Monatsverbräuche: mehr als nur Statistik

Transkript

1 Kati Jagnow 7. Arbeitskreis Potsdam, 26. November 15 1 Monatsverbräuche: mehr als nur Statistik Verfahren der Energieanalyse aus dem Verbrauch (EAV), Erzeugerdimensionierung, Wärmelieferverträge 2

2 Pflegeheim, Wärme vor Sanierung zeitliche Auftragung Elm 1+2, Wärme Gesamt - vor Sanierung Messpunkte Polynomisch (Messpunkte) Was sagt dies aus? 0 Feb. 07 Mrz. 07 Apr. 07 Mai. 07 Jun. 07 Jul. 07 Aug. 07 Sep. 07 Okt. 07 Nov. 07 Dez. 07 Jan. 08 Feb. 08 Zeitverlauf 3 Pflegeheim, Wärme vor Sanierung temperaturabhängige Auftragung Energieanalyse aus dem Verbrauch Elm 1+2, Wärme Gesamt - vor Sanierung Messpunkte Winterleistung Sommerleistung Steigung H = 2,93 kw/k schon besser! Grundleistung 14,43 kw Heizgrenze 15,4 C Außentemperatur, in C 4

3 Energieanalyse des Gebäudes (Leistung über Temperatur) 5 Messung von Verbrauchsdaten zur Detailanalyse T H P W P H W T Primärzähler (Gas, Wärme, Heizstrom) Wärmemengenzähler für Heizung Wärmemengenzähler für Trinkwarmwasser Außentemperatur sinnvoll ist eine monatliche oder wöchentliche Erfassung 6

4 Nutzen der EAV (Gebäude & Nutzer) Dauerleistung für Warmwasser Energiemenge für Warmwasser (Auswertung des Sommersockels) Planung von BHKW/Solarthermie Steigung für Heizung Energiemenge für Heizung, Abgleich zwischen gemessenem H und theoretischem H T +H V Plausibilitätsprüfung Heizgrenze Abgleich mit Theorie Plausibilitätsprüfung Extrapolation in den Bereich minimaler Außentemperaturen Leistung am kältesten Tag (Heizlast) 7 Auswertevorgang Energieanalyse aus dem Verbrauch Steigung H = 4,42 kw/k mittlere Heizleistung 34,9 kw Messpunkte Messpunkte Winterpunkte Messpunkte Winterpunkte Sommerpunkte Sommerpunkte Winterpunkte Messpunkte Grundleistung Grundleistung Warmwasserleistung Winterleistung Sommerpunkte Warmwasserleistung Grundleistung 17,5 kw Grundleistung 17,5 kw Heizgrenze 15 C mittlere 5 Temperatur Außentemperatur, in C in der Heizzeit 7,1 C Außentemperatur, in C Beispiel: Krankenhaus Jahresenergiemenge: 363 MWh/a 34,9 kw 251 d/a 24 h/d = 2 MWh/a (58%) + 17,5 kw 365 d/a 24 h/d = 153 MWh/a (42%) 8

5 Bezogene Heizlast, Heizgrenze, überschlägige Heizlast Q Q t h,mess mess 8 6 H: bezogener Wärmeverlust oder bezogene Heizlast; Maß für die Verluste aus Transmission und Lüftung vergleichbar mit dem theoretischen Wert H H T U H A V n V 0,34 Wh m³k Q HG a Heizgrenze Außentemperatur, in C Überschlägige Heizlast: Heizlast H 34K 9 Energieanalyse des Erzeugers (Leistung über Leistung)

6 Messung von Verbrauchsdaten zur Detailanalyse T H P W P H W T Primärzähler (Gas, Wärme, Heizstrom) Wärmemengenzähler für Heizung Wärmemengenzähler für Trinkwarmwasser Außentemperatur sinnvoll ist eine monatliche oder wöchentliche Erfassung 11 Detailanalyse eines Erzeugers 0,25 Bereitschaftsverluste: q B Verschiebung Verschiebung Steigung 0, Wirkungsgrad: 0,15 Steigung bestimmen K 1 Verscheibung Steigung 0, 0,05 0,00 Verschiebung bestimmen 0,00 0,05 0, 0,15 0, 0,25 Auslastung, in [-] 12

7 Erläuterung der Kennwerte Q K Q auf t mess lastabhängige Verluste Kesselwirkungsgrad aus: 1/ K 1 Bereitschaftsverluste aus: q B / K Nutzenergie Steigung 1 q B K Energieabgabe Q 1 Q K ab t mess Verschiebung q B K 13 Nutzen der EAV (Erzeuger) Steigung Überprüfung des Wirkungsgrades Verschiebung Überprüfung der Betriebsbereitschaftsverluste mittlere Belastung Prüfung der Dimensionierung alle Kennwerte belastbare Datenbasis VOR einer Modernisierung und Kontrolle der Erfüllung NACH einer Modernisierung 14

8 Qualitätssicherung 15 Einfluss des Nutzerverhaltens einschätzen Heizleistung aus gemessenem Verbrauch starkes Lüftungsverhalten in der Übergangszeit b Regression (Kernheizzeit) April bis Oktober Außentemperatur, in [ C] 16

9 Sommerheizung erkennen Energieanalyse aus dem Verbrauch,0 25,0,0 Steigung H = 1,492 kw/k Messpunkte Winterpunkte Sommerpunkte Grundleistung Winterleistung Sommerleistung 15,0,0 5,0 Grundleistung 1,62 kw 0,0 Heizgrenze 15,1 C Außentemperatur, in C Verwaltung 17 Verteilnetzverluste Nahwärme analysieren Nahwärme Neuerkerode: Zufuhr - Lieferung - Abnahme 00,0 20,0 00,0 Steigung: 98 kw/k 85 kw/k 88 kw/k Energiezufuhr (Erdgas + Bioabwärme) Netzwärmezufuhr Gebäudewärmeabnahme Biowärmeeinspeisung 10,0 Sockel: 00,0 645 kw 595 kw 0,0 375 kw 375 kw 0,0 0,0 5,0,0 15,0,0 25,0 Außentemperatur, in C 18

10 19 Umwälzpumpen und Verteilnetze Stand der Technik, Einsparpotenziale, Vorgehen beim Pumpentausch, Verteilnetze im Gebäude

11 Stand der Technik 21 Ungeregelte Pumpen einstufige Heizungspumpe (hier: 75 W) einstufige Zirkulationspumpe (hier: 46 W) mehrstufige Pumpen (hier: 46/67/93 W bzw. /45/W) einstufig = nicht einstellbar (einfacher Anschlusskasten) stufig einstellbar (stufiger Schalter, stufiges Symbol) 22

12 Geregelte Pumpen Regelpumpe, ältere Bauart (ohne Display, hier W) Symbol für Konstantdruckregelung Regelpumpe, neuere Bauart (mit Display, hier -0 W) stufenloses Symbol & stufenlose Einstellung der Druckdifferenz Symbol für Variabeldruckregelung Hocheffizienzregelpumpe, neueste Bauart (per Funk fernprogrammierbar und auslesbar, hier -85 W) (halbschalenförmiger) Permanentmagnet 23 Hinweis zum Betrieb von HEP magnetische Schwebstoffe im Heizungswasser werden vom Permanentmagneten angezogen daher Schwebstofffilter ("Schlammabscheider") vorsehen, der die Schwebstoffe entfernt, z.b. ebenfalls per Dauermagnet 24

13 Einsparpotentiale 25 Belastungsprofil für Pumpen "Blauer Engel" 26

14 Pumpenkennlinie höchste Drehzahl, ungeregelt möglicher Arbeitsbereich konstante Regelung andere Drehzahlen variable Regelung Volumenstrom in l/s oder l/h oder m³/h 27 Regelpumpe: Vergleich normal und hocheffizient 800 W für 2 l/s und 6 m 2 W für 2 l/s und 6 m 28

15 geschätzte Einsparpotentiale Pumpe wird passend dimensioniert Verbrauch sinkt auf 0 % % des Bestandswertes (je nach vorheriger Überdimensionierung und Vorhandensein einer Regelung) ungeregelte Pumpe wird ersetzt mit Regelpumpe Verbrauch steigt/ sinkt auf 1 % % des Bestandswertes (je nach Notwendigkeit einer Regelung) konstante wird ersetzt durch variable Regelung Verbrauch sinkt auf 0 % % des Bestandswertes (je nach Durchmischung der Verbraucher und damit Machbarkeit der Variabelregelung) konventionelle Pumpe wird ersetzt mit Hocheffizienzpumpe Verbrauch sinkt auf % % des Bestandswertes (andere Motortechnologie) 29 Verteilnetze im beheizten Bereich

16 Praxisbeispiel: Mehrverbrauch trotz guter Hülle? In modernisierten Plattenbauten: bei gleicher Qualität der Außenfassade und gleicher Erzeugung sehr unterschiedliche Heizenergieverbräuche 94 kwh/(m²a) 1 kwh/(m²a) (untersuchte Fläche : m²) (untersuchte Fläche : 154 m²) 17 % 64 % 83 % 36 % 5-Geschosser Zweirohrheizung kontrolliert in der Wohnung abgegeben 11- und 14-Geschosser Einrohrheizung über die Leitungen abgegeben 31 Netztypen Heizung Neubau - Etagenverteilertyp - - Etagenringtyp- B A kurze Verteilebene wenige Steigestränge lange Anbindeleitungen lange Verteilebene wenige Steigestränge kurze Anbindeleitungen - Steigestrangtyp - - Strahlungs- und Luftheizung D C lange Verteilebene viele Steigestränge kurze Anbindeleitungen Bestand kurze Verteilebene kurze Steigestränge kurze Anbindeleitungen 32

17 Typische Verlegedichte von Leitungen Heiznetze, alle Leitungen Zweirohr gebäudezentral Ringleitungstyp Zweirohr wohnungsweise Ringleitungstyp 1, Zweirohr gebäudezentral Estrichverteiler Zweirohr wohnungsweise Estrichverteiler 1, Zweirohr gebäudezentral Steigestrangtyp 1, 1,00 0, 0,80 m/m² 0,80 0, 0, 2x2 2x 3 2x4 4x 3 4x 4 6x8 6x 4 0, 0,00 2x2_0m² 2x3_4m² 2x4_0m² 4x3_900m² 4x4_m² 6x4_1800m² 6x8_30m² Gebäudetyp 33 Temperaturdifferenz Rohr - Umgebung, in K mittlere Auslegungstemperatur, in C beheizter Bereich Keller Anordnung der Leitung Reglereinstellung ,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0% 6. Ergebnis: längenbezogener Wärmeverlust, in kwh/(m a) 5. Dämmqualität des Rohres % % kwh/(m a) 35 0% 0% Temperaturdifferenz Rohr - Umgebung, in K 5 4. DN, in mm 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,

18 Fazit & Empfehlungen Beispiel MFH-Neubau: 0,7 m/m² 25 kwh/(m a) = 18 kwh/(m²a) Leitungen im unbeheizten Bereich: Länge minimieren und 0 0 % dämmen (Hauptgrund: Heizkosten) Leitungen im beheizten Bereich: Länge minimieren und 0 % dämmen (Hauptgrund: schlechte Regelbarkeit, ungerechte Heizkostenabrechnung) 35 36

19 Gering investive Anlagenoptimierung Anpassung der Heizkurve, hydraulischer Abgleich, Optimus 37 Was gehört zur Optimierung? Erfassung von Heizkörpern und Raumheizlasten ggf. Neuinstallation und Voreinstellung von Ventilen oder Rücklaufverschraubungen (überschlägige) Ermittlung von Druckverlusten im Netz und der Zentrale Auswahl einer neuen Pumpe oder Einstellung der alten ggf. Anpassung der Erzeugerleistung Einstellung der Regler

20 Temperaturoptimierung 39 Überblick: Was beeinflusst die Optimierung der Systemtemperatur? Nutzer Wärmeübergabe, dezentrale Regelung und Heizkostenerfassung fühlbare Temperatur auch in der Übergangszeit garantierte Funktion der Heizkostenerfassung am Markt verfügbar kleinste Thermostatventile und deren Regelverhalten Ventilautorität und resultierendes Regelverhalten Wärmeübertragerkennwert der Heizflächen und deren Regelverhalten Maximale praktikable Spreizung und Schnellaufheizung Wärmeverteilung Minimierung von Hilfsenergien Minimierung der Verteilverluste Vorhandene Druckerhöhung im Netz und ableitbare Konsequenzen Wärmeerzeugung Temperaturbegrenzung bei Kesseln Mindestvolumenstrom bei Brennwertkesseln Temperaturbegrenzung bei Fernwärme Temperaturbegrenzung bei Wärmepumpen

21 Normheizkörperleistung Beispielheizkörper im Prüflabor: C 00 W Prüfbedingungen: 75/65/ C gemessen: Heizkörperleistung: 00 W Volumenstrom: 86 l/h (beide Werte stehen im Prospekt) 75 C 65 C 0 70 C Typ Leistung ergibt sich bei einer mittleren Heizkörpertemperatur von ca. 70 C, d.h. K Übertemperatur über Raumtemperatur 41 Betriebsverhalten von Heizkörpern im Gebäude Heizkörperleistung = Raumheizlast: 0 W (nur % des Prüfstandswertes) dazu mittlere Übertemperatur von ca. 0,6 K = K notwendig, d.h. mittlere Heizkörpertemperatur von ca. C C 0 W z.b. C 1. bei Wahl von C Vorlauftemperatur ergibt z.b. C 2. sich eine Rücklauftemperatur von C (Volumenstrom: 26 l/h) bei Wahl von 55 C Vorlauftemperatur ergibt sich eine Rücklauftemperatur von 45 C (Volumenstrom: 52 l/h) usw. C Vereinfachung: Heizkörperexponent vernachlässigt 42

22 Beispielhafte Ermittlung einer neuen Vorlauftemperatur Auslegungsdiagramm für Heizkörper ( C Raumtemperatur) & /Q & Q N & / m & N m Leistungsverhältnis Heizkörperexponent n: 1,3 Massenstromverhältnis Normdaten: 75 / 65 / C beide bezogen auf die Normangaben des Herstellers 80 tv tv tr 70 tr N & /Q & Q N & /m & m N Küche 0 Wohnen Bad Schlafen 0 Vorlauftemperatur, in [ C] mindestens 56 C, damit es im Wohnzimmer warm wird, aber nicht mehr als 75 C, damit in der Küche/Bad gewählt: C die Volumenströme nicht zu klein werden. 43 Beispielhafte Ermittlung der Volumenströme Auslegungsdiagramm für Heizkörper ( C Raumtemperatur) & /Q & Q N & / m & N m Leistungsverhältnis Heizkörperexponent n: 1,3 Massenstromverhältnis Normdaten: 75 / 65 / C beide bezogen auf die Normangaben des Herstellers 80 tv tv tr 70 tr N & /Q & Q N & /m & m N Küche 0 0 Vorlauftemperatur, in [ C] Bad Wohnen Schlafen Ablesen der prozentualen Normvolumenströme bei C Vorlauf 44

23 Beispielhafte Ermittlung der einzelnen Rücklauftemperaturen Auslegungsdiagramm für Heizkörper ( C Raumtemperatur) & /Q & Q N & / m & N m Leistungsverhältnis Heizkörperexponent n: 1,3 Massenstromverhältnis Normdaten: 75 / 65 / C beide bezogen auf die Normangaben des Herstellers 80 tv tv tr 70 tr N & /Q & Q N & /m & m N Küche 0 Bad Wohnen Schlafen 0 Vorlauftemperatur, in [ C] Ablesen der Rücklauftemperaturen bei C Vorlauf 45 Druckoptimierung 46

24 Überblick: Was beeinflusst die Optimierung der Hydraulik? vorhandener Druck im Netz Arten der Pumpenregelung veränderlicher oder fester Druck? Sonderproblem: Kessel mit integriertem Überströmventil und fester Pumpe Druckverluste Rohleitungslängen- und Druckgefälle Sondereinbauten Thermostatventile 47 Verteiler und Sammler mit typischen zentralen Bauteilen 2 Hauptleitungen Absperrschieber Absperrschieber Abzweig zum Mischventil Pumpe Mischventil Wärmemengenzähler Absperrschieber Verteiler, Vorlauf Sammler, Rücklauf 48

25 Hydraulischer Abgleich Hydraulisch nicht abgeglichene Anlage Hydraulisch abgeglichene Anlage Zusatzwiderstand zum Abgleich (Durchflussbegrenzung) 49 Möglichkeiten zum Aufbringen der Widerstände 1) voreinstellbare Ventile Engpass 2) nicht voreinstellbare Ventile plus Rücklaufverschraubung

26 Abschätzung der Druckverluste in Bestandsnetzen Das (vermeintlich) größte Problem bei der Abschätzung der Druckverluste im Netz bereitet die Ermittlung der R-Werte. früher Auslegung mit einer bestimmten Spreizung ( K) und einem bestimmten maximalen R-Wert (0 Pa/m) Modernisierung Heizlast sinkt bei gleicher Spreizung sinkt Volumenstrom im selben Verhältnis R-Werte sinken quadratisch Volumenstrom hängt auch von der alten und neuen Spreizung kleinere Systemspreizungen führen zu größeren Volumenströmen R-Werte steigen quadratisch Praxiserfahrungen zeigen: Modernisierung bewirkt meist insgesamt sinkende Volumenströme und damit Druckverluste 51 Einsparung und Wirtschaftlichkeit 52

27 Verbrauchsmessungen Wenigverbraucher als Referenzgruppe Vergleich des Energieverbrauchs der optimierten Gebäude und der nicht optimierten Referenzgruppe: zweite Heizperiode: Verbrauchsmessung Festellen des Einsparpotentials durch die Optimierung Optimierung der Vielverbraucher erste Heizperiode: Verbrauchsmessung 53 Gewählte Gebäude im Projekt Optimus 92 Gebäude mit Kessel 33 mit Fernwärme 52 EFH MFH mit Baujahren vor 1978 mit Baujahren von mit Baujahren ab Energetisch auswertbare beheizte Fläche in 75 Gebäuden: m² 54

28 Wirtschaftlichkeit der Optimierung Wirtschaftlichkeit der Optimierung notwendige Einsparung (Werte bezogen auf die beheizte Fläche) Erreichte Einsparung () EFH (19) MFH (11) bis bis (18) 1994 (9) alle Gebäudetyp ab 1995 Fernwärme Gas/Öl (3) (8) (22) Baujahr Versorgung 55 Kosten Verallgemeinerte Kosten für die Optimierung EFH MFH (für EFH und M FH unte rschie dlich großer be he izte r Fläche) ,0 /m² 2,5 /m² 000 1,0 /m² neue Pumpe/neuer Differenzdruckregler + Thermostatventile neue Thermostatventile 00 neue Pumpe/neuer Differenzdruckregler Komponenten nur einstellen beheizte Fläche, in [m²] 56

29 Optimierungsempfehlungen Bewertung anhand Energieeinsparung sowie Wirtschaftlichkeit. EFH mit Kessel mit Fernwärme Baujahr bis 1977 nicht baulich modernisiert Baujahr bis 1977 größtenteils baulich modernisiert Baujahr 1978 bis 1994 Baujahr ab 1995 MFH mit Kessel mit Fernwärme o o o o Uneingeschränkte Empfehlung: Gebäude mit Baujahren ab 1978 Gebäude mit Baujahren vor 1977: vorwiegend MFH und Gebäude mit Kesseln (größere Einsparungen zu erwarten) - möglichst wenn ohnehin Investitionen in die Anlage / Baukörpermodernisierung notwendig sind - oder wenn einstellbare Komponenten vorhanden sind 57 58

30 Literatur und Links 59