Energieversorgungskonzept Neubaugebiet B 302

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1 Energieversorgungskonzept Neubaugebiet B 302 erstellt für die StörtebekerHaus GmbH Am Redder Henstedt-Ulzburg durch die IPP ESN Power Engineering GmbH Rendsburger Landstraße Kiel

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Aufgabenstellung Energiewirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Wärmeerzeugung Gesetzliche Rahmenbedingungen für den Einsatz der Wärmeerzeuger Berechnungsgrundlagen Gebäudesteckbriefe Eingesetzte Technologien Pelletheizung Wärmepumpe Solarthermie zur Trinkwassererwärmung Blockheizkraftwerk Wirtschaftlichkeitsberechnung Photovoltaik Einfamilienhaus und Villa Doppelhaushälfte Handlungsempfehlung...20

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1.1: Lage des Baugebietes... 1 Abbildung 2.1: Aufbau einer Pelletheizung...13 Abbildung 2.2: Funktion einer Wärmepumpe...13 Abbildung 2.3: Verschiedene Wärmequellen von Wärmepumpen...14

4 Tabellenverzeichnis Tabelle 2.1: Berechnungsgrundlagen für die weiteren Betrachtungen... 4 Tabelle 2.2: Energiewirtschaftliche Ansätze... 5 Tabelle 3.1: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa...16 Tabelle 3.2: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa mit Wärmepumpe...17 Tabelle 3.3: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte...18 Tabelle 3.4: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte mit Wärmepumpe...19

5 1 Einleitung und Aufgabenstellung Abbildung 1.1: Lage des Baugebietes In Norderstedt im Bereich des Schwarzen Weges und dem Scharpenmoor soll ein Wohngebiet mit 4 Grundstücken erschlossen werden. Im Rahmen dieses Konzeptes sollen verschiedene Möglichkeiten der Wärmeversorgung für unterschiedliche Gebäude in diesem Gebiet betrachtet werden. Es werden verschiedene Gebäudetypen (jeweils Einfamilienhaus, Doppelhaushälfte und Villa) mit unterschiedlichen Energiestandards betrachtet. Für Gebäude, dessen Bauanträge nach eingereicht werden, gilt eine neue verschärfte Energieeinsparverordnung (EnEV). Diese sagt im Kern aus, dass ein KfW-70 Gebäude welches nach der EnEV 2014 errichtet wurde nun als EnEV-Standard (EnEV 2016) gilt. KfW-55 Gebäude nach der EnEV 2014 entsprechen demnach ungefähr KfW-70 Gebäude nach der EnEV 2016 (vgl. Tabelle 1.1). Tabelle 1.1: Einordnung der neuen EnEV 2016 EnEV 2014 EnEV 2016 EnEV-Standard KfW-70 KfW-55 KfW-40 EnEV-Standard KFW-70 KFW-55 Seite 1 von 20

6 Um diese Vorgaben zu erreichen wird bei allen Gebäuden davon ausgegangen, dass eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung eingebaut wird. Da sich ein KfW-55-Gebäude (EnEV 2014: KfW-40) nach der neuen verschärften EnEV 2016 nicht wirtschaftlich darstellen lässt wird dieses in dem vorliegenden Konzept nicht betrachtet, sondern nur: EnEV-Standard KfW 70 Darauf aufbauend werden folgende Wärmeversorgungsvarianten auf Basis einer Vollkostenbetrachtung, d. h. unter Berücksichtigung von Kapitaldienst, Wartung und Energiebezugskosten, untersucht: Pelletkessel mit einem Erdtank Erdwärmepumpe Luftwärmepumpe Gasbrennwerttherme mit solarer Trinkwassererwärmung Pelletkessel mit einem Erdtank und solarer Trinkwassererwärmung Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Blockheizkraftwerk kombiniert mit einem Gas-Brennwertkessel zur Deckung der Spitzenlast Die Gasbrennwerttherme in Kombination mit einer solaren Trinkwassererwärmung wird nur bei Häusern, welche nach EnEV-Standard (EnEV 2014: KfW-70) gebaut werden, berücksichtigt, da ein besserer Standard nicht mit dieser Technologie erreicht werden kann, beziehungsweise die Gebäude sehr stark gedämmt werden müssten. Seite 2 von 20

7 2 Energiewirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Wärmeerzeugung 2.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen für den Einsatz der Wärmeerzeuger Bei der Errichtung neuer Gebäude muss eine Vielzahl an Gesetzen eingehalten werden. Zu diesen Gesetzen zählt auch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, kurz EEWärmeG. Zweck dieses Gesetzes ist es, insbesondere im Interesse des Klimaschutzes, der Schonung fossiler Ressourcen und der Minderung der Abhängigkeit von Energieimporten, eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen und die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Wärme aus Erneuerbaren Energien zu fördern. (EEWärmeG). Im Rahmen des EEWärmeG wird vorgeschrieben, dass die Eigentümer von Gebäuden, die neu errichtet werden, den Wärmeenergiebedarf anteilig durch die Nutzung Erneuerbarer Energien decken müssen. Nach Vorgabe des EEWärmeG muss folgender Wärmeanteil durch Erneuerbare Energien gedeckt werden: Bei Nutzung von solarer Strahlungsenergie: 15% Bei Nutzung von gasförmiger Biomasse: 30% Bei Nutzung von flüssiger Biomasse und fester Biomasse: 50% Bei Nutzung von Geothermie und Umweltwärme: 50% Es sind jedoch auch Ersatzmaßnahmen zugelassen: Mindestens 50% aus Anlagen zur Nutzung von Abwärme oder aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) Maßnahmen zur Einsparung von Energie (mind. 15% besser als EnEV) Nah- oder Fernwärme (mind. 50% KWK) Erneuerbare Energien und Ersatzmaßnahmen können zur Erfüllung der Pflicht miteinander kombiniert werden. Seite 3 von 20

8 2.2 Berechnungsgrundlagen Für die Ermittlung des Wärme- und Strombedarfes werden folgende Annahmen getroffen: Tabelle 2.1: Berechnungsgrundlagen für die weiteren Betrachtungen EFH DHH Villa Fläche in m² Heizfläche Spez. Heizwärmebedarfe in kwh/(m²*jahr) Standard KfW Heizwärmebedarf in kwh/jahr Standard KfW Leistungsbedarf Heizung in kw Vbh Standard KfW Wärmebedarf WW Spezifisch in kwh/m² Absolut in kwh , Leistung in kw Strombedarf in kwh Bedarf Zur Ermittlung des Leistungsbedarfes für die Heizung wird von Volllastbenutzungsstunden ausgegangen. Die höchste Leistung wird bei dem Einfamilienhaus (EFH) nach EnEV-Standard mit ca. 6 kw erwartet. Für die Warmwasserbereitung wird für eine schnelle Warmwasserbereitung hingegen eine Leistung von ca. 15 kw benötigt. Installiert wird in einem solchen Fall stets die größere benötigte Leistung, in diesem Fall also 15 kw. Seite 4 von 20

9 Es wird von folgenden energiewirtschaftlichen Ansätzen ausgegangen: Tabelle 2.2: Energiewirtschaftliche Ansätze Energiewirtschaftliche Ansätze Kapitalgebundene Kosten Dimension Zinssatz ca. 2% /Jahr Kapitaldienstfaktoren (Annuitätische Betrachtung): BHKW 10 Jahre 11,13% / Jahr Betrachtungs- Anlagen 20 Jahre 6,12% / Jahr zeitraum: Schornstein, Gasanschluss, Bohrung 40 Jahre 3,66% / Jahr Wartung/Reparatur/Versicherung/Betrieb Wärmepumpe ca. 50 /Jahr Solarthermiemodule ca. 50 /Jahr Pelletheizung ca. 500 /Jahr Gaskessel & Peripherie ca. 250 /Jahr BHKW & Peripherie ca. 300 /Jahr Energie- und Hilfsstoffkosten Grundpreis Erdgas 81,68 /Jahr Erdgas 5,520 ct/kwh Hs bei 1,10 Hi/Hs 5,018 ct/kwh Hi Stromkosten Wärmepumpentarif Arbeitspreis 20,29 ct/kwh el Stromkosten Wärmepumpentarif Grundpreis 13,50 /Jahr Stromkosten Arbeitspreis 25,95 ct/kwh el Stromkosten Grundpreis 57,83 /Jahr Holzpellets 4,90 ct/kwh Hi EEG-Umlage 0,25 ct/kwhel Energiesteuerrückerstattung 0,55 ct/kwh Hs EEX-Vergütung 3,284 ct/kwh el Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt. Seite 5 von 20

10 2.3 Gebäudesteckbriefe Aus den Bedarfen, den rechtlichen Rahmenbedingungen und den obigen energiewirtschaftlichen Ansätzen ergeben sich für die einzelnen Technologien und Baustandards die folgenden jährlichen Wärmegestehungskosten und CO 2 -Emissionen. Alle Kosten und Preise verstehen sich inkl. MwSt. Seite 6 von 20

11 Einfamilienhaus EnEv Standard Grundlagen 200 m² kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 6 kw 15 kw 15 kw Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Anlagenkonfiguration Brennstoffkosten CO2- Emissionen Summe Stromkosten Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Brennstoffbedarf Strombedarf Investitionen inkl. Förderung Technologie Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 750 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 590 /Jahr / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 930 /Jahr / Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr /Jahr / Jahr kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr 0 /Jahr 520 /Jahr / Jahr kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 930 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 530 /Jahr / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 740 /Jahr / Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 830 /Jahr / Jahr kg/jahr Seite 7 von 20

12 Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 200 m² kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 4 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Strombedarf Einfamilienhaus KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Brennstoffbedarf Summe Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten CO2- Emissionen Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 480 /Jahr / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 830 /Jahr / Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 890 /Jahr / Jahr kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr kg/jahr 930 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 417 /Jahr / Jahr 0 kg/jahr (3.000 Förderung) Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 640 /Jahr / Jahr kg/jahr Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 720 /Jahr / Jahr kg/jahr Seite 8 von 20

13 Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 233 m² kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 7 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Doppelhaushälfte EnEv Standard Grundlagen Anlagenkonfiguration Jährliche Ausgaben Brennstoffbedarf Strombedarf Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 450 /Jahr /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 710 /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 770 /Jahr /Jahr kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr 0 /Jahr 380 /Jahr /Jahr kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 390 /Jahr /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 490 /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 560 /Jahr /Jahr kg/jahr Summe CO2-Emissionen Seite 9 von 20

14 Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 153 kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 4 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Doppelhaushälfte KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Jährliche Ausgaben Brennstoffbedarf Strombedarf Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Summe CO2-Emissionen Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 370 /Jahr /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 640 /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr 690 /Jahr /Jahr kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 304 /Jahr /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 420 /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr 470 /Jahr /Jahr kg/jahr Seite 10 von 20

15 Villa EnEv Standard Grundlagen 233 m² kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 7 kw 15 kw 15 kw Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Anlagenkonfiguration CO 2 -Emissionen Summe Stromkosten Brennstoffkosten Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Brennstoffbedarf Strombedarf Investitionen inkl. Förderung Technologie Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr /Jahr 690 /Jahr /Jahr kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr /Jahr 620 /Jahr /Jahr kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr /Jahr 620 /Jahr /Jahr kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Mircro BHKW ca kwh/jahr kwh/jahr /Jahr 300 /Jahr /Jahr 730 /Jahr /Jahr kg/jahr Seite 11 von 20

16 Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. 233 m² kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 5 kw 15 kw 15 kw Villa KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Technologie Investitionen inkl. Förderung Strombedarf Brennstoffbedarf Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Pelletheizung (3.000 Förderung) ca kwh/jahr kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr /Jahr 560 /Jahr /Jahr kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Luftwärmepumpe ca kwh/jahr /Jahr 50 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Summe CO 2 -Emissionen Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca kwh/jahr kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr /Jahr 497 /Jahr /Jahr kg/jahr ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr ca kwh/jahr /Jahr 100 /Jahr /Jahr /Jahr kg/jahr Mircro BHKW ca kwh/jahr kwh/jahr /Jahr 300 /Jahr /Jahr 620 /Jahr /Jahr kg/jahr Seite 12 von 20

17 2.4 Eingesetzte Technologien Pelletheizung Abbildung 2.1: Aufbau einer Pelletheizung Holzpellets sind kleine zylindrische Presslinge, die aus getrockneten, naturbelassenen Holzspänen hergestellt werden. Die Späne sind meist Abfall aus Sägewerken und werden dadurch recycelt. Um einen hohen Heizwert zu erreichen, werden die Späne vor der Weiterverarbeitung bis zu einem Wassergehalt von ca. 10% getrocknet. Die Pellets werden unter hohem Druck und ohne Zugabe von künstlichen Bindemitteln in die gewünschte Form gepresst. Pelletheizungen weisen einen ähnlichen Bedienungskomfort auf wie eine Öl- oder Gasheizung. Dabei werden die Pellets, z. B. in einem Raum, der direkt an den Heizungsraum angrenzt, gelagert. Eine andere Möglichkeit der Lagerung bieten Silos oder Lagercontainer, welche im Garten aufgestellt oder vergraben werden können. Das Brenngut wird mit Hilfe einer Förderschnecke oder einer Ansaugung aus dem Lager zu dem Kessel geführt. Durch eine Regelung des Kessels wird dem Feuer immer ausreichend Brennstoff zugeführt. Wenn der Wärmebedarf gedeckt ist, schaltet sich der Kessel automatisch ab und bei Bedarf wieder ein Wärmepumpe Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Teilen: der Wärmequellanlage, die der Umgebung der benötigte Energie entzieht, der eigentlichen Wärmepumpe, welche die gewonnene Umweltwärme nutzbar macht sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärmeenergie im Haus verteilt oder zwischenspeichert. Abbildung 2.2: Funktion einer Wärmepumpe Seite 13 von 20

18 Der technische Prozess läuft dabei in drei Schritten ab: 1. Gewinnung Bei der Erdwärmepumpe zirkuliert in der Wärmequellanlage eine Flüssigkeit, häufig eine Sole, d.h. Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist. Die Flüssigkeit nimmt die Umweltwärme aus dem Erdreich auf und transportiert diese zur Wärmepumpe. Bei der Luftwärmepumpe wird über einen Ventilator Außenluft angesaugt, welche Abbildung 2.3: Verschiedene Wärmequellen von Wärmepumpen der Wärmepumpe die Umgebungswärme zuführt. 2. Nutzbarmachung In der Wärmepumpe befindet sich ein weiterer Kreislauf, in dem ein so genanntes Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der Kältemitteldampf wird nun zu einem Verdichter/Kompressor weitergeleitet, wo er unter Einsatz von elektrischer Energie verdichtet wird. Dadurch hebt sich das Temperaturniveau des gasförmigen Kältemittels an, es wird also heißer. In einem weiteren Wärmetauscher, dem so genannten Verflüssiger, wird das unter hohem Druck stehende, heiße Kältemittelgas nun kondensiert, wobei es seine Wärme wieder abgibt. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel, in der der Druck des Kältemittels wieder verringert wird, geleitet. Das nun flüssige, entspannte Kältemittel wird schließlich zum Verdampfer zurückgeführt. 3. Beheizung In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich nun das Wärmeverteil- und Speichersystem. Darin zirkuliert als Heizmedium, in der Regel Wasser. Dieses Wasser nimmt die Wärme, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt, auf und leitet dieses entweder zu einem Verteilersystem, wie z. B. Flächenheizungen, oder zu einem Heizungspuffer- bzw. Warmwasserspeicher Solarthermie zur Trinkwassererwärmung Bei einer Solarthermieanlage werden auf dem Dach des Hauses sogenannte Solarpanels errichtet, welche von Wasser durchströmt werden. Das zirkulierende Wasser wird von der Sonne erwärmt und gibt die Wärme wiederum an das Trinkwarmwasser ab. Eine ausreichend große thermische Solaranlage kann in den Sommermonaten den Bedarf an Warmwasser in den meisten Fällen komplett decken. 1 Seite 14 von 20

19 Da der Warmwasserbedarf in den Übergangs- und Wintermonaten höher ist und die Anlage bedingt durch die geringere Sonneneinstrahlung auch weniger Ertrag erwirtschaftet, kann die Solaranlage nicht in ausreichendem Maße Warmwasser bereitstellen. Für diese Übergangszeiten empfiehlt sich die Kombination einer Solaranlage für Warmwasser mit einer Gasheizung, Pelletheizung oder Wärmepumpe. Erst wenn der Bedarf an Brauchwasser nicht mehr durch Solar gedeckt werden kann, springt die andere Technik ein. Die Heizwärmeerzeugung erfolgt je nach installierter Technologie ausschließlich über Gasheizung, Pelletheizung oder Wärmepumpe Blockheizkraftwerk Die Besonderheit eines BHKWs liegt in der gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme. Hierfür wird Gas verbrannt, wodurch ein Motor (bei kleinen BHKWs zumeist ein Stirling- Motor) angetrieben wird. Dieser ist an einen Generator angeschlossen, welcher die Bewegungsenergie des Motors in Strom umwandelt. Die bei der Verbrennung entstandene Wärme und die Abwärme des Motors werden zur Warmwasserbereitung (Heizwasser und Trinkwarmwasser) genutzt. Dabei wird die Wärme mittels Wärmetauschern auf das zu erwärmende Wasser übertragen. Durch die gemeinsame Erzeugung von Strom und Wärme können Wirkungsgrade von mehr als 90% erreicht werden. BHKWs werden meist zur Grundlastdeckung von Strom und Wärme eingesetzt. Um die Spitzenlast abzudecken, werden zusätzlich Gaskessel installiert. Seite 15 von 20

20 3 Wirtschaftlichkeitsberechnung Photovoltaik Bei einer Betrachtung der Lage der Häuser im Baugebiet (vgl. Abbildung 1.1) ist festzustellen, dass alle Häuser eine süd-südost-ausrichtung aufweisen, bei der nicht mit einer Verschattung zu rechnen ist. 3.1 Einfamilienhaus und Villa In einem Einfamilienhaus, bzw. der Villa werden pro Jahr etwa kwh Strom pro Jahr verbraucht. Bei einer Photovoltaikfläche von etwa 51 m² können ca. 8 kw P Spitzenleistung auf dem Dach realisiert werden. Damit können maximal ca kwh Strom generiert werden. Tabelle 3.1: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten Verschattungsgrad 0% 5% 10% 15% 20% 25% "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Einfamilienhaus/Villa 8 kwp kwh/a /kwp /a 60 /a Solarer Ertrag Gesamtertrag Eigennutzung 25% Einspeisung kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh Einspeisevergütung gem. EEG ,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% % % % % % Die obige Tabelle zeigt, dass ab einem Verschattungsgrad von 20% kein jährlicher Überschuss mehr generiert werden kann. Bei einer Anlage mit einem Verschattungsgrad von etwa 0% kann ein Gewinn von jährlich 169 pro Jahr (brutto) erzielt werden. Bei einer angenommenen Laufzeit von 20 Jahren entspricht dieses einer Einsparung von ca nach Abzug der Kapitalkosten. Bei Erzeugung der Brauchwärme mittels einer Luftwärmepumpe oder einer Erdwärmepumpe ist der jährliche Überschuss deutlich höher. Durch den Strombedarf der Wärmepumpe ist auch der Strombedarf des Haushaltes höher und wird konstanter abgefragt. Dadurch kann ein höherer Anteil des erzeugten Stromes verwendet werden, sodass der jährliche Überschuss bei einer Verschattung von 0% auf 308 steigt (s. Tabelle 3.2). Seite 16 von 20

21 Tabelle 3.2: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa mit Wärmepumpe Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Einfamilienhaus/Villa - Wärmepumpe Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten 8 kwp ca kwh/a /kwp /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 40% Einspeisung 0% kwh kwh kwh 5% kwh kwh kwh 10% kwh kwh kwh 15% kwh kwh kwh 20% kwh kwh kwh 25% kwh kwh kwh Einspeisevergütung gem. EEG 2014 "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% % % % % % Dies entspricht über einen Zeitraum von 20 Jahren einem Überschuss von ca nach Abzug der Kapitalkosten. 3.2 Doppelhaushälfte Aufgrund der Größe des Daches einer Doppelhaushälfte kann die PV-Anlage hier nur einen Bruchteil so groß sein wie bei den Einfamilienhäusern bzw. der Villa. Hier wurde mit einer installierten Leistung von 4 kw P gerechnet (vgl. Tabelle 3.3). Seite 17 von 20

22 Tabelle 3.3: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Doppelhaushälfte Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten 4 kwp kwh/a /kwp /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 25% Einspeisung 0% kwh 859 kwh kwh 5% kwh 816 kwh kwh 10% kwh 773 kwh kwh 15% kwh 730 kwh kwh 20% kwh 687 kwh kwh 25% kwh 644 kwh kwh "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug Einspeisevergütung gem. EEG ,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% % % % % % Die Tabelle zeigt, dass ab einem Verschattungsgrad von 10% kein jährlicher Überschuss mehr generiert werden kann. Bei einer Anlage mit einem Verschattungsgrad von etwa 0% kann nur ein kleiner Gewinn von jährlich 54 /Jahr (brutto) erzielt werden. Bei einer angenommenen Laufzeit von 20 Jahren entspricht dieses einer Einsparung von ca nach Abzug der Kapitalkosten. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Stromkosten weiter ansteigen, was die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage erhöhen würde. Bei einer jährlichen Strompreissteigerung von konservativen 3% pro Jahr kostet der Strom 2025 bereits ca. 34,87 ct/kwh. Hier beträgt die jährliche Einsparung dann schon 60% mehr. Bei der Variante mit einer Wärmepumpe kann ein größerer Anteil des erzeugten Stromes selbst verbraucht werden, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit noch besser darstellen lässt. Seite 18 von 20

23 Tabelle 3.4: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte mit Wärmepumpe Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Doppelhaushälfte - Wärmepumpe 4 kwp ca kwh/a /kwp /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 40% Einspeisung 0% kwh kwh kwh 5% kwh kwh kwh 10% kwh kwh kwh 15% kwh kwh kwh 20% kwh kwh kwh 25% kwh kwh kwh Einspeisevergütung gem. EEG 2014 "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% % % % % % Hierbei wird ab einem Verschattungsgrad von 10% bereits ein Überschuss von mehr als den oben angegebenen 54 erwirtschaftet. Bei einem Verschattungsgrad von 0% sind es sogar 124. Das bedeutet, dass nach einer Laufzeit von 20 Jahren ein Überschuss von etwa nach Abzug der Kapitalkosten generiert werden kann. Positiv zu bewerten ist zudem die durch eine Errichtung einer PV-Anlage zu erzielende Verringerung der CO 2 -Emissionen. Diese beträgt ja nach Verschattungsgrad bis kg/jahr. Seite 19 von 20

24 4 Handlungsempfehlung Die Berechnungen haben gezeigt, dass für die drei verschiedenen Häuser nach EnEV- Standard (EnEV 2016; EnEV 2014: KfW-70) eine Lösung mittels Gaskessel und Solarthermie die wirtschaftlichste Variante ist. Hierbei sind die CO 2 -Emissionen aufgrund der Verwendung von Gas jedoch relativ hoch. Die zweit günstigste Möglichkeit ist der Einsatz einer Pelletkesselanlage. Die Pellets werden hierbei in einem Erdtank gelagert. Bei dieser Variante fallen durch die Verwendung von Holz als Brennstoff für die Wärmebereitstellung fast keine CO 2 -Emissionen an. Lediglich für die Deckung des Strombedarfes des Haushaltes fallen Emissionen an. Für die Häuser, welche nach dem KfW-70-Standard (EnEV 2016; EnEV 2014: KfW-55) errichtet werden, wird eine Lösung mittels Gaskessel und Solarthermie die Anforderungen eines KfW Hauses gemäß der neuen EnEV nicht mehr erfüllen können. Aus diesem Grund wurde eine solche Lösung für diese Gebäudetypen nicht betrachtet. Hier zeigt sich direkt eine Pelletlösung als wirtschaftlichste Möglichkeit, die Häuser mit Wärme zu versorgen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Erdtank im Garten zur Lagerung der Pellets vorzusehen ist. Dazu ist der Wartungsaufwand relativ hoch. Und die Pelletpreise sind in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen Eine andere Möglichkeit der Wärmeversorgung ist eine Wärmepumpe. Diese lässt sich durch den Einsatz von Photovoltaik auf dem Dach ähnlich wirtschaftlich darstellen, wie eine Pelletkesselanlage. Hierbei müsste kein Erdtank auf dem Grundstück vergraben werden, sodass der Platzbedarf wesentlich kleiner ist. Zudem ist der Wartungsaufwand deutlich geringer und die Entwicklung der Strompreise ist transparenter, als die der Pelletpreise. Als Technologie ist eine Erdwärmepumpe empfehlenswert, da die Temperatur des Erdreiches konstanter ist, als die der Luft, sodass bessere Wirkungsgrade erzielt werden können, als bei einer Luftwärmepumpe. Hinsichtlich der Photovoltaik sind die Grundstücke sehr gut ausgerichtet. Der notwendige Kapitaleinsatz kann während der 20 jährigen Nutzungsdauer unter optimalen Bedingungen verdoppelt werden, wenn davon ausgegangen wird, dass die Strompreise in Zukunft weiter steigen werden. Gerade bei einer Realisierung mit einer Wärmepumpentechnologie kann ein großer Anteil des erzeugten Stromes selbst verwendet werden, sodass sich eine Wirtschaftlichkeit sehr gut darstellen lässt. Seite 20 von 20