Konzeptstudie zur wirtschaftlichen energetischen Sanierung der Heizungs- und Trinkwassererwärmungsanlagen

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1 Konzeptstudie zur wirtschaftlichen energetischen Sanierung der Heizungs- und Trinkwassererwärmungsanlagen Nr.: vom für die: Hermann-Sohnle-Siedlung Garmischer Str Augsburg

2 Beteiligte: Auftraggeber: Diakonisches Werk Augsburg e.v. Spenglergässchen 7 a Augsburg Herr Markus Bottlang Kaufmännischer Vorstand Fon: 0821 / Fax: 0821 / Auftragnehmer: IBOS Ing.-Büro O. Silberhorn Wolframstraße 19a Augsburg Herr Oswald Silberhorn Tel.: 0821 / info@ibos-consult.de

3 Inhalt

4 Tabellenverzeichnis

5 1 Analyse der Herrmann-Sohnle-Siedlung 1.1 Siedlungsvorstellung Zur Veranschaulichung der Wohnheimsiedlung werden in dieser Arbeit drei unterschiedliche Gebäudekomplexteile unterschieden: Hauptgebäude, Neubau und die 16 Einzelwohnhäuser (siehe Abbildung 1). Eine Aufstellung der Flächen ist in Abbildung 1: Übersichtsplan Hermann-Sohnle-Siedlung 1

6 Tabelle 1: Flächenübersicht HSS 1.2 Bestandsaufnahme der bisherigen Wärmeversorgung

7 Abbildung 2: Übersicht Wärmeversorgung HSS Wärmeerzeugung Heizwärmeerzeugung Bestandsaufnahme Tabelle 2: Standardkessel Heizzentrale

8 Berechnung nach DIN Tabelle 3: Energiebilanz - Wärmeerzeuger - IST-Zustand Trinkwarmwasser-Erzeugung Bestandsaufnahme Berechnung nach DIN Tabelle 4: Energiebilanz - TWW-Erzeugung - IST-Zustand

9 1.2.2 Speicher für Trinkwarmwasser Tabelle 5: Verluste Wärmespeicherung Wärmeverteilung Heizwasserkreislauf Bestandsaufnahme

10 Berechnung nach DIN Tabelle 6: Energiebilanz - Rohrleitungsverluste - IST-Zustand Trinkwarmwasserkreislauf Bestandsaufnahme Berechnung nach DIN Tabelle 7: Energiebilanz - TWW-Kreislauf - IST-Zustand

11 IBOS Wärmeübergabe Q Wohnhaus/Glied = 96 W Q Hauptgebäude/Glied = 55 W Q Norm,Wohnhaus = 2688 W Q Norm,Hauptgebäude = 1540 W Q Betrieb/Wohnhaus = 2688W [ 90 C 70 C 90 C 20 C ln ( 70 C 20 C ) 75 C 65 C 75 C 20 C ln ( 65 C 20 C ) ] 1,3 = 3380 W Q Betrieb/Wohnhaus = 3380W Q Betrieb,Hauptgebäude = 1936 W

12 n 50 = 6h 1 e = 0,03 IBOS θ θ S 1,5 q m q ms 0,6 Q Q N 0,97 d = 6,5cm 3322W Q N Q Nische Q N 100 1,4% Q red.,wohnhaus = 147W Q red.,haupt = 84W Q Betrieb,real/Wohnhaus = 3380W 147W = Q Norm,Hauptgebäude = 1936 W 84W = 1882 W 1.3 Bedarfsanalyse Gebäude Ermittlung des Wärmebedarfs Ermittlung der Heizlasten θ e = 14 C h = 7,62m ε i = 1

13 Abbildung 4: Raumplan mit Normtemperaturen Wohnhaus Typ B 3 ΔU WB a = 0,10 W/m 2 K Φ T,i = Σ k A k U k (θ int,i θ e ) Φ T,i,Wohnhaus = 997 W Φ T,i,Hauptgebäude = 1017 W Φ V,i = 0,34 V min,i (θ int,i θ e ) V min,i V min,i = V r n min Φ V,i,Wohnhaus = 270 W Φ V,i,Hauptgebäude = 265 W Φ HL,Wohnhaus = 1267 W Φ HL,Netto;Hauptgebäude = 1282 W

14 Tabelle 8: Heizlast nach DIN IST-Zustand

15 Ermittelte Nutzenergie Tabelle 9: kumulierte Nutzenergie Ermittlung des Trinkwarmwasserbedarfs Ermittlung der Heizlast für die TWW-Versorgung Ermittlung des Nutzenergiebedarfs

16 Tabelle 10: kumulierte Nutzenergie TWW 1.4 Vergleich mit Verbrauchswerten nach EnEV Bedarfs- und Verbrauchsabgleich Tabelle 11: Bedarfs- und Verbrauchsabgleich

17 Energetische Bewertung- Allgemein Anteile Endenergie - IST-Zustand 46% 17% 27% 11% Hauptgebäude Anbau 1991 WH Typ 2 WH Typ 1 Abbildung 5: Anteil Endenergiebedarf HSS IST-Zustand Tabelle 12: Vergleich spezifischer Primärenergiebedarf - HSS - IST-Zustand

18 Abbildung 6: Energiefluss - HSS - IST-Zustand Bei Betrachtung der Energetische Bewertung nach EnEV

19 Abbildung 7: Energietacho - Wohnhaus Typ 1 ohne Giebelwand - IST-Zustand Abbildung 8: EnEV 2014 Nachweis Wohnhaus Typ 1 ohne Giebelwand - IST-Zustand

20 2 Modernisierungsvarianten für die Herrmann-Sohnle-Siedlung 2.1 Erarbeitung möglicher Versorgungskonzepte Rechtliche Vorgaben Grobkonzeptionierung möglicher Varianten

21 Bewertung nach Nutzwertanalyse Tabelle 13: Gewichtete Eingangskriterien Nutzwertanalyse

22 Verbalskala für Zielertrag Zahlenwertskala für den Zielerfüllungsgrad Sehr gut 5 Gut 4 Durchschnittlich 3 Schlecht 2 Sehr Schlecht 1 Tabelle 14: Skala Nutzwertanalyse

23 Anschaffungskosten Betriebskosten Verbalskala für Zielertrag Zahlenwertskala für den Zielerfüllungsgrad Image/ ökologischer Aspekt Verbalskala für Zielertrag Zahlenwertskala für den Zielerfüllungsgrad ,00 Sehr Kostengünstig Sehr gut ,00 Kostengünstig Gut ,00 Durchschnitt Durchschnitt ,00 Teuer Schlecht ,00 Sehr Teuer Sehr Schlecht 1 Verbalskala für Zahlenwertskala für den Verbalskala für Zahlenwertskala für den Zielertrag Zielerfüllungsgrad Energiekostensteigerung Zielertrag Zielerfüllungsgrad 1.000,00 Sehr Kostengünstig 5 0% Sehr gut ,00 Kostengünstig 4 2,5% Gut ,00 Durchschnitt 3 5% Durchschnitt ,00 Teuer 2 8% Schlecht ,00 Sehr Teuer 1 10% Sehr Schlecht 1 Tabelle 15: Nutzwertanalyse - HSS

24 2.2 Variante I: Gasbrennwertkessel in Kaskadenschaltung Technische Auslegung Allgemein Berechnung Neubau

25 A c = 0,07 (A NGF ) 0,8 A c = 7m 2 Φ HL,Neubau = 107kW Tabelle 16: Heizlast Zusammenfassung mit Neubau

26 Tabelle 17: Ermittlung Kesselzuschlag mit Neubau Tabelle 18: Kesselleistung mit Neubau Auslegung Anlagenkomponenten

27 Tabelle 19: TWW-Komponenten - Variante 1

28 Abbildung 9: Anlagenschema Variante 1 Energiebilanz

29 Abbildung 10: Energietacho - Neubau - Variante 1 Abbildung 11: EnEV Berechnung - Neubau - Variante 1

30 Gasverbrauch in kwh Vergleich Endenergie Variante Hilfsenergie Wohnsiedlung Anbau 1991 Hauptgebäude IST-Zustand Neubau Gasbrennwert kessel Abbildung 12: Vergleich Endenergie Variante 1 Q Brennstoff,Variante 1 = kwh Q Brennstoff,IST = kwh

31 2.2.2 Wirtschaftliche Betrachtung Festlegung der Randbedingungen Betrachtungszeitraum n in a 20 Energiepreissteigerung 0,06 Kapitalzinssatz 0,04 Preissteigerung Wartungs-/ Unterhaltungskosten 0,04 KfW-70 Neubau Zinssatz 0,0165 Tabelle 20: Festlegung Randbedingungen - Variante 1

32 K a,ist = ,99 /a K a,variante 1 = ,99 /a Gasbrennwertsystem IST-Zustand neuer Gasbrennwertkessel Neubau IST-Zustand Kapitalkosten ( /a) 8.681, ,38 0 Betriebskosten ( /a) , ,85 Brennstoffkosten ( /a) , ,70 durchschnittliche Jahreskosten ( /a) , , ,55 durchschnittliche Jahreskosten , ,55 ( /a) Tabelle 21: Kostenvergleich - Variante 1 Rückfluss (Einsparung pro Periode) durchschnittliche Energiekosten modernisiert durchschnittliche Energiekosten IST-Zustand Differenz durchschnittliche Betriebskosten modernisiert durchschnittliche Betriebskosten IST-Zustand Differenz , , , , , ,88 Rückfluss pro Periode ,07 Tabelle 22: Rückfluss - Variante 1 R Variante 1 = 77655,07 /a

33 Jahr Rückfluss Ausgaben Barwert , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,28 Tabelle 23: Amortisationsrechnung - Variante 1

34 2.3 Variante II: Gasbrennwertkessel mit BHKW Technische Auslegung Auslegung Anlagenkomponenten Φ HL = 466 kw Φ BHKW,Thm. = 46, 6 kw Φ BHKW EN50,Thm. = 80 kw Φ BHKW EN20,Thm. = 36 kw Φ BHKW EN20,elekt. = 19 kw Φ BHKW ΦGes 8% Φ SB 625 = 240 kw Tabelle 24: Wärmeerzeuger Variante 2

35 Abbildung 13: Anlagenschema Variante 2

36 Energiebilanz f p = 2,8 Q Prim = 2,8 kwh/m 2 a Abbildung 14: Energietacho - Neubau - Variante 2 Abbildung 15: EnEV Berechnung - Neubau - Variante kwh Q Brennstoff,IST = kwh Q Brennstoff,Variante 2 =

37 Vergleich Endenergie Variante KWK-Strom Hilfsenergie Wohnsiedlung Anbau 1991 Hauptgebäude IST-Zustand Neubau Gasbrennwert kessel + BHKW Abbildung 16: Vergleich Endenergie Variante Wirtschaftliche Betrachtung

38 18.000, , , ,0 Strombedarf HSS / Stromproduktion BHKW Strom in kwh , , , , ,0 0,0 Abrechnung 2012 Abrechnung 2013 Produzierte Strommenge BHKW aus DIN Abbildung 17: Ermittlung Eigenstrombezug - Variante 2

39 Festlegung der Randbedingungen Betrachtungszeitraum n in a 20 Energiepreissteigerung 0,06 Kapitalzinssatz 0,04 Preissteigerung Wartungs-/ Unterhaltungskosten 0,04 durchschnittlicher Strombezugspreis aus Abrechnung pro kwh 0,17 Energiesteuerrückerstattung über 20a 0,0055 /kwh KWK-Zuschlag nach KWG-Gesetz über 10a 0,04 /kwh Tabelle 25: Festlegung Randbedingungen - Variante 2 BHKW-Gasbrennwertsystem IST-Zustand BHKW-System neuer Gasbrennwertkessel Neubau IST-Zustand Kapitalkosten ( /a) 4.471, , ,38 0 Betriebskosten ( /a) , , ,85 Brennstoffkosten ( /a) 8.143, , ,70 durchschnittliche Jahreskosten ohne , , , ,55 Ersparnis ( /a) durchschnittliche Jahreskosten ohne , ,55 Ersparnis ( /a) Energiesteuerrückerstattung ( /a) 537, Eingesparte Stromsteuer ( /a) KWK-Bonus über 10a ( /a) (+Bonus) 2.007, vermiedene Strombezug ( /a) 8.349, Gesamterlös ( /a) , durchschnittliche Jahreskosten , ,55 Tabelle 26: Kostenvergleich - Variante 2

40 Rückfluss (Einsparung pro Periode) durchschnittliche Energiekosten modernisiert ,26 durchschnittliche Energiekosten IST-Zustand ,70 Differenz ,44 durchschnittliche Betriebskosten modernisiert ,39 durchschnittliche Betriebskosten IST-Zustand ,85 Differenz ,55 vermiedener Strombezug ,95 Energierückerstattung Rückfluss pro Periode ,84 Tabelle 27: Rückfluss - Variante 2 Jahr Rückfluss Ausgaben Barwert , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,75 Tabelle 28: Amortisationsrechnung - Variante 2

41 2.4 Variante III: Contracting der SWA Technische Auslegung Energiebilanz Q Brennstoff,IST = kwh Q Brennstoff,Variante 3 = kwh Gasverbrauch in kwh Vergleich Endenergie Variante Gebäude gesamt Hilfsenergie Wohnsiedlung Anbau 1991 Hauptgebäude IST-Zustand Contracting SWA Abbildung 18: Vergleich Endenergie - Variante 3

42 2.4.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Festlegung der Randbedingungen Betrachtungszeitraum n in a 15 Kapitalzinssatz 0,034 Investitionszuschuss in Investition in BHKW- Brennwertkessel Contracting SWA IST-Zustand mit (MWSt) BHKW- Brennwertkessel IST-Zustand Contracting SWA Kapitalkosten ( /a) ,00 *1 0 Betriebskosten ( /a) , ,85 Brennstoffkosten ( /a) , ,70 durchschnittliche Jahreskosten , ,55 Netto ( /a) durchschnittliche Jahreskosten Netto ( /a) , ,55 Tabelle 29: Jahreskosten - Variante 3 * kwh Q Brennstoff,Eingespart Variante 3 =

43 Jahr Rückfluss Ausgaben Barwert , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,95 Tabelle 30: Amortisationsrechnung - Variante 3 3 Vergleich und Empfehlung Energievergleich

44 Gasverbrauch in kwh Vergleich Endenergie KWK-Strom Gebäude gesamt Hilfsenergie Wohnsiedlung Anbau 1991 Hauptgebäude IST-Zustand Neubau Gasbrennwert kessel Neubau Gasbrennwert kessel + BHKW Contracting SWA Abbildung 19: Vergleich Endenergie - Modernisierung Wirtschaftlichkeitsvergleich Q Brennstoff,Eingespart Variante 2 = kwh

45 IST- Variante 1 Variante 2 Variante 3 Zustand Kapitalkosten ( /a) , , ,89 Betriebskosten ( /a) , , , ,03 Brennstoffkosten ( /a) , , , ,84 durchschnittliche Jahreskosten ( /a) , , , ,76 Energiesteuerrückerstattung ,96 - ( /a) Eingesparte Stromsteuer ( /a) KWK-Bonus über 10a ( /a) ,36 - (+Bonus) vermiedene Strombezug ( /a) ,63 - Gesamterlös ( /a) ,95 - durchschnittliche , , , ,76 Jahreskosten Annuität in a Tabelle 31: Wirtschaftlichkeitsvergleich