Energetische Modernisierung im Bestand Wirtschaftlichkeit und Praxiserfahrungen

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1 Energetische Modernisierung im Bestand Wirtschaftlichkeit und Praxiserfahrungen Energieberatertag am 16. November 2009 EffizienzOffensive Energie Rheinland-Pfalz (EOR) Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff EOS Institut für energieoptimierte Systeme Ostfalia Hochschule Wolfenbüttel/Braunschweig 1

2 Erfahrungen aus den Arbeiten in der Normung für die EnEV und aus zurückliegenden Projekten der DBU von Verschwendungspotenziale durch Qualität begrenzen Verordnungen und Gesetze auch kritisch hinterfragen 1. Abschied vom Kompensationsprinzip der EnEV EEWärmeG Einzelanforderungen an Bauteile und Komponenten 2. Geringinvestive Maßnahmen oder Ganzheitliche Modernisierung? 3. Effizienzdefizite in der Praxis und Verbesserungsvorschläge 4. Wechselwirkungen zwischen Gebäude und Anlagentechnik 5. Energieanalyse aus dem Verbrauch für Einsparprognosen sowie für Monitoring und Erfolgskontrolle Fazit: Empfehlungen für die Gebäude und Anlagentechnik 2

3 Abschied vom Kompensationsprinzip der EnEV Man sollte sich vom Bilanzierungsprinzip für den End- bzw. Primärenergienachweis nach der EnEV + EEWärmeG verabschieden. Bei Neubauten und ganzheitlichen Modernisierungen sollten heute mindestens die Anforderungen der EnEV 2012/14 angesetzt werden. Best-Practise-Lösungen! TGA-Fachplaner 04/2009: Konjunkturpaket II EnEV 2012 sollte Pflicht sein. Nur halbherzig arbeitet die Bundesregierung daran, den Energieverbrauch von Gebäuden zu senken. Durch zögerliches Verhalten und übertriebene Samthandschuhe bleibt sie weit hinter den wirtschaftlich umsetzbaren Möglichkeiten zurück. Mittel aus dem Konjunkturpaket II können so für suboptimale Sanierungen für die nächsten 30 Jahre ver(sch)wendet werden. Höchst-Anforderungen an Bauteile und Komponenten Wirtschaftlichkeit: Äquivalenter Energiepreis: ΔKa(Invest + zusätzliche IH) geteilt durch ΔQ 3

4 Wirtschaftlichkeit Methodik der Wertanalyse (DBU Projekte) Maßnahme Dämmung (Dach, Kellerdecke, Außenwand) Energieeinsparung in kwh/(m²a) Investition in /m² Äquivalenter Energiepreis in /kwh ,02 0,20 Fenster ,06 0,30 Kesseltausch ,02 0,20 Komfortlüftung (max) ,08 0,25 Solare Trinkwassererwärmung Solare TWW und Heizungsunterstützung 5 20 (max) ,10 0, (max) ,10 0,40 Heizungsoptimierung nach baulicher Modernisierung ,02 0,04 Bezugsfläche für bezogene Größen: beheizte Fläche 4

5 Früher: Sorgfältige Planung und Auslegung Heute: "Plug & Play"... so wird es gelehrt, so wurde es auch früher mit Erfolg durchgeführt und so muss es wieder werden 1. Heizlastermittlung (DIN 12831) 2. Heizkörperauslegung optimiert 3. Rohrnetzberechnung mit Pa/m, Ventilautorität 0,5 am ungünstigsten Heizkörper, XP = 0,7-2 K für die TH-Ventile 4. Angepasste Auslegung der Pumpe -Hocheffizienzpumpe 5. Kessel passend zum Gebäude ohne oder mit geringem hydraulischen Widerstand 6. Einstellung der Heizkurve gemäß Heizkörperauslegung und Optimierung

6 Wechselwirkungen zwischen Gebäude- und Anlagentechnik Mehrverbrauch trotz gleich guter Hülle (DBU-Projekte: Kennwerte) In modernisierten Plattenbauten: bei gleicher Qualität der Außenfassade und gleicher Erzeugung sehr unterschiedliche Heizenergieverbräuche 94 kwh/(m²a) 120 kwh/(m²a) (untersuchte Fläche : m²) (untersuchte Fläche : m²) 17 % 64 % 83 % 36 % 5-Geschosser Zweirohrheizung kontrolliert in der Wohnung abgegeben über die Leitungen abgegeben 11- und 14-Geschosser Einrohrheizung 6

7 Reale Effizienz von Brennwertkesseln (DBU-Projekt) SYMPTOM In "unbegleiteten" Niedrigenergie-Ein- und Mehrfamilienhäusern werden im Durchschnitt nur Kesselnutzungsgrade von 80-95% bezogen auf den unteren Heizwert gemessen. Werte liegen um ca % unter Normnutzungsgraden! 1,1000 1,0500 Jahresnutzungsgrad 1,0000 0,9500 0,9000 0,8500 0,8000 Mittelwert 0,955 0,7500 0, Anlagen 7

8 Ehrliche anstelle "verschleierter Energiebilanzen" Beispiel: "Brennwertkessel in der Praxis in alten Mehrfamilienhäusern" Auswertung der Nutzungsgrade und Kesselverluste aus dem Projekt OPTIMUS für Brennwert- und Niedertemperaturkessel: Nutzungsgrad (BW-K):79% Nutzungsgrad (NT-K): 73% Kesselverluste: 39 kwh/(m²a) Kesselverluste: 59 kwh/(m²a) Gesamtverbrauch: 191 (BW) 220 (NT) in kwhhs/(m²a) Nach einem Bedarfsorientierten Energiepass hätten sich Kesselverluste von 22 anstelle 39 kwh/(m²a) und nach den "Normnutzungsgraden" aus Kesselherstellerangaben hätten sich 5 10 kwh/(m²a) ergeben! Bessere Werte sind erreichbar, aber nur mit Qualitätssicherung 8

9 Optimierung von Heizungsanlagen DBU-PROJEKT: OPTIMUS Die Optimierung in der Planung und Ausführung umfasst: 1. den hydraulischen Abgleich mit Voreinstellung von Thermostatventilen, 2. die Einstellung der ausreichenden Förderhöhe an der Pumpe 3. die Einstellung der Vorlauftemperatur am zentralen Regler. Optimierung zur Verminderung des Verschwendungspotentials für Wärme, der elektrischen Hilfsenergie für die Pumpe und zur Komfortverbesserung 9

10 Wirtschaftlichkeit der Optimierung Wirtschaftlichkeit der Optimierung (Werte bezogen auf die beheizte Fläche) äquivalente Energieeinsparung, in [kwh/(m²a)] (30) EFH (19) MFH (11) bis 1977 (18) 1978 bis 1994 (9) ab 1995 (3) notwendige Einsparung Erreichte Einsparung Fernwärme (8) Gas/Öl (22) alle Gebäudetyp Baujahr Versorgung 10

11 Heizkörper und Komfortlüftung Faktor-10-Häuser (proklima) Komfortlüftung unter Beibehaltung der alten Heizkörper sinnvoll? Nein! Bezogene Energiekennwerte des Jahresenergieverbrauchs der 12 Wohnungen eines spez. auf Jahresenergieverbrauch Passivhausniveau sanierten MFH 110,0 Energieverbrauch, in [kwh/m²a] 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 65,2 50,1 18,1 7,8 1,6 46,5 17,5 17,3 78,1 99,7 95,4 20,3 Mittelwert 43kWh/m²a 17,3 17,5 18,1 20,3 46,5 50,1 65,2 78,1 95,4 99,7 10,0 0,0 1,6 7,8 II.OG Mitte rechts II.OG Mitte links I.OG Mitte I.OG links II.OG links EG rechts II.OG rechts DG rechts DG links I.OG rechts EG Mitte EG links 11

12 Regelbarkeit der Wärmeübergabe (proklima): Sind beibehaltene träge Heizkörper oder Fußbodenheizungen bei den geringen Heizlasten überhaupt noch vernünftig stetig regelbar? Nein! Unter 30 W/m² keine konventionelle Fußbodenheizung (KfW 70-85) Von W/m² einfache Plattenheizkörper (KfW 55) Unter 10 W/m² nur Luftheizung aus Komfortlüftung mit WRG (PH) C C C 70 (30) W/m² * C 70 (30) W/m² * Altbau NEH PH 1K 60 (40) C* 0 (3) W/m² * 25 (10) W/m² * C 25 (10) W/m² * 38 (29) C* 10 (4) 29 (24) C* W/m² * 1K C Altbau NEH PH 0 (3) W/m² * 0 (3) W/m² * 0 (3) W/m² * 10 (4) W/m² * 1K 0 (3) W/m² * 0 (3) W/m² * Fremdwärme * Volllast (Teillast) Transmission + Lüftung Fazit: Komfortlüftung mit WRG und nur Not- Heizkörper oder Heizkörper mit Fensterlüftung/(KWL auf Wunsch) 12

13 Die Frage ist: ab welchem Standard ist diese Maßnahme notwendig? 13

14 Widersprüchlichkeiten des EEWärmeG und der EnEV 2009 Die Definition im ursprünglichen Entwurf war sinnvoller! 14

15 Konsequente Bilanzen zur Vermeidung von Fehlentwicklungen Es zählt nicht der Solarertrag: QKK/HSolar Es zählt nicht die Verminderung der Kesselnutzwärme QK, wie es das EEWärmeG ansetzt (> 15% Wärmeenergie ab Erzeuger) Es zählt allein die Endenergieeinsparung QGas im Vergleich (ohne und mit Solaranlage) Diese ist mess- und nachweisbar! 15

16 Anlagenschaubild einer Felduntersuchung MFH (2) mit Solarthermie (TWW + HU), Bj. 1973, 1350 m² Pufferspeicher 2 x 950 Liter Zirkulation TWW Solaranlage Kaltwasser Raumheizung Haus Nr. 11 NT-Kessel Inkl. AWÜ Raumheizung Haus Nr. 9 Messstellen 16

17 Energiebilanz einer Felduntersuchung: MFH (2) eine Heizzentrale Bj. 1973, 1350m² Ist-Zustand: Primärenergie: 363 MWh/a 17

18 Zwei Alternativen zur Solaranlage 1. Ohne Solar und Pufferspeicher: Primärenergie: 354,1 MWh/a 18

19 2. Ohne Solar und Pufferspeicher TWW elektrisch direkt: Primärenergie: 331,5 MWh/a 19

20 Ergebnis einer Feldmessung in zwei MFHern (Bj. 1973, AEB = 1350 m²) Ist-Zustand: Endenergie für Heizung und Trinkwarmwasser: Primärenergie für Heizung und Trinkwarmwasser: Wärmeabgabe Gaskessel (Nutzungsgrad 89%) Wärmeabgabe Solaranlage (Solarertrag): Summe Wärmeenergiebedarf: 330,0 MWh/a 363,0 MWh/a 292,3 MWh/a 10,5 MWh/a 302,8 MWh/a Nutzenergie Raumheizung: 228,5 MWh/a Nutzenergie Trinkwarmwasser: 18,9 MWh/a Verluste Zentrale und Zirkulation (Zuordnung Trinkwarmwasser):55,4 MWh/a Summe Wärmeenergiebedarf: 302,8 MWh/a Verluste Kessel (Zuordnung Raumheizung): Verluste Kessel (Zuordnung Trinkwarmwasser): Aufwand Trinkwarmwasser (18,9 + 55,4 + 8,2): Kosten TWW (82,5 MWh/a mal 70 /MWh / 18,9MWh/a): 29,5 MWh/a 8,2 MWh/a 82,5 MWh/a 0,30 /kwh 20

21 Energieanalyse aus dem Verbrauch für Energiesparprognosen DBU-Projekt: Neuerkerode 2015 (ca. 1 Mio. /a Gaskosten 2015) Energiezufuhr und Wärmelieferung der Nahwärme 2500 Messpunkte Zufuhr 2000 Messpunkte Lieferung Zufuhr - Grundlast Leistung, in kw ,7 kw/k 104,4 kw/k Lieferung - Zufuhr Zufuhr Lieferung 649 kw 500 Netzverluste konst. ca. 253 kw 396 kw Außentemperatur, in C E A V zeigt: Hohe Verteilverlustleistung im Jahresgang [40 kwh/(m²a)]! 21

22 Problematik Nahwärme/Verteilnetze (DBU-Projekt Neuerkerode 2015 ) Neuerkerode Energieflüsse Nahwärme in MWh/a (witterungskorrigiert, brennwertbezogen) Zentrale 84,4 % Kessel 84,7 % Feuerung 86,0 % Verteilnetz 80,4 % 2861 Biowärme 9016 Gas 99 % Heizöl 1 % Input Nutzen Verteilverluste heute: 20% zukünftig: 40-50% Anschlussdichte so hoch, dass Biomassebudget [30 kwh/(m²a)] reicht Abgas Komponenten Oberfläche Verteilnetz 22

23 Fazit: Geringinvestive Maßnahmen oder ganzheitliche Modernisierung? Fragen und Gesichtspunkte für ein zu empfehlendes Vorgehen: 1. Frage: Welche Restlebensdauer wird für das Gebäude angesetzt? 2. Frage: Baujahr des Gebäudes vor oder nach der 1. WschV 1977? 3. Frage: Umstellung des Energieträgers + regenerative Energien? 4. Frage: Stufenplan (teurer) oder ganzheitliche Modernisierung? 5. Frage: Welches Investitionsvolumen steht zur Verfügung? Empfehlungen (Wertanalyse + Wirtschaftlichkeitsanalyse Energie + IH): 1. Energieberatung + Begleitung der Umsetzung (Bau + Anlagentechnik) ca (15)% der Baukosten für Architekt und Energieberater 2. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Instandsetzung und energetische Modernisierung: Instandsetzungsmodernisierung: 2 mal /m² 3. Umfassende Qualitätssicherung: Bau (Wärmebrücken, Dichtheit) und Anlagentechnik (Heizungsoptimierung: Erzeuger, Verteilung, Abgabe, Hydraulischer Abgleich Thermostatventile, Pumpen- und Reglereinstellung, Lüftungstechnik ja/nein?) ca /m² 4. Monitoring und Erfolgsnachweis über min. 2 Jahre: E A - V 23

24 Zukünftiges Primärenergie-Einsparpotenzial bei Optimierung und Qualitätssicherung von Planung, Ausführung und Betrieb im Neubau und nach einer baulichen Modernisierung: ΔQ = kwh/(m²a) Weitere Informationen: 24