Vernetzte energieautarke Mehrfamilienhäuser

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1 Vernetzte energieautarke Mehrfamilienhäuser Dresden, Deutsches Hygiene Museum 10. Sächsisches Fachsymposium ENERGIE November 2017 Referent: Prof. Dipl.-Ing. Timo Leukefeld 1

2 solarer Lebenslauf: von der Försterei zur Energieautarkie Handwerk - Ingenieure Wissenschaft/Politik Schlosserlehre Studium Energetik TU Bergakademie Freiberg 1996 Solarschule Berlin Leitung Solarkollektorteststand Forschung & Entwicklung solare Meerwasserentsalzung für Israel Teilnahme an Solarenergie Weltkonferenzen: 1999 Israel, 2001 Australien 2003 Schweden, 2005 USA, 2007 China 2011 Honorarprofessur für Solarthermie 2013 Energiebotschafter der Bundesregierung Ich habe Wärme studiert. Ich kenne Wärmepumpen, Solarwärme, Holzverbrennungsöfen, Kraftwerke jeder Art, Heizkessel (Öl, Gas). Und ich denke es ist kein Zufall, dass ich mich mit der Sonnenwärme selbstständig gemacht habe. 2

3 Womit beschäftigen wir uns? 1996 autonome Stadt Vedanda in Andalusien 2004 Sonnenhäuser Deutscher Solarpreis energieautarke Gebäude Deutscher Solarpreis 2011 intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne (neu, alt, MFH, Gew.) Speichervernetzung mit EVU (Wärme und Strom) energieautarke Mehrfamilienhäuser (Pauschalmiete) Vorlesung energieautarke Gebäude FG und Gl Medienarbeit: z.b. ZDF Die Wärmemacher, ARD Energieautarkie, MDR Wie werden wir in Zukunft leben? unabhängig sein: Lüftung, Kühlung und Wasser gesunde Innenraumluft Verständlichkeit der Sprache (Wettbewerbsfähigkeit) 2016 Freiberg Institut Vorträge / Forschung / Beratung Bauherren, Banken, Bausparkassen, Wohnungswirtschaft, Politik und Energieversorger 3

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6 Das Haus der Zukunft HEIZEN mit Photovoltaik Strom und Luftwärmepumpe? Überlappen Angebot und Nachfrage? ca. 80 % Solarstromerzeugung im Sommer ca. 80 % Stromverbrauch Wärmepumpe im Winter Ist Strom zum Heizen wirtschaftlich speicherbar? Stromspeicher kann Sonnenstrom etwa einen Tag speichern und kostet 300 (Blei) 700 (Li Io) /kwh Langzeitwärmspeicher kann Sonnenwärme mehrere Wochen speichern und kostet /kwh Welche Technologie ist im Winterhalbjahr effizienter? Effizienz Solarthermie zur Photovoltaik 3:1 Strom zu Wärme Verhältnis Luft Wärmepumpe (Arbeitszahl) 1:3, Solarthermie 1:150 solare Deckung PV beim Heizen mit Strom? Geringe solare Deckung wegen Antizyklus (Angebot und Nachfrage) und fehlender (wirtschaftlicher) Möglichkeiten Strom längere Zeit zu speichern. 6

7 Typisches Plusenergiehaus Antizyklus: Stromverbrauch/Photovoltaikertrag im Jahresverlauf eigene solare Elektromobilität nur von April bis Oktober (7 Monate) möglich Phänomen: Saisonale Illusion - Überlappen Angebot und Nachfrage? - Ist Strom zum Heizen wirtschaftlich speicherbar? (Speicherinvestkosten pro kwh) - Welche Technologie ist im Winterhalbjahr effizienter? (PV und ST, WP und ST) Typ KfW 55 Haus, 160 m² Wohnfläche, 8 KWP Photovoltaik + Luftwärmepumpe als Plusenergiehauskonzept mit optimiertem Haushaltsstromverbrauch Standort: Hannover 7

8 Das Prinzip vom Sonnenhaus gut gedämmtes Gebäude mit optimierter Sonnenenergienutzung Großflächige thermische Solarkollektoren auf dem Dach und ein großzügig dimensionierter Langzeitwärmespeicher im Gebäudeinneren sind die wesentlichen Merkmale eines Sonnenhauses. Baustandard Sonnenhaus in Deutschland: Dämmstandard EnEV 2014 minus 30 % Primärenergiebedarf < 15 kwh/m²a solarer Deckungsgrad Hz + WW > 50% SONNENHAUS 2015 neue Förderung vom Bund (MAP) Beispiel 40 m² Solarthermieanlage bis zu Scheitholzvergaserkessel bis zu

9 Sonnenhaus Lorenz Kumhausen Baujahr Wohnfläche 170 m² - Baukosten inkl. Keller und Garage solare Deckung WW + Heizung 77 % Brennstoffbedarf: 1,5 Raummeter Holz/Jahr Heizenergiebedarf: 33 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 14 kwh/m²a Solarthermie: 68 m² (45 ) Solarspeicher: 11 m³ Bildquelle: Sonnenhaus Institut 9

10 Sonnenhaus in Löwenstein (Baden-Württemberg) 2012 Kombination Solarthermie und Langzeitwärmespeicher mit Photovoltaik und Akku, Baukosten solare Deckung Wärme: 68 % solare Deckung Strom: 75 % Heiz- und Stromkosten für 2 WE pro Jahr: 450 Bildquelle: Sonnenhaus Institut e.v. (2 WE) 2012, Wohnfläche ca. 213 m², KfW Effizienzhaus 70, Primärenergiebedarf 7,4 kwh/m²a, HWB kwh/m²a, Koll.fl. 54 m², 40, 5 Südabw., Speicher l, Zusatzheizung Stückholz (Powall OFKA 30 kw) 3,5 rm Holz pro Jahr; PV Anlage 5,9 kwp + Akku 6,3 kwh überwiegend zur Eigennutzung 10

11 Besucherzentrum im Bayerischen Wald Baujahr 2000 / Nutzfläche 763 m² - solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: 11 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 7,5 kwh/m²a Solarthermie: 110 m² (40 ) Solarspeicher: 21 m³ Photovoltaik: 2 x 4,8 kwp Verbindung zum Nahwärmenetz, um Überschüsse einzuspeisen Bildquelle: Sonnenhaus Institut 11

12 Das erste 100% solar beheizte Mehrfamilienhaus Europas Baujahr Wohnfläche 1200 m² - Baukosten solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: <10 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 4 kwh/m²a Solarthermie: 276 m² (45 ) Solarspeicher: 205 m³ Bildquelle: 12

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14 Wandel statt Wende! Modern heizen mit Solarthermie Sicherheit im Wandel der Energiewende Buchneuerscheinung Dezember 2015: Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie DGS Verlag Solare Zukunft 14

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17 17 Quelle: VR Bank Schmölln

18 Geplante Eckdaten Das EnergieAutarkeHaus - beheizte Wohnfläche: 162 m² (Gebäudenutzfläche nach EnEV 206 m²) - Wärmebedarf Heizung: berechnet mit 40,11 kwh/m²a (8.264,7 kwh/a) - Wand: 42 cm monolithische Ziegelwand - Primärenergiebedarf: U-Wert 0,18 W/m²K, Lambda 0,08 W/mK berechnet mit 7 kwh/m²a ca. 80 % unter EnEV 2014!! ca. 60 % unter dem Standard Passiv- oder Plusenergiehaus!! - Stromverbrauch: berechnet mit rund kwh/a bei 5 Personen - Holzverbrauch: berechnet mit rund 2-4 rm/a Hartholz für etwa 200 Euro/a 18

19 Technische Daten vom energieautarken Haus in Freiberg intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne Wärmekonzept (Sonnenhaus): Stromkonzept: Haus als E-Tankstelle: - Fußboden- und Wandheizung - Photovoltaik 8,4 kw (58 m²) - PKW, Mofa, Fahrrad Bauer2-9 m³ Langzeitwärmespeicher - Akku 58 kwh (Bleigel) - 46 m² Kollektorfläche (45 ) - solare Deckung Strom - solare Deckung Wärme geplant 65% gemessen 2016: 69% - 25 KW Kaminofen (Holzvergaser) mit Wärmeübertrager geplant 100 % gemessen 2016: 99,6 % 19

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22 Werkstatttag Prof. Dipl.-Ing. Timo Leukefeld, Firma Timo - Energie verbindet 22 Copyright: Timo Leukefeld / Illustration: Anja Tittel

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25 25 Quelle: n-tv.de

26 26 Quelle: n-tv.de

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28 Verschattungsanalyse: Die Horizontlinie des östlichen Gebäudes auf einem Höhenniveau von 3,5 m 28

29 Verschattungsanalyse: Die Horizontlinie des östlichen Gebäudes auf einem Höhenniveau von 9,5 m 29

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31 31 Bildquelle: Holzbau Saurer Fotograf Müller

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34 Zwei energieautarke Mehrfamilienhäuser der eg Wohnen 1902 Cottbus Pauschalmiete mit Energie-Flatrate

35 Daten zur Energietechnik ST-Kollektorfläche 100 m² Langzeitspeicher + Expansion Gasbrennwertkessel Warmwasserbereitung 24,6 m³ + 1,2 m³ 40 kw Frischwasserstation solare Deckung Wärmebedarf: 65 % Haus Ost 54 % Haus West PV-Modulfläche Dach 140 m² solare Deckung PV-Modulfläche Fassade 30 m² Strombedarf: Leistung PV-Anlage 29,58 kwp 77 % Haus Ost Nennkapazität Akku 54 kwh (Lithium) 70 % Haus West 9

36 Tagesspiegel 4. April

37 Stern Nr. 45 vom 2. November

38 38 Bildquelle: Wilhelmshavener Spar- und Baugesellschaft eg

39 EVU: Dienstleistung anstatt Stoff verkaufen 39

40 Neue Geschäftsmodelle für Banken Altersvorsorge: steuerfreie Einsparungen anstatt zu versteuernde Einnahmen dauerhafte Geldanlagemöglichkeit für Investoren Wohnungswirtschaft / Gewerbeobjekte / öffentliche Gebäude Pauschalmiete mit Energieflatrate: Pauschalmiete für 10 Jahre inkl. Wohnen, Wärme, Strom und E Mobilität Energieversorger Dienstleistung anstatt Stoff verkaufen Chancen aus einer nahe Null Grenzkosten Gesellschaft 40

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42 Danke, Ihr