Lüftung, Wärmerückgewinnung, Wärmepumpen. bei energetischer Sanierung von Nichtwohngebäuden

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1 bei energetischer Sanierung von Nichtwohngebäuden Energetische Sanierung von Nichtwohngebäuden Stuttgart, 13. Juli 2015 Prof. Dr.Ing. Roland Koenigsdorff (HBC) Studiengang EnergieIngenieurwesen HBC. Karlstraße Biberach/Riß Inhalt Einleitung Lüftung und Lüftungsanlagen bei Nichtwohngebäuden Wärmerückgewinnung Luftdichtheit der Gebäudehülle Wärmepumpen Umsetzung Zusammenfassung Folie 2

2 Einleitung Novelliertes EWärmeG: : Ersatzweise Erfüllung durch Wärmerückgewinnung WP: Wärmepumpen als Gewinnungsanlagen erneuerbarer Energie Verbindendes von & WP: a) kombinierbar b) zusätzlicher Stromverbrauch während der Heizzeit Anrechnung des zusätzlichen Stromverbrauchs: GesamtPrimärenergieaufwand für Strombereitstellung Folie 3 Lüftung und Lüftungsanlagen bei Nichtwohngebäuden 14 flächenbezogene Luftvolumenströme spez. Volumenstrom [m³/h/m² NGF ] Wohnen Wohnen Büro Büro Schule Laborgebäude hohes Einsparpotenzial für bei Nichtwohngebäuden Folie 4

3 Wärmerückgewinnung Einsparpotenzial Vereinfachter Rechenansatz nach EWärmeG Wärmerückgewinnungsgrad = 0,7 Innentemperatur während der Heizzeit = 20 C Außentemperatur während der Heizzeit = 4,5 C Dauer der Heizzeit t Heiz = h/a Reduktionsfaktor für Stromaufwand: 1 /10, EWärmeG 3 0,3 1 0,3 0,7 i e Q Folie 5 Wärmerückgewinnung Einsparpotenzial Vereinfachter Rechenansatz nach EWärmeG Wärmerückgewinnungsgrad = 0,7 Innentemperatur während der Heizzeit = 20 C Außentemperatur während der Heizzeit = 4,5 C Dauer der Heizzeit = h/a Reduktionsfaktor für Stromaufwand: 1 /10, EWärmeG 3 0,3 1 0,3 0,7 Q Normierung: 1000 Wh/kWh t 0, 7, EWärmeG V RLT 0,34Wh/(m³ K)/ i e Heiz q t Heiz 20 4, ,7 13,1 13, EWärmeG 1 0,34 /1000 0,7 i e Q kwh/(a*m³/h) Folie 6

4 Wärmerückgewinnung Einsparpotenzial Zahlenbeispiel Bürogebäude NettoGrundfläche m² NGF NettoRaumvolumen (Luftvolumen) m³ Wärmenergiebedarf kwh/a 96 kwh/(m² NGF *a) Nennvolumenstrom Lüftungsanlage m³/h 4 m³/(h*m² NGF ) Betriebsdauer 250 d/a, 13 h/a Mittlerer Betriebsvolumenstrom h/a = 37 % v h/a m³/h (= 0,37*4.000 m³/h) Anrechenbare rückgewonnene jährliche Wärmemenge: 13 kwh/(a*m³/h) * m³/h = kwh/a 20 % von kwh/a EWärmeG erfüllt Folie 7 Wärmerückgewinnung Kosten/Wirtschaftlichkeit Kostenschätzung Nachrüstung lt. Studie FGK für = 0,69 bis 0,85 spez. Investitionskosten [ /(m³/h)] volumenstromspezifische Investitionskosten Volumenstrom [m /h] Beispiel aus Vorfolie: Investitionskosten: 1,5 bis > 5 /(m²/h) Investition Wärmepreis z. B.: 0,08 /kwh /a Einsparung Folie 8

5 Luftdichtheit der Gebäudehülle Anforderungen und Niveau Nichtwohngebäude: Qualität & Nachweis Luftdichtheit nicht vorgeschrieben große Gebäude profitieren von ihrer Kompaktheit: A/VVerhältnis kleine Gebäude 1,0 1/m A/VVerhältnis große Gebäude 0,5 1/m PassivhausGrenzwert n 50 = 0,6 1/h gut erreichbar DIN 41087: Gebäude > m³/h Flächenbezug: q 50 3,0 m 3 /(h m 2 Hüll) Empfehlung: schärferen Grenzwert ansetzen: q 50 1,0 m 3 /(h m 2 Hüll) Folie 9 Prüfung der Luftdichtheit großer Gebäude GebhardMüllerSchule im Berufsschulzentrum Biberach: Vergleichende Messung der Luftdichtheit mit Prüfgerät(en) & zentraler RLTAnlage Messergebnisse: Vorgegebene Grenzwerte nach LVs gesamtes Gebäude Technik zentrale Treppen haus Luftwechselrate n 50 [h1] 0,6 0,34 > 3,0 0,78 Luftdurchlässigkeit q 50 [m³/h m²hüll] 2,0 0,98 > 3,0 0,85 Gesamtunsicherheit t [%] 19 % Bewertete Messergebnisse n 50 q 50 ± t ± t 0,34 ± 0,06 = 0,4 0,98 ± 0,19 = 1,17 Einhaltung der Luftdichtheitsanforderungen OK NEIN nur teilweise Quelle: Diplomarbeit Ingo Zäh an der Folie 10

6 Luftdichtheit der Gebäudehülle Schwachstellen und Wärmeverluste Typische Schwachstellen bei Nichtwohngebäuden: insges. ca. 0,5 m² Leckagen ca kwh/a Wärmeverluste außerhalb der Nutzungszeit Fotos: HBC plus lokale Behaglichkeitseinbußen Folie 11 Wärmepumpen verbrauchen Strom! Geb RL Q H Kondensator Geb VL Expansionsventil Kompressor WP P el Verdampfer Geo in Q Geo Geo out Folie 12

7 Effizienz von Wärmepumen COP = Heizleistung / elektr. Leistung COP [] 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 EWärmeG 2, Temperaturhub [K] 25 C 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C W/W & B/W A/W Folie 13 HochtemperaturWärmepumen Nutzung von Abwärme > C Quelle: Ochsner Wärmepumpen; E Folie 14

8 HochtemperaturWärmepumen Nutzung von Abwärme > C Leistungsbereich: kw W45/W75 bis W45/W85: Leistungszahl: 4,4 5,4 realistisch: > 4 Quelle: Ochsner Wärmepumpen; Folie 15 Innovative Technik zur Wärmerückgewinnung Dipl.Ing. Stephan Gappert Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co.KG

9 Lüftungsanlage mit Abluft Abluft aus den Räumen Wärme Außenluft Kälte Werksnetz Zuluft zu den Räumen Anlagenschema Abluft Abluft aus den Räumen Wärmepumpe Wärmetauscher WT 1 WT 2 Wärme Kälte Werksnetz Außenluft Zuluft zu den Räumen

10 Energieeinsparung durch Wärmepumpe 15 Nachheizen Spezifische thermische Leistung in W/(m³/h) Wärme aus 10 Auslegungspunkt 5 Ungenutztes Potenzial der Außentemperatur in C 5 Energieeinsparung durch WP Kälte aus Nachkühlen Betriebsdaten Jahr (Jan.Sep.) Einsparung Wärme: 209 MWh 168 MWh Einsparung Kälte: 88 MWh 90 MWh Elektr. Antriebsenergie: 52 MWh 40 MWh Mittleres COP: 5,7 6,

11 Zusammenfassung Die kombinierte Nutzung von Wärme und Kälteenergie ermöglicht sehr hohe Leistungsziffern der Wärmepumpe Folgende Wirtschaftlichkeit wird erreicht: Gebäude mit 24 h Betrieb: ca. 3 Betriebsjahre Gebäude mit AZ/AFZBetrieb: ca. 5 Betriebsjahre AZ: Arbeitszeit, AFZ: Arbeitsfreie Zeit Zusammenfassung Wärmerückgewinnung und Wärmepumpen sinnvolle Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz & Einhaltung des EWärmeG Herausforderungen im Bestand größer als beim Neubau konventionelle Wirtschaftlichkeit in geeigneten Fällen erreichbar EnergieEffizienz wichtig wg. Stromverbrauch Folie 22