Work package 3 Erneuerbare Energie für Gebäude Vorstellung AEE Bürogebäude AEE 1
Vorstellung AEE Vorstellung AEE 2
Vorstellung AEE Gesamtwärmebedarf: 3.411 kwh / Jahr Fassadenkollektor: 25.000 kwh / Jahr Überschuss 22.400 kwh / Jahr Vorstellung AEE 3
Vorstellung AEE CO2 Emission bisher ca. 60 t/a CO 2 Emission ab jetzt 0 t/a Erneuerbare Energie 4
Einheiten Energieverbrauch in Österreich, Anteil erneuerbare Quelle: Statistik Austria, Energiebilanz Österreichs 2009 5
Erzeugung / Verbrauch Fossile Energieträger 6
Fossile Energieträger 140.160 TWh Erneuerbare Energie, Potenziale 7
Verbrauch pro Kopf Effizienz 8
Ökostromanlagen Verbrauch Erneuerbare Energie flächenbezogen 9
Energiedienstleistung Heizen ist das permanente Kompensieren von Baumängeln warum viel heizen? warum nicht viel dämmen? Beweis für den Klimawandel Neue Beweise für den Klimawandel! (Quelle unbekannt) 10
Regionale Energieträger Bioenergie Solarstrom Solarwärme Kleinwasserkraft Umgebungs/Erdwärme Windkraft Ökonomische Vorteile regionaler Energieträger Kaufkraft bleibt in der Region Regionales Gewerbe profitiert, Umsatz, Beschäftigung Regionale Investitionen Preisstabilität regionale Kontrolle über Preise Verkauf von Energie bei Überproduktion 11
Auf einem ha Agrarfläche kann man: Biotreibstoffe anpflanzen und damit einen PKW 20-60.000 km im Jahr betreiben oder eine Photovoltaik-Anlage errichten und mit dem E-Mobil 3,25 Mio. km weit fahren Quelle: Photon Flächenbedarf für Energieautarkie Quelle: Johannes Fechner, klima aktiv 12
Energieautarkie Unterscheidung Bilanzgerechte Autarkie Energie, die im Jahr benötigt wird, wird auch im selben Zeitraum lokal erzeugt Lastgerechte Autarkie Zu jedem Zeitpunkt kann die erforderliche Energie aus lokalen Quellen (inkl. Speicher) bereitgestellt werden Effiziente Wärmeversorgung mit Sonne, Biomasse und Umweltwärme 13
Solarthermie Solarstrahlung in Österreich auf die Horizontalfläche 14
Solarstrahlung in Österreich 14.000 146.000 Liter kwh/jahr Heizöl Solarstrahlung 15
Kollektorneigung und Globalstrahlung Verluste eines Flachkollektors 16
Wirkungsgrad Kennlinie Glasfaktor Flossenfaktor Absorptionsfaktor Optische Verluste Thermische Verluste Nutzwärme www.spf.ch Warmwasser Solaranlagen 17
Warmwasser Solaranlagen Heizungseingebundene Solaranlagen 18
Heizungseingebundene Solaranlagen Heizungseingebundene Solaranlagen 19
Heizungseingebundene Solaranlagen Jenni Solarhaus 31.1.1989 Erstes Haus, das seinen Wärme- und Strombedarf zu 100% mit der Sonne decken konnte. Ausbildung zum zertifizierten Solarwärmeinstallateur und -planer 20
Speichergröße und Deckungsgrad Solarer Gesamtdeckungsgrad in Abhängigkeit von Heizungs- Speichergröße und Kollektorfläche 70,0 60,0 Kollektorfläche [m²] 50,0 40,0 30,0 20,0 >0,75m³ x 10m² 10,0 empfohlene Heizenergiespeichergröße: > 0,5 m³/10 m² Kollektorfläche 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 8 16 24 40 56 80 160 Heizenergiespeichervolumem [m³] Speichergröße und Deckungsgrad Marktübliche Speicher bis ~ 60% Deckungsgrad Riesenspeicher für 100% Deckung 21
Speichergröße und Deckungsgrad www.sonnenhaus-institut.de Marktübliche Speicher bis ~ 60% Deckungsgrad Riesenspeicher für 100% Deckung Solarenergie 22
Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 23
Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 24
Solarthermie, Marktentwicklung weltweit Quelle: AEE Intec Solarthermie, Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec 25
Solarthermie, Marktentwicklung in Österreich Quelle: AEE Intec Solarthermie, CO2 und Arbeitsplätze 6500 Vollzeitarbeitsplätze Quelle: AEE Intec 26
Rechenbeispiel - Solarwärme Heizen eines Niedrigenergiehauses: 20 kwh/m² und Jahr 100m²: 2000 kwh pro Jahr > 400 kwh/m² Sonnenkollektor und Jahr > 5m² Sonnenkollektorfläche und: Warmwasserbedarf (4 Personen): 1,5 kwh/person und Tag 1800 kwh/jahr >4,5 m² Sonnenkollektorfläche..Summe: 10 m² Kollektorfläche für gesamten Wärmebedarf eines 4-Personenhaushaltes (Jahresbilanz) PROBLEM: Erzeugungs- und Lastkurve weichen ZEITLICH stark voneinander ab Solaranlagen Comutersimulation mit TSOL 27
Photovoltaik PV Zellen verschiedene Typen Wirkungsgrade von Silizium-Solarzellen Material Wirkungsgrad im Labor [%] Wirkungsgrad in der Produktion [%] Monokristalines Silizium Ca. 24 14 17 Polykristalines Silizium Ca. 18 13 15 Amorphes Silizium Ca. 13 5 7 28
Photovoltaik Technologien in Österreich Quelle: FH Technikum Wien PV Grundlagen 29
PV Grundlagen PV Grundlagen 30
Inselanlage Inselanlage 31
Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules 32
Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules Netzgekoppelte PV Anlage PV Modules 33
Neigung und Ausrichtung Photovoltaik Technologien in Österreich 34
Photovoltaik Technologien in Österreich Photovoltaik Technologien in Österreich 35
PV-Erzeugung und Strombedarf PV Strom-Erzeugung am Hausdach (H0 Standardlastprofil) HH-Stromprofil Werktag gemessene Lastkurve Leistung in W 500 1000 1500 2000 2500 Gemessenes Profil Synthetisches Profil 00:00 05:00 10:00 15:00 20:00 36
Lastausgleich auf Einzelhausebene Den Lastausgleich auf Einzelhausebene durchzuführen ist - kostenaufwändig (Batterien etc ) - nachteilig für das Gesamtsystem Stromüberschüsse zur Mittagszeit wären im öffentlichen Stromnetz willkommen Lastkurve des öffentlichen Stromnetzes Gesamtes Gesamtes öffentliches öffentliches Stromnetz Stromnetz Solar-Erzeugung auf tausenden Hausdächern Jän.05 Feb.05 Mär.05 Apr.05 Mai.05 Jun.05 Jul.05 Aug.05 Sep.05 Okt.05 Nov.05 Dez.05 Die solare Stromerzeugung unterstützt das öffentliche Netz während der Lastspitzen 37
Lastausgleich ist der entscheidende Faktor in der Unterscheidung Bilanzgerechte Autarkie und Lastgerechte Autarkie die zeitliche Übereinstimmung zwischen solarer Erzeugung und Bedarf ist in der Einzelanwendung meist nicht gegeben Erster Gedanke: große individuelle Speicher Rechenbeispiel - Solarstrom Strombedarf Durchschnittshaushalt (4 Personen): 4000 kwh 7 m² Fläche für 1000 kwh/a erforderlich. 28m² Modulfläche für gesamten Strombedarf eines 4- Personenhaushaltes (Jahresbilanz) PROBLEM: Erzeugungs- und Lastkurve weichen zeitlich stark voneinander ab 38
Photovoltaik Marktentwicklung in Österreich Quelle: FH Technikum Wien Photovoltaik Installationen in Österreich Quelle: FH Technikum Wien 39
Photovoltaik Installationen kumuliert in Österreich Quelle: FH Technikum Wien Photovoltaik, Preise pro kwp in Österreich Quelle: FH Technikum Wien 40
Spezifische Kosten PV Anlage Spezifische Kosten PV Anlage Die Kosten für PV Anlagen, die heute bei etwa ca. 4.000 pro kw liegen, werden bis 2020 auf 2.000 sinken, langfristig sind 500 möglich. 41
Photovoltaik, CO2 Einsparung und Arbeitsplätze Quelle: FH Technikum Wien PV Computersimulation mit PV-SOL 42
Kostenlose Online Dimensionierung: www.valentin.de Biomasse 43
Biomasse in großem Maße verfügbar Wir nutzen nur rund die Hälfte des Zuwachses! Ziel der österreichischen Bundesregierung: Umstellung von mind. 400.000 Haushalten auf erneuerbare Energieträger bis 2020, davon 100.000 Haushalte bis 2010. Stand der Technik Wirkungsgrade von Biomassekleinfeuerungen (alle Brennstoffe: Scheitholz, Hackgut, Pellets) 44
Stand der Technik CO-Emissionen von Biomassekleinfeuerungen (alle Brennstoffe: Scheitholz, Hackgut, Pellets) Verkaufte Biomassekessel in Österreich < 100 kw Quelle: BIOENERGY 2020+ 45
Verkaufte Biomassekessel in Österreich > 100 kw Quelle: BIOENERGY 2020+ Verkaufte Biomasseöfen in Österreich Quelle: BIOENERGY 2020+ 46
Feste Biomasse Marktentwicklung in Österreich Quelle: BIOENEERGY 2020+ Biomasse Verbrennung Gleichstromverfahren (Unterschubfeuerung) Querstromverfahren (seitlich beschickte Feuerung) Gegenstromverfahren (von oben beschickte Feuerung) 47
Dreizugtechnik Vorteile: Kleine Baugröße = geringe Außenabmessungen des Kessels Automatische Asche- u. Flugascheabscheidung, keine händische Reinigung des Brennraumes udgl. während der Heizperiode notwendig Seitlicher Einschub mit schamottierter Brennkammer 48
Brennwerttechnik mit externem Wärmetauscher Abgas ca. 150 C Abgaswärmetauscher aus Niro Heizungsrücklauf ca.30-35 Abgas ca. 30-40 C Verbrennungsluft Biomasse Verbrennung CO / Lambda - Verhältnis 49
Biomasse Verbrennung Lambdasonde Sprungsonde Biomasse Verbrennung Lambdasonde 50
Biomasse Brennstoffe im Vergleich Platzbedarf für Kesseltechnik und Brennstofflager Ausgangssituation: Nutzenergiebedarf von 100.000 kwh/a Heizölbedarf: bisher Heizölbedarf: Neuanlage Pelletsbedarf Raumbedarf Pellets Raumbedarf Hackgut (Fichte W30) 15.000 Liter 11.700 Liter 25 Tonnen/a 42 Srm³/a 143 Srm³/a (eta 85%) (eta 81%) Biomasse Brennstoffe im Vergleich Lagerbedarf Hackgut / Pellets [Srm] 160 140 143 120 100 Faktor 3,5! 80 60 40 42 20 0 1,00 Hackgutbedarf Pelletsbedarf 51
Bodenrührwerk mit Gelenkaustragung Pendelschneckenaustragung 52
Überkopfbeschickung Feste Biomasse im österreichischen Energiesystem Quelle: BIOENEERGY 2020+ 53
Hackgutmarkt in Österreich Quelle: BIOENERGY 2020+ Pelletsmarkt in Österreich Quelle: ProPellets Austria 54
Energiepreisindices Quelle: statistik austria Grafik: www.energie-bau.at Biomasse Pellets gute Raumausnutzung bewährte Fördertechnik Baukastensystem variable Kesselanbindung einfache Lösung kostengünstig 55
Biomasse Pellets sehr variabel Umluftsysteme mit und ohne Filter bis 20 m Sauglänge Biomasse Pellets 56
Pellets Lagersysteme FleXILO COMPACT 60 % mehr Füllvolumen dank innovativem Funktionskonzept mittels Zugfedern und elastischem Schrägboden Type L cm B cm H cm Tonnen KGT1814 180 140 200 2,7-3,3 KGT2618 260 180 200 5,0-6,2 KGT2620 260 200 200 5,5-7,0 KGT2626 260 260 200 7,5-9,0 LEER VOLL Biomasse Pellets Lagerung außerhalb des Hauses Raumersparnis einfache Befüllung 57
Biomasse Pellets Biomasse Pellets 58
Raumluftunabhängiger Betrieb Fast alle Wohnraumgeräte (Holzfeuerung) sind raumluftabhängig Ein Wohnraum-Gerät braucht etwa 20 bis 30 m³/h 10% davon sind auch bei externer Luftzufuhr zur Scheibenspülung meist raumluftabhängig! Zuluft über ein Rohrsystem von extern (Wärmebrücken). Max. 2 Pa. Druckdifferenz. Luftstutzen am Gerät 50-80 mm. Leitung möglichst kurz oder über einen Pufferraum Raumluftunabhängiger Betrieb Der Betrieb unterdruckerzeugender Geräte (Küchenablufthaube, Abluftanlage,..) im Luftverbund mit raumluftabhängigen Wohnraumgeräten ist nicht zulässig! Ausnahmen sind mit Absicherungsmaßnahmen möglich. Feuerstätte hat Betriebsvorrang! Lüftungsgerät wird ggf. abgeschaltet. Moderne Ablufthauben 900 m³/h. Nur in Kombination mit Fensterschalter. Abluftanlagen nur mit Unterdruck-Controller! Ist eine Be- und Entlüftungsanlage mit einem Unterdruck-Controller ausgestattet, schaltet dieser den Abluftventilator weg und die Lüftung sorgt für die Zuluft des Kessels! 59
Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC PLUS Pelletskessel mit Brennwerttechnik Leistungsbereiche 12, 15, 20, 25, 32 kw Abgas ca. 150 C Abgas ca. 30-40 C Abgaswärmetauscher aus Graphit Heizungsrücklauf ca. 30 35 Kondensat Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART All-in-one-Prinzip Solar-Schichtenspeicher 600 Liter Pellets-Brennwert-Modul 2 gemischte Heizkreise 1 Solarkreis Solar Wärmetauscher Frischwassermodul Steuerung und Regelung 60
Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Solarwärmetauscher leicht zugänglich nachträglicher Einbau möglich Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Heizkreispumpen und Mischer sowie Frischwassermodul fertig installiert max. 2 gemischte Heizkreise Warmwasser (Frischwassermodul) Solarkreis modular wählbar Pumpen -Effizienzklasse A 61
Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Aschebox mit 12kg Ascheaufnahme Entleerung: 4 kw 1 x pro Heizsaison 6 kw - 8 kw 2 x pro Heizsaison Pellets-Zentralanlagen für NEH PELLEMATIC SMART Manuelle Befüllung Heizlast 4 kw ~ 15 kg Pellets/Tag Zwischenbehälter 36 Liter = 22 kg 62
Pellets-Zentralanlagen für NEH Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Mehr Effizienz mit Brennwerttechnik bis zu 15% weniger Brennstoff Edelstahl - Wärmetauscher Flammrohr Brennteller Feuchtbeständiger Kamin Edelstahl oder Keramik Ø130 mm Brennkammer 30-40 C 63
Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Kesselwirkungsgrad 105,7% Staub 4 mg/mj Kohlenmonoxid (CO) 13 mg/mj Org.geb Kohlenstoffe < 1 mg/mj Stickoxide (Nox) 70 mg/mj Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Der Blaue Engel ist das strengste Umwelt-Gütezeichen in Europa. Mit der PELLEMATIC SMART wird der geforderte Staubemissionswert um über 70% unterschritten! 64
Biomasse Brennwerttechnik PELLEMATIC SMART Einbaubeispiel mit Gewebetank 6,7 m² CO2 Einsparung durch feste Biomasse Quelle: BIOENERGY 2020+ 65
Umsatz und Arbeitsplätze durch feste Biomasse Quelle: BIOENERGY 2020+ Umsatz und Arbeitsplätze durch Biomasse Kessel Quelle: BIOENERGY 2020+ 66
Kachelofen Ganzhausheizung Kachelofen Ganzhausheizung 67
Kachelofen Ganzhausheizung Kachelofen Ganzhausheizung 68
Kachelofen Ganzhausheizung Kachelofen Ganzhausheizung 69
Umweltwärme Wärmepumpen Funktionsweise von Wärmepumpen Energie aus der Umwelt Expansionsventil Verdampfer Kondensator Verdichter Heizkreise Boilerladung 70
Typen von Wärmepumpen Erdreich / Wasser Flachkollektor COP B0/W35 > 3,5 Erdreich / Wasser Tiefenbohrung COP B0/W35 > 3,5 ca. 25 50 m²/kw ca. 15 25 m/kw Typen von Wärmepumpen Wasser / Wasser COP W10/W35 > 4,5 ca. 150 l/(kw, h) 71
Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Quelle: EEG 72
Betriebsweisen von Wärmepumpen Strommix in Österreich Quelle: AIT Stumpf 2009 73
Energiebilanz Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf 2009 Anteil Atomstrom am Mix der Versorger in Österreich 74
COP und Jahres Arbeitszahl Betriebsweisen von Wärmepumpen Quelle: AIT Stumpf 2009 75
monovalenter Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 Bivalent alternativer Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 76
Bivalent paralleler Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 Bivalent teilparalleler Betrieb Quelle: AIT Stumpf 2009 77
Leistungsermittlung Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf 2009 Wassererwärmung mit Wärmepumpe Quelle: AIT Stumpf 2009 78
Arbeitszahl Quelle: AIT Stumpf 2009 Bodentemperatur Quelle: AIT Stumpf 2009 79
Erdreichtemperaturen Quelle: AIT Stumpf 2009 Leistungszahl COP Quelle: AIT Stumpf 2009 80
Leistungsziffer Wasser-Sole WP 7 6 Leistungszahl (COP) 5 4 3 2 t = 35 C t = 55 C t = 65 C 1 - -15-10 -5 0 5 10 15 Wasser- bzw. Soletemperatur in C Wärmepumpen Gütesiegel Für Förderungen in Österreich: Mindestanforderung für alle Technologien JAZ = 4 Wärmepumpendaten 81
Berechnung der Jahresarbeitszahl Google / energie_ee_liste_waermepumpen.pdf energie_ee_liste_waermepumpen.pdf JAZ nach VDI 4650 82
Jahrearbeitszahl JAZ Quelle: AIT Stumpf 2009 Wärmepumpen Jahresarbeitszahl Quelle: AIT Stumpf 2009 83
Wärmepumpen Jahresarbeitszahl Quelle: AIT Stumpf 2009 Berechnung der Jahresarbeitszahl http://www.waermepumpe.de/fileadmin/jaz-rechner/programm/index.html VDI 4650 Berechnung Tool dz. Wohnbauförderung 84
Berechnung der Jahresarbeitszahl Berechnung der Jahresarbeitszahl Bestimmung des Bivalenzpunktes Heizlast 5,4 kw (9 kw) Normaußentemperatur -12 85
Bestimmung des Bivalenzpunktes Der Bivalenzpunkt eines Wärmepumpentypes hängt ab von Normaußentemperatur des Standortes Heizkurve Bestimmung des Bivalenzpunktes 86
Berechnung der Jahresarbeitszahl Betriebsweisen von Wärmepumpen 87
Wärmepumpen Marktentwicklung in Österreich Quelle: EEG Wärmepumpen Marktanteil der Wärmequellen 88
Emissionsfaktoren Strom Wärmepumpen CO2 Einsparung in Österreich 89
Wärmepumpen Arbeitsplätze in Österreich (Mio.) Wärmepumpen Feldmessungen 90
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 91
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 92
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 93
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 94
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 95
Wärmepumpen Feldmessungen Wärmepumpen Feldmessungen 96
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 97
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 98
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 99
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 10
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen 101
Feldtest Luft-Wasser Wärmepumpen Objekt E.. 102