1. Werkstatttag für Jägerpark Dresden Intelligente Eigenversorgung einer Stadtquartierslösung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne

Transkript

1 1. Werkstatttag für Jägerpark Dresden Intelligente Eigenversorgung einer Stadtquartierslösung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne 30.Juni 2015 Freiberg Referent Prof. Dipl.-Ing. Timo Leukefeld 1

2 Tagesablauf Werkstatttag Jägerpark Dresden 8:00 Uhr Begrüßung 8:15 Uhr Einführungsvortrag 10:15 Uhr Werkstatt Teil 1: Rahmenbedingungen, Zeitplan, Strategie 12:00 Uhr Mittagspause (Kantine SolarWorld AG) 12:30 Uhr Werkstatt Teil 2: solares Bauen, Empfehlungen für die Architektur, Hüllqualitäten 14:00 Uhr Ende 2

3 Leitbild Jägerpark Dresden Energetische Entwicklung des Stadtteils Jägerpark Dresden zum intelligenten Quartier. DER neue CO 2 neutrale, energetisch selbstversorgende, vernetzte, ressourceneffiziente und klimaangepasste Stadtteil Dresdens. 3

4 Eckpunkte Jägerpark Dresden - Wie Wärmeverbrauch senken? (Gebäudehülle: Wandaufbau, Fenster, Bodenplatte, Dachdämmung) - Wie Stromverbrauch senken? - Wie die Wärme verteilen? (Heizkörper, Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung?) - Kühlung (ja/nein, wie?) - Einsatz einer Solarwärmeanlage mit Langzeitwärmespeicher (Solarthermie) - passende Zusatzheizungsart festlegen - Einsatz einer Solarstromanlage mit oder Speicher (Photovoltaik) - Gebäudelüftung (ja/nein, wie?) - gesunde Innenraumluft (VOC flüchtige organische Verbindungen, Formaldehyd etc. vermeiden) - barrierefreiheit Thema: Enttechnisierung im Vordergrund. Was muss sein, was kann sein, was kann weggelassen werden und was bereite ich vor, um es später nachzurüsten? 4

5 solarer Lebenslauf: von der Försterei zur Energieautarkie Handwerk - Ingenieure Wissenschaft/Politik Schlosserlehre Studium Energetik TU Bergakademie Freiberg 1996 Solarschule Berlin Leitung Solarkollektorteststand Forschung & Entwicklung solare Meerwasserentsalzung für Israel Teilnahme an Solarenergie Weltkonferenzen: 1999 Israel, 2001 Australien 2003 Schweden, 2005 USA, 2007 China 2011 Honorarprofessur für Solarthermie 2013 Energiebotschafter der Bundesregierung Ich habe Wärme studiert. Ich kenne Wärmepumpen, Solarwärme, Holzverbrennungsöfen, Kraftwerke jeder Art, Heizkessel (Öl, Gas). Und ich denke es ist kein Zufall, dass ich mich mit der Sonnenwärme selbstständig gemacht habe. 5

6 Womit beschäftige ich mich? 1996 autonome Stadt Vedanda in Andalusien 2004 Sonnenhäuser Deutscher Solarpreis energieautarke Gebäude Deutscher Solarpreis 2011 intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne (Neubau, Altbau, MFH, Gewerbe) Speichervernetzung (Wärme und Strom) Vorlesung energieautarke Gebäude an der TU Bergakademie Freiberg und BA Glauchau Medienarbeit: z.b. ZDF Die Wärmemacher unabhängig sein: Lüftung, Kühlung und Wasser gesunde Innenraumluft Verständlichkeit der Sprache stärkt Wettbewerbsfähigkeit Vorträge / Forschung / Beratung Bauherren, Banken, Bausparkassen, Wohnungswirtschaft, Politik und Energieversorger 6

7 7 Copyright: Timo Leukefeld Illustration: Anja Tittel 2015

8 Prof. Dipl.-Ing. Leukefeld, Firma Timo Leukefeld - Energie verbindet 8 Treffen Jeremy Rifkin mit Timo am 13. März 2015 in Hamburg

9 9

10 Endenergiebedarf in Deutschland / im durchschnittlichen Haushalt 10

11 Dämmung mit Styropor/Polystyrol (Poly(1-phenylethane-1,2-diyl) Mai 2014: weltweites Aus für Flammschutzmittel HBCD Meldung Umwelt Bundesamt Dämmung im Neubau Sanierung mit Dämmung im Altbau 11

12 Heizöl, Erdgas und Pellets ein Vergleich

13 Strompreisentwicklung aktuell 2015: etwa 29 Cent/kWh Prognose Ende 2016: 29 Cent/kWh + - x %?? Prognose 2030: bis 70% Preissteigerung auf 45 Cent/kWh 2011: ca Haushalte wurden abgeklemmt 2012: ca Haushalte wurden abgeklemmt 2013: ca Haushalte wurden abgeklemmt + rund 7 Millionen Mahnverfahren - alle Atomkraftwerke abschalten - Ziel der Kanzlerin: 1 Million Elektroautos bis Zukunft: Heizen mit Strom? 13

14 14

15 Vollkostenrechnung Beispiel Mehrfamilienhaus KfW 70 (Neubau) Quelle: Biogasrat aus Ökologische und ökonomische Optimierung des Wärmemarktes

16 Verschätzt 16

17 So heizen wir bisher der Heizkessel steht im Mittelpunkt 17

18 Wie heizen wir in Zukunft? der Pufferspeicher steht im Mittelpunkt 18

19 Pufferspeicher im Mittelpunkt 19

20 Der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie Solarthermie - Sonnenwärme Eigennutzung Einsparung (Kaufkraft steigt) - steuerfrei & Photovoltaik Sonnenstrom Renditeobjekt Einnahme (Kaufkraft sinkt) zu versteuern 20

21 Photovoltaik/Sonnenstrom bisher Renditeobjekt Solarthermie/Sonnenwärme zur Eigennutzung Sonnenkollektor Wirkungsgrad ca. 80 % Jahresertrag bis 500 kwh/m²a Wirkungsgrad und flächenspezifischer Jahresertrag in Deutschland? (Einstrahlung kwh/m²a) Photovoltaikmodul Wirkungsgrad ca. 20 % Jahresertrag bis 110 kwh/m²a 21

22 Der steuerliche Unterschied zwischen Einnahme und Einsparung Einnahme Beispiele: Immobilien/Vermietung Zinsen Aktien Photovoltaik Windkraft BHKW Einnahmen sind zu versteuern Einsparung Beispiele: Fenstererneuerung Dämmung Brennstoffart wechseln Sonnenheizung Einsparungen sind steuerfrei 22

23 23

24 Montagemöglichkeiten Kollektoren Dachdichtheit - Lebensdauer - Kosten Aufdach Indach/Solardach Aufständerung Fassade 24

25 Sonnenbahnlinien und der Stand der Sonne Wintersonnenwende und Sommersonnenwende 25

26 Sonnenbahnanalysator: Gibt es Verschattung? 26

27 Solartechnik zur Eigenversorgung im Haus der Zukunft Kurzthesen Heizen mit Photovoltaik Strom und Luftwärmepumpe? 27

28 Das Haus der Zukunft HEIZEN mit Photovoltaik Strom und Luftwärmepumpe? Überlappen Angebot und Nachfrage? ca. 80 % Solarstromerzeugung im Sommer ca. 80 % Stromverbrauch Wärmepumpe im Winter Ist Strom zum Heizen wirtschaftlich speicherbar? Kosten: Langzeitwärmspeicher /kwh, Stromspeicher: /kwh Welche Technologie ist im Winterhalbjahr effizienter? Effizienz Solarthermie zur Photovoltaik Strom zu Wärme Verhältnis Luft Wärmepumpe (Arbeitszahl) 1:3, Solarthermie 1:150 solare Deckung PV beim Heizen mit Strom? Geringe solare Deckung wegen Antizyklus (Angebot und Nachfrage) und fehlender (wirtschaftlicher) Möglichkeiten Strom längere Zeit zu speichern. 28

29 Boom der Wärmepumpen: Ende 2014 Marktanteil Luftwärmepumpe 68 % Stromheizung bevorzugte Heiztechnik? - EnEV 2016 Primärenergiefaktor Strom von 2,4 auf 1,8 gesenkt - Neue KfW Effizienzhaus Plus Förderung ab Gebäudeeffizienzklasse im Energieausweis auf Endenergie abgestellt 29

30 Boom der Wärmepumpen: Ende 2014 Marktanteil Luftwärmepumpe 68 % Wirkung auf Temperatursensitivität des Strommarktes? (Temperatursensitivität: Stromlaststeigerung pro Kelvin sinkender Außentemperatur) Stromheizung bevorzugte Wärmepumpen bringen eine zusätzliche Last im Winter Heiztechnik? das erfordert zusätzliche fossile Kraftwerke, die nur zwei Monate im Winter laufen - EnEV 2016 sehr teurer Strom Primärenergiefaktor Strom von 2,4 auf 1,8 Konsequenz im Winter: vom Sondertarif zum Straftarif? gesenkt - Neue KfW Effizienzhaus Plus Förderung ab 2015 brutto Tarif für Wärmepumpen am Beispiel Freiberg ,42 ct/kwh ,49 ct/kwh ,29 ct/kwh geteilt durch Arbeitszahl WP = Wärmepeis pro kwh (hier 7,43 Cent/kWh Wärme) - Gebäudeeffizienzklasse im Energieausweis auf Endenergie abgestellt 30

31 Typisches Plusenergiehaus Antizyklus: Stromverbrauch/Photovoltaikertrag im Jahresverlauf eigene solare Elektromobilität nur von April bis Oktober (7 Monate) möglich Phänomen: saisonale Illusion Messung: KfW 55 Haus 160 m² 8 KW Photovoltaik + Luftwärmepumpe als Plusenergiehauskonzept mit optimiertem Haushaltsstromverbrauch Standort: Hannover 31

32 Typisches Sonnenhaus (Solarthermie) mit PV Anlage passender: Stromverbrauch/Photovoltaikertrag im Jahresverlauf eigene solare Elektromobilität von Februar bis November (10 Monate) möglich KfW 55 Haus 160 m² 8 KWp PV Solarthermie mit Biomasse als Sonnenhauskonzept mit optimiertem Haushaltsstromverbrauch, Standort Hannover 32

33 33

34 Vergleich Fenster und Wärmepumpe mit PV Strom Eine Wärmepumpe die den PV Strom vom Dach für das Einspeisen ins Heizsystem nutzt, kann nicht mehr als ein Fenster. Nämlich Sonnenlicht in Wärme umwandeln und dem Gebäude zur Verfügung stellen. Nur weniger effizient und aufwändiger. Quelle: Georg Dasch 34

35 Das Prinzip vom Sonnenhaus gut gedämmtes Gebäude mit optimierter Sonnenenergienutzung Großflächige thermische Solarkollektoren auf dem Dach und ein großzügig dimensionierter Langzeitwärmespeicher im Gebäudeinneren sind die wesentlichen Merkmale eines Sonnenhauses. Baustandard Sonnenhaus in Deutschland: Dämmstandard EnEV 2014 minus 30 % Primärenergiebedarf < 15 kwh/m²a solarer Deckungsgrad Hz + WW > 50% 35

36 Schaltschema des Sonnenhauskonzeptes: Technosophie: Technik wächst mit dem Menschen mit, sie darf Ihn nicht überfordern 36

37 Inszenierung des Speichers im Wohnraum Bilder: Sonnenhaus-Institut Der klassische, meist über zwei Stockwerke reichende, ummauerte Tankzylinder wird als prägendes Gestaltungselement der Architektur inszeniert oder kaum wahrnehmbar in den Grundriss integriert. 37

38 38

39 Sonnenhaus Lorenz Kumhausen Baujahr Wohnfläche 170 m² - Baukosten inkl. Keller und Garage solare Deckung WW + Heizung 77 % Brennstoffbedarf: 1,5 Raummeter Holz/Jahr Heizenergiebedarf: 33 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 14 kwh/m²a Solarthermie: 68 m² (45 ) Solarspeicher: 11 m³ Bildquelle: Sonnenhaus Institut 39

40 Sonnenhaus in Löwenstein (Baden-Württemberg) 2012 Kombination Solarthermie und Langzeitwärmespeicher mit Photovoltaik und Akku, Baukosten solare Deckung Wärme: 68 % solare Deckung Strom: 75 % Heiz- und Stromkosten für 2 WE pro Jahr: 450 Bildquelle: Sonnenhaus Institut e.v. (2 WE) 2012, Wohnfläche ca. 213 m², KfW Effizienzhaus 70, Primärenergiebedarf 7,4 kwh/m²a, HWB kwh/m²a, Koll.fl. 54 m², 40, 5 Südabw., Speicher l, Zusatzheizung Stückholz (Powall OFKA 30 kw) 3,5 rm Holz pro Jahr; PV Anlage 5,9 kwp + Akku 6,3 kwh überwiegend zur Eigennutzung 40

41 Besucherzentrum im Bayerischen Wald Baujahr 2000 / Nutzfläche 763 m² - solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: 11 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 7,5 kwh/m²a Solarthermie: 110 m² (40 ) Solarspeicher: 21 m³ Photovoltaik: 2 x 4,8 kwp Verbindung zum Nahwärmenetz, um Überschüsse einzuspeisen Bildquelle: Sonnenhaus Institut 41

42 Das erste 100% solar beheizte Mehrfamilienhaus Europas Baujahr Wohnfläche 1200 m² - Baukosten solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: <10 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 4 kwh/m²a Solarthermie: 276 m² (45 ) Solarspeicher: 205 m³ Bildquelle: 42

43 Quelle: 43

44 Wandel statt Wende! Modern heizen mit Solarthermie Sicherheit im Wandel der Energiewende Buchneuerscheinung Oktober 2014: Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie DGS Verlag Solare Zukunft 44

45 12/2014 bereits Sonnenhäuser in Deutschland Primärenergiebedarf Quelle: Sonnenhaus Institut e.v. 45

46 ZDF Beitrag die Wärmemacher 28 min Dokumentation bei arte und ZDF Mediathek: ng-verpasst#/beitrag/video/ /die-wärmemacher 46

47 Brunnen- oder Regenwassernutzung für Garten und Toilette im Jägerpark 47

48 Klimawandel in Zeiten schwindender Ressourcen (Geld & Geist) verhindern? Wissenschaftler suchen auch nach Anpassungsstrategien Thermische Belastungen von Städten im Zuge des Klimawandels am Beispiel einer Kleinstadt gesucht: Anpassungsstrategien (Speichermasse) 48

49 Das EnergieAutarkeHaus intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne Entwicklung durch Projektgruppe energieautarkes Haus Leiter Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 49

50 Versuch einer Begriffsklärung: Energieautarkie 50

51 Denkansatz: energieautarkes Haus zur Altersvorsorge Was sagen Zukunftsforscher zur Altersvorsorge? Modell Einnahmen verliert an Bedeutung Warum? Energiekosten, Inflation und Besteuerung steigen Modell Einsparungen gewinnt an Bedeutung 51

52 Ausgaben im Alter Gesundheit Miete Heizkosten Stromkosten Mobilität Reisen Essen Bildung. Vor welchen Ausgaben kann ich mich in einem Haus der Zukunft schützen? 52

53 Planungsdaten vom energieautarken Haus in Freiberg intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne Wärmekonzept (Sonnenhaus): Stromkonzept: Haus als E-Tankstelle: - Fußboden- und Wandheizung - Photovoltaik 8,4 kw (58 m²) - PKW, Mofa, Fahrrad Bauer2-9 m³ Langzeitwärmespeicher - Akku 58 kwh Blei - 46 m² Kollektorfläche (45 ) - simulierte solare Deck.100 % - simulierte solare Deckung in Freiberg 63% wohnen und 74% Gewerbe - 25 KW Kaminofen (Holzvergaser) mit Wärmeübertrager 53

54 12. Juni 2013 hoher Besuch am Bau Bundesumweltminister Altmaier und Ministerpräsident Tillich Bautagebuch blog.timoleukefeld.de 54

55 Einbringung Großspeicher 9 m³ in Freiberg 8. Mai

56 Wichtige Schritte auf dem Weg zur zukünftigen solaren Eigenversorgung in Ein- und Mehrfamilienhäusern Wärmebedarf senken und Speichermassen einbringen Stromverbrauch senken (vor allem im Winter): - vermeiden Strom in Wärme zu wandeln (Wärmepumpe, E Heizstab, E Boiler) - Waschmaschine, Geschirrspüler und Wäschetrockner an das Warmwasser anschließen - Standby Verbrauch reduzieren - LED Lichtkonzept - halbautomatische bzw. dezentrale Fensterlüftung - Rohrsystem Heizung und Solar mit geringen Widerständen konzipieren Solarwärme erzeugen und speichern (Langzeit) vernetzt Solarstrom erzeugen, gleich verbrauchen (Überschüsse kurzzeitig speichern) vernetzt intelligente Steuerung, Monitoring und Visualisierung der Energietechnik enttechnisieren wo möglich Wärme, Strom und Mobilität im Gesamtkomplex denken 56

57 57

58 2015: zwei energieautarke Häuser in Freiberg wissenschaftliche Begleitung und Monitoring durch TU Bergakademie Freiberg Bautagebuch blog.timoleukefeld.de Weiterentwicklungen Kühlung Lüftung Wasser Nahrung Vernetzung Wärmeund Stromspeicher mit Energieversorger 58

59 Verbrauch: Holz, Strom, Wasser von Haus Leukefeld (Wohnhaus mit 5 Personen) Holz Zusatzheizung: 3,55 rm/a (0,85 rm Kiefer + 2,70 rm Buche) Stromverbrauch: kwh/a Brunnenwasser: 46,38 m³/a Trinkwasser: 144,08 m³/a Haus Riedel (gewerbliche Nutzung) Holz Zusatzheizung: 2,71 rm/a (0,24 rm Kiefer + 2,47 rm Buche) Stromverbrauch: kwh/a Brunnenwasser: 31,43 m³/a Trinkwasser: 10,91 m³/a Quelle: TU Bergakademie Freiberg 59

60 2014 VitalSonnenhausPro / erstes energieautarkes Gebäude Österreichs (Projekt der Bauhütte Leitl-Werke GmbH, Bauherr: Baumeister Boris Maier) Wohnfläche: 141 m² Mauerwerk: monolithisch U-Wert 0,15 W/m²K Heizwärmebedarf: 27 kwh/m²a 64m² Solarthermie mit 6 m³ Speicher 6 kwp Photovoltaik mit 19 kwh Akku Pelletofen mit Stirlingmotor Nächste Projekte 60

61 Das Wohnen der Zukunft: Wohnen, Heizung, Strom, Mobilität Bildquelle:

62 Unsere Anforderungen an die Architektur Jägerpark Dresden - viele steile nach Süden ausgerichtete solare Dachflächen schaffen!!! - Dachneigung > 45 Grad, Dachflächen Ausrichtung Süden plus minus 30 Grad - viele geschlossene nach Süden ausgerichtete solare Fassadenflächen schaffen!!! - Neigung Grad, solare Fassaden Ausrichtung Süden plus minus 30 Grad - Gelände um Quartier prüfen, um Freiaufständerungen für Solarflächen zu schaffen - Freiaufständerungen Neigung > 45 Grad, Ausrichtung Süden plus minus 30 Grad - alle Solarflächen müssen nahezu verschattungsfrei sein - Heizwärmebedarf <15 kwh/m²a (nahe Passivhaus) - massiver Wandaufbau - passive Sonnenergienutzung ausreizen 62

63 63

64 64

65 65

66 66

67 67

68 68

69 69

70 70

71 71

72 72

73 73

74 74

75 Danke, Ihr Danke, Ihr 75