Technische und ökonomische Grundlagen der energetischen Qualität von Gebäuden

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1 Technische und ökonomische Grundlagen der energetischen Qualität von Gebäuden Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser 8. Februar 2013 Kongress Clean Energy Building (CEB) Expertenworkshop Gebäudetechnik Landesmesse Stuttgart

2 Altbau Energieeffizienzhaus Primärenergiebedarf ~ 460 ~ 30 Endenergiebedarf ~ 400 ~ 25 kwh/(m²a)

3 Wärmebrücken schlechte Lösung gute Lösung

4 Prinzipskizze zum Anschluss einer Bahn an eine Durchdringung Luftdichtheitsschicht vorkonfektionierte Manschette Formteil einseitiges Klebeband

5 Altbau Plusenergiehaus Primärenergiebedarf ~ 460 < 0 Endenergiebedarf ~ 400 < 0 kwh/(m²a)

6 Photovoltaik Peakleistung und Ertrag Zelltyp Zellwirkungsgrad Zelle Modulleistung Ertrag (Süddeutschland) [%] [kw p /m²] [kwh/(m²a)] Monokristallines Silizium 16 0, Polykristallines Silizium 15 0, Amorphes Silizium in Single-Junction-Technik Amorphes Silizium in mehrfach- Junction-Technik / mikro-amorph 6 0, , Kupfer-Indium/Gallium-diselenid 11 0, CIS/CIGS Cadmium-Tellurid CdTe 10 0, Organisch 3 0, Dabei ist Zelle der Zellwirkungsgrad nach DIN EN (VDE )

7 Definition: Plusenergiehaus / Effizienzhaus-Plus Ein Plusenergiegebäude erzeugt im Laufe eines Jahres mehr Energie (End- und Primärenergie) als es bei durchschnittlicher Nutzung zum Betrieb benötigt Nachweisstandort: Mittleres deutsches Klima gemäß EnEV Bilanzgrenze: Grundstücksgrenze, d.h. Erweiterung des Bilanzraums der EnEV (unmittelbarer räumlicher Zusammenhang mit dem Gebäude) auf das gesamte Grundstück des zu bewertenden Gebäudes ( on-site Generation ).

8 Plusenergiehäuser als Tankstelle für Elektro-Mobilität Praktikable Lösungen gesucht!

9 Netzwerk Effizienzhaus Plus

10 1. Preis = Pilotvorhaben in Berlin Quelle: Institut für Leichtbau und Entwerfen (ILEK), Stuttgart, 2010

11 Einweihung am 7. Dez Quelle: BMVBS

12 Plusenergiehaus mit E-Mobilität in Berlin: Grundriss und bautechnische Kennwerte Einteilung in öffentlichen Bereich, Energiekern und privaten Bereich Schaufenster mit Informationsdisplay Elektrofahrzeuge mit konduktivem und induktivem Ladesystem Boden-/Dachkonstruktion und freitagende Wände in Holztafelbauweise mit Zellulosefaserdämmstoff (U-Wert: 0,11 W/m²K) Dreifach-Wärmeschutzverglasung mit hochdämmenden Rahmen (U W -Wert: 0,75 W/m²K) Photovoltaikpaneele an der Südwestfassade und auf dem Dach Vollständige Rezyklierbarkeit Intelligentes Energiemanagement mit bidirektionaler Hausbatterie Quelle: Werner Sobek, WSGreenTechnologies, Stuttgart 2010 Nettogrundfläche: 147 m² Bruttogrundfläche: 181 m² Bruttorauminhalt: 645 m³ Heizwärmebedarf: 21,1 kwh/m²a

13 Plusenergiehaus mit E-Mobilität in Berlin: Anlagentechnik Luft/Wasser-Wärmepumpe erwärmt Trinkwarmwasser, versorgt Fußbodenheizung und Zuluft-Nachheizregister (Heizleistung 5,8 kw) Mechanische Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung aus Abluft (Luftvolumenstrom 400m³/h, Wärmerückgewinnungrad > 80 %) 171 m² Photovoltaik-Module (Dach- und Fassaden 98 / 73 m²) mit einer Nennleistung von 22,1 kwp und Bypass-Diodensteuerung Lokal erzeugter Strom wird in 40 kwh-lithium-ionen- Batterie gespeichert Prognostizierte Energiebilanz Bedarf Deckung Komponente Strombedarf [kwh/a] Komponente Stromertrag [kwh/a] E Mobilität* PV Dach Hilfsenergie 810 PV Fassade elektrische Geräte Beleuchtung Warmwasser Heizung Gesamt Gesamt Quelle: Werner Sobek, WSGreenTechnologies, Stuttgart 2010 Plus an Energie mit E-Mobilität (* km/a): kwh/a

14 Gesamtstromverbrauch

15 Stromverbräuche des Hauses

16 Haushaltsstrom = Beleuchtung, Haushaltsgeräte, Kochen

17 PV-Ertrag

18 PV-Ertrag und Strahlungsintensität

19 Restbezug

20 Hausbatterie Wirkungsgrad: Elektrisch: 82 % Bezug/Beladung Mit Kühlung/Heizung: 60 % Bezug/(Beladung + Heizung u. Kühlung

21 Anlagentechnisches Verhalten Monate Wirkungsgrad PV in % Dach Fassade Äquivalente Arbeitszahl Wärmepumpe* [-] März 12,9 10,8 2,40 April 13,7 8,1 2,31 Mai 12,4 8,1 2,15 Juni 13,1 7,0 2,13 Juli 12,1 7,7 1,76 August 13,0 6,8 1,94 September 10,0 6,9 2,10 Oktober 10,0 5,8 2,25 November 11,5 3,9 2,29 *incl. interner Pufferspeicher COP nach Hersteller bei Luft 2 C/Wasser 35 C = 3,3

22 Wärmetauscher

23 Kumulierte Endenergie

24 FingerHaus Huf-Haus WeberHaus Schwörer Haus Plusenergie-Musterhäuser auf der FertighausWelt Köln-Frechen Bien Zenker Luxhaus

25 Plusenergiehaus mit E-Mobilität in Leonberg Quelle: TU Dresden Institut für Energietechnik, Dresden 2010 Quelle: Werner Sobek, WSGreenTechnologies, Stuttgart 2010 Quelle: Werner Sobek, WSGreenTechnologies, Stuttgart 2010 Quelle: Univ.- Prof. Dr.-Ing. M. Norbert FischFisch

26 Effizienzhaus Plus VELUX Hamburg Quelle:

27 Die am häufigsten verwendeten Technologien Hochdämmende Bauteile 3fach Wärmeschutzverglasung PV (+ Batterie) Wärmepumpen Lüftungsanlage mit WRG >90 % Fußbodenheizung LED Beleuchtung Klasse A ++ Geräte

28 Transmissionswärmetransferkoeffizient HT

29 Nutzenergiebedarf

30 Endenergiebedarf

31 Leistung der PV-Anlagen

32 PV-Strom März bis November 2012

33 Kumulierte Endenergie Haus kwh PV-Ertrag Messwert PV-Ertrag EnEV-Berechnung Stromverbrauch Messwert Endenergie EnEV Berechnung (incl. Haushaltsstrom) M A M J J A S O N D J F Monat

34 Aktuelle Messergebnisse unter bauten/effizienzhaus-plus-neubauten_node.html

35 Kumulierte Energiekosten für 25 Jahre Preissteigerung 3,0 % [ /25a] ohne PV SW_WP Passivhaus LW_WP mit PV Gebäudebaujahr Quelle, fortgeschrieben: Lüking, Hauser: Plusenergiehäuser - technische und ökonomische Grundlagen. IRB-Verlag, Stuttgart, Juli 2012

36 Energiemanagementsysteme

37 Gebäude der Zukunft Energieerzeuger + Energiespeicher

38 Endenergieverbrauch Raumwärme und Warmwasser in D 1200 [TWh/a] Verkehr Raumwärme Industrie Warmwasser Raumwärme Gewerbe, Handel, Dienstl. Warmwasser Raumwärme Private Haushalte Warmwasser Raumwärme Quelle: BMWi

39 Kosten pro m² Wärmedämmverbundssystem im Vergleich U-Wert der Außenwand 0,15 W/(m 2 K) Quelle: Prof. G. Hauser, TUM, 2011

40 Mechanische Lüftung im Winter Büro VOC Büro VOC Hörsaal CO 2 Bedarfsregelung über Luftqualität

41 Fotograf: Paavo Blåfield

42 Fotograf: Paavo Blåfield

43 Fotograf: Paavo Blåfield

44 Beispielgebäude Forschungsvorhaben Messung Druckverlust Temperaturen, Wärmerückgewinnungsgrad

45 Beispielgebäude Anschluß Zuluftseite über Sockelkanal Kreuzungsfreie Luftführung über Stichkanal im Kellerbereich

46 FAW-System Kernbohrung Anschluss der Lüftungskanäle

47 Akustische Bewertung Bei der Bewertung der Schall-Längsdämmung über das Lüftungssystem sind die Schalleintrittsfläche (bezogen auf die Fläche der flankierenden Außenwand) im Senderaum, die Ausbreitungsdämpfung entlang der kürzesten Kanalstrecke und die Mündungsreflexion am Austritt in den Empfangsraum zu betrachten. Hinzu kommen die akustischen Eigenschaften der Luftdurchlässe einschließlich ihrer jeweiligen Position im Raum sowie in geringerem Umfang Umlenkungen und Querschnittsübergänge entlang der Kanalstrecke. Bereits vor dem Austritt in den Senderaum kompensiert die Schalldämpfung im Kanal das Loch in der Wand und die insbesondere tieffrequent wirksame Mündungsreflexion am Luftauslass verbessert die akustische Bilanz zusätzlich.

48 4 Zusammenfassung Zusammenfassend kann festgestellt werden: Zu allen Probenahme-Zeitpunkten (3, 14, 28, 35, 56, 77) des Prüfkammerexperiments konnte mit dem angewandten Untersuchungsverfahren kein cancerogener Stoff gemäß AgBB-Schema nachgewiesen werden. Die Emissionen an flüchtigen organischen Verbindungen lagen an allen Tagen (3, 14, 28, 56, 77) unter den durch das AgBB-Schema vorgegebenen Grenzen. AgBB : Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten Quelle: Fraunhofer-Institut für Bauphysik: Prüfbericht für Schwenk Dämmtechnik GmbH & Co. KG, Holzkirchen, 2012

49 FAW-System vorher

50 FAW-System nachher

51 Effizienzhaus Plus im Bestand Ein Projekt der NUWOG und des BMVBS

52 Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen (DGNB) Schutzgüter: Natürl. Umwelt Natürl. Ressourcen Gesundheit ökonomische Werte soziale u. kulturelle Werte Schutzziele: Schutz der Umwelt Schonung der natürlichen Ressourcen Senkung der Lebenszykluskosten Erhalt ökonomischer Werte Sicherung von Gesundheit / Behaglichkeit im Gebäude Menschengerechtes Umfeld / Erhaltung sozialer und kultureller Werte Bewertung: Ökologische Qualität Ökonomische Qualität Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5% 22,5% 22,5% Technische Qualität Prozessqualität 22,5% 10% Standortqualität

53 Energieeffizienz steigern Eneuerbare Energien nutzen

54 Pressemitteilung vom 28. März 2012 Bundeskabinett beschließt Aktionsplan für die Hightech-Strategie Zehn Zukunftsprojekte zur Umsetzung der Innovationspolitik Schavan: Strategische Weichenstellung für die nächsten Jahre - Die CO₂-neutrale, energieeffiziente und klimaangepasste Stadt - Intelligenter Umbau der Energieversorgung - Nachhaltige Mobilität -u.a.

55 Morgenstadt Juni 2012 Research and solutions for a sustainable world. Fraunhofer 55

56 Einladung Organisatoren: Kooperationspartner: