Optimierung von Heizungsanlagen Kosten und Nutzen des hydraulischen Abgleichs Eine Veranstaltung im Rahmen der Thüringer Energieberatertage 1
Übersicht des Vortrags Thema ist die hydraulische und regelungstechnische Optimierung von Wohngebäuden verschiedener Baualtersklassen und Dämmniveaus. Problemstellung: warum eigentlich optimieren? Vorstellung des Optimus-Projektes und der Partner die Problematik der Optimierung am Beispiel Etagenwohnung Einsparung und Kosten im Überblick Fazit und Ausblick 2
Problemstellung: warum eigentlich optimieren? 3
Ausgangslage Schwerpunkt: bestehende Gebäude, insbesondere nach baulichen Sanierungen. 1. altes Gebäude mit Hochtemperatur-Heizung 2. Dämmung der Gebäudehülle (ggf. auch nur teilweise) 3. Welche neuen Temperaturen reichen aus? Welche Wassermengen? Welche Pumpendrücke? Und die Gretchenfrage ist: was passiert, wenn man die Anlage anpasst? Spart man Energie? 4
Das OPTIMUS-Projekt: Ziele und Partner 5
Es fanden sich zusammen: Innung für Sanitär- und Heizungstechnik Wilhelmshaven Forschungsgruppe Praxisnahe Berufsbildung, Bremen Berufsbildende Schulen II, Aurich TWW e.v. an der FH Braunschweig/ Wolfenbüttel Firma WILO AG, Dortmund als Förderer: die Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU 6
Gewählte Gebäude im Projekt Optimus 43 92 Gebäude 59 mit Kessel 33 mit Fernwärme 1 12 52 EFH 40 MFH 1 8 14 47 mit Baujahren vor 1978 20 mit Baujahren von 1978-1994 25 mit Baujahren ab 1995 1 1 1 10 Energetisch auswertbare beheizte Fläche in 75 Gebäuden: 35.000 m² 7
Verbrauchsmessungen Wenigverbraucher als Referenzgruppe zweite Heizperiode: Verbrauchsmessung Vergleich des Energieverbrauchs der optimierten Gebäude und der nicht optimierten Referenzgruppe: Optimierung der Vielverbraucher Festellen des Einsparpotentials durch die Optimierung erste Heizperiode: Verbrauchsmessung 8
Optimierungsarbeiten in Planung und Ausführung 1. hydraulischer Abgleich mit Voreinstellung von Thermostatventilen, 2. Einstellung der ausreichenden Förderhöhe an der Pumpe 3. Einstellung der Vorlauftemperatur am zentralen Regler. Optimierung zur Verminderung des Verschwendungspotentials für Wärme, der elektrischen Hilfsenergie für die Pumpe und zur Komfortverbesserung 9
Beispieloptimierung einer Etagenwohnung 10
Gegebene Etagenwohnung Etagenwohnung 2 Zimmer, Küche, Bad 60 m² beheizte Fläche Wandtherme mit integrierter Pumpe (und Überströmventil) Vorlauftemperatur 75 C nicht voreinstellbare Heizkörperventile Gebäude letztes Jahr baulich gut saniert Bad Wohnen Bad: 6 m² Küche: 12 m² Schlafen: 9 m² Wohnen: 33 m² Küche Schlafen 11
Ziel: Hydraulischer Abgleich mit Thermostatventiltausch Bad Küche Schlafen Wohnen Plattenheizkörper verbleiben (s. u.) neue voreinstellbare Thermostatventile mit Stufen 1 6 werden eingebaut die Wandtherme samt Pumpe bleibt Welche Vorlauftemperatur? Welcher Pumpendruck? Welche Ventileinstellungen? Bad: 6 m² Küche: 12 m² Schlafen: 9 m² Wohnen: 33 m² Typ 10 600 x 800 Typ 21 500 x 1200 Typ 11 600 x 800 Typ 21 900 x 1000 12
Relative Verhältnisse nach der Modernisierung es werden gebraucht: die neue Raumheizlast (mindestens überschlägig) die installierte Heizkörperleistung bei Normbedingungen Bad Küche 490 W 1450 W Schlafen Wohnen 200 W 36 850 W 52?? 550 W % 1650 W % 34? 310 W 41 %? 750 W % Wieviel Prozent der vorhandenen Normheizkörperleistung wird in den einzelnen Räumen gebraucht? Welcher Raum bestimmt die neue Vorlauftemperatur? Verhältnis Raumheizlast neu Heizkörpernormleistung 13
Ermittlung der neuen Temperatur Heizkörperdiagramm nomiert für Heizkörpernormleistung 75/65/20 C (N) 45 75 80 85 90 C Vorlauftemperatur Spreizung Vor- und Rücklauf, in K 40 35 30 25 20 15 10 35 40 45 50 55 60 65 70 aber nicht mehr als 63 C, damit in der Küche die Volumenströme nicht zu klein werden N 5 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% mindestens 53 C, damit es im Wohnzimmer warm wird Leistungsverhältnis, in % gewählt 55 C 14
Ermittlung der Volumenströme V& = Raumheizlast : Spreizung : 1,16 Wh l K Welche Volumenströme werden in den einzelnen Räumen gebraucht? 200 W und 21 K Bad Wohnen... 8 l/h 81... l/h 490 W und 23 K 310 W und 18 K Küche 18... l/h Volumenstrom Schlafen 15... l/h 850 W und 9 K Gesamtvolumenstrom bei 55 C Vorlauftemperatur? 122? l/h l/h 15
Pumpendruck die Pumpe in der Therme ist nicht voreinstellbar. das Gerät hat ein ebenfalls nicht einstellbares Überströmventil ohne Überströmventil Überströmventil öffnet 250 mbar mit Überströmventil Welchen Druck liefert das Gerät? l/h 16
Geräusche? Einziger Ausweg Problem: der Differenzdruck von 250 mbar schlägt sich bis an die Thermostatventile nieder, welche Geräusche machen Und was kann man dagegen tun? Überströmventil Thermostatventil Differenzdruckregler (50 bis 200 mbar) hier eingestellt: ca. 70 mbar 17
Thermostatventileinstellung (Mit Differenzdruckregler) eingesetzt werden feinst-einstellbare Ventile Druckabfall am Ventil etwa 65 mbar Welche Voreinstellung wird dann in den einzelnen Räumen eingestellt? Bad Küche Schlafen Wohnen VE? 2 VE? 4 VE? 3 VE? 6 18
Softwarehilfen seit 2002: seit 2005: seit 2007: EXCEL: Ein- und Mehrfamilienhäuser Kooperation mit: EXCEL: Ein- und Zweifamilienhäuser Profisoftware: alle Wohngebäude umgesetzt von: Aufnahmeformulare Excelprogramm Programmausdruck = Fachunternehmererklärung Aufnahmeformulare Excelprogramm Programmausdruck = Fachunternehmererklärung Handrechenverfahren mit Fachunternehmererklärung Aufnahmeformulare Profiprogramm Programmausdruck = Fachunternehmererklärung 19
Das macht/kann die Software! überschlägige raumweise Heizlastermittlung Normheizkörperleistung nach Tabellenbuch Abschätzung von Druckverlusten für Netz und Sondereinbauten Empfehlungen zu Differenzdruckreglern Angabe der Pumpenförderhöhe Einstellwerte der Thermostatventile für gängige Fabrikate 20
Einsparung und Kosten 21
Überblick: Erreichte Energieeinsparungen Ø 10 kwh/(m²a) Witterungsbereinigter Nutz- und Endenergiebedarf aus Jahresmessdaten (bezogen auf die beheizte Fläche) Energiemenge, in kwh/(m²a) 150 145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 Endenergie (Gas, Fernwärme) Nutzwärme (Erzeugerabgabe ans Netz) Einsparung Messperiode I Messperiode II Messperiode I Messperiode II nicht optimierte Gebäude (45) - optimierte Gebäude (30) 22
Kosten Verallgemeinerte Kosten für die Optimierung (für EFH und MFH unterschiedlich großer beheizter Fläche) EFH MFH 100000 5,0 /m² Kosten, in [ ] 10000 1000 neue Pumpe/neuer Differenzdruckregler + Thermostatventile neue Thermostatventile 2,5 /m² 1,0 /m² Komponenten nur einstellen 100 10 100 1000 10000 beheizte Fläche, in [m²] neue Pumpe/neuer Differenzdruckregler 23
Wirtschaftlichkeit der Optimierung Wirtschaftlichkeit der Optimierung (Werte bezogen auf die beheizte Fläche) äquivalente Energieeinsparung, in [kwh/(m²a)] 20 15 10 5 0 (30) EFH (19) MFH (11) bis 1977 (18) 1978 bis 1994 (9) ab 1995 (3) notwendige Einsparung Erreichte Einsparung Fernwärme (8) Gas/Öl (22) alle Gebäudetyp Baujahr Versorgung 24
Hinweise: Erreichte Energieeinsparungen Die erreichte Einsparung ist in den in den neuen Gebäuden (nach 1978) deutlich höher als in den alten Gebäuden (vor 1977) in Gebäuden mit geringem Heizwärmeverbrauch (unter 130 kwh/m²a) deutlich höher als bei hohem Heizwärmeverbrauch (über 130 kwh/m²a) in den MFH im Mittel etwas höher als in den EFH in Gebäuden mit Kessel höher als in den Gebäuden mit Fernwärme Vermutete Gründe: ungeregeltes Wärmepotential führt in Gebäuden mit besserem Wärmeschutz zu einer Verschwendung, welche durch die Optimierung vermindert wird in EFH energiebewusstere Nutzer, daher weniger Verschwendungs- und Einsparpotential bei Fernwärme tendenziell besser dimensionierte Anlagen 25
Fazit und Ausblick 26
Optimierungsempfehlungen Bewertung anhand Energieeinsparung sowie Wirtschaftlichkeit. EFH mit Kessel mit Fernwärme MFH mit Kessel mit Fernwärme Baujahr bis 1977 nicht baulich modernisiert o o o o Baujahr bis 1977 größtenteils baulich modernisiert + + ++ + Baujahr 1978 bis 1994 + + ++ + Baujahr ab 1995 ++ ++ ++ ++ Uneingeschränkte Empfehlung: Gebäude mit Baujahren ab 1978 Gebäude mit Baujahren vor 1977: vorwiegend MFH und Gebäude mit Kesseln (größere Einsparungen zu erwarten) - möglichst wenn ohnehin Investitionen in die Anlage / Baukörpermodernisierung notwendig sind - oder wenn einstellbare Komponenten vorhanden sind 27
Fazit und Aufruf es sind alle Hilfsmittel vorhanden, die Einsparmöglichkeit ist bewiesen die Kosten sind eher gering im Neubau ist der hydraulische Abgleich verpflichtend im Bestand fordert ihn zumindest schon mal die KfW also: einfach anpacken und umsetzen! Danke für Ihre Aufmerksamkeit 28
Literatur und Links www.delta-q.de -Projektergebnisse und Grundlageninformationen -kostenlose Software als Excel und Handbücher in der Rubrik: DBU Optimus 29