future:solar l Systemanalyse zur solaren Energieversorgung

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1 Institut für Gebäude und Solartechnik Prof. Dr. Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig future:solar l Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Univ. Prof. Dr. Ing. M. Norbert Fisch Dipl. Ing. Sven Reiser, Dipl. Ing. Mathias Schlosser, Robert Kellner B.Sc. Stuttgart,

2 future:solar - Agenda future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung 1. Projektvorstellung 2. Ergebnisse % regenerative Deckung Einfamilienhaus 3. Ergebnisse % regenerative Deckung Mehrfamilienhaus 4. Ausblick EnergiePlus Stadtquartiere July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 2

3 future:solar Ziele Erneuerbare Energieversorgung von Gebäuden Solarthermie und / oder PV? Jahresbilanzen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 3

4 future:solar Projektstruktur Investitions- und Betriebskosten Endenergie-Profile Bedarfsprofile Modellbildung Gebäude und Simulation System- definition Simulationen Versorgungs- systeme Technische und ökonomische Auswertung July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 4

5 future:solar Gebäude capacity 0,3 m³ Einfamilienhaus Mehrfamilienhaus Stadtquartier Neubau Wohnfläche: 140 m 2 Wohnfläche: 613 m 2 Fläche: m Pers.: 4 Pers.: 17 / 8 Wohnungen 270 Wohnungen Sanierung Wohnfläche: 140 m 2 Pers.: 4 Wohnfläche: 416 m 2 Pers.: 12 / 6 Wohnungen Wohnfläche: m Wohnungen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 5

6 Herleitung von Mustergebäuden aus statistischen Daten der Gebäudegeometrien (IWU) future:solar Gebäude Neubau Sanierung EnEVEV % EnEVEV % July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 6

7 future:solar Gebäude Nutzenergiebedarf RLT Nutzerstrom Zirkulation WWB Heizen Nutzenergie e [kwh/m²a] EFH Neubau EFH Sanierung MFH Neubau MFH Sanierung (beheizte NF 149 m²) (beheizte NF 149 m²) (beheizte NF 631 m²) (beheizte NF 429 m²) July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 7

8 future:solar Gebäude Nutzenergiebedarf RLT Nutzerstrom Zirkulation WWB Heizen Nutzenergie e [kwh/m²a] EFH Neubau EFH Sanierung MFH Neubau MFH Sanierung (beheizte NF 149 m²) (beheizte NF 149 m²) (beheizte NF 631 m²) (beheizte NF 429 m²) July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 8

9 future:solar Energieversorgungsvarianten Variante Beschreibung Gaskessel ST + PV Wärmepumpe PV BHKW PV Biomasse ST + PV el. Heizstab ST + PV Fernwärme PV* Versorgungs- netz Heizsystem Erneuerbare Energie ege *PE-faktor =0,7 July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 9

10 future:solar Gebäude capacity 0,3 m³ Einfamilienhaus Mehrfamilienhaus Stadtquartier Neubau Wohnfläche: 140 m 2 Wohnfläche: 613 m 2 Fläche: m 2 Pers.: 4 Pers.: 17 / 8 Wohnungen 270 Wohnungen Sanierung Wohnfläche: 140 m 2 Pers.: 4 Wohnfläche: 416 m 2 Pers.: 12 / 6 Wohnungen Wohnfläche: m Wohnungen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 10

11 future:solar Energieversorgung Einfamilienhaus Neubau Var. 1 Gastherme + ST + PV Var. 2 Wärmepumpe + PV ST 28 kw p (~40 m²) PV PV 6 kw p 6 kw p (~41 m²) (~41 m²) r erba rneue % er Volumen 10 m³ Volumen 0,3 m³ July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 11

12 90 future:solar Kostenanalyse Investitionskosten / Energieversorgungssystem (Einfamilienhaus Neubau) 80 Brutt to-investitions skosten [T ] % er rneue erba r 10 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 40 m² PV 6,0 kwp Wärmepumpe PV 6,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 16,1 kwp Biomasse ST 12,0 m² PV 4,5 kwp el. Heizstab ST 12 m² PV 9,8 kwp Fernwärme PV 13,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 12

13 future:solar Kostenanalyse Jährliche Bruttokosten (Einfamilienhaus Neubau) Kosten Wartung, Instandsetzung [ /a] Energiekosten [ /a] Kapitalkosten [ /a] n [ /a] Brutto-Jahres sgesamtkoste Jahresgesamtkosten [ /a] % er rneue erba r Kapitalzins 3,0 % Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 40 m² PV 6,0 kwp Wärmepumpe PV 6,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 16,1 kwp Biomasse ST 12,0 m² PV 4,5 kwp el. Heizstab ST 12 m² PV 9,8 kwp Fernwärme PV 13,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 13

14 future:solar Dachflächen EFH Neubau 120 Flächenbedarf Solarthermie und Photovoltaik Photovoltaik [m²] Solarthermie [m²] maximale Dachfläche Fläche [m²] maximale Dachfläche r % er rneue erba 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 40 m² PV 6,0 kwp Wärmepumpe PV 6,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 16,1 kwp Biomasse ST 12,0 m² PV 4,5 kwp el. Heizstab ST 12 m² PV 9,8 kwp Fernwärme PV 13,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 14

15 future:solar Gebäude capacity 0,3 m³ Einfamilienhaus Mehrfamilienhaus Stadtquartier Neubau Wohnfläche: 140 m 2 Wohnfläche: 613 m 2 Fläche: m 2 Pers.: 4 Pers.: 17 / 8 Wohnungen 270 Wohnungen Sanierung Wohnfläche: 140 m 2 Pers.: 4 Wohnfläche: 416 m 2 Pers.: 12 / 6 Wohnungen Wohnfläche: m Wohnungen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 15

16 future:solar Dachflächen EFH Sanierung Flächenbedarf Solarthermie und Photovoltaik Photovoltaik [m²] Solarthermie [m²] Fläc che [m²] maximale Dachfläche h r % er rneue erba 20 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 14 m² PV 17,1 kwp Wärmepumpe PV 7,3 kwp BHKW 4,7 kw th PV 22,1 kwp Biomasse ST 14 m² PV 5,1 kwp el. Heizstab ST 12 m² PV 14,9 kwp Fernwärme PV 18,5 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 16

17 future:solar Gebäude capacity 0,3 m³ Einfamilienhaus Mehrfamilienhaus Stadtquartier Neubau Wohnfläche: 140 m 2 Wohnfläche: 613 m 2 Fläche: m 2 Pers.: 4 Pers.: 17 / 8 Wohnungen 270 Wohnungen Sanierung Wohnfläche: 140 m 2 Pers.: 4 Wohnfläche: 416 m 2 Pers.: 12 / 6 Wohnungen Wohnfläche: m Wohnungen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 17

18 450 future:solar Kostenanalyse Investitionskosten / Energieversorgungssystem (Mehrfamilienhaus Neubau) 400 NGF] spez. Brutt to-investitions skosten [ /m² % er rneue erba r 50 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 151 m² PV 34 kwp Wärmepumpe PV 32,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 63,0 kwp Biomasse ST 40,0 m² PV 23,4 kwp el. Heizstab ST 40 m² PV 45,4 kwp Fernwärme PV 58,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 18

19 future:solar Kostenanalyse Jährliche Bruttokosten (Mehrfamilienhaus Neubau) spez. Brutto o-jahresgesam mtkosten [ /m m²ngfa] ,2 20,6 23,7 20,9 Kosten Wartung, Instandsetzung [ /m²ngfa] Energiekosten [ /m²ngfa] Kapitalkosten [ /m²ngfa] spez. Jahresgesamtkosten [ /m² NGFa] 23,4 18,0 % er rneue erba r 0-5 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Kapitalzins 3,0 % Gaskessel ST 151 m² PV 34 kwp Wärmepumpe PV 32,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 63,0 kwp Biomasse ST 40,0 m² PV 23,4 kwp el. Heizstab ST 40 m² PV 45,4 kwp Fernwärme PV 58,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 19

20 future:solar Dachflächen MFH Neubau Flächenbedarf Solarthermie und Photovoltaik Photovoltaik [m²] Solarthermie [m²] Fläche [m m²] maximale Dachfläche % er rneue erba r 50 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 151 m² PV 34 kwp Wärmepumpe PV 32,0 kwp BHKW 2,5 kw th PV 63,0 kwp Biomasse ST 40,0 m² PV 23,4 kwp el. Heizstab ST 40 m² PV 45,4 kwp Fernwärme PV 58,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 20

21 future:solar Gebäude capacity 0,3 m³ Einfamilienhaus Mehrfamilienhaus Stadtquartier Neubau Wohnfläche: 140 m 2 Wohnfläche: 613 m 2 Fläche: m 2 Pers.: 4 Pers.: 17 / 8 Wohnungen 270 Wohnungen Sanierung Wohnfläche: 140 m 2 Pers.: 4 Wohnfläche: 416 m 2 Pers.: 12 / 6 Wohnungen Wohnfläche: m Wohnungen July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 21

22 future:solar Dachflächen MFH Sanierung Flächenbedarf Solarthermie und Photovoltaik Photovoltaik [m²] Solarthermie [m²] Fläche [m²] maximale Dachfläche % er rneue erba r 50 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Gaskessel ST 40 m² PV 51,2 kwp Wärmepumpe PV 26,8 kwp BHKW 4,7 kw th PV 63,3 kwp Biomasse ST 40,0 m² PV 17,6 kwp el. Heizstab ST 40 m² PV 45,4 kwp Fernwärme PV 58,0 kwp July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 22

23 future:solar Übersicht Wirtschaftlichkeit Variante Beschreibung Gaskessel ST + PV Wärmepumpe PV BHKW PV Biomasse ST + PV el. Heizstab ST + PV Fernwärme PV EFH Neubau EFH Sanierung MFH Neubau MFH Sanierung July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 23

24 future:solar Ausblick Quartier Quartier Neubau Gesamtquartier Wohnen ~ m² Büro / Dienstleistung i t ~ m² Einzelhandel ~ m² Gesamtfläche ~ m² Quartier Bestandssanierung Gesamtquartier Wohnen ~ m² July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 24

25 future:solar Ausblick Quartier Quartier Neubau Gesamtquartier Wohnen ~ m² Büro / Dienstleistung i t ~ m² Einzelhandel ~ m² Gesamtfläche ~ m² Für eine % regenerative Versorgung sind weitere solare Quartier Bestandssanierung Nutzflächen notwendig Gesamtquartier Wohnen ~ m² July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 25

26 future:solar Vielen Dank Solarthermie und / oder PV? Expertenworkshop im Rahmen des F&E für ihre Projekts future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Termin: 13. März 2014 Ort: EUREF CAMPUS Berlin Wasserturm Raum: Audimax Aufmerksamkeit Institut für Gebäude und Solartechnik Prof. Dr. Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig July 4, 2014 future:solar Systemanalyse zur solaren Energieversorgung Seite 26