Das Haus der Zukunft oder

WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Das Haus der Zukunft oder Warum die Wärmepumpe das bessere Elektroauto ist Arend Leers St. Christoph am Arlberg 18. März 2013

Pressestimmen Es ist 5 Minuten vor 12 Wir verschwenden immer noch zu viel kostbare Energie Die globale Umweltbelastung und der damit verbundene Klimawandel wird zum weltweiten Unfrieden führen Die Industriestaaten gefährden durch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ihre Wettbewerbsfähigkeit Das ist aber nur ein temporäres Phänomen der Modernen 2

Der aktuelle Verbrauch aller Reserven schädigt die zukünftigen Generationen nachhaltig und irreversibel fossiler Energieverbrauch Optionaler Titel 0 1000 2000 3000 Zeit/ a Quelle: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen, TU München, 4. Quartal 2011 3

Das Energiekonzept der Bundesregierung 3 Säulen Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020 4

Entwicklung WSVO / EnEV 5

Technisch kann der Wärmebedarf von Neubauten weit über die Anforderungen der EnEV 2009 hinaus reduziert werden Wärmebedarf verschiedener moderner Neubautypen Niedrigenergiehaus 3-Liter-Haus Passivhaus Nullenergiehaus Plusenergiehaus < 70 kwh/m 2 /a < 30 kwh/m 2 /a < 15 kwh/m 2 /a ~0 kwh/m 2 /a < 0 kwh/m 2 /a > Als Niedrigenergiehäuser bezeichnet man Gebäude, die den momentan gesetzlichen geforderten EnEV Max. noch unterschreiten > Gebräuchlich ist mittlerweile die KfW-Energiehaus 60 Definition > Der 3-Liter-Haus Standard ist definiert durch einen maximalen Energiebedarf von 30 kwh/m 2 /a, was etwa 3 Litern Heizöl pro m 2 /a entspricht > Im Passivhaus kann aufgrund der Dämmung auf eine konventionelle Heizung verzichtet werden > Wärme wird primär passiv (z.b. Sonneneinstrahlung ) erzeugt > In der jährlichen Bilanz benötigt das Nullenergiehaus keine ext. Energiezufuhr (Elektrizität, Gas, Öl usw.) > Die benötigte Energie wird im bzw. am Haus selbst erzeugt (z.b. durch Solaranlagen) > Das Plusenergiehaus ist ein energieeffizientes Haus, das mit einer PV- Anlage ausgerüstet ist, die mehr Energie produziert als für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom über das Jahr gerechnet benötigt wird Quellen: Industrie Initiative effizienter Klimaschutz, Booz & Company Analyse 6

doch Deutschland ist gebaut! Ca. 75% des Wohngebäudebestands sind vor der 1. WSVO 1978 gebaut worden und weisen einen sehr hohen Energiebedarf auf 7

Bestandsanalyse Heizungsmarkt Deutschland Ca. 20% des heutigen Heizungsbestandes sind komplett veraltet und ökologisch wie wirtschaftlich ineffizient Quelle: RWE, BDEW, DENA, Viessmann 8

Das Energiekonzept der Bundesregierung 3 Säulen Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020 9

Veränderung [%] Das Energiekonzept der Bundesregierung 100 90 80 Endenergieverbrauch Strom 70 60 Anteil Erneuerbarer Energien 50 40 Primärenergieverbrauch 30 20 Treibhausgasemission 10 0 1990 2008 2020 2030 2040 2050 Quelle: Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch,, TU Braunschweig, 4. Quartal 2011 10

Strommix in % Strom-Mix in Deutschland: 2010-2020-2050 100 Technisch-Ökologische Potenziale der Erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung Geothermie 80 Windenergie 60 40 20 0 Kernenergie* Gas, Kohle Sonstige Biomasse Wasserkraft Photovoltaik Trendlin ie 2010 2020 2050 Geothermie Windenergie Biomasse Wasserkraft Photovoltaik Sonstige Gas, Kohle Kernenergie *Das Gesetz sieht vor, das spätestens 2022 das letzt Kernkraftwerk in Deutschland abgeschaltet wird Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, Stand 1/2009 und 1/2011, sowie Umweltbundesamt, Stand 7/2010 Fundierte Zahlen nach den neuesten Entscheidungen zur Energiepolitik 2011 werden von der Bundesregierung erst für die EEG-Novelle 2012 erwartet; bis dahin bleibt das Energiekonzept vom 28.9.2010 unverändert bestehen 11

Das Energiekonzept der Bundesregierung 3 Säulen Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020 12

EINFLUSS AUF ENERGIEERZEUGUNG UND NETZAUSLASTUNG Stromerzeugung über eine Woche im Frühjahr 2008 Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07/2011 13

Einfluss auf Energieerzeugung und Netzauslastung: Szenario Frühjahr 2020 Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07 2011 Photovoltaik und Wärmepumpe 14

Lastferne Erzeugungsstruktur in 2030 bedingt zunehmende Netzengpass-Situationen in Deutschland. 15

Wo sind die Stellschrauben zum Energiesparen/Speichern??? Energieverbrauch nach Sektoren Aufteilung Energieverbrauch eines typischen Haushalts 3% Kühlen/Gefrieren 2% Kochen/Waschen/Spülen Verkehr 29% 29% Private Haushalte 1% Licht 5% Sonstige Geräte 11% Warmwasser 27% Industrie 15% Gewerbe, Dienstleistungen 78% Heizung Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO 2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de 16

Das intelligente Haus im Mittelpunkt des Energiewandels 17

WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Verfügbare Lösungen Bereich Heizung, Warmwasser und Photovoltaik

Die Perspektive: Lastenabhängige Stromtarife Energieversorger gibt nur Signal vor: Strompreis hoch Strompreis normal Strompreis günstig dass viele Stromkunden ihr Nutzungsverhalten ändern, wenn die Preise für Energie stundenabhängig variieren und der Kunde Einsparungen erzielen kann. ( ) Ein solches Verhalten der Kunden ist wichtig, um die Energieversorgung für die Zukunft aktiv zu gestalten. Fließt zum Beispiel mehr Windenergie ins Netz, dann kann Strom günstiger angeboten werden. Seien Sie also gespannt auf zukünftige Produkte und Tarife - Sie werden damit noch mehr Möglichkeiten bekommen, aktiv Ihre Energiekosten zu senken. Quelle: E.ON Kundenzeitschrift, Editorial 3. Quartal 2011 19

Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke Wärmepumpen können zum Lastausgleich geschaltet und gesteuert werden. Sie gleichen regionale Lastspitzen aus und sorgen für ein stabiles Stromnetz. D.h. ungefähr 10% der heutigen Windlast könnte bereits heute von der Wärmepumpe sinnvoll genutzt werden. Die größten Windlasten fallen zudem in der Heizperiode an. Erste Projekte gibt es unter dem Namen virtuelle Kraftwerke seit Ende 2011 in Zusammenarbeit mit Vattenfall. 20

Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke Mehr als 87.000 Wohneinheiten werden über das Virtuelle Kraftwerk versorgt. Bis Ende des Jahres werden es 100.000 Wohneinheiten sein. Quelle: Vattenfall, 1. Quartal 2012 21

Lösung 2: Eigenverbrauch optimieren - Stromnetze entlasten Quelle: SMA 22

Zwei Lösungen Die Unstetigkeit der erneuerbaren Energiequellen (Wind und Sonne) bedingen einen Paradigmenwechsel, von der generell verbrauchsabhängigen Erzeugung zu mehr erzeugungsabhängigem Verbrauch um günstigen (PV-)Strom im Haushalt nutzbar zu machen: Arbeit verschieben (Mittags waschen, Geschirrspüler ) Energie speichern Elektrisch (Batteriesysteme) Thermisch (Wärmepumpe, Speicherheizung) 23

Energie speichern aber wie? Li-Ionenakku 5 kwh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000 Preis: ca. 8.000,- 100 Liter H 2 O 5 kwh bei delta T = 45K Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt Preis: ca. -,38 Photovoltaik und Wärmepumpe 24

Aufteilung des Energieverbrauchs eines typischen Haushalts 3% Kühlen/Gefrieren 2% Kochen/Waschen/Spülen 1% Licht 5% Sonstige Geräte 29% 11% Warmwasser 27% 78% Heizung!!! Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO 2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de 25

Strom ist zum Verheizen zu teuer! Stimmt das??? Einspeisung des Überschüssigen Stromes ins Netz Einspeisevergütung = -,18 / kwh Veredlung mit Umweltwärme Wärmepumpe mit COP/JAZ von z.b. 3,5 Speicherung in Form von Brauchwarmwasser z.b. SBK oder WWK 300 5 kwh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kwh (thermisch) 26

Strom ist zum Verheizen zu teuer! Stimmt das??? 5 kwh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kwh (thermisch) 5 kwh x -,18 Entspricht damit 17,5 kwh a. -,05 27

Entwicklung und Prognose von Strompreise in Deutschland Quelle: Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin 28

Erster Schritt, WWK 300 PV. 29

WWK 300 PV Integration einer einfach zu realisierenden 230 Volt Schnittstelle zur Steuerung der Aufladung Schaltuhr sorgt für Mindestaufladung an sonnenarmen Tagen Interne Verschaltung und Design des Interfaces sorgt für hohe Betriebssicherheit und hohen Kompatibilitätsgrad zu externen Anlagen und Steuerungen 3 Installations- bzw. Betriebsvarianten Schaltuhrbetrieb Wechselrichteransteuerung Automationsgesteuert (Smart Home mit Smart Meter) Photovoltaik und Wärmepumpe 30

Energie speichern aber wie? Li-Ionenakku 5 kwh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000 Preis: ca. 8.000,- 300 Liter H 2 O 17,5 kwh bei delta T = 40K Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt Preis: ca. 2.650,- Photovoltaik und Wärmepumpe 31

PV-Planungstool Photovoltaik und Wärmepumpe 32

PV-Planungstool (2) Photovoltaik und Wärmepumpe 33

PV-Planungstool (3) Photovoltaik und Wärmepumpe 34

und die Heizung? Grundsätzlich das gleiche Thema Geringere ΔT - größere Speichervolumina möglich 1.000 l bei 45/30 C -> 17,5 kwh (thermisch) 1.000 l bei 60/30 C -> 35 kwh (thermisch) Nächtlicher Absenkbetrieb verlagert Arbeitszeit Smarte Regelung möglich 35

DAS KONZEPT PC SERVICEWELT PORTAL Smart Device Lokal Mobil 36

DIE LÖSUNG Verknüpfung intelligenter Heizungsregelungen mit dem Rest der Welt 37

Der neue Wärmepumpenmanager Einer für alles - Einheitliche Bedienung 38

INTERNET SERVICE GATEWAY 39

Smart Energy Extension Die Smart Energy Extension ist die Hardwareerweiterung für das ISG Eingänge für den Anschluß an zwei Koppelrelais Einfacher Einbau als Nachrüstung Optimierung des Eigenverbrauchs durch Kopplung mit dem Relaisausgang eines kompatiblen Wechselrichters Kopplung mit einem Rundsteuerempfänger SG Ready ist der neue Kommunikationsstandard für die Anbindung an das Smart Grid Vorteile gegenüber einer reinen Reglerlösung Betriebs- und Tarifanpassungen über das ISG remote möglich Monitoring und Optimierung des Wärmepumpenverhaltens möglich 4 40

Smart Energy Extension 4 41

ISG Erweiterungen Softwareerweiterungen für das ISG kostenpflichtige Erweiterung der Kommunikationsfähigkeiten durch Remote Update KNX IP Webschnittstelle (EMI) Weitere IP basierte Schnittstellen in Planung 4 42

KNX IP Showcase auf der ISH: Gira Control 19 4 43

Energy Management Interface (EMI) 44

Systemübersicht Z1 Zweirichtungszähler Z2 PV-Ertragszähler Kein WP Tarif (Zähler) möglich 45

SMA Sunny Home Manager Erstellung von Erzeugungs- und Verbrauchsprognose Steigerung der Eigenverbrauchsquote durch intelligente Lastverschiebung Einfache Anlagenvisualisierung und -überwachung via Sunny Portal 46

SMA Sunny Home Manager 47

SMA Sunny Home Manager 20 40 % natürlicher Eigenverbrauch + 10 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement oder + 30 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement und Wärmepumpe +10% Eigenverbrauch bei Einsatz eines 2 kwh Batteriespeichers 48

Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron Beispiel Einfamilienhaus 49

Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron Beispiel Mehrfamilienhaus 50

Fazit Die Energiewende birgt viele Herausforderungen bietet aber reichhaltige Chancen. Die Wärmepumpe ist heute und auch in Zukunft ein unverzichtbares Produkt in der Energieversorgung und Wärmegewinnung. Neben dem Heizen, Kühlen und der Warmwasserbereitung kommen die Funktionen Speicherung von schwankenden Strommengen hinzu. In der Kombination mit einer PV-Anlage kann sie den Eigenverbrauch im Haus erhöhen und entlastet damit die Zuführung von Strom in die Netze. Die Kombination von PV und WP erfüllt die Anforderung der Politik ab 2020, nur noch Plusenergiehäuser zu bauen. Wenn Sie den Trend aktiv für sich nutzen wollen: STIEBEL ELTRON hilft Ihnen, die neuen Herausforderungen zu meistern! fossiler Energieverbrauch 20 0 1000 3000 00 Optionaler Titel Ze it/ a 51

DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT ANDERE SYSTEME HABEN TRADITION WÄRMEPUMPEN HABEN ZUKUNFT! 52