Prof. Dr.-Ing. D. Wolff FH BS/Wolfenbüttel Öl-Effizienz-Initiative Fachtagung Effizienzsteigerung von Heizungsanlagen Stuttgart 2. Juli 2006 Kennzahlen zum Merken Kennzahlen zum Merken: kwh Nutzenergie: 0,0 0,5 Wel Dauerleistung: -,50 /a Liter Heizöl m³ Erdgas 0 kwh 50 70 cent Kennen Sie die Entwicklung des Rohölpreises und des Heizölpreises in den letzten sechs bzw. in den letzten vierzig Jahren? 2
Entwicklung Ölpreis In den letzten 6 Jahren von 0 $/b auf 75 $/b, also um den Faktor 7,5! In den letzten 40 Jahren von,36 $/b auf 60 $/b, also um den Faktor 44! Durchschnittliche Rohölpreissteigerung in den letzten 40 Jahren: 0%/a Die Heizkosten haben sich in den letzten 6 Jahren mehr als verdoppelt! Durchschnittliche Heizölpreissteigerung in den letzten 40 Jahren: 7%/a 3 Traurige Bilanzen in der Praxis Schluss mit der Verschleierungstaktik! Einsparung am Gebäude Studie TU München & Kaminkehrerhandwerk für 2000 Wohngebäude: Gebäude mit Errichtung ab 989 zu Gebäuden vor 977: Einspareffekt 25 % (Soll: -60 %) Wunsch Realität Einsparung durch Kesseltechnologie alt neu neue Kesseltechnik gegenüber 5 Jahren älterer Kesseltechnologie: Verbrauchsrückgang 0 % (Soll: -35%) Wunsch Realität alt neu Gründe: Fehlen von kritischer Planungsbeurteilung, von Qualifizierung und Qualitätssicherung in Planung und Ausführung, von sachgerechter Bau- und Anlagentechnik-Kontrolle 4
Energiepassdiskussion: Bedarf und Verbrauch 200 50 00 50 0-50 -00 Wenn die aus Bedarfsrechnungen ermittelte Einsparung größer ist als der derzeitige Verbrauch sollte man aufhorchen! Vergleich des Heizwärmebedarfs nach einem Rechenprogramm mit Verbrauchsmesswerten % Prozentuale Abweichung der Messwerte bezogen auf die Ergebnisse des EID Bestand vor 978 B =,,2 V ab 995 B = 0,7 0,8 V <978 978-994 >994 5 Feldversuche zeigen: Verminderte Brennwertnutzung SYMPTOM: 6 (38 NT) kwh/(m²a) Kesselverluste (in EFH) = Heizwärmebedarf eines PH 39 (59 NT) kwh/(m²a) aus OPTIMUS-Studie In "unbegleiteten" Niedrigenergie-Ein- und Mehrfamilienhäusern werden im Durchschnitt Jahresnutzungsgrade von 95% (bis 0% Norm) bezogen auf Hu gemessen.,000,0500,0000 Mittelwert 0,955 Jahresnutzungsgrad 0,9500 0,9000 0,8500 Mittelwert 0,953 0,8000 0,7500 0,7000 6 70 5 2 4 40 7 34 65 2 53 2 8 7 50 43 3 20 49 36 44 59 3 52 64 5 39 58 4 25 33 38 68 Anlagen 3 63 6 5 47 27 24 0 26 32 6 30 35 7 48 67 57 8 6 37 45 62 29 66 9 69
Früher: Anlagenauslegung vor 30 Jahren Heute: "Plug & Play"... so wird es gelehrt, so wurde es auch früher mit Erfolg durchgeführt und so muss es wieder werden 2 7. Heizlastermittlung (DIN 470) 2. Heizkörperauslegung mit 90/70 C einheitlich 3. Rohrnetzberechnung mit 00 Pa/m, Ventilautorität 0,5 am ungünstigsten Heizkörper, XP = 2 K für die TH-Ventile 4. Angepasste Auslegung der Pumpe 5. Kessel passend zum Gebäude ohne oder mit geringem hydraulischen Widerstand 6. Einstellung der Heizkurve gemäß Heizkörperauslegung 6 5 4 3 Probleme der Regelung und Hydraulik einer Heizungsanlage Mein Gebäude wird nicht warm, kann man da nicht einfach an der Heizungsanlage was einstellen, wie mein Handwerker gesagt hat? Was wird oft gemacht, damit Ruhe ist? Erhöhung der Pumpenleistung: Die Pumpe wird auf die höchste Drehzahlstufe eingestellt Anhebung der Heizkurve: Dadurch ergeben sich höhere Vorlauftemperaturen 8
Folgen der Behelfslösung ) Ungleichmäßige Wärmeabgabe Pumpennahe Heizkörper werden mit Wärme überversorgt und stellen damit ein Verschwendungspotential zur Verfügung. 2) Ungleichmäßige Aufheizzeiten Die Räume werden nach Absenkphasen unterschiedlich schnell warm. 23 C 2 C 9 C 6:30 7:00 7:30 25 C 23 C 2 C 6:00 6:30 7:00 5:30 9 Das OPTIMUS-Projekt gefördert von der DBU 0
Optimierung von Heizanlagen Die Optimierung in der Planung und Ausführung umfasst:. 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 OPTIMUS: Projektziele - Technischer Bereich Vorhandene Technologien bestmöglich zu nutzen durch die Optimierung von bestehenden Heizungsanlagen. Energieeinspar- und Wirtschaftlichkeitsnachweis durch Verbrauchsmessungen an konkreten Objekten 2. Entwicklung von Hilfsmitteln zur Optimierung für das Fachhandwerk Beide Ziele wurden erreicht! 2
Gewählte Gebäude 43 92 Gebäude 59 mit Kessel 33 mit Fernwärme 2 52 EFH 40 MFH 8 4 47 mit Baujahren vor 978 20 mit Baujahren von 978-994 25 mit Baujahren ab 995 0 Energetisch auswertbare beheizte Fläche in 75 Gebäuden: 35.000 m² 3 Zustand der Gebäude und Anlagen durchschnittliche Kompaktheitsgrade A/V e 0,56 (MFH) 0,64 (EFH) durchschnittliche beheizte Fläche 53 m² (EFH) 837 m² (MFH) mittlere U-Werte der Gebäude,3 W/(m²K) - Baujahre vor 977 0,47 W/(m²K) - Baujahre ab 995 4
Resultat der Istzustandsaufnahme Überdimensionierung / Werkseinstellung der Komponenten ermöglichen ein Verschwendungspotential: möglicher Energieverbrauch ist zwei bis drei mal höher als der minimale Jahresenergiebedarf; in der Praxis 5 30% fehlender hydraulischer Abgleich, zu hohe Vorlauftemperaturen sowie die Überdimensionierung von Heizkörpern, Pumpen und Thermostatventilen (Faktor 7-0) provozieren schlechtes Regelverhalten (Zweipunktverhalten) des Einzelraumregelkreises anstelle 20 2 C: 9 2,5 C führt zu 2 23,5 C + Ablüften Anlagen weisen Geräuschprobleme und eine schlechte Wärmeverteilung (kein hydraulischer Abgleich) auf Optimierung: Oktober 2003 bis Januar 2004 3 Gebäude (beheizte Fläche ca..500 m²) 5 Energieeinsparnachweis Referenzgruppe zweite Heizperiode: Verbrauchsmessung Vergleich des Energieverbrauchs der optimierten Gebäude und der nicht optimierten Referenzgruppe: Optimierung eines Teils der Gebäude Festellen des Einsparpotentials durch die Optimierung erste Heizperiode: Verbrauchsmessung 6 Einsparpotentiale messtechnisch nachweisen: monatliche Erfassung des Energieverbrauchs aller Gebäude über 2 Heizperioden
Überblick: Erreichte Energieeinsparungen Heizwärmeersparnis: 7 kwh/(m²a) 90.000 kwh/a Endenergieersparnis: 8 kwh/(m²a) 06.000 kwh/a Primärenergieersparnis: 0 kwh/(m²a) 24.000 kwh/a CO 2 -Ersparnis: 2, kg/(m²a) 28.300 kg/a Die erreichte Einsparung ist in den neuen Gebäuden (nach 978) deutlich höher als in den alten Gebäuden (vor 977): 4 9 kwh/(m² a) Gebäuden mit geringem Heizwärmeverbrauch (unter 30 kwh/m²a) deutlich höher als bei hohem Heizwärmeverbrauch (über 30 kwh/m²a) MFH im Mittel etwas höher als in den EFH Gebäuden mit Kessel höher als in den Gebäuden mit Fernwärme 7 Einzelbetrachtung: neues MFH in Braunschweig Mehrfamilienhaus mit 8 Wohneinheiten, Baujahr 998, 250 m² Wohnfläche Optimierungsmaßnahmen ohne Investitionen in Komponenten: Voreinstellung der Thermostatventile Einstellung der optimalen Pumpenförderhöhe Optimale Einstellung der Regelung Verringerung des Verbrauchs thermischer Energie durch Optimierung von 99 kwh/(m²a) auf 78 kwh/(m²a) Das entspricht einer prozentualen Verringerung von 2 % 8
Sondermaßnahme: Optimierung mit Pumpentausch In acht Etagenwohnungen eines MFH wurden auf Vorschlag des Projektleiters Dipl.-Ing. Stein im Zuge der Optimierung die im Kessel integrierten, ungeregelten Pumpen durch geregelte ersetzt. Heizwärmeersparnis 28 kwh/(m²a) bzw. 2 % von 32 kwh/(m²a) Hilfsenergieersparnis,4 kwh/(m²a) bzw. 8 % von 7,6 kwh/(m²a) Optimierung mit HE-Pumpentausch: großer Energiesparerfolg (250 /WE a); aber nur zusammen mit dem Nutzer 9 Kosten für die Optimierung Maßnahmenpaket / Typ:. nur Komponenten einstellen 2. voreinstellbare Thermostatventile einbauen 3. neue Pumpe / neuen Differenzdruckregler einbauen 4. Pumpe / Differenzdruckregler und THKV einbauen im Mittel der Optimus- Gebäude: 3,7 /m² Kosten für die Optimierung (Werte bezogen auf die beheizte Fläche) Investitionskosten ohne MWSt, in [ /m²] 5 4 3 2 0 Typ () Typ 2 (8) Typ 3 (9) alle EFH MFH Typ 4 (2) 20
Wirtschaftlichkeit der Optimierung Wirtschaftlichkeit der Optimierung (Werte bezogen auf die beheizte Fläche) äquivalente Energieeinsparung, in [kwh/(m²a)] 20 5 0 5 0 (30) EFH (9) MFH () bis 977 (8) 978 bis 994 (9) ab 995 (3) notwendige Einsparung Erreichte Einsparung Fernwärme (8) Gas/Öl (22) alle Gebäudetyp Baujahr Versorgung 2 Ausblick: Zukünftiges Primärenergie-Einsparpotenzial bei Optimierung und Qualitätssicherung von Planung, Ausführung und Betrieb im Neubau und nach einer baulichen Modernisierung: Q = 20 50 kwh/(m²a) 22 Kürzlich veröffentlichte Studie des Wuppertal-Instituts für e-on zum Thema: "Optionen und Potenziale für Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen" kommt zu dem Ergebnis: Maßnahmen. Priorität sind: Dämmung, HE-Pumpen und Hydraulischer Abgleich! www.wupperinst.org
Ausblick Erste Wohnbaugesellschaften (Nds., Bremen, Berlin, Brandenburg, Hamburg) wollen aufgrund des OPTIMUS-Projektes ihren modernisierten Bestand optimieren. Verbreitung der Ergebnisse u.a. über den dualen Studiengang TGA an der FH Wolfenbüttel Weiterbildung Systemtechnik in Niedersachsen für Handwerker Optimierung in der EnEV 2006 fordern Optimierung: Chancen für das Handwerk: 20 40 kwh/(m²a) 23 Weitere Informationen: www.delta-q.de Beispiel: 30% weniger Endenergieverbrauch durch Solare Sanierung Ein aktuell beworbenes Programm Solare Sanierung verspricht für ein Bestandsgebäude mit vorher 200 kwh/(m² a) Heizwärmebedarf eine Reduzierung um 60 kwh/(m² a), also um 30 %, durch die Verbindung: Solarenergienutzung & Anlageneffizienz" Beitrag durch Solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung: 7 kwh/(m²a) Gesamtpaket: Dachdämmung, Brennwertkessel, Anlagenoptimierung, Frage: Modernisierung oder Instandsetzung? Die Brachenakteure sollten wieder lernen, korrekt und ehrlich zu bilanzieren Werkzeug: Äquivalenter Energiepreis : Jährliche Zusatzkosten (Invest 56 000 )/Eingesparte Energiemengen (20 000 kwh/a) Bei einem Annuitätsfaktor von 0,08 /a liegt der äquivalente (Wärme-)Energiepreis der solaren Sanierung bei 0,22 /kwh 24 K 0,08 a 56000 Euro = 20000 kwh / a äe = 22,4 ct / kwh
Messpunkte des Verbrauchs aufgetragen über der Außentemperatur 0 Leistung aus Verbrauch, in [kw] 9 8 7 6 5 4 3 2 Kernheizzeit, November bis März Regression April bis Oktober 0-2 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 20 22 Außentemperatur, in [ C] 25 Erläuterung der Kennwerte Q & = Q t h,mess mess Kennwerte ermitteln: Steigung = H Leistung aus Verbrauch ϑ a Q & Nullstelle = ϑ HG Die Steigung H ist ein Maß für die Verluste aus Transmission und Lüftung Außentemperatur ϑ a Heizlast = H (34K) 26
Hemmnisse für Optimierung Technisches Informationsdefizit Fehlender Systemgedanke Komplizierte technische Konzepte Fehlender Rechtszwang Vorurteile gegen und Präferenzen für bestimmte Techniken Hemmnisse der QS Fehlende Regeln und Qualifizierung für den Bestand Eigentumsverhältnisse und Mieterschutz Unklarheit über Kosten und Wirtschaftlichkeit Informationsdefizit über mögliche Energieeinsparung Kameralistik und Modalitäten der Honorierung 27 Heute offen für die Qualitätssicherung zu plädieren vor allem die nachträgliche bedeutet nicht Versäumnisse der letzten 30 Jahre anzuprangern, sondern neue Erkenntnisse zur Optimierung zukünftig im Neubau und bei der Modernisierung einzubringen! Weitere Informationen: www.delta-q.de 2050: Regenerative Energien: 50 80 % des Energiebedarfs Energetische Modernisierung: Faktor 4 0 erforderlich 987: wirtschaftlich 4-6 cm; heute 2 25 cm Dä. Notwendige Entwicklung in Deutschland -?Real? 2000 2050 00 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 0 % 0 % REG 00 % 50 % 0 % Quelle: Ebel/Eicke-Hennig Feist/Groscurth 28
Heizenergie - Bedarf und Verbrauch Theorie: Faktor 3,0 zwischen alten und neuen Gebäuden Praxis: Faktor,5 zwischen alten und neuen Gebäuden Abgleich mit dena-e-pass: alte Gebäude 35 % mehr berechneter Bedarf neue Gebäude 0 % weniger Bedarf Heizenergie - Bedarf und Verbrauch (bezogen auf die beheizte Fläche) Heizenergie, in [kwh/(m²a)] 300 250 200 50 00 50 Theoretischer Heizenergiebedarf Bereinigter Heizenergieverbrau Konsequenz: zu hohe theoretische Einsparprognose Einfacher Energiepass 0 alle bis 977 Kriterium 978 bis 994 alle ab 995 29 Aktuelle Ergebnisse eines "Faktor-0-Hauses"! spez. Jahresenergieverbrauch 20,0 0,0 00,0 00,7 05,3 Energieverbrauch, in [kwh/m²a] 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 Mittelwert 8,2 8,5 9, 2,5 49, 52,9 68,8 82,5 0,0 0,0,7 8,2 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 30 Schwankungsbreite des Heizwärmeverbrauchs:,7 05,3 kwh/(m² a)