Erdgas und Solar. Machbarkeitsstudie für thermische Solaranlagen. Finowstraße 18

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1 Erdgas und Solar Machbarkeitsstudie für thermische Solaranlagen Berliner Energieagentur GmbH Französische Str Berlin Telefon Telefax office@berliner-e-agentur.de Projekt-Nr August 2006 Unterstützt durch Die alleinige Verantwortung für den Inhalt dieser Studie liegt bei den Autoren. Sie gibt nicht unbedingt die Meinung der Europäischen Gemeinschaften wieder. Die Europäische Kommission übernimmt keine Verantwortung für jegliche Verwendung der darin enthaltenen Informationen.

2 Machbarkeitsstudie thermische Solaranlagen Inhalt 1 Zusammenfassung und Empfehlung 3 2 Arbeitsgrundlagen 3 3 Ausgangslage 3 4 Machbarkeitsstudie Ermittlung des idealen Systems Ergebnisse zum angepassten System Variante Wirtschaftlichkeit Variante Ökologische Vorteile 6 Anhang I Ergebnisse der Simulation Anhang II Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung Berliner Energieagentur GmbH Seite 2

3 Machbarkeitsstudie thermische Solaranlagen 1 Zusammenfassung und Empfehlung Anhand der zur Verfügung gestellten Unterlagen und der Simulationsberechnung konnte festgestellt werden, dass die ideale Größe der Solarthermieanlage von 10 Flachkollektoren mit einer Fläche von rd. 27 m² nicht erreicht werden kann da die Dachflächen dafür nicht zur Verfügung stehen. Die Kollektorfläche kann, um in den Fördergrenzwerten für die BAFA-Förderung zu bleiben, auf 9 Kollektoren (entspricht 24,48 m²) reduziert werden. Somit sollte sowohl statisch als auch hinsichtlich der Dachabmessungen geprüft werden, ob die weiteren 4 Kollektoren in das Dach integriert werden können. Wirtschaftlich ergeben sich bei dieser Anlagengröße interessante Zahlen. Die A- mortisationszeit der Anlage liegt bei 14 Jahren und es kann ein durchschnittlicher Preis von 9 ct/kwh erreicht werden. Durch eine zusätzliche Förderung durch die GASAG von rd könnte ein spezifischer Wärmepreis erzielt werden, der gleichauf mit dem aktuellen Gaspreis liegt. 2 Arbeitsgrundlagen Die GASAG bietet ihren Kunden bzw. verschiedenen Firmen und Institutionen eine Machbarkeitsstudie zum Einsatz von thermischen Solaranlagen an. Dadurch soll geprüft werden, ob Solaranlagen zur Warmwasserbereitung bzw. zur Heizungsunterstützung umgesetzt werden können und zu welchen Prozentsatz diese gefördert werden müssten. Folgende Daten wurden uns zur Verfügung gestellt um die Studie durchführen zu können: - Begehung des Gebäudes (Dach und Heizraum) - Heizkostenabrechnung der Jahre 2003, 2004 und Ausgangslage Das Gebäude in der ist ein Mehrfamilienhaus mit sog. Berliner Dach (siehe Abbildung 1) und besteht aus einem Vorderhaus, Seitenflügel und einem Hinterhaus. Die Heizzentrale befindet sich im Kellergeschoß des Vorderhauses. Abbildung 1: Dachflächen Berliner Energieagentur GmbH Seite 3

4 Machbarkeitsstudie thermische Solaranlagen Bei der Begehung wurden folgende Informationen aufgenommen: Anzahl der Wohneinheiten 26 Baujahr des Gebäudes 1920 Angaben zur Heizung Kesselsanierung 1997 Anschlussleistung 2 x 63 kw Kesselfabrikat Viessmann, Gas Zirkulationspumpe 75 W WW-Bereitung 2 x 500 Liter Temperatur WW C Das Dach wurde ebenfalls bereits saniert (neue Dachdeckung). Beim Dachstuhl handelt es sich um das ursprüngliche System. Zum Teil wurde das Dachgeschoß ausgebaut und Dachfenster eingesetzt. Abbildung 2: Dachstuhl Im Heizungskeller selbst sind zwei Kessel und zwei 500 Liter WW-Speicher untergebracht sowie die Versorgungsleitungen inkl. den Regelungsgruppen. Ein weiterer Solarspeicher hätte in diesem Raum keinen Platz. Es gibt jedoch noch Platz in einem Raum daneben. Die Höhe der Kellerräume (ca. 1,9 m) reicht aus um einen Solarspeicher einbringen zu können. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wird dargestellt, zu welchen technischen und wirtschaftlichen Bedingungen eine thermische Solaranlagen integriert werden kann. 4 Machbarkeitsstudie 4.1 Ermittlung des idealen Systems Die Machbarkeitsstudie wird mit Hilfe des Programms T-Sol 1 durchgeführt. Für die Simulation wurde der durchschnittliche Warmwasserbedarf (das Mittel aus den letzten 3 Jahren) von Liter/Tag angesetzt. 1 Dr. Valentin Energiesoftware GmbH, T-Sol Professional 4.3 Berliner Energieagentur GmbH Seite 4

5 Machbarkeitsstudie thermische Solaranlagen Abbildung 3: Ergebnisse der Variationsrechnung Flachkollektoren Bei den Flachkollektoren werden bei den geringeren Kollektoranzahlen rasch die 40 % Deckungsgrad unterschritten. Um für die vorhandene Dachfläche ein ideales Verhältnis zur WW-Bereitung zu erhalten erzielte folgende Systemkombination das beste Ergebnis Variante 1: Anzahl der Kollektoren 10 Gesamtbruttofläche 27,20 m² Kollektorart Ausrichtung WW-Speicher Berliner Energieagentur GmbH Seite 5 Vitosol 100, Flachkollektor Süden, 45 Aufstellwinkel 1200 Liter Deckungsanteil 42,8 % Abgegebene Energie Kollektorkreis 541 kwh/m² Einsparung an Erdgas m³ Vermiedene CO2-Emissionen kg Die Flachdachfläche am Vorderhaus lässt jedoch max. 5 Kollektoren von Vitosol 100 Platz. Realisiert man diese 5 Kollektoren wird ein Deckungsanteil Warmwasser von <40% erreicht wodurch die BAFA-Förderkritierien nicht eingehalten werden können. Es sollte auf jeden Fall geprüft werden, ob zusätzlich zur Flachdach-Aufstellung eine Dachintegration von mind. 4 weiteren Kollektoren möglich ist. Im folgenden Kapitel wird dargestellt, welches Ergebnis mit insgesamt 9 Kollektoren erreicht werden kann. 4.2 Ergebnisse zum angepassten System Variante 2 Anzahl der Kollektoren 9 Gesamtbruttofläche 24,48 m² Kollektorart Vitosol 100, Flachkollektoren

6 Machbarkeitsstudie thermische Solaranlagen Ausrichtung Süden, 45 Aufstellwinkel WW-Speicher 1200 Liter Deckungsanteil 40,4 % Abgegebene Energie Kollektorkreis 566 kwh/m² Einsparung an Erdgas m³ Bei dieser Variante 2 werden somit alle Kriterien für die BAFA-Förderung eingehalten. Zusätzlich kann eine gute Auslastung der Anlage erreicht werden. Das detaillierte Ergebnis der Simulationsberechnung finden Sie in Anhang I. Die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung werden im folgenden Kapitel dargestellt. 5 Wirtschaftlichkeit Variante 2 Die wirtschaftliche Untersuchung der Variante 2 unterliegt folgenden Prämissen: Lebensdauer: 20 Jahre Kapitalzins: 2,5% Preissteigerungsrate Energiebezug: 3% Preissteigerungsrate Betriebskosten: 1,5% Investitionen: BAFA Förderung: Aktueller Gaspreis: 0,67 /m³ Einsparungen pro Jahr (statisch): Unter diesen Bedingungen amortisiert sich die Solaranlage innerhalb von 14 Jahren. Die kwh Warmwasser kostet somit 9 ct. Das detaillierte Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung finden Sie im Anhang II. 6 Ökologische Vorteile Durch die Installation der Solaranlage können jährlich rd kg CO2- Emissionen eingespart werden. Berliner Energieagentur GmbH Seite 6

7 Anhang I Energieanalyse 9 x Vitosol 100 s/w 2,5 Gesamtbruttofläche: 24,48m² Azimut: 0 Aufst.: ,0 Liter/Tag 60 C 120 kw WW-Speicher WW-Speicher Ergebnisse der Jahressimulation Einstrahlung Kollektorfläche: 25,86 MWh 1.149,26 kwh/m² Abgegebene Energie Kollektoren: 13,42 MWh 596,38 kwh/m² Abgegebene Energie Kollektorkreis: 12,75 MWh 566,46 kwh/m² Energielieferung Trinkwarmwassererwärmung: Energie Solarsystem an Warmwasser: Zugeführte Energie Zusatzheizung: 28,25 MWh 12,5 MWh 18,47 MWh Einsparung Erdgas H: 1.675,9 m³ Vermiedene CO2-Emissionen3802,07 kg Deckungsanteil Warmwasser: 40,4 % Systemnutzungsgrad: 48,3 % Projektdaten Standort: Berlin Wetterdatensatz "Berlin" Jahressumme Globalstrahlung: 1009,83 kwh Breitengrad: 52,53 Vorgaben Trinkwarmwasser Durchschnittlicher Tagesverbrauch: 1330 l Solltemperatur: 60 C Lastprofil: Mehrfamilienhaus Kaltwassertemperatur: 8 C 12 C Berliner Energieagentur GmbH Seite 7

8 Anhang I Energieanalyse Anlagenkomponenten Kollektorkreis Hersteller Viessmann Werke GmbH & Co Typ Vitosol 100 s/w 2,5 Anzahl: 9,00 Gesamtbruttofläche: 24,48 m² Gesamtbezugsfläche: 22,5 m² Aufstellwinkel: 45 Azimut: 0 WW-Bereitschaftsspeicher Hersteller T*SOL Bibliothek Typ WW-Speicher Volumen 1000 l Solar beheizter VorwaErmspeicher (S) Hersteller T*SOL Bibliothek Typ WW-Speicher Volumen 1200 l Zusatzheizung Hersteller T*SOL Bibliothek Typ Gaskessel -120 Nennleistung 120 kw Orginal T*SOL Bibliothek Mit Prüfbericht Übereinstimmungsnachweis vorhanden Berliner Energieagentur GmbH Seite 8

9 Anhang I Energieanalyse Anteil der Solarenergie am Energieverbrauch [kwh] Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Solarenergie kwh Gesamtenergieverbrauch kwh Tägliche Maximaltemperaturen im Kollektor [ C] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Die Berechnungen wurden mit dem Simulationsprogramm für thermische Solaranlagen T*SOL Pro 4.3 durchgeführt. Die Ergebnisse sind durch eine mathemathische Modellrechnung mit einer variablen Zeitschrittweite von max. 6 Minuten ermittelt worden. Die tatsächlichen Erträge können aufgrund von Schwankungen des Wetters, des Verbrauchs und anderen Faktoren davon abweichen. Das obige Anlagenschema ersetzt keine fachtechnische Planung der Solaranlage. Berliner Energieagentur GmbH Seite 9

10 Anhang II Wirtschaftlichkeitsanalyse Berliner Energieagentur GmbH Seite 10