowattstunde [ /(kwh P a)] Was kostet die Einsparung einer kwh p? 3,50 3,00 2,50 Investition PV Anlage wirtschaftlicher als Verbesserung der Gebäudehülle Zusätzliche Kosten der baulichen Maßnahmen je eingesparter kwh P /a mit Bezug auf Variante 1 2,00 1,50 Kosten der Errichtung einer PV Anlage je äquivalenter kwh PE /a 1,00 0,50 0,00 Maßnahmen Gebäudehülle wirtschaftlicher als PV Anlage! ,00 cm 14,0 cm 18,0 cm 22,0 cm 26,0 cm Ug=1,4 Ug=1,2 Ug=1,1 Ug=0,9 Ug=0,6 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 23

23 Last-Management 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 24

24 Steigerung Eigenstromnutzung Eigen nstromver rbrach [% %] Wärme pumpe..demand site management e store mobility Kühlung Potentielle Stromverbraucher 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 25

25 Strom- Management, bewölkter Winter Tag 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 26

26 Batterien und Wechselrichter 2 kw 7 kwh (interne Nutzung) 8 kw 20 kwh (interne + externe Nutzung) 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 27

27 Energiepreise Solarstrom + Stromspeicherung 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 28

28 Elektro- PkW - Ladestation 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 29

29 Strombezug und Verbrauch St rommeng ge [kwh/a a] Eigennutzung kwh/a Eigennutzung 32% PV Ertrag Einspeisung + Eigenutzung Netzbezug + Eigennutzung 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 30

30 Monatlicher Stromverbrauch Str romverbra uch [kwh] Auß ßenlufttemp peratur [ C C] 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 MSR Umwälzpumpe Wärmepumpe Lüftung Haushalt Beleuchtung sonstiges Außenlufttemperatur [ C] 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 31

31 Jahres- Gesamtstromverbrauch 2011 nach Kategorien Stromv verbrauch [kwh/a] ] MSR UWP WP Lüftung (rechn) Haushalts geräte 706 Beleuchtung sonstiges Gesamt 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 32

32 Jahres- Gesamtstromverbrauch 2011 nach Kategorien Gesamtstromverbrauch (relativ) Gesamtstromverbrauch ohne MSR (relativ) 30,1% 12,1% 2,0% 34,2% 2,2% 35,0% 30,8% 78% 7,8% 12,0% 5,3% 8,9% 13,7% 6,0% MSR Umwälzpumpe p Wärmepumpe p Lüftung Haushalt Beleuchtung sonstiges Umwälzpumpe Wärmepumpe Lüftung Haushalt Beleuchtung sonstiges Gesamtstromverbrauch = kwh/a Gesamtstromverbrauch = kwh/a 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 33

33 PV-Stromertrag und Geamtstromverbrauch 2011 (monatlich) Monatlicher Stromertrag/ verbrauch Ene rgiemeng ge [kwh/m Monat] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Gesamtstromverbrauch PV Stromertrag 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 34

34 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 35

35 Südfassade 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 36

36 Wohnraum 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 38

37 Komfortmonitoring Wohnen re elative Feuc chte [ % ] Kat. C: eingeschränkt Kat. B: akzeptabel Kat. A: gut Thermische Behaglichkeit: Berghalde (Wohnen) Abhängigkeit von Raumtemperatur und Relative Feuchte Betrachtungszeitraum Randbedingungen nach DIN EN ISO 7730 und DIN EN Raumtemperatur [ C ] Szenario I Szenario II Szenario III 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 39

38 Komfortmonitoring Wohnen (PMV vorausgesagtes mittleres Votum; PPD Anteil an Unzufriedenen) 35 Thermische Behaglichkeit: Berghalde (Wohnbereich) Abhängigkeit von Raumtemperatur und Relative Feuchte Betrachtungszeitraum WINTER 25 PPD [%] Szenario I: 5,8% (PPD) = Kat A Szenario II: 5,9% (PPD) = Kat A 0 Szenario III: 5,2% (PPD) = Kat A -1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 PMV [-] Voraussetzungen nach DIN EN ISO 7730 Szenario I Szenario II Szenario III PPD (benchmark) 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 40

39 Talblick Süd- und Ostansicht (Ende August 2010) 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 41

40 Solares und nachhaltiges Bauen bedeutet nicht zwangsläufig mehr Technik. Viel wichtiger ist eine intelligente Gesamtlösung: [.] Und auch die Technik wirkt im besten Fall nicht aufgesetzt, sondern bereichert als integraler Bestandteil die Architektur. DBZ Vielen Dank 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 42

41 . und was kommt jetzt? Esslingen Neue Weststadt Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 43

42 E- Plus und E- Mobilität! 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 44

43 Die Zukunft beginnt heute! 28. Februar 2012 Dipl. Ing. Architekt Thomas Wilken Vortrag EnergiePLUS Berghalde Seite 45