Energieeinsparung durch geringinvestive Maßnahmen Dr. - Ing. Martin Donath ratiodomo Ing.- GmbH Ostseebad Nienhagen Energy Technology Award MV 2006 Mitglied Normausschuss DIN EN 15378 Projektpartner ALFA - Allianz für Anlageneffizienz ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 1 Inhalt Möglichkeiten der Energieeinsparung Methode Einsparung durch Anlageneffizienz Beispiele Ausblick ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 2 1
Stellräder Energieeinsparung Brennstoff/ Endenergie Wärmeerzeugung/ Wärmeübertragung Verteilung/ Übergabe Gebäude Nutzer Heizenergie Stell A rad Stell B rad Stell C rad Stell D rad Stell E rad Energieträger Primärenergie Planung, Konfiguration, Betriebsverhalten, Wartung Planung, Konfiguration, Regelung, hydraulischer Abgleich Bauplanung Bauausführung Speichermasse Transmission Lüftung Nutzerverhalten Raumtemperatur Lüftung Heizregime ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 3 Energieverschwendung bei der Beheizung Niedriger Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung Transportverluste vom Wärmeerzeuger zum Wärmeverbraucher Erzeugte Wärme, für die (zeitlich und örtlich) kein Bedarf besteht Komponenten der Anlage Betriebsverhalten Abstimmung der Komponenten analysieren (inspizieren) messen, sichtbar machen, interpretieren War bisher nur begrenzt möglich, deshalb keine rückwirkende Ableitung von Forderungen gegenüber Unternehmen des SHK Handwerks! Einsparpotenzial erschließen ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 4 2
Prinzip Einsparung Energieverbrauch gelbe Linie: Brennstoffverbrauch rote Linie: Wärmeverbrauch Gebäudeheizung Einsparung Einsparung Verluste der Wärmeerzeugung bei Heizungen mit Gaskesseln blaue Linie: Wärmeverbrauch Trinkwasser Einsparung Außentemperatur ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 5 Modell Analyse und Berechnungsweg Arzt: Herz - EKG als messwertbasierte Analyse des Objektes Herz in der Interaktion mit dem Blutkreis ohne Eingriff in den Organismus Ingenieur: Heizungs - EKG als messwertbasierte Analyse des Objektes Kessel in der Interaktion mit dem hydraulischen System ohne Eingriff in die Heizanlage ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 6 3
Ablauf Messung und Analyse (DIN EN 15378) Begehung Messdurchführung Start Prozessführung nach DIN EN 15900 softwarebasierte Analyse durch spezialisierten Experten nach DIN EN 15378 Datenblatt mobile Messsysteme Web / Server Stationäre Messsysteme Laptop/PC Automatisierte Erstbewertung Plausibilitätscheck ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 7 Ergebnis 1: Optimierte Anlage Dokumentationserstellung aus Prozesssoftware TOPKO elektronisch + Aushang mit: aktuelle Anlagenparameter hydraulisches System reale Heizlast / Anschlusswert optimierte Einstellparameter optimierte Heizkurve optimierte Pumpeneinstellung Datum Optimierung Wartung ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 8 4
Ergebnis 2: realer Anschlusswert Normative Berechnungsverfahren für sanierte Bestandgebäude nur bedingt einsetzbar Zunehmender Leerstand, Einsparstrategien der Nutzer Effekte der nachträglichen energetischen Sanierung und Optimierung Interessenlage diametral, Anschlusswerte werden hingerechnet, bzw. mit temporären Spitzenwerten gedroht ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 9 Ergebnis 3: aktualisierte Dokumentation Grundlage für Wartungskatalog Grundlage für Energiemanagementkonzept Grundlage für Investitionsplanung ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 10 5
Ergebnis 4: Energieausweis ratio ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 11 Ergebnis 5: Einspareffekt Verbrauch vor Optimierung 6.000 +2 Kontrolle durch Auftraggeber 20 5.500-1 21,4 Verbrauch nach Optimierung Einsparung in % ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 12 6
Charakteristik Heizungsanlagen Grundgedanke Bauweise: Wärme nur, wenn örtlich und zeitlich notwendig Grundgedanke Systemanforderungen: Behaglichkeit, Sicherheit, Gesundheitsschutz, geringe Kosten für Installation und Wartung Ergebnis der technischen Entwicklung: Vielzahl differenzierter hochwertige Einzelkomponenten, hoher Regelungsaufwand, reduziertes Speichervermögen Installation, Wartung und Steuerung: schnell wachsende Anforderungen an Qualifikation Planer, Fachhandwerker und Nutzer ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 13 Erfahrungswerte Analyse von Heizungsanlagen Anlagentechnik von Planern, Fachhandwerkern und Nutzern unzureichend beherrscht Abstimmung Komponenten nach Errichtung meist nicht erfolgt oder mangelhaft Kessel überdimensioniert installiert bzw. Dimensionierung nach Dämmung beibehalten Erhebliche Mängel im Betriebsverhalten bei mehr als 80 % der Heizanlagen Mängelkompensierung durch überhöhte Systemtemperaturen und Pumpenleistungen Priorität der Heizkörpertemperatur aus Nutzersicht Konsequenz: Mehrverbrauch von 10 40 % ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 14 7
Fehlerkette Energieeffizienz Entwicklung Technik Optimum zum Zeitpunkt Soll Konzeptbeginn Konzept Planung Lieferkonditionen Bau Justierung Wartung Abweichung vom Optimum Steuerung Ist Zeitpunkt Konzeptbeginn der Anlage Zeit ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 15 Energieeinsparungsstrategien Entwicklung Technik Energieeffizienz Völlige Erneuerung Optimierung Energiemanagementsysteme Austausch von Baugruppen?? Ist Energieausweis? Amortisation, kumulierende Energiekosten ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 16 8
ratioenergie Konzept Entwicklung Technik Energieeffizienz Erneuerung + Energiemanagement Optimierung + Energieausweis ratio Einsparung jährlich allein in Deutschland 4 Milliarden bzw. 22 Milliarden kg CO 2 Ist Zeit ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 17 Beispiel GEWOBAG Berlin Problem: Klärung des sprunghaften Verbrauchsanstiegs für das Wohngebäude (49.000 m²) nach Umstellung der Nahwärmeversorgung von Heizöl auf Erdgas in den Jahren 2003 / 2004 Anlass: Information über die Möglichkeiten des Analyseverfahrens und Prüfung auf Nutzbarmachung für die GEWOBAG Erstmessung der Anlage im Februar 2007 Optimierung nach Empfehlung der Expertenanalyse Kontrollmessung und Analyse im November 2007 Bewertung des Ergebnisses durch den Vergleich des außentemperaturbereinigten Verbrauchs im 24-h-Messzyklus Entwicklung des Quotienten aus Jahresbrennstoffverbrauch in kwh und Gradtagszahlen bei der GEWOBAG Berlin, Objekt Rathausstrasse 3,3 3,2 3,1 3 2,9 Quotient 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 HEL HEL HEL Erdgas H Erdgas H Erdgas H 2001 2002 2003 2004 2005 2006 ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 18 9
70 60 50 40 30 20 10 0 1 318 635 952 1269 1586 1903 2220 2537 2854 3171 3488 3805 4122 4439 4756 5073 5390 5707 6024 6341 6658 6975 TV TR TA Vol P 20.10.2010 Ergebnisse Erstmessung Niedriger Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung von ca. 68 % durch fehlerhafte Brennereinstellung Hohe Bereitschaftsverluste durch fehlerhafte Abstimmung der Kesselfahrweise mit der Regelung der Einspeisung Überhöhtes Temperaturniveau der Gesamtanlage Umstellung des Energieträgers nur bei extrem hoher Taktzahl signifikant (75 s Vorspülzeit pro Takt) Kessel 1 39 Starts / 24h Kessel 2 219 Starts / 24h Kessel 3 151 Starts / 24h ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 19 Ergebnisse Kontrollmessung Senkung der Verluste der Wärmeerzeugung um ca. 15 % Senkung der Verteil- und Übergabeverluste um ca. 8 % Detektion eines weiteren Optimierungspotentials um ca. 4 % durch verbesserte Kesselfolgeschaltung und Korrektur der Regelung der Nahwärmeversorgung Kessel 1 o.b. Kessel 2 hohe Abgastemperatur in 2. Stufe Kessel 3 hält nur sich selbst warm Einspeisung Zeitverschiebung in der Regelung ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 20 10
Kosten - Nutzen - Kalkulation Ergebnis 1 Reduzierung Verbrauch 23 % Ergebnis 2 Detektierung weiteres 4 % Optimierungspotential Einsparungseffekt summiert 27 % Leistungspreis Gasanschluss 4.241 /a Arbeitspreis Gasverbrauch 475.197 /a Kosten Messung, Analyse, Optimierung mit Austausch von Bauteilen, Kontrollmessung 10.485 Kosten pro m² 49.000 m² 0,21 /m² Annahme Verbesserung Effizienz (Ideal 27%) 15 % Reduzierung Brennstoffkosten bezogen auf den Jahresverbrauch 71.280 /a Amortisation ca. 0,15 a ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 21 Fehlfunktion Stellventil Ausschnitt 1h FW BB Rostock Volumenstrom << Stellventil 180 160 140 120 100 80 Vorlauf Rücklauf Leistung Volumenstrom Außentemperatur 60 40 20 0 14:00:00 14:02:00 14:04:00 14:06:00 14:08:00 14:10:00 14:12:00 14:14:00 14:16:00 14:18:00 14:20:00 14:22:00 14:24:00 14:26:00 14:28:00 14:30:00 14:32:00 14:34:00 14:36:00 14:38:00 14:40:00 14:42:00 14:44:00 14:46:00 14:48:00 14:50:00 14:52:00 14:54:00 14:56:00 14:58:00 ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 22 11
Rohrnetzwiderstand Messgröße Dim. M. Allee 13 M. Allee 16 Volumenstrom m³/h 2,4 4,9 Spreizung K 2,6 2,0 Wärmeverlustleistung Zirkulation kw 6,9 11,4 Pumpe Stellung Pumpe Grundfos UPS 40-60 3 3 Grundfos UPS 40-60 ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 23 Fehlerhafte Hydraulik HK 45,1 C Lange 24,7 C T 8.1 K Strang West Gartenseite Schlafzimmer Strang Ost Straßenseite Wohnzimmer 53,0 C 44,9 C 56,0 C 31,1 C T 24.9 K Teilstränge West Teilstränge Ost 57,8 C T 4.4 K 53,4 C 58,6 C 54,8 C T 3.8 K 71,7 C 51,5 C ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 24 12
Bewertung der Hülle Ausreißer Feststellung: Verbrauch ca. 18% höher als bei identischen Gebäuden Klärung Möglichkeiten durch 24-h-Messung: Nutzerverhalten? Innentemperaturverlauf! Heizungsanlage? Nutzungsgrad, Vorlauftemperaturen Gebäudehülle? Gebäudeeffizienzgrad! Ergebnis: Gebäudeeffizienzgrad Ausreißer schlechter, obwohl gleiche Sanierung Prüfung der Feuchte Mauerwerk durchfeuchtet! ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 25 Regelungsfehler Baugleiche Gebäude, baugleiche Kesselanlagen, gleiche Bewohnerstruktur, dieselbe Wartungsfirma, identische klimatische Verhältnisse, gleiche Zeit des Messzyklus Richard-Wagner-Strasse 5-7, 160 Starts Richard-Wagner-Strasse 8-10, 74 Starts ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 26 13
Solaranlagen - aktuelles Projekt Beispielgebäude in MV, Baujahr 2004, 4400 m² beheizte Fläche, modulierende Brennwertkessel, Solarthermie für Brauchwassererwärmung erforderliche Kesselleistung: 150 kw, installierte Kesselleistung 320 kw Temperaturwerte alle Leistungskurve Solaranlage Gesamtenergieverbrauch Gas: Verluste durch defektes Ventil in Station: Verluste durch fehlerhafte So - Wi - Umstellung Verluste durch fehlerhafte Kesselregelung: Verluste Regelungsfehler Solaranlage: Summe Energieverschwendung: 580 MWh/a 10 MWh/a 50 MWh/a 90 MWh/a 40 MWh/a 190 MWh/a ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 27 Optimierung sofort Beispiel: Energiekosten: 10.000 / a Kosten Optimierung: 1.000 Einsparung: 20 % Inflation: 3 % / a Energiepreissteigerung: 8 % / a Amortisation bei sofortigem Beginn: 0,5 a Amortisation bei Beginn nach 2 Jahren: 2,2 a Opportunitätskosten kumuliert: 4.221 ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 28 14
Energieeffizienz - Contracting Alternative zum Wegfall der Sonderförderung bzw. Finanzierungsvariante Optimierung Kunde als Energielieferant Ankauf Endenergie (Strom, Brennstoffe) Rückfluss eingesparter Energiekosten Refinanzierung Optimierung ratiocalor GmbH & Co KG der Anlage Kosteneinsparung durch geprüfte Technische Dienstleistung Kunde als Nutzenergieempfänger Verkauf Nutzenergie (Wärme, Kälte, Licht, kinetische Energie) Optimiertes Energiebezugsmanagement + Optimierte Energieumwandlung + Optimierte Energieverwendung + Nutzung Steuervorteil ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 29 Danke für die Aufmerksamkeit! Dr.- Ing. Martin Donath ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Information: Dipl.- Ing. Günter Wolter ratioenergie - Zentrum Hamburg Segeberger Chaussee 242 D-22851 Norderstedt Telefon: 040-970776797 / 0177-7377249 info@ratioenergie-hamburg.de www.ratioenergie-hamburg.de ratiodomo Ingenieurgesellschaft mbh Dr.- Ing. Martin Donath Folie 30 15