Documentation comparative calculations. Dokumentation vergleichender Berechnungen
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- Wolfgang Arnold
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1 REACT-PP01 Fachhochschule Burgenland GmbH Steinamangerstraße 21 A-7423 Pinkafeld Documentation comparative calculations Dokumentation vergleichender Berechnungen WP3 Zero/plus energy buildings new Stand:
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3 Seite 2 von 22 INHALTSVERZEICHNIS Seite 1 EINLEITUNG Hintergrund Zielsetzung Bezug zu anderen Arbeitspaketen 4 2 EINFLUSS BELEUCHTUNGSSYSTEMEN UND ELEKTROGERÄTEN IN ABHÄNGIGKEIT DER IM HAUSHALT LEBENDEN PERSONEN 6 3 EINFLUSS ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEM UND SOLARE DECKUNG Endenergie und Solare Deckung Haus Endenergie Strom und Wärme Haus Primärenergiebedarf gesamt und solare Deckung Haus Primärenergie nicht erneuerbar und solare Deckung Haus UMWELTAUSWIRKUNGEN HAUS ZUSAMMENFASSUNG & SCHLUSSFOLGERUNGEN 18 6 LITERATUR 20
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5 Seite 4 von 22 1 EINLEITUNG Im Zuge des Projektes REAct Renewable Energy & Efficiency ACTions (finanziert durch die European Union - European Regional Development Fund: creating the future - Programm zur grenzüberschreitenden Zusammenarbeit Slowakei-Österreich ) wird neben der technischen Untersuchung auch eine ökologische Bewertung der betrachteten Beispielgebäude durchgeführt. Für das vorliegende Beispielhaus werden unterschiedliche Varianten in Bezug auf die Nutzungsphase definiert. Im vorliegenden Dokument werden unterschiedliche Varianten dazu verglichen. 1.1 Hintergrund Die Wahl von effizienten bzw. weniger effizienten Leichtmitteln und Elektrogeräten hat einen Einfluss auf den Energiebedarf während der Nutzungsphase, genauso wie die Wahl des Energieträgers zur Wärmebereitstellung. Daneben hat die Anzahl der in Haushalt wohnenden Personen ebenfalls einen Einfluss. Diese Parameter werden mit verschiedenen Variantenkombinationen untersucht. 1.2 Zielsetzung Verschiedene Einflussfaktoren von Leuchtmitteln, Elektrogeräten, Personen oder Eigenbedarfsdeckung werden untersucht. Ebenso werden mögliche Auswirkungen verbunden mit der Wahl des Energieträgers dargestellt. 1.3 Bezug zu anderen Arbeitspaketen Nähere Informationen zu den verschiedenen Varianten (zugrundeliegende Berechnungen und Haustechniksysteme) können in den 3 energy plans for buildings bzw. 3 building technology plans im WP3 nachgelesen werden. Detaillierte Angaben zur ökologischen Bewertung sind in den Dokumenten zum WP3 Documentation ecological evaluation bzw. Documentation life cycle analysis nachzulesen.
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7 Seite 6 von 22 2 EINFLUSS BELEUCHTUNGSSYSTEMEN UND ELEKTROGERÄTEN IN ABHÄNGIGKEIT DER IM HAUSHALT LEBENDEN PERSONEN Es werden unterschiedliche Einflussparameter, wie Beleuchtungssysteme, elektrische Geräte und der Einfluss der im Haushalt lebenden Personen validiert. Außerdem wird untersucht, welchen Einfluss es hat, wenn elektrische Energie einer installierten PV- Anlage in Form von Eigenbedarfsdeckung direkt genutzt wird. Dieser Eigenbedarf bezieht sich auf eine gewöhnliche Nutzung eines vier Personenhaushalts ohne den Einsatz eines Energiespeichers. Die Untersuchung wird auf Basis der Energieform Primärenergie nicht erneuerbar durchgeführt. Die folgende Tabelle 2-1 zeigt die Variantenmatrix welche als Basis für die folgenden Auswertungen dient. Tabelle 2-1: Darstellung der Variantenmatrix der unterschiedlichen Effizienzklassen von Beleuchtungssystemen und Elektrogeräten in Abhängigkeit der im Haushalt lebender Personen V1 V2 V3 Leuchtmittel (Effizienzklasse) F C B Personen (Anzahl) / Elektrogeräte (Effizienzklasse) Eigenbedarf (Deckung in Prozent) V4 A+ V5 2P / A++ V6 2P / A+++ V7 3P / A++ V8 3P / A+++ V9 4P / A++ V10 10% V11 20% V12 36% Best Practice A+ 3P / A+++ 36% Die obige Variantenmatrix basiert auf Randbedingungen und Annahmen, welche in der Dokumentation 3 energy plans for buildings näher erläutert werden. Außerdem wurde festgelegt, dass eine Eigenbedarfsdeckung von 10% bis maximal 36% betrachtet wird. Dies basierend auf Simulationsergebnissen des dynamischen
8 Seite 7 von 22 Simulationstools Polysun 1. Dabei wurde der maximal mögliche PV-Ertrag bei voller Dachbelegung, in südwestlicher und nordöstlicher Dachneigung, angenommen. Die zur Verfügung stehende Fläche für die Nutzung der PV-Anlage ergibt in südwestlicher Richtung eine Dachfläche von 25 m² mit einer installierten Leistung von 3,1 kwp und in nordöstlicher Richtung von 29 m² mit einer installierten Leistung von 3,9 kwp. Konversionsfaktoren nach der OIB Richtlinie 6 Die Konversionsfaktoren, welche in der Abbildung 2-1 dargestellt sind, beziehen sich auf das Österreichischen Instituts für Bautechnik 2. Diese Faktoren bilden die Datengrundlage für die primärenergetische Bewertung unterschiedlicher Energieträger in Österreich und werden für die nachfolgende primärenergetische Bewertung der Varianten verwendet. Abbildung 2-1: Empfohlene Konversionsfaktoren des Österreichischen Institutes für Bautechnik 3 Die obige Abbildung zeigt die bewerteten Energieträger mit den zugehörigen Gewichtungsfaktoren der OIB Richtlinie In blauer Farbe gekennzeichnet finden sich die primärenergetischen Konversionsfaktoren der Richtlinie wieder. 1 Polysun, OIB, OIB RL, 2011
9 PE n.ern. [MWh/a] Seite 8 von 22 Die Ergebnisse der oben beschrieben Varianten, für den Gebäudeeffizienzstandard HWB 50 in Abhängigkeit unterschiedlicher Energieträger unter Einbeziehung der entsprechenden Konversionsfaktoren (Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe), wird in der folgenden Abbildung 2.2 dargestellt. Gas - HWB 50 Pellets - HWB 50 WP-L/W - HWB 50 WP-S/W - HWB 50 V 1-4 Einfluss Leuchtmittel V 5-9 Einfluss Personen & Geräte V Einfluss Eigenbedarfsdeckung Abbildung 2.2: Darstellung der Ergebnisse des nicht erneuerbaren Anteils an Primärenergie des Gebäudeeffizienzstandards HWB 50 mit folgenden Einflussparametern: Energieträger, Leuchtmitte, Personen & Geräte und Eigenbedarfsdeckung Die obige Abbildung zeigt die 13 simulierten Variante des Gebäudeeffizienzstandards HWB 50 mit unterschiedlichen Energieträgern. Die Variante 13 repräsentiert die Best Practice Variante, welche das höchste Einsparungspotenzial aufweist. Unter der Bezeichnung Gesamt wird der gesamte nicht erneuerbare primärenergetische (elektrische Energie und Wärme) Anteil der Basisvariante dargestellt. Die Darstellung weist darauf hin, dass der Wärmebedarf je Energieträger einer großen Schwankungsbreite unterliegt. Dies liegt an den unterschiedlichen gewichteten Konversionsfaktoren. Der elektrische Energiebedarf, salopp als Strom bezeichnet, ist in etwa bei allen Systemen gleich gewichtet.
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11 Seite 10 von 22 3 EINFLUSS ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEM UND SOLARE DECKUNG Im folgenden Kapitel werden die Einflüsse des gewählten Energieträgers in Kombination mit verschiedenen solaren Deckungsgraden dargestellt. Es wird unterschieden zwischen 0% solarer Deckung (SD 0%), 60% solarer Deckung für die Bereitstellung von Warmwasser (SD WW 60%) und 20% solarer Deckung für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser (SD RW&WW 60%). Untersucht werden der Endenergiebedarf (Wärme und Strom) und die Primärenergiebedarfe (Gesamt und nicht erneuerbar). Die Berechnung der Ausgangswerte ist im Dokument WP 3-4 Three energy plans for buildings beschrieben. Genaue Angaben zur Haustechnik finden sich im Dokument WP 3-5 Three building technology plans. 3.1 Endenergie und Solare Deckung Haus 1 Mit zunehmender solarer Deckung sinkt der Endenergiebedarf (Abbildung 3.1Abbildung 2.2). Die Variante Wärmepumpe weist die geringsten Endenergiebedarfe auf. Für diese Variante kann außerdem festgestellt werden, dass die mögliche Einsparung mit erhöhter solarer Deckung Prozentual geringer sind als bei den beiden anderen Varianten. Abbildung 3.1: Darstellung der Ergebnisse des Endenergiebedarfs mit folgenden Einflussparametern: Energieträger und Solare Deckung
12 Seite 11 von Endenergie Strom und Wärme Haus 1 Die Darstellung der Endenergie getrennt für Wärme und Strom erfolgt in der Abbildung 3.2. Für die Variante mit Wärmepumpe wird die benötigte elektrische Energie getrennt für dargestellt. Abbildung 3.2: Darstellung der Ergebnisse des Endenergiebedarfs- Strom und Wärme mit folgenden Einflussparametern: Energieträger und Solare Deckung
13 Seite 12 von Primärenergiebedarf gesamt und solare Deckung Haus 1 Der Primärenergiebedarf ist für die Varianten höher als der Bedarf an Endenergie, die Tendenz ist jedoch dieselbe. Der Primärenergiebedarf sinkt mit zunehmender solarer Deckung und die geringsten Werte weist die Variante mit der Wärmepumpe auf. Abbildung 3.3: Darstellung der Ergebnisse des Primärenergiebedarfs gesamt mit folgenden Einflussparametern: Energieträger und Solare Deckung
14 Seite 13 von Primärenergie nicht erneuerbar und solare Deckung Haus 1 Im Vergleich zum Primärenergiebedarf gesamt (Abbildung 3.3) zeigt der Primärenergiebedarf nicht erneuerbar (Abbildung 3.4) ein anderes Bild. Die Variante mit Biomasse als Energieträger weist hier die geringsten Werte auf. Abbildung 3.4: Darstellung der Ergebnisse des Primärenergiebedarfs nicht erneuerbar mit folgenden Einflussparametern: Energieträger und Solare Deckung
15 Seite 14 von 22 4 UMWELTAUSWIRKUNGEN HAUS 1 Die folgenden Abbildungen (Abbildung 4.1 bis Abbildung 4.6) zeigen einen Vergleich der Umweltauswirkungen der drei betrachteten Energieversorgungssysteme bei 0% solarer Deckung. Die Umweltbelastungen von der Herstellung der Anlagen und deren Betrieb (positive Werte) werden getrennt von der Gutschrift aus der Stromproduktion (negative Werte) dargestellt. Es bleibt zu beachten, dass aufgrund der gewählten Konversionsfatkoren für die Energieträger die Größe der PV-Anlage nicht dieselbe ist für die Varianten. Im Fall der Holzpellets ist die PV-Anlage rund halb so groß, was die geringeren Aufwendungen für deren Herstellung, aber auch die geringere Gutschrift erklärt. Abbildung 4.1: GWP Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT
16 Seite 15 von 22 Abbildung 4.2: AP - Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT Abbildung 4.3: ODP - Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT
17 Seite 16 von 22 Abbildung 4.4: EP - Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT Abbildung 4.5: POCP - Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT
18 Seite 17 von 22 Abbildung 4.6: PE n.e. - Vergleich der Varianten Erdgas, Holzpellets und Wärmepumpe Nutzungsphase Ergebnisse unterteilt in Wärmebereitstellung, Strombedarf, Aufwendungen für die PV-Anlage und Gutschrift Strommix AT
19 Seite 18 von 22 5 ZUSAMMENFASSUNG & SCHLUSSFOLGERUNGEN Wird der Primärenergiebedarf nicht erneuerbar betrachtet, zeigt sich sehr deutlich, dass Holz große Vorteile gegenüber der Verwendung von Erdgas aufweist. Die Wärmebereitstellung mit Hilfe von Wärmepumpen liegt dazwischen. Neben der Anzahl der Bewohner hat der Grad an solarer Eigenbedarfsdeckung den größten Einfluss auf den Primärenergiebedarf. Je höher die solare Deckung ist, desto mehr nähern sich die Varianten aneinander an und der unterschied aufgrund der Energieträger wird geringer. Im Vergleich zur Variante Erdgas weisen die beiden anderen Varianten eine Reduktion der Umweltbelastungen in den meisten Wirkkategorien auf. Dies ist auf die Nutzung von Holz als erneuerbaren Rohstoff bzw. auf die Nutzung von elektrischer Energie für die Wärmepumpe zurückzuführen. Die Gutschriften aus der Stromproduktion und die Belastungen aus der Herstellung der PV-Anlage müssen separat betrachtet werden, da die Anlagengröße nicht identisch ist. Die Variante Wärmeversorgung mit Wärmepumpe weist in der Wirkkategorie ODP eine Erhöhung auf. Dieser hohe Wert ist auf die Emission von Trichlortrifluorethan (R113) (siehe ecoinvent-datensatz 4 Wärmepumpe, Sole-Wasser, 10kW ) zurückzuführen. 4 Ecoinvent, 2007
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21 Seite 20 von 22 6 LITERATUR Ecoinvent (2007): Database Ecoinvent v2.1. Datenbank inkludiert im Software System GaBi 6. Swiss Centre for Life Cycle Inventories. St. Gallen. Schweiz. OIB (2013): Österreichsiches Institut für Bautechnik, abgerufen am um 17:00 Uhr: OIB RL 2011 (2011): Energieeinsparung und Wärmeschutz; Österreichsiches Institut für Bautechnik (OIB /11) abgerufen am um 17:30 Uhr: Polysun (2013): Polysund Designer Simulationssoftware, Version 16.0, Vela Solaris AG
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