Energie sparen, aber wie? Umstellung auf andere Heizsysteme: Öl Gas Brennwert oder Niedertemperatur? Wärmepumpe Kraft-Wärme-Kopplung

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1 7. SPEZIAL-SEMINAR für Verwaltungsbeiräte Energie sparen, aber wie? Umstellung auf andere Heizsysteme: Öl Gas Brennwert oder Niedertemperatur? Wärmepumpe Kraft-Wärme-Kopplung 1

2 Entwicklung Gaspreis c/kwh c/kwh % 2

3 Entwicklung Heizölpreis ,2 c/kwh ,5 c/kwh % 3

4 Entwicklung der Strompreise c/kwh c/kwh % 4

5 Energieverbraucher Um Energie zu sparen - muss man wissen wo Energie verbraucht wird 5

6 Verteilung der Stromkosten im Haushalt (2,5 Pers) 85 % 15 % 6

7 Verteilung der Stromkosten im Haushalt 14 % Waschmaschine + Trockner 14 % Beleuchtung 19 % Kühlschrank + Gefriergerät 7

8 Heizenergieverbrauch Quelle: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung 11/2012 8

9 Gegenüberstellung Beispiel: Verbrauch Strom Öl Gas Fernwärme Mehrfamilienhaus 100 m² Wohnung 2,5 Personen kwh / a / a Strom WHG Strom WWB / a / a / a Heizung + Warmwasser Neubau Teilsaniert Unsaniert Energiepreise Stand:

10 Einsparpotential Wohnung / Nutzer Beispiel: 5 Zi m² WHG unsaniert Neue elektr. Thermostatventile sparen bis zu 10 % der Heizenergie! Einsparung = kwh = 142 / a Investition = 200 Energiepreise Stand: 2012 Die dauerhafte Reduzierung der Raumtemperatur um 1 C (K), spart bis 6 % der Heizenergie 10

11 Einsparpotential Wohnung / Nutzer Beispiel: Einzelraumregelung bei Fußbodenheizung, spart bis zu 18 %! 5 Zi m² WHG unsaniert Einsparung = kwh = 195 / a Investition = 750 (Funksystem) Energiepreise Stand: 2012 Die dauerhafte Reduzierung der Raumtemperatur um 1 C (K), spart bis 6 % der Heizenergie Quelle : Bundesverbandes Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.v. (BVF) 11

12 Vorteile / Gründe der Einzelraumregelung Beispiel: Ein Raum mit Fußbodenheizung: geregelt und ungeregelt! Quelle : Bundesverbandes Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.v. (BVF) 12

13 Vorteile / Gründe der Einzelraumregelung - Einzelraumregelung ist Pflicht seit 1994! - Gezielte und geregelte Raumtemperaturen sparen Heizenergie - Zeitprogramm = Absenkung der Raumtemperatur während der Arbeit / Urlaub etc. - Einfache Montage, wenn TH-Ventile vorhanden - Verknüpfung mit Fensterkontakt möglich - Alte TH-Ventile regeln ungenauer - Ungeregelte Fußbodenheizung heizt permanent ohne Abschaltung oder Reduzierung der Heizenergie - Installation der Regelung auch als Funkanlage möglich = keine Stemmarbeiten oder Sichtmontage erforderlich - Behaglichkeit durch frühzeitiges Aufheizen 13

14 Optimierung der Zentralanlage Bereitschaftsverluste Verteilungsverluste Reduzieren! Überprüfung der Heizungsverbraucher Verbraucher abstellen Anpassung und Überprüfung der Regelung Zeitprogramm anpassen(bedarf ermitteln) Nachtabsenkung / Nachtabschaltung überprüfen Einstellung und Regelung der Warmwasserbereiter prüfen Einstellung der Pumpen prüfen Heizkurve anpassen = Temperaturen reduzieren 14

15 Energiebilanz z. B. EFH

16 Einsparpotentiale durch Sanierung oder Erneuerung Dämmung der Fassade Sanierung der Fenster Dämmung Dachstuhl Sanierung der technischen 16

17 Maßnahmen am Gebäude Energie sparen heißt, den Verbrauch reduzieren! Einsparpotentiale nicht sanierter Gebäude sind = Dämmen der Fassade ca. 21 % Verlust Erneuerung der Fenster ca. 26 % Verlust Dämmen des Dachstuhls ca. 16 % Verlust Vor jeder Maßnahme sollte der bauliche und technische Auffand und Nutzen ermittelt werden. 17

18 Maßnahmen in der Haustechnik Sanierung der Heizkesselanlage Einsatz regenerativer Energie Dämmung von Heizungsleitungen + Armaturen Einbau von Strangregulierventilen 18

19 Sanierung der Heizkesselanlage Sanierungsablauf Bestandsaufnahme + Bedarfsermittlung Auswahl des neuen Heizsystems Umsetzung Prüfen alternativer Energieträger Ausschreibung und Vergabe 19

20 Heizsysteme Heizöl- Kesselanlagen Kraft-Wärme- Kopplung Gas- Kesselanlagen Wärmepumpen Fernwärme Solaranlagen Holzpellets 20

21 Niedertemperatur vs. Brennwert Quelle: Ölheizung Brennwert und Niedertemperatur im Vergleich, Bild: Institut für Wärme und Oeltechnik e.v. 21

22 Ölheizung Niedertemperatur vs. Brennwert Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Ölpreis 0,85 /l Einsparung abhängig vom Nutzer Bestandsanlage l/a NT- Ölkessel l/a Öl-Brennwert l/a -13 % %

23 Ölheizung Niedertemperatur vs. Brennwert Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Investitionskosten NT Brennwert NT-Ölkessel Brennwert-Ölkessel Abgasanlage Pumpen + Regelung Rohrleitungen Wärmedämmung Apparate + Behälter Elektro + Demontage Summe (2.295 /a) (3.485 /a) Ölpreis 0,85 /l Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel Delta /a = 6,4 Jahre 23

24 Gasheizung Niedertemperatur vs. Brennwert Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Gas ohne Gebläse 12 % Abgasverlust zentrale WWB Gaspreis 0,67 / m³ Grundpreis Einsparung abhängig vom Nutzer Bestandsanlage l/a NT- Gaskessel m³/a Gas-Brennwert m³/a -16 % %

25 Gasheizung - Niedertemperatur vs. Brennwert Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust Zentrale WWB Investitionskosten NT Brennwert NT-Gaskessel Brennwert-Gaskessel Abgasanlage Pumpen + Regelung Rohrleitungen Wärmedämmung Apparate + Behälter Elektro + Demontage Summe (2.687 /a) (3.659 /a) Ölpreis 0,85 /l Brutto Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel Delta 972 /a = 3,7 Jahre 25

26 Brennwertkessel Wirtschaftlichkeit geringe Last = hoher Nutzen 26

27 Brennwertkessel Optimaler Nutzen Brennwerttechnik Kondensationstemperatur 55 C = Gas 47 C = Öl Gas-Brennwertkessel können in jedes Heizsystem eingebunden werden. Der nutzbare Anteil der Kondensationswärme und der aus der Betriebsweise resultierende Nutzungsgrad sind jedoch abhängig von der Auslegung des Heizsystems. Um die Kondensationswärme des im Heizgas enthaltenen Wasserdampfs nutzbar zu machen, muss das Heizgas bis unter den Taupunkt abgekühlt werden. Der Grad der Kondensationswärmenutzung ist damit zwangsläufig von der Auslegungder Systemtemperaturen bzw. von den Betriebsstunden im Bereich der Kondensation abhängig. Heizsystem 40/30 C Die Leistungsfähigkeit der Brennwerttechnik kommt bei diesem Heizsystem während der gesamten Heizperiode zur Geltung. Die niedrigen Rücklauftemperaturen unterschreiten stets die Taupunkttemperatur, so dass immer Kondensationswärme anfällt. Dies wird durch Niedertemperatur-Flächenheizungen oder Fußbodenheizungen erreicht, die für Brennwertkessel ideal geeignet sind. Heizsystem 75/60 C Auch bei Auslegungstemperaturen von 75/60 C ist eine überdurchschnittliche Kondensationswärmenutzung in rund 95 % der Jahresheizarbeit möglich. Dies gilt bei Außentemperaturen von 7 C bis + 20 C. Heizsystem 90/70 C Alte Heizungsanlagen, die mit 90/70 C ausgelegt wurden, werden aufgrund der in der alten DIN 4701 von 1959 enthaltenen Sicherheitszuschläge heute praktisch als System mit 75/60 C betrieben. Selbst wenn diese Anlagen mit Systemtemperaturen 90/70 C und gleitender, außentemperaturabhängiger Kesselwassertemperatur betrieben werden, nutzen sie noch 80 % der Jahresheizarbeit die Kondensationswärme. 27

28 Gasumstellung Vorteile und Nachteile der Gasheizung Vorteile Raumersparnis und niedrige Investitionskosten geringe Wartungskosten besonders saubere Verbrennung, wenig Schadstoffe höherer Brennwert Nachteile Kosten für Gasanschluß Kosten Demontage Tankanlage Gasliefervertrag = längere Bindung 28

29 Fernwärme Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Fernwärme 0,49 / Grundpreis Einsparung abhängig vom Nutzer Bestandsanlage l/a Fernwärme l/a -17 %

30 Fernwärme Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Investitionskosten Fernwärme Anschlußkosten (geschätzt) Übergabestation Demontage Tank Pumpen + Regelung Rohrleitungen Wärmedämmung Apparate + Behälter Elektro + Demontage Summe Ölpreis 0,85 Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel 30

31 Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Bestandsanlage l/a KWK-Anlage -27 % Fernwärme 0,49 / Grundpreis Einsparung abhängig vom Nutzer 31

32 Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Investitionskosten KWK-Anlage KWK-Anlage Gaskessel Abgasanlage (2 x) Pumpen + Regelung Rohrleitungen Wärmedämmung Apparate + Behälter Elektro + Demontage Summe Ölpreis 0,85 Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel 32

33 Luftwärmepumpe Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Bestandsanlage l/a Luftwärmepumpe -22 % Fernwärme 0,49 / Grundpreis Einsparung abhängig vom Nutzer 33

34 Luftwärmepumpe Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Investitionskosten Luftwärmepumpe Luftwärmepumpe Gaskessel Abgasanlage (2 x) Pumpen + Regelung Rohrleitungen Wärmedämmung Apparate + Behälter Elektro + Demontage Summe Ölpreis 0,85 Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel 34

35 Gegenüberstellung Beispiel: MFH BJ 1985 nicht saniert 800 m² 10 WE`s Ölkessel 12 % Abgasverlust zentrale WWB Heizsystem Investitionskosten Einsparpotential / a Öl-Niedertemperatur Öl-Brennwertkessel Gas-Niedertemperatur Gas-Brennwertkessel Fernwärme Kraftwärmekopplung Luftwärmepumpe Ölpreis 0,85 Einsparung abhängig vom Nutzer Investitionskosten als Beispiel 35

36 Zusammenfassung Der Vergleich zeigt, dass der Gas-Brennwertkessel ein sinnvolles Heizsystem in Bestands-Mehrfamilienhäusern darstellt. Alternative oder regenerative Heizsystem sind ökologisch sinnvoll, müssen aber im Einzelfall untersucht werden. Der Einsatz von Wärmepumpen, KWK-Anlagen etc. ist kostenintensiver und muss detailliert geplant werden. Sole- Wärmepumpen mit Erdbohrungen sind Genehmigungspflichtig. 36

37 Wärmepumpen Sole / Wasser- Wärmepumpe Wärmepumpen nutzen regenerative Energien aus der Umwelt - und zwar die gespeicherte Sonnenwärme in der Luft, im Erdreich und im Grundwasser. Die Sole / Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme aus dem Erdreich. Dort herrscht ganzjährig eine fast gleichmäßige Temperatur. Ein Erd-Kollektor in 1,5 m Tiefe, wie eine Heizschlange verlegt, entzieht der Erde die Wärme. Die Entzugsleistungen für das Erdreich liegen dabei zwischen ca. 10 und 35 W/m². 37

38 Wärmepumpen Erdkollektor Die Alternative zum Erdkollektor ist die Wärmegewinnung mit einer Erdsonde. Die Erdwärme wird dabei mit speziellen Erdsonden entnommen, die bis zu 100 m tief in die Erde führen. Die Temperatur liegt dort ganzjährig konstant bei ca. 10 C. Für solche Anlagen muss in Deutschland eine wasserrechtliche Erlaubnis eingeholt werden. Das Wasser-Wirtschaftsamt ist für Bohrungen bis 100 m Tiefe zuständig. Tiefergehende Bohrungen müssen durch das zuständige Bergbauamt zusätzlich genehmigt werden. In die Bohrung wird eine vorkonfektionierte Sonde eingeführt und anschließend der Hohlraum zwischen Sondenrohr und Bohrung mit Füllstoff verpresst. Es werden meist vier Rohre parallel eingesetzt (Doppel-U-Rohr-Sonde). 38

39 Wärmepumpen Wasser / Wasser- Wärmepumpe Die Wasser / Wasser- Wärmepumpe bezieht die Wärme aus dem Grundwasser, dessen Temperatur unabhängig von der Jahreszeit und der Außentemperatur konstant ist. Aus einem Saugbrunnen wird das Grundwasser entnommen und nach der Wärmegewinnung in einen Schluckbrunnen zurückgeführt. 39

40 Wärmepumpen Luft- Wärmepumpe Den geringsten Aufwand zur Erschließung einer Wärmequelle erfordert die Außenluft. Sie wird über einen Kanal angesaugt, im Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlt und anschließend wieder an die Umgebung abgegeben. Bis zu einer Außenluft-Temperatur von minus 20 C kann eine moderne Luft/ Wasser-Wärmepumpe noch Heizwärme erzeugen. Allerdings kann sie bei einer optimierten Auslegung bei dieser niedrigen Außenlufttemperatur den Wärmebedarf für die Wohnraumbeheizung nicht mehr vollständig decken. Ein Elektro-Heizeinsatz im Heizwasser-Pufferspeicher heizt an sehr kalten Tagen das von der Wärmepumpe vorerwärmte Heizwasser auf die eingestellte Vorlauftemperatur. Da Luft / Wasser- Wärmetauscher ein relativ großes Luftvolumen umwalzen (3000 bis 4000 m3/h), ist bei der Anordnung der Luftöffnungen im Gebäude und bei der Außenaufstellung die mögliche Geräuschentwicklung zu beachten. 40

41 Wärmepumpen Einsatzbereiche Wärmepumpen eignen sich für die Wärmeversorgung aller Gebäudearten: Ein- und Mehrfamilienwohnhäuser, Hotels, Krankenhäuser, Schulen, Bürogebäude und Industriebauten, sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung im Gebäudebestand. Für alle Wärmepumpen gilt: Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Heizwasser und Umgebungswärme ist, desto höher ist die Effizienz. Daher eignen sich Wärmepumpen besonders für Heizsysteme mit niedrigen Systemtemperaturen, wie zum Beispiel Fußbodenheizungen mit max. 38 C Vorlauftemperatur. Herkömmliche einstufige Kompressions-Wärmepumpen liefern mit den üblichen Kältemitteln (R 407 C, R 404 A usw.) Vorlauf-Temperaturen bis maximal 55 C. Zu wenig, um mit Radiatoren normaler Größe eine ausreichende Wärmemenge in die Räume zu transportieren. Um dennoch Kompressions-Wärmepumpen in der Heizungsmodernisierung wirtschaftlich einsetzen zu können, mit den üblichen Kältemitteln höhere Vorlauftemperaturen zu erzielen, ist die so genannte Kaskadenschaltung. Zwei Wärmepumpenkreisläufe werden in einem Aggregat hintereinander geschaltet, in dem man sie durch einen Wärmetauscher thermisch miteinander verbindet. Eine andere technische Lösung, hohe Vorlauftemperaturen mit dem Kältemittel R 407 C zu erzielen, bietet der modifizierte, einstufige Kältekreis mit Dampfeinspritzung. Für den Neubau hat sich die monovalente Betriebsweise bewährt. Für bestehende Gebäude bietet sich die bivalente Betriebsweise an, da in der Regel ein Wärmeerzeuger vorhanden ist, welcher weiter benutzt werden kann, um die Lastspitzen an kalten Wintertagen mit erforderlichen Vorlauftemperaturen über 55 C abzudecken, sofern nicht Wärmepumpen mit Vorlauftemperaturen 65 C eingesetzt werden. 41

42 Wärmepumpen Wirtschaftlichkeit und Kosten Moderne Elektro-Wärmepumpen erreichen je nach gewählter Wärmequelle und Heizsystemtemperatur Leistungszahlen von 3,5 bis 5,5. Das bedeutet, dass pro kwh eingesetztem Strom 3,5 bis 5,5 kwh Heizwärme erzeugt werden. Damit wird der ökologische Nachteil, der durch den Einsatz von Strom entsteht, mehr als kompensiert. Um einen wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpen-Heizungsanlage zu ermöglichen, werden von den meisten EVU Sonderstromtarife für Wärmepumpen angeboten. Die Sonderstromtarife sind jedoch meist an die Anforderung geknüpft, dass der Strombezug für die Wärmepumpen zu Zeiten hoher Netzbelastung unterbrochen werden kann. Unter Berücksichtigung eines Strompreises von 10 Ct / kwh (Mittelwert spezieller Wärmepumpentarife der Stromversorger einschließlich anteiliger Grundgebühr) ergeben sich bei einer mittleren Leistungszahl von 4 (Jahresarbeitszahl) Betriebskosten von 2,5 Ct pro kwh erzeugter Wärme. Dies unterschreitet die Kosten, die in konventionellen Heizungsanlagen entstehen (Heizöl: ca. 3,5 Ct/kWh; Erdgas: ca. 4 Ct / kwh). Zusätzlich fällt auch ein geringerer Aufwand für Wartung und Überprüfungstätigkeiten an. Investitionsseitig ist gegenüber konventionellen Heizungsanlagen bei einem Einfamilienwohnhaus mit Mehrkosten von ca bis zu rechnen, sofern die Einsparungen bei der bauseitigen Ausführung (kein Schornstein, keine Öllagerstätte bzw. kein Gasanschluss) berücksichtigt werden. Die Kosten z. B. für die Erstellung einer Bohrung einschließlich der Sonde belaufen sich je nach Bodenbeschaffenheit auf 30-, bis 50 /m. Für ein typisches Einfamilienhaus in Niedrigenergiehaus-Bauweise ist eine Wärmepumpen-Heizleistung von etwa 6 kw zur komfortablen Beheizung notwendig, dazu ist eine Bohrungstiefe von etwa 95 m erforderlich. Damit ergeben sich Bohrungskosten von ca bis Bei der Modernisierung spielen Wärmepumpen im Modernisierungsmarkt bisher kaum eine Rolle. Der Grund für den nur sporadischen Ersatz alter Heizkessel durch Wärmepumpen sind die im Gebäudebestand gegenüber in Neubauten benötigten höheren Vorlauftemperaturen und größerem Energiebedarf. 42

43 Solaranlagen Solare Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung Trinkwassererwärmung Thermische Solaranlagen werden am häufigsten zur Trinkwassererwärmung eingesetzt. Ob es möglich ist, eine bereits vorhandene Heizungsanlage mit einer thermischen Solaranlage zu kombinieren, ist im Einzelfall zu prüfen. Die konventionelle Wärmequelle muss unabhängig von der Solaranlage den Warmwasserbedarf in einem Gebäude decken können. Auch in Schlechtwetterperioden besteht ein entsprechender Komfortbedarf, der zuverlässig abzudecken ist. Bei Anlagen zur Trinkwassererwärmung in Ein- und Zweifamilienhäusern wird in der Regel eine Deckungsrate von 50 % bis 60 % angestrebt. Auch eine Dimensionierung unterhalb 50 % ist sinnvoll, wenn die zur Verfügung stehenden Verbrauchswerte nicht sicher sind. Bei Mehrfamilienhäusern sind generell geringere Deckungsraten als 50 % sinnvoll. Heizungsunterstützung Thermische Solarsysteme lassen sich auch als Kombianlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung auslegen. Auch die solare Schwimmbaderwärmung in Kombination mit Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ist möglich. Da in den Übergangszeiten heizungsseitig niedrige Systemtemperaturen gefahren werden, spielt die Art der Wärmeverteilung für die Effektivität der Anlage nur eine untergeordnete Rolle. So kann eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung sowohl in Verbindung mit Fußbodenheizung als auch mit Heizkörpern realisiert werden. Für die Anlagen zur Trinkwassererwärmung kombiniert mit Heizungsunterstützung liegt die anzustrebende Deckungsrate zwischen 15 % und 35 % des Gesamtjahreswärmebedarfs für Warmwasser und Heizung. Als Sonnenkollektor für Anlagen zur Heizungsunterstützung ist wegen seiner hohen Leistungsfähigkeit und des dynamischen Ansprechverhaltens besonders der Hochleistungs-Flachkollektor zu empfehlen. Die Auslegung des Kollektorfeldes für eine Solaranlage zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ist direkt abhängig vom Heizwärmebedarf des Gebäudes und der gewünschten solaren Deckungsrate. Es wird in der Heizperiode generell nur eine Teildeckung erreicht. 43

44 Solaranlagen Schema Solare Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung 44

45 Solaranlagen Schema: Bivalente Solaranlage zur Trinkwassererwärmung Bei Großanlagen im Sinne des DVGW muss das Wasser am Warmwasseraustritt des Trinkwassererwärmers stets eine Temperatur von 60 C einhalten. Der gesamte Inhalt von Vorwärmstufen ist mindestens einmal am Tag auf 60 C zu erwärmen. Bei kleinen Mehrfamilienhäusern können die Vorwärmstufe, d. h. das rein von der Solaranlage erwärmte Speichervolumen, und der Bereitschaftsteil, d. h. das konventionell beheizte Speichervolumen, auch in einem bivalenten Speicher vereint sein. Die tägliche Aufheizung wird durch eine Umschichtung zwischen Bereitschaftsteil und Vorwärmstufe ermöglicht. Hierzu wird zwischen Warmwasseraustritt und Kaltwassereintritt des bivalenten Speichers eine Verbindungsleitung mit Umwälzpumpe vorgesehen. Für die Ansteuerung der Pumpe kann der Regler KR-VWS eingesetzt werden. 45