Energieautarkes Wohnhaus / DOMARES Energierechner DOMARES für Architekten, Bauherren und Planer Betriebsanleitung Autoren: Michael Eschmann, Dipl. Ing. FH Markus Markstaler, Dipl. Ing. FH Interstaatliche Hochschule für Technik NTB IES Werdenbergstrasse 4, CH-9470 Buchs Tel.: +41 81 755 33 50; FAX: +41 81 755 34 40 E-Mail: michael.eschmann@ntb.ch; markus.markstaler@ntb.ch; www.ntb.ch/ies
1.1 Berechnungstool DOMARES / Bedienungsanleitung Die Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs (NTB) lehnt jegliche Haftung ab, für Ergebnisse, die mit dem Berechnungstool DOMARES erstellt worden sind. Das Berechnungstool DOMARES berechnet nur Richtwerte. DOMARES berücksichtigt die folgenden Energiesysteme: SW LW PE EB ÖB PV ST Erdsonden-Wärmepumpe, definiert über Jahresarbeitszahl (JAZ) für Heizung und JAZ für Warmwassererzeugung. Beinhaltet Kosten für die Wärmepumpe und die Bohrkosten. Luftwasser-Wärmepumpe, definiert über JAZ für Heizung und JAZ für Warmwassererzeu- gung. Beinhaltet Kosten für die Wärmepumpe Pelletheizung: Energiekosten (Strom) für Nachladung werden berücksichtigt Erdgasbrennerheizung: Vorausgesetzt wird ein kondensierender nsierender Kessel Ölbrennerheizung: Vorausgesetzt wird ein kondensierender Kessel Photovoltaikanlage: Netzgeführter Umrichter mit Netz- Einspeisung des gesamten, produ- zierten Stroms Solarthermieanlage: Kombianlage zur Heizungsunterstützung und Warmwassererzeugung. Größe der Anlage über Kollektorfläche zwischen 4 und 30m 2 wählbar. Nicht berücksichtigt werden: Raumkosten für Heizung und Brennstofflagerung Energiebedarf und Kosten für Heizverteilsysteme (Heizkörper, Verrohrung, Umwälzpumpen, Heizungssteuerung,) Einfluss der Vorlauftemperatur auf Heizverteilung Elektroboiler werden nicht betrachtet. Einerseits soll eine einfache und schnelle Objekt- Analyse mit geringen Detail- Kenntnissen möglich sein, und andererseits wird die Möglichkeit geboten eine genaue und detaillierte Eingabe vorzunehmen. Dies wird über unterschiedliche Register im Software-Tool realisiert. Für eine schnelle Betrachtung der gerechneten Ergebnisse ist das Excel- Register Übersicht ausreivorgenommen werden. Der Detai- lierungsgrad nimmt nach rechts hin zu. chend. Genauere Resultate können, bei Bedarf, in den folgenden Registern Die Eingaben bzw. veränderbaren Parameter werden in weiss hinterlegten Feldern eingegeben. Für die Eingabe erfolgt keine Plausibilitätsprüfung. 1.1.1 Register Übersicht In diesem Register werden die Gebäude- (Gebäudeumfang, EBF, Anzahl Stockwerke, Raumhöhe) und Nutzerdaten (Anzahl Personen, Rauminnentemperatur) eingegeben. Ebenfalls einflussreiche Parameter sind Kapitalzins und Amortisationsdauer. Amortisationsdauer bezieht sich auf das gesamte konfigu- Seite 2 von 11
rierte Heizsystem und kann nicht nach einzelnen Komponenten (z.b. Photovoltaik, Pellets) getrennt werden. Teuerung und Inflation werden nicht berücksichtigt. Für ein erfasstes Gebäude können maximal vier unterschiedliche Heizsysteme zeitgleich miteinander verglichen werden. Die Auswahl erfolgt über ein Drop-Down- Menü. Hierbei können auch die Energiepreise definiert werden. Sie sind erfassbar in unterschiedlichen Einheiten (Fr./kWh, Fr./t für Pellets, Fr./m 3 bei Erdgas, Fr./100l bei Erdöl). Im Folgenden wird ein Beispielgebäude nach SIA380/1:2009 durchgerechnet. Abb. 1 Register Übersicht Die Grösse der solaren Anlage (Photovoltaik, Solarthermie) kann für jede Variante einzeln vorgegeben werden. Der Parameter Ausrichtung Solar bezieht sich auf die Himmelsrichtung der Panel- Montage. Dabei werden die Werte folgendermassen beschrieben: 0 = Süden, 45 = Südost, 90 = Osten, -45 = Südwest und -90 = Westen Bei der Photovoltaik-Anlage kann zwischen vier Auslegevarianten ausgewählt werden. Falls die Anlagefläche bekannt ist, kann mit dem Drop- down- Menü z.b. die Modulfläche gewählt werden. Es kann dann pro Variante die Modulfläche und Modulneigung angegeben werden. Seite 3 von 11
Bei Auslegevariante Anlageleistung wird pro Variante die zu installierende Leistung und Modulneiwird die zu verbauende Fläche in Breite und Länge angegeben. Breite beschreibt die betrachtete Seite von Süden her. Es wird von einer Aufständerung mit Modulnei- gung eingegeben. Bei der Auslegevariante Flachdach gung 35 ausgegangen und Modulabmessung von 1.6x1.0m (HxB) angenommen. Bei der Auslegevariante Schrägdach, welche den gleichen Algorithmus wie die Variante Modulfläche verwendet, wird die Größe der Fläche und der Neigungswinkel berücksichtigt. Bei der mitgerechneten, solarthermischen Anlage handelt es sich immer um eine Heizungsunterstützung und nicht um eine Warmwasserbereitungs- Anlage. Bei allen Heizungsanlagenvarianten wird die Solarthermie-Anlage über die Kollektorfläche angegeder Photovoltaik. Die Neigung kann angegeben werden und ben. Die Ausrichtungsangabe ist gleich wie bei hat ihr Optimum bei 60. Die Ausgabe der Werte erfolgt über vier Diagramme und stellt so das Ergebnis dar. Die Ergebnisse als Zahlenwerte sind im Register Ergebnisse zu finden. Die Diagramme sind im folgenden Unterkapitel beschrieben: 1.1.2 Diagramme und Ausgabe-Register Ergebnisse Die Ausgabe im Register Übersicht beinhaltet vier Diagramme. Das Diagramm rechts oben beschreibt den Wärmebedarf von Primärenergie, d.h. der Energie welche ins Gebäude geliefert werden muss. In der folgenden Abbildung ist der Energieverbrauch ohne solare Unterstützung (Modulfläche und Kol- lektorfläche sind auf 0 m 2 gesetzt) ersichtlich. 16'000 14'000 14'884 13'405 14'103 Wärmeenergiebedarf [kwh/a] 12'000 10'000 8'000 6'000 4'000 2'000 0 4'138 Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl Abb. 2 Wärmeenergiebedarf ohne solare Unterstützung Seite 4 von 11
Das darunterliegende Diagramm zeigt den CO 2 -Ausstoss des Gebäudes an, aufgrund des Verbrauchs an Primärenergie. CO2-Ausstoss [Tonnen] 2.00 1.84 1.80 1.60 1.48 1.40 1.20 1.00 0.80 0.58 0.60 0.40 0.20 0.12 0.00 Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl Abb. 3 CO 2 -Ausstoss mit solarer Unterstützung Das Diagramm rechts oben beschreibt die Zusammensetzung der Kosten pro Jahr. Dabei werden die Annuität der Heizanlage, sowie die Kosten für Wartung, des Energieträgers (z.b. Brennstoff) und der Ertrag aus der PV-Anlage aus der Einspeise-Vergütung ersichtlich. 10000 Investition Wartung Energie PV-Ertrag Gesamt 8000 Kosten pro Jahr [Fr./a] 6000 4000 2000 0-2000 4'664 703 4'025-1343 Erdsonde-WP 6'367 5'129 7'863 6'401 750 724 Pelletheizung Erdgas -2646-2396 6'933 683 Erdöl -2512 5'504-4000 Abb. 4 Kostenzusammensetzung der verglichenen Varianten Im Diagramm rechts unten wird der Einfluss der Energiepreiserhöhung (Strom, Pellets, Erdgas oder Erdöl) bei den einzelnen Varianten dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist Variante 1 (=blau) eine SW-Wärmepumpe, Variante 2 (rot) eine Pellets- Heizung, Variante 3 (grün) eine Erdgasleitung, Vari- ante 4 (= schwarz) eine Erdölheizung. Die x-achse zeigt die prozentuale Erhöhung der jeweiligen Energieträger, d.h. 100% entspricht einer Erhöhung von 100% (Preisverdoppelung). Seite 5 von 11
9000.0 8000.0 Auswirkung auf die Jährlichen Wärmekosten [Fr] 7000.0 6000.0 5000.0 4000.0 3000.0 2000.0 1000.0 0.0 Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl -100% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% Veränderung des Energiepreises Abb. 5 Gesamtkostenentwicklung aufgrund Energiepreisveränderung Im Register Ergebnisse werden die Zahlenwerte der Berechnung dargestellt, sowie ein Diagramm mit der zeitlichen Entwicklung der jährlichen Wärmekosten über 25 Jahre. In den Wärmekosten sind Abschreibung der Investition, Wartung, Energiekosten enthalten, abzüglich der Erträge aus der PV- Anlage. Seite 6 von 11
Berechnung der Betriebskosten Energiebedarf Heizen Energiebedarf WW Solargewinn (Solarthermie) tat.prim.energiebedarf Heizen tat.prim.energiebedarf WW Strombedarf Lüftung Ertrag Photovoltaik Ges.Energiebedarf CO2-Ausstoss (Tonnen) Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl 8'131 8'131 8'131 8'131 kwh / a 3'811 3'811 3'811 3'811 kwh / a 0 5'732 5'732 5'732 kwh / a 2'033 2'822 2'525 2'666 kwh / a 1'270 4'483 4'011 4'234 kwh / a 835 835 835 835 kwh / a 4'130 8'136 7'368 7'724 kwh / a 8 5 4 10 kwh / a 0.58 0.12 1.48 1.84 Tonnen / a IES Energiekosten Heizen+Lüften Energiekosten WW Stromkosten Lüftung Stromkosten Nachladung jährl. Primärenergiekosten Wartungskosten 346 198 225 209 216 314 357 332 142 142 142 142 0 97 0 0 703 750 724 683 1 400 400 400 Investition Gebäudehülle Investition Wärmesystem Investition Solarthermie Investition PV jährliche Amortisationskosten 0 0 0 0 Fr 33'779 24'100 10'100 14'60 0 22'500 22'500 22'50 31'605 62'265 56'385 59'115 Fr 4'664 7'863 6'401 6'933 Fr 8'000 Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl a ] / ṙ [F n ste k o e ä rm W e rlich h jä 7'000 6'000 5'000 4'000 3'000 2'000 1'000 0-1'000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Jahre Domares Version 1.0_FR NTB INTERSTAATLICHE HOCHSCHULE FÜR TECHNIK BUCHS Ermöglicht durch Land Liechtenstein und Förderverein IES (www.fv-ies.ch) Abb. 6 Register Ergebnisse Seite 7 von 11
1.1.3 Register Gebäude Im Register Gebäude können genauere Angaben zur Gebäudehülle gemacht werden, um den Energienach Westen gerichte- bedarf des Objekts zu ermitteln. Es ist darauf zu achten, dass die nach Osten gerichteten Fensterflächen mit den ten Fensterflächen zusammen addiert werden. Das Berechnungstool unterscheidet nicht zwischen westlicher und östlicher Sonneneinstrahlung. Abb. 7 Register Gebäude Im Diagramm werden die gewichteten Energiekennzahlen (abhängig vom jeweiligen Heizsystem) aufgezeigt. Seite 8 von 11
Zusätzlich wird der Richtwert des Energieverbrauch- Standards MINERGIE und MINERGIE-P (Passivhaus) dargestellt. Minergie und Passivhaus sind nicht direkt miteinander vergleichbar, da beim Standard Passivhaus nur der Heizenergiebedarf berücksichtigt wird, ohne Einrechnung des Warmgehört der Warmwasserbedarf in den Grenzwert hinein. Um diese unter- wasserbedarfs. Bei den Minergie- Standards schiedlichen Standards in Bezug zu bringen, wurde bei der Energiekennzahl Passivhaus zum festge- legten Heizenergiebedarf von 15kWh/m 2 a noch den zusätzlichen Warmwasserbedarf des konfigurierten Gebäudes hinzuaddiert. 1.1.4 Register Kosten Die Investitionskosten für die Heizung werden im Register Kosten angegeben. Stromkosten und Kosten für Investition, Wartung, Montage, Installation inkl. 7.6% MwSt Stromkosten 0.17 Fr / kwh Ersonde-Wärmepumpe Investition Bohrkosten gesamt Bohrungskosten/Meter Wärmepumpe Verbindungsleitung 600l-Speicher Planer Luft-Wärmepumpe Investition Wärmepumpe 600l-Speicher Planer Wärmepumpe Wartung WP-Strompauschale 33'779 Fr 11'479 Fr Errechnet aus dem Leistungsbedarf für Heizen und Warmwasser 11 / m Mittelwert von diversen Planungsbüros 10'00 Hoval-Preiskatalog 5'20 FAWA-Feldanalysen 4'60 2'50 Fr 21'10 14'00 4'60 2'50 Fr 1 Fr 1 Fr 0 Pellets Investition Pelletsbrenner Nachladung 600l-Speicher Planer Pellets Wartung Kamienfeger Erdgas Investitionen Gasthermie 600l-Speicher Erdgas Wartung Wartung Erdöl Investitionen Brenner 600l-Speicher Erdöl Wartung Kamienfeger Solarthermie Heizungsunterstützung Kollektorkosten/Fläche Photovoltaik Kosten pro kwpeak Unterhalt Kostenanteil Wechselrichter 24'10 17'00 Hoval-Preiskatalog 4'60 2'50 Fr 10'10 5'50 Hoval-Preiskatalog 4'60 14'60 10'00 Hoval-Preiskatalog 4'60 1'50 / m 2 System (Kollektor, Speicher, Pumpen,..) mit Installation und MwSt. 7'50 / kwpeak 50 15% Anteil ges.inv. PV-Fibel von LKW Abb. 8 Register für die Investitionen des Heizsystems Seite 9 von 11
Bei den Investitionskosten der Heizungsanlage werden die Planungs-, Wartungs- und Installationskos- ten inklusiv MwSt. mit einberechnet. Diese Richtwerte können individuell für jede Heizungsanlage angepasst werden. 1.1.5 Register Förderungen Als dritten bedeutenden Punkt zur Wirtschaftlichkeitsberechnung (neben Energiepreis und Investition) können die Förderungen im Register Förderungen angegeben werden. Region Region Buchs Heizsystem Investition Gebäudehülle Investition Wärmesystem Investition Solarthermie Investition PV tot. Investition Förderung Gebäudehülle Förderung Wärmesystem Förderung Solarthermie Einmalförderung PV*) Investition abzgl. Förderung Reduktion Steuerlast (in %) Reduktion Steuerlast (in CHF) Investition Energiekosten Wartungskosten Amortisation Invest Erdsonde-WP Pelletheizung Erdgas Erdöl 0 0 0. 33'779 24'100 10'100 14'60. 0 22'500 22'500 22'50. 31'605 62'265 56'385 59'115 Fr 65'384 108'865 88'985 96'215 0 0 0. 0 0 0. 2'000 2'000 2'000 2'00. 0 0 0 63'384 106'865 86'985 94'215 Fr. 0% 0% 0% 0% 0 0 0 0 63'384 106'865 86'985 94'215 Fr 703 750 724 683 1 400 400 400 4'664 7'863 6'401 6'933 *) PV-Förderung in Form von Einspeisevergütung k önnen im Register "Ortsdaten" erfasst werden Abb. 9 Register Förderungen Neben den Förderungen zu den einzelnen Komponenten, kann auch die Reduktion der Steuerlast be- rücksichtigt werden, welche ein bedeutender Teil der Fördermassnahmen in der Region ist. Seite 10 von 11
1.1.6 Register Parameter Detaillierte technische Angaben zum Energiesystem kann im Register Parameter getroffen werden. Abb. 10 Register Parameter zur Eingabe technischer Daten Die Länge der Sondenbohrung wird aus dem Energiebedarf berechnet. Seite 11 von 11