Energetische Optimierung durch Anlagentechnik und Nutzerassistenz in Wohngebäuden Projekt der Energieeffizienzallianz Durchgeführte technische Maßnahmen und Potenziale für Wohngebäude Energieforum West, 24.1.2017, Essen Prof. Dr.-Ing. Viktor Grinewitschus Institut für Energiefragen der Immobilienwirtschaft EBZ Business School www.e-b-z.de 2016 Prof. Dr. Volker Eichener
Gliederung 1 // Vorstellung 2 // Energiewende und Effizienzpotenziale im Gebäudebestand 3 // Effizienzpotenziale im Anlagenbetrieb 4 // Erfahrungen aus Pilotprojekten: Nutzerverhalten 5 // Allianz für einen klimaneutralen Gebäudebestand 6 // Ausblick www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 2
Professur Energiefragen der Immobilienwirtschaft an der EBZ Business School Wissenschaftliche MitarbeiterInnen Prof. Dr. Viktor Grinewitschus Martin Deiters, M. Eng. Anke Poelstra, M.Sc. Jagdish Vajravelu, M.Sc. Benjamin Krisemendt, B. Sc. Diagnose Gebäudetechnik Auswertung von Daten (Big Data) Regenerative Energien Software embedded Systems www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 3
Klimaschutzplan der Bundesregierung Bis 2050 nahezu klimaneutraler Gebäudebestand Ziele und Maßnahmen für den Gebäudebereich Bis 2030 direkte CO2-Emissionen um 41 % gegenüber 2014 reduzieren Efficiency First: Fokus auf die Verbesserung der Energieeffizienz Schrittweise Umstellung auf erneuerbare Energien für Wärme, Kälte und Strom. Abbau von Hemmnissen für die Integration von erneuerbarer Energien für Wohnungs- und Immobilienunternehmen, Wohnungsbau-Genossenschaften und Gebäudeeigentümer Sektorkopplung (Strom, Wärme) inkl. intelligenter Steuerung der Haustechnik Rahmenbedingungen Berücksichtigung der wirtschaftlichen Situation der Nutzer Wohnen darf nicht unverhältnismäßig teuer werden Efficiency First: Fokus auf Maßnahmen mit hoher Wirksamkeit und hoher Wirtschaftlichkeit www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 4
Energieeffizienz im Gebäude Innovationspotenziale Verbrauchstransparenz Anpassung Verbrauch an Bedarf Assistenz beim Gebäudebetrieb DSM erneuerbarer Energien Vernetzung Nutzer, Anlagentechnik und Gebäude Innovationspotenzial: Anlagendiagnose Tuning der Anlagen auf maximale Effizienz Kostengünstige Umsetzung von Maßnahmen im Bestand www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 5
Anlagentechnik Energielabel für Heizungsanlagen im Bestand Quelle: BMWi-Flyer: Energieeffizienz für Heizungsanlagen www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 6
Studie: Ermittlung von anerkannten Pauschalwerten für den Jahresnutzungsgrad von Heizungsanlagen 2847 Beobachtungen von nicht optimierten Bestandsanlagen 403 Beobachtungen von Anlagen der gewerblichen Wärmelieferanten Jahresnutzungsgrad der Heizungsanlagen liegt im Mittel bei ca. 82 %, ist damit im Mittel deutlich niedriger als heute machbar Bei Brennwert-Kesseln streuen die Nutzungsgrade stärker als bei NT- Kesseln Das Alter des Kessels weniger relevant als gedacht Die Warmwasserbereitung im Sommer reduziert die Kesseleffizienz z. Teil erheblich Atmosphärische Kessel mit Warmwasserbereitung haben einen besonders niedrigen Jahresnutzungsgrad Die Qualität der Betriebsführung beeinflusst die Effizienz der Heizungsanlagen Download http://www.ebz-business-school.de/forschung/forschungsprojekte www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 7
Vergleich des JNG von Heizungsanlagen Anlagen mit WW-Bereitung Anlagen ohne WW-Bereitung Wohnungswirtschaft Wohnungswirtschaft www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 8
Frühlingsanfang Verlauf des Tagesnutzungsgrades und der Auslastung Zeitraum 1.1.2013-31.7.2013) Nutzungsgrad *100% Anlage Vitogas 100, 132 kw, Bj: 2004, 500 l WW, JNG: 78,1% Tag des Jahres www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 9
Frühlingsanfang Verlauf des Tagesnutzungsgrades und der Auslastung (Zeitraum 1.1.2013-31.7.2013) Nutzungsgrad *100% Anlage: Vitogas 100, 132 kw, Bj: 2002, 500 l WW, JNG: 67,5 % Tag des Jahres www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 10
Auslegung von Heizungsanlagen im Bestand: Verteilung der Betriebsvolllaststunden (Bestand einer Wohnungsbau-Gesellschaft) Anzahl Anlagen Optimaler Bereich für eine Heizungsanlage Betriebsvollaststunden www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 11
Verlauf des Nutzungsgrades zweier Heizungsanlagen in Abhängigkeit der Auslastung Brennwertgerät Atmosphärischer NT-Kessel 6 12 18 24 30 36 Auslastung in % 6 12 18 24 30 36 Auslastung in % www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 12
Komplexität der Anlagentechnik erfordert systematisches Monitoring der Anlageneffizienz RWE-Zukunftshaus (Bottrop) Vivawest-Plusenergiehaus (Bottrop) Erneuerbare Energien im Quartier (Bochum) RWE-Quartierpower (Siegen) www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 13
Anlagentechnik Energielabel für Heizungsanlagen im Bestand Quelle: BMWi-Flyer: Energieeffizienz für Heizungsanlagen Fazit aus den Monitoring-Projekten: Hybride Anlagen stellen besonders hohe Anforderungen an die Qualität der Betriebsführung Kontinuierliches Monitoring zu Beginn unverzichtbar, später weiterhin sehr sinnvoll Kombination mit regenerativer Energie stellt besondere Herausforderungen an die Betriebsführung Effizienzpotenzial notwendig, aber nicht hinreichend Aktuell in der Praxis ist Monitoring wenig verbreitet www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 14
Auswertung der Betriebsdaten: Umgang mit großen Datenmengen Erwartete Kennlinie www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 15
Pilot-Projekt Smart Home BWG Halle Merseburg www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 16
2/3 der Probanden haben witterungsbereinigt Einsparungen erzielt 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% -10,00% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Teilnehmer -20,00% -30,00% Home Automation System wurde erst im September 2014 montiert Verbräuche für 2013 und 2014 wurden ausgewertet (< 50 % der Heizperiode) Mittlere Einsparung 5,5 % bzw 6,7 % (ohne Proband 7) Einsparungen korrespondieren mit der gemessenen Spreizung der Raumtemperaturen www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 18
Vergleich der Heizkosten (Plattenbau) Mieter 23: 114 m², Energieverbrauchsausweis 89 kwh/(m²*a) Grundkosten: 250 /a, 570 /a Verbrauchskosten (820 ), 0,60 /(m²*a) entspricht ca. 71 kwh/(m²*a) Mieter 8: 55 m², Energieverbrauchsausweis 91 kwh/(m²*a) 114 /a Grundkosten, 470 /a Verbrauchskosten (584 /a), 0,88 ct/(m²*a), entspricht ca. 105 kwh/(m²*a) www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 19
Niedrige Luftqualität www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 20
Sehr gute Luftqualität www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 21
Gefahr durch Schimmelbildung www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 22
Keine Gefahr von Schimmelbildung www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 23
Projektvorhaben EE Office CO2 Einsparungen durch nutzer-zentrierte Energieeffizienzlösungen in Bürogebäuden Sustainable Office Mein Lebenswertes Büro Komfort und Arbeitsproduktivität Change Maker Energieeffizienz /CO2-Reduktion Technische Assistenzlösungen Gebäude- und Anlagentechnik 24
Ziele der Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand Die Allianz für einen klimaneutralen Gebäudebestand" ist ein Gemeinschaftsprojekt von Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Verbänden. Sie hat das Ziel: den Wärmeverbrauch in Wohnimmobilien zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten deutlich zu verringern, den CO 2 -Ausstoß im Wärmebereich deutlich zu reduzieren und einen klimaneutralen Wohngebäudebestand bis 2050 zu erreichen. Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 25
Forschungsprojekt - Ziele Wie wirken Energieeffizienz-Maßnahmen in Bestandsgebäuden? Welche Maßnahmen sind besonders effektiv? Welche Maßnahmen sind besonders effizient? Alle relevanten Maßnahmen werden in einem Verbundprojekt untersucht, das sich in 4 Teilprojekte gliedert Vergangenheitsbezogene Datenanalyse (zum Effekt von Sanierungsmaßnahmen) Optimierung Wärmeerzeugung Optimierung Wärmeverteilung (hydraulischer Abgleich) Nutzerassistenz (Smarte Thermostate, Verbrauchsvisualisierung, Smart Home, Lüftungsassistenz) Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 26
Projektplan Das Projekt umfasst zwei Heizperioden. Erfahrungen aus der ersten Heizperiode fließen in den zweiten Untersuchungszeitraum ein. Installation Geräte Setup Messtechnik Analyse Kesseleffizienz Wärmeverteilung Nutzerverhalten Analyse Historie Modifikation Projektdesign Installation Messtechnik Analyse Kesseleffizienz Wärmeverteilung Nutzerverhalten Vergangenheit Heizperiode Heizperiode 2016 /2017 Auswertung Sommer 2017 2017 /2018 Auswertung Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 27
Forschungsprojekt - Effizienz der Wärmeverteilung Problem: Heizkörper werden nicht gleichmäßig versorgt Temperaturniveaus zu hoch Pumpenleistungen zu hoch Vergangenheit Heizperiode Heizperiode 2016 /2017 Auswertung Sommer 2017 2017 /2018 Auswertung Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 28
Forschungsprojekt - Effizienz der Wärmeverteilung Maßnahmen im Projekt: Strangregulierventile Dynamische Heizkörperventile Kriterien für die Auswertungen: Komfort der Mieter? Nutzungsgrad des Kessels? Temperaturniveaus in der Anlage? Leitungsverluste im Gebäude? Hilfsenergieeinsatz? Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand Vergangenheit Heizperiode Heizperiode 2016 /2017 Auswertung Sommer 2017 2017 /2018 Auswertung 29
Forschungsprojekt - Nutzerverhalten, Nutzerassistenz http://docplayer.org www.energynet.de Problem: Wärmebedarf wird nicht präzise genug ermittelt Wärme lässt sich nicht bedarfsgerecht einstellen Keine Informationen über den Energieverbrauch Maßnahmen im Projekt Programmierbare Thermostatventile Smart Home Zeitnahe Information zum Energieverbrauch Lüftungsassistenz www.plaggenmeier.com Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand Vergangenheit Heizperiode Heizperiode 2016 /2017 Auswertung Sommer 2017 2017 /2018 Auswertung 30
Forschungsprojekt - Nutzerverhalten, Nutzerassistenz Beispiel: Smarte Thermostate Temperaturprofile sind programmierbar. Für jeden Raum und für jeden Tag kann eine Temperatur vorgegeben werden. Smarte Thermostate reagieren intelligenter auf geöffnete Fenster und Stoßlüften: Während eines Lüftungsvorgangs wird die Heizung abgeregelt. Im Rahmen des Pilotversuch werden Smarte Thermostate als einzelne Maßnahme oder in Verbindung mit Dynamischen Ventilen untersucht. Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 31
Forschungsprojekt - Nutzerverhalten, Nutzerassistenz Beispiel: Smart Home Das Smart Home-System, besteht aus smarten Thermostaten, einem Steuerungsdisplay in der Wohnung und einer App. Darüber lassen sich die Heizkörper bequemer und flexibler steuern. Smarten Thermostate erkennen automatisch, wenn die Bewohner lüften und fahren dann die Temperatur nicht hoch. Smart Home wird als einzelne Maßnahme oder in Verbindung mit Verbrauchsvisualisierung untersucht. Die Teilnehmer erhalten über die App und das Display alle aktuellen Verbrauchsinformationen. Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 32
Forschungsprojekt - Nutzerverhalten, Nutzerassistenz Beispiel Verbrauchsvisualisierung Die Bewohner erhalten die Möglichkeit, über ihr Handy oder ihren Computer jederzeit ihren aktuellen Wärmeverbrauch einzusehen und zu überprüfen. Die Teilnehmer sehen auch, wieviel sie im Vergleich zum Durschnitt der anderen Bewohner in ihrem Haus verbrauchen, wieviel sie pro Zimmer verbrauchen und wie sich ihr Verbrauch im Vergleich zum Vorjahr entwickelt. Im Rahmen des Pilotversuchs wird Verbrauchsvisualisierung als einzelne Maßnahme oder in Verbindung mit Smart Home untersucht. Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 33
Übersicht über die Pilotmaßnahmen Lüftungsassistenzsysteme Im Rahmen des Pilotversuchs werden zwei unterschiedliche Lüftungsassistenzsysteme untersucht, die das Lüftungsverhalten der Bewohner zu verbessern helfen sollen ( Stoßlüften statt Dauerlüften ) Im Zentrum stehend dabei sowohl Schimmelprävention als auch Energieeffizienz, die in engem Zusammenhang stehen. Die Lüftungshinweise der Systeme erfolgen auf Basis von relativer Luftfeuchtigkeit bzw. dem CO2-Gehalt der Luft. 34
Forschungsprojekt - Aufbau. Studie/Zeitrahmen Thema Liegenschaften Ansatzpunkt Vergangenheitsbezoge ne Datenanalyse - 2016-2017 Untersuchung der Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen max. 500 Dämmung Kesseleffizienz & -tausch Technische Maßnahmen Optimierung Wärmeerzeugung - 2016-2018 Untersuchung der Effizienzsteigerung von Heizungskesseln im Bestand 350 Kesseleffizienz & -tausch Optimierung Wärmeverteilung - 2016-2017 Untersuchung technischer Optimierungsmaßnahmen Wärmeverteilung 23 Technische Maßnahmen: Wärmeverteilsystem Nutzerassistenz - 2016-2017 Untersuchung technischer Optimierungsmaßnahmen Nutzerverhalten 23 Technische Maßnahmen: Heiz- und Lüftungsverhalten Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand
Forschungsprojekt - Aufbau. Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 36
Forschungsprojekt Erwartete Aussagen 1. Welche Einsparungen sind im Bestand durch die Maßnahmen - Energetische Sanierung - Steigerung der Kesseleffizienz - Optimierung der Wärmeverteilung - Nutzerassistenz erzielbar? 2. Wie wirkt die Kombination von Maßnahmen? 3. Für welche Gebäude, Nutzergruppen sind welche Maßnahmen(-bündel) optimal geeignet? 4. Wie steht es um die Effektivität (Potenzial) und die Effizienz (Wirtschaftlichkeit) der untersuchten Maßnahmen? Allianz für einen klimaneutralen Wohngebäudebestand 37
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Prof. Dr.-Ing. Viktor Grinewitschus EBZ Business School Springorumallee 20 44795 Bochum Tel. 0234-9447-266 v.grinewitschus@ebz-bs.de www.e-b-z.de V. Grinewitschus 2016 38