Institut für Gebäude- und Solartechnik Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D-38106 Braunschweig www.igs.tu-bs.de klimaneutrale Stadtquartiere - Erste Pilotprojekte Dipl.-Ing. Architekt Thomas Wilken 07.09.2018
Technische Universität Braunschweig IGS - Institut für Gebäude und Solartechnik Ingenieure (ca. 30) aus den Bereichen Architektur Bauingenieurwesen Maschinenbau In der Fakultät Architektur Bauingenieurwesen Umweltwissenschaften SMA, Niestetal HHS, Architekten, Kassel 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 2 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutrale Stadtquartiere Planung und Umsetzung Campus TU Braunschweig Heide Wolfsburg Heide - Rüsdorfer Camp Braunschweig Frankfurt Esslingen Neue Weststadt, Esslingen Zukunftsraum Wolfsburg 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 3 www.igs.tu-bs.de
20 CO 2äq -Emissionen in Deutschland Entwicklung und Ziele CO 2äq -Emissionen pro Einwohner [t/(ew*a)] 17.5 15 12.5 10 7.5 5 15.8 12.8 11 11 (2016) 9.3 7.2 4.8 3.4 2.5 0 1980 1990 2000 2010 2016 2020 2030 2040 2050 THG-Emissionen Ziele EK 2010 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 4 www.igs.tu-bs.de
Masterplan Wohn- und Gewerbegebiet + Hochschule BGF Gesamt: ca. 105.000 m² RVI Wohnen ca. 56.000 m² (500 WE) RVI Gewerbe ca. 24.000 m² Hochschule ca. 25.000 m² Bauphase: 2016-2024 Bahnhof 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 5 www.igs.tu-bs.de
AG E-Versorgung im Quartier Energieversorgungskonzept (Antragsphase 07/2017) Hochschule: Energiezentrale: Blöcke (A) + E + D Blöcke B + C: H 2 Vertrieb Industrie, Mobilität Elektrolyse PEMFC Gasnetz Stromnetz Nahwärmenetz (A), D, E, HSE EZ Hochschule E D Technikzentralen (A), B, C C B A Baubeginn 2020 2019 2018 2017 2016 2020 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 6 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen fossile Brennstoffe Strom-Mix Gebäude Quartier Strom/ Gas/ Wärme- Export aus EE CO2 - Bezug Jahresbilanz CO2 - Gutschrift 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 7 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen Solarertrag ca. 2.250 MWh/a Strombedarf ca. 4.500 MWh/a Solarer Deckungsanteil 50% Nutzer + Gebäudebetrieb Import CO 2 - freier Energie erforderlich! Strom- und Gaserzeugung aus erneuerbaren Energiequellen 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 8 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutrales Stadtquartier Weststadt Esslingen CO 2 - Bezug CO 2 - Gutschrift Input Output CO 2 -Bilanz - 2 t/a StromMix + 60 t/a Grünstrom 0 t/a Gutschrift (Einspeisung) - 215 t/a Gas + 53 t/a Biogas + 100 t/a Gasnetz anteilig 25% 75% Stromnetz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 9 www.igs.tu-bs.de
Simulationen Bedarfsprofile Funktionsprinzip Planungswerkzeug Stadtquartier Modellierung Stadtquartier Gebäudemodelle Heizwärme Heizung Lüftung Beleuchtung & Nutzerstrom Photovoltaik-Modelle Strom Photovoltaik Bedarf Deckung Erzeuger Speicher Stromnetz Wärmenetz Gasnetz Energiebilanz CO 2 -Bilanz Normen und Richtlinien Verbrauchswerte Synthetische Profile Trinkwarmwasser 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 10 www.igs.tu-bs.de
Ansätze zur Energiespeicherung im Quartier aktueller Stand im Forschungsprojekt QUARREE100 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 11 www.igs.tu-bs.de
David Sauss david.sauss@stw.de siz-energie-plus.de Ziele von QUARREE 100 Zelluläres und effizientes Strom-, Kraftstoff- und Wärmeversorgungskonzept nach dem Subsidiaritätsprinzip Berücksichtigung zentraler als auch dezentraler regenerativer Energiequellen Intelligente Steuerung auf Quartiersebene und Entlastung des regionalen Stromnetzes Schnittstellen zur Mobilität mit unterschiedlichen Energieträgern Flexibilität und Resilienz im System und für die vorgelagerten Netze erhöhen Strom aus erneuerbaren Quellen vollständig verwerten 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 12 www.igs.tu-bs.de
David 13 Sauss david.sauss@stw.de siz-energie-plus.de Arbeitspakete 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 13 www.igs.tu-bs.de
Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Systemanalyse für eine vernetzte und (nahezu) CO 2 -neutrale Energieversorgung Volkswagen Betrachtungsraum 1.000 ha 5.700 Wohneinheiten 1 2 3 4 5 Quartiere 1 Hellwinkel 2 Hellwinkel (750 WE) 7 3 Reislingen 4 Steimker Berg 5 Steimker Gärten (1.250 WE) 6 6 Nordsteimke x Bestandsquartier 7 Nordsteimke-Hehlingen (3.700 WE) x Neubauquartier 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 15 www.igs.tu-bs.de
Projektziele Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Szenarien für eine systemisch vernetzte und (nahezu) CO 2 -neutrale Energieversorgung maximaler regenerativer Deckungsanteil hoher Eigenstromnutzungsanteil Vernetzung von Bestand und Neubauquartiere Sektorkopplung Wärme Strom - Mobilität Optimierung der CO 2 -Einsparungskosten Grundlagenmatrix als Entscheidungshilfe für Stadtplanung und Fachplaner 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 16 www.igs.tu-bs.de
Vernetzte Quartiere für den Zukunftsraum Wolfsburg Forschungsprojekt 2,4 t CO2 /(EW*a) 2020 2020 2050 1,4 t CO2 /(EW*a) -20% 3,8 t CO2 /(EW*a) -0,8 t CO2 /(EW*a) 3,0 t CO2 /(EW*a) - 40% -1,5 t CO2 /(EW*a) 2,3 t CO2 /(EW*a) - 80% Bezugsjahr 2000, ohne Industrie - 3,0 t CO2 /(EW*a) 0,8 t CO2 /(EW*a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 17 www.igs.tu-bs.de
Handlungsfelder Integration EE PV-Potenzial Dachflächen Bestand Maximal installierbare Leistung im Bestand ca. 23 MW p Mittleres CO 2 -Einsparpotenzial ca. 0,6 t CO2 /(EW a) Größtes CO 2 -Einsparpotenzial ca. 1,2 t CO2 /(EW a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 18 www.igs.tu-bs.de
Handlungsfelder Mobilität Mobilität Quartier Steimker Gärten VW (Arbeitsweg 1 Person, 5 km einfach) VW PKW 240 d/a; 10 km 518 kg CO /(EW a) 2 e-mobilität 130 d/a; 10 km 72 kg CO /(EW a) 2 VW Bus 60 d/a; 10 km 57 kg CO /(EW a) 2 Fahrrad 50 d/a; 10 km 0 kg CO /(EW a) 2 518 kg /(EW a) CO 2 129 kg CO /(EW a) 2-389 kg CO /(EW a) 2-33% 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 19 www.igs.tu-bs.de
Maßnahmenkombinationen Beispiel Gebäudeeffizienz und Arbeitsmobilität 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 20 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 Integraler energetischer Masterplan TU Braunschweig Architektur Altgebäude Forum Audimax Campus TU Braunschweig Luftbild von Süden 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 21 www.igs.tu-bs.de
TU Braunschweig Kennzahlen 6 Fakultäten 140 Institute 3.600 Beschäftigte 20.000 Studierende 200 Gebäude 400.000 m² Nettogrundfläche Campus Nord Gebäudebestand Campus Ost Verbrauch Endenergie Wärme 38 GWh/a 95 kwh/m² NGF a Strom 33 GWh/a 83 kwh/m² NGF a Zentralcampus CO 2 - Emissionen 70 kg/(m² NGF a) 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 22 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus TU Braunschweig Energetische Zielsetzung 2020 Primärenergie minus 40% (Bezug 2011) Verbesserung von Lern- und Lebensqualität Architektur Altgebäude Forum Audimax Campus TU Braunschweig Luftbild von Süden 2035 klimaneutraler Campus nahezu ausgeglichene CO 2 - Bilanz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 23 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 TU Braunschweig als Vorreiter Umsetzung Masterplan energetische Optimierung bis 2020-40% Primärenergie Entwicklung langfristiger Strategien klimaneutraler Campus 04I2012 09I2015 2020 2030 2050 Masterplan Umsetzung Ende Phase 1 Start Phase 2 Monitoring Klimaneutralität 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 24 www.igs.tu-bs.de
TU Braunschweig Ausgangslage Entwicklung Energiekosten Kosten [Euro] 10. Mio. 9 Mio. 8 Mio. 7 Mio. 6 Mio. 5 Mio. 4 Mio. 3 Mio. 2 Mio. 1 Mio. Strom Fernwärme Strompreis 2015/16 0,184 / 0,190 /kwh FW-Preis 2015/16 0,099 / 0,102 /kwh 5 % des Gesamtbudget! Stromkosten bis 2018 ca. 9 Mio. Verdoppelung der Energiekosten in 10 Jahren! Wärmekosten bis 2018 ca. 4,7 Mio. 2008 2010 2012 2014 2016 2018 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 25 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus: bluemap Ausgangssituation 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 26 www.igs.tu-bs.de
gebäudespezifische Erfassung gebäudespezifische Kennwerte (Flächen Nutzung EnEV- Nachweis) > 500 Mess-Stellen 15 Minutenwerte Strom- und Wärmeverbrauch EnEff Campus: bluemap TU Braunschweig Datengrundlage zentral aufgeschaltetes Energiemanagementsystem (EMS) Altgebäude Audimax TU Hochhaus Scheibe Informatikzentrum 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 27 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus: bluemap Gebäudeklassifizierung Anzahl der Gebäude und Gesamt-NGF der jeweiligen Baualtersklassen 40 120.000 Konstruktion / Bautyp Baujahr Anzahl 30 20 10 0 38 102.472 100.171 90.000 26 59.170 60.000 19 19 43.371 35.005 12 30.000 22.313 16.529 16.777 8 7 6 5 8.964 3 2.565 0 bis 1918 1919-1948 1949-1957 1958-1968 1969-1978 1979-1983 1984-1994 1995-2002 2003-2007 seit 2008 Nettogrundfläche [m²] Baualtersklassen nach den Regeln der Datenaufnahme von Nichtwohngebäuden gem. BMUB Nutzung (DIN 277-2) sontige Nutzflächen 4% Bildung, Unterricht, etc. 18% Lagern, Verteilen, etc. 2% Technikflächen 1% Wohnen und Aufenthalt 4% Büroarbeit 29% Experimente und Forschung 42% Endenergieverbrauch [kwh/m² NGF a] 600 500 400 300 200 100 0 Endenergieverbrauch Wärme (witterungsbereinigt) in kwh/m² NGF a NF 3 - Experimente und Forschung 135 kwh/m² NGF a (mittlerer Richtwert gem. BMVBS) 2425 2424 4251 4304 3314 3316 4269 2423 3303 3402 3403 3308 3306 4214 4264 4208 4236 4207 3304 3317 3326 3328 2415 2501 3322 1325 4244 3302 4101 2403 2411 2417 2413 2412 4245 2418 2402 1502 Gebäudenummer 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 28 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus: bluemap Energiekataster Konzeptentwicklung vom Gebäude zum Quartier Campus TU BS Klassifizierung Typisierung Typ 5 Energiekataster Baukonstruktion Baujahr Typ 01 Typ 02 2414 Gebäude 3316 Hans-Sommer-Str. 10 38106 Braunschweig Nutzung: Laborgebäude Baujahr: 1962 Fläche (NGF): 4.975m² Nutzung Typ 03 3316 Verbrauchsdaten (Wärme/Strom) Typ 04 4101 Typ 05 4201 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 29 www.igs.tu-bs.de
Gebäudeberechnung AnSaGe - Analyse-Tool für Sanierung von Gebäuden Baujahr, Baualtersklassen Gebäudenutzung (DIN V 18599) phys. Kenndaten Gebäudehülle Flächen /Volumen NGF, BGF, V e Raumhöhen, Geschosse Nutzung DIN V 18599 Endenergieverbrauch [kwh/m²a] 165,9 Wärme 0% 60,7-16% Strom 0 50 100 150 200 Investition: Amortisationszeit: Einsparung Energiekosten: Primärenergie: CO2-Emissionen: 84.800 (17 /m²) 6,7 Jahre 10.959 /a 150 MWh/a 36 tco2/a Gebäudedatenbank Modellierung Gebäude Kostendatenbank l K l L = n 2 x l K l K l L = n 2 x l K Ableitung und Berechnung Sanierungsmaßnahmen - spez. Kosten - Maßnahmenbezogen l K l K l L = n 1 x l K l L = n 1 x l K l K l L = n 2 x l K l L = n 1 x l K l K Erfassung Bestand Beleuchtung, RLT-Anlagen, PV-Potenzial ENerGO+ 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 30 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus: bluemap Szenarien - 40 % Primärenergiereduzierung 100% -51% -39% -31% Zielgröße - 40 % Primärenergie 40% 9% 9% Bestand 01 Gebäudehülle 02 Gebäudetechnik 03 Beleuchtung 04 techn. Ausstattung 05 Photovoltaik 06 BHKW 07 Flächeneffizienz 08 Nutzerverhalten 09 fehlende PE-Einsparung 50% 0% 134 Mio. 13 Mio. 8 Mio. Bestand Szenario 01 Szenario 02 Szenario 03 (Status 2011) alle untersuchten kurzfristig Einzelmaßnahmen umsetzbar! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 31 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus TU Braunschweig PE-Verbrauch und CO 2 -Emissionen 18 % Berücksichtigung Strom 100% erneuerbar TU- BS ist Vorreiter Quartiers-Sanierung! Wir schaffen unser Ziel 2020 (40%) nicht! Wir müssen die Umsetzung von Maßnahmen erheblich beschleunigen! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 32 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 Umsetzung von Photovoltaikanlagen über EFRE Förderung Start Umsetzung: 2018 /19 I - 04/16 85 kw p 2410 38 kw p 3302 95 kw p 3210 bewilligt am 13.06.17 Dachflächen 9 PV-Leistung 615 kw p Investition 1,43 Mio. Förderung 50 % Amortisation: < 7 Jahre II - 11/16 32 kw p 3329 61 kw p 45 kw p 3331 3404 bewilligt am 11.09.17 Einsparung III - 04/17 165 kw p 44 kw p 49 kw p 9988 2401 2405 Strom 587 MWh/a Kosten 111.500 EUR/a Primärenergie 1.525 MWh/a CO 2 -Emission 357 t/a 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 33 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus: bluemap TU Braunschweig Solarisierung - Photovoltaik Dachflächenanalyse Campus gesamt PV relevante Dachflächen: 100.000 m² PV-Fläche: 20.000 m² Potenzial PV ca. 3.000 kw p Investitionskosten *1) : ca. 6 Mio. ca. 2 T /kw p Ertrag gesamt : Einsparung: ca. 2,5 GWh/a ca. 500 T /a keine Dachintegration möglich Amortisationszeit: 5 bis 12 a < 850 kwh/kwp 851-925 kwh/kwp > 925 kwh/kwp * 1 ) einschl. Unterkonstruktion, Blitzschutz, Baunebenosten, 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 34 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 Umsetzung Dokumentation Maßnahmen Sanierung seit Einführung Energiekostenbudgetierung (01.01.14) Abgleich mit Bauunterhaltungsliste GB3 Ergänzende Identifikation über Gebäudelastgänge (ENerGO+) Integration in den Gebäudesteckbriefen Neubauten Errichtete und geplante Neubauten seit 2011 Übersichtskarte Kenndaten Steckbriefe https://www.tu-braunschweig.de/igs/forschung/eneffcampus2/umsetzung 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 35 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 Umsetzung Interaktive Campuskarte - Dokumentation - Information - Transparenz https://www.tubraunschweig.de/igs/forschung/eneffcampus2/interaktivecampuskarte 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 36 www.igs.tu-bs.de
EnEff Campus 2020 Energiekostenbudgetierung 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 37 www.igs.tu-bs.de
Energieeffizienz Wohngebäude - Istzustand! 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 38 www.igs.tu-bs.de
Beitrag der Gebäude? 540-33% Sanierungsquote 1,2 %/a Gebäudebestand 360-70% 160 Anteil Neubau Sanierungsquote 2,4 %/a Anteil Neubau Anteil Neubau! Verschärfung der EnEV? 2016 2050 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 39 www.igs.tu-bs.de
EnergiePLUS Klimaneutral im Bestand Frankfurt, Riederwald, ABG 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 40 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutral im Bestand nach Sanierung 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 41 www.igs.tu-bs.de
Klimaneutral Investitionskosten? Wohngebäude (Neubau / Bestand) Klimaneutral ist nicht kostenlos! Geringste Baumehrkosten Gebäudehülle EnEV 2016 und PV + Wärmepumpe ca. 225 300 /m 2 NGF - EFH, Neubau bis ca. 350 500 /m 2 NGF - MFH, Bestand 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 42 www.igs.tu-bs.de
Wir brauchen mittelfristig eine Neuausrichtung! Gebäude- Energie- / Klimaschutz- Gesetz 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 43 www.igs.tu-bs.de
11.09.2018 44 Nicht weil es schwer ist wagen wir es nicht, sondern weil wir es nicht wagen ist es schwer! Vielen Dank 11. September 2018 EnEff Campus TU BS Seite 44 www.igs.tu-bs.de