Gebäudetechnik Ansätze zur Ermittlung des Energiebedarfs im Rahmen der Projekte GeoPot, Heizen2050 und ReCO2NWK Arbeitsgruppe für Energieeffiziente Gebäude Richard Heimrath, Angela Dröscher April 2010 Franziskanergasse Graz, 2010 21.04.2010 1
Inhalt Nutzenergiebedarf des Gebäudebestands Methoden zur Abbildung des Nutzenergiebedarfs Vergleich der gewählten Ansätze Gebäudetechnik Endenergiebedarf Methoden zur Abbildung des Endenergiebedarfs Vergleich der gewählten Ansätze Statistische Datenlage hinsichtlich der Gebäudetechnik 21.04.2010 2
Der Energiebedarf Nutzenergie Endenergie Energiedienstleistung Sekundärenergie Primärenergie Bedarf Potential 21.04.2010 3
Der Energiebedarf NUTZENERGIE ENDENERGIE PRIMÄRENERGIE 21.04.2010 4
Berücksichtigte Bedarfsgruppen Projekt Wohngebäude Nichtwohngebäude Heizen2050 7 EFH + 71 MFH 27 NWG GeoPot 5 EFH + 20 MFH --- ReCO2NWK 5 EFH + 5 MFH 1 NWG Die unterschiedlichen Wohngebäude definieren sich über ihr Alter (U-Werte), ihre Größe (1 bis 30 WE) und den definierten Grad der Sanierung. Problem Datengrundlage (GWZ 2001): Alter und Nutzung ist nur für jene NWG vorhanden, in denen zumindest 1 HWS gemeldet ist Quelle: R. Kalasek SRF TU Wien 21.04.2010 5
Energiebilanz eines Gebäudes + Wärmegewinne Raumlufttemperatur - Wärmeverluste 21.04.2010 6
Energiebilanz eines Gebäudes Gewinne: Solare Gewinne Interne Gewinne (Personen, Geräte) Verluste / Gewinne: Transmission Lüftung Infiltration Umgebung (Klima): Temperatur, Strahlung, Wind, Niederschlag 21.04.2010 7
Methoden zur Bestimmung des Nutzenergie-Bedarfs Nutzenergie Endenergie Energiedienstleistung Sekundärenergie Primärenergie Heizwärmebedarf HWB Warmwasserwärmebedarf WWWB 21.04.2010 8
Methoden zur Bestimmung des Nutzenergie-Bedarfs Ansatz Heizen2050 GeoPot ReCO2NWK HGT-Ansatz X Energieausweis (EA) X X TGS (Trnsys 17) HGT - Ansatz: Bestimmung des monatlichen HWB über HGT und Heizlast des Gebäudes Energieausweis: Monatliche Bilanzierung des HWB anhand der Gewinne und Verluste im Gebäude X Thermische Gebäudesimulation (TGS): Blinanzierung des HWB in jedem Zeitschritt (z.b. 1h) anhand der Gewinne und Verluste im Gebäude 21.04.2010 9
Methoden zur Bestimmung des Nutzenergie-Bedarfs Berücksichtigte Kennwerte HGT-Ansatz Energieausweis Thermische Gebäudesimulation < Stunde X Monat (X) X X Jahr X X X Klima HGT T AMB, I G, Höhe* gemessene Klimadaten Wärmeverluste Heizlast Geometrie, U-Werte, Luftwechsel Wärmegewinne --- f Solare Gewinne, HWB Interne Lasten Geometrie, U-Werte, Luftwechsel Solare Gewinne, Interne Lasten Speichermasse --- statisch dynamisch Nutzungsprofil --- statisch* frei definierbar * nach ÖNORM B8110-5 21.04.2010 10
Vergleich der Berechnungsmethoden BGF: 198 m² V: 568 m³ FE S: 30 % FE - O/W: 20 % FE N: 10 % EFH 1-2 WE EFH 1-2; bis 1945 EA: 260 kwh/m²a Quelle: Henrik Hilbig EFH 1-2; 1991-2001 EA: 65 kwh/m²a Quelle: Jürgen Suschek-Berger 21.04.2010 11
Der monatliche Heizwärmebedarf HWB Standort: Graz 60 50 40 HWB [kwh/m²m] HWB,HGT: deutlich überschätzt HWB,EA: überschätzt HWB TGS HWB EA HWB HGT EFH 1-2; bis 1945 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat 21.04.2010 12
Der jährliche Heizwärmebedarf HWB 350 300 250 200 kwh/m²a EFH 1-2; bis 1945 150 100 50 0 HWB,HGT: + 41% HWB,EA: + 31% HWB TGS HWB EA HWB HGT 21.04.2010 13
Der monatliche Heizwärmebedarf HWB Standort: Graz 25 20 HWB [kwh/m²m] HWB TGS HWB EA HWB HGT HWB,HGT: deutlich überschätzt EFH 1-2; 1991-2001 HWB,EA: leicht überschätzt 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat 21.04.2010 14
Der jährliche Heizwärmebedarf HWB 140 120 100 80 60 40 20 0 kwh/m²a EFH 1-2; 1991-2001 HWB TGS HWB EA HWB HGT HWB,HGT: + 103% HWB,EA: + 23% 21.04.2010 15
Bestimmung des Warmwasserwärmebedarf Ansatz Heizen2050 GeoPot ReCO2NWK Tägl. spezif. WWWB 40,9 Wh/m²d 35 Wh/m²d 35 Wh/m²d Jährl. spezif. WWWB 14,9 kwh/m²a 12,7 kwh/m²a 12,7 kwh/m²a Konstanter täglicher spezifischer Warmwasserbedarf für die Berechung des Nutzenergiebedarfs (EFH wie auch MFH) Bei einer thermischen Gebäude- und Anlagensimulation (TGAS) sind reale Zapfprofile hinterlegt; für die Berechnungen wird die Energiemenge an den Energieausweis angepaßt 21.04.2010 16
Methoden zur Bestimmung des Endenergie-Bedarfs Nutzenergie Endenergie Energiedienstleistung Sekundärenergie Primärenergie Nutzenergiebedarf HWB + WWWB + Heiztechnikenergiebedarf HTEB HEB = HWB + WWWB + HTEB 21.04.2010 17
Methoden zur Bestimmung des Endenergie-Bedarfs Ansatz Heizen2050 GeoPot ReCO2NWK HGT - Ansatz Energieausweis (EA) X TGAS (Trnsys 17, Polysun) X X X HGT Ansatz: Ermittlung des HEB über den Jahresnutzungsgrad und Benutzungsfaktoren Energieausweis: Ermittlung des HEB über die hinterlegten Standardheizungssysteme (altersabhängig) Thermische Gebäude- und Anlagensimulation (TGAS): Ermittlung des HEB über frei zu definierende, altersabhängige Heizungssysteme 21.04.2010 18 X
Methoden zur Bestimmung des Endenergie-Bedarfs WWWB HEB ET HWB System TSRH (Öl), Graz, EFH 1-2, 1991-2001, TGAS (Polysun) HEB, ET HEB ( HWB + WWWB) 21.04.2010 19 f = ET
Methoden zur Bestimmung des Endenergie-Bedarfs HEB HGT = HWB HGT f HWB f HEB f BE f RB HEB EA = HWB EA f HEB f BE f RB HEB TGAS = HWB TGS f HEB f BE f RB f HWB : Berücksichtigung der internen und externen Lasten f HEB : f BE : f RB : Systemeffizienz der betrachteten Gebäudetechnik (Energieträger, Strom) Benutzungsfaktor Berücksichtigung des Gebäudealters und des Automatisierungsgrades des Heizungssystems Bei einer Sanierung der Gebäudehülle wird der Rebound-Faktor berücksichtigt 21.04.2010 20
Der jährliche Heizenergiebedarf (HEB) HWB-Basis aus der TGS 28000 24000 20000 16000 kwh/a HWB aus TGS HEB,ET: HEB Hauptenergieträger HEB Energieträger wird vom EA meist unterschätzt HEB el. Strom HEB,HE HEB Strom wird vom EA meist überschätzt 12000 8000 4000 0 TGAS EA TGAS EA TGAS EA TGAS EA TGAS EA TSRH (Öl) Öl WP TS Gas Pellets 21.04.2010 21
Der jährliche Heizenergiebedarf (HEB) HWB-Basis aus der TGS und dem EA 28000 24000 20000 kwh/a HEB,ET: HEB Energieträger wird vom EA massiv überschätzt HWB aus TGS und EA HEB Hauptenergieträger HEB,HE HEB el. Strom HEB Strom wird vom EA überschätzt 16000 12000 8000 4000 0 TGAS EA TGAS EA TGAS EA TGAS EA TGAS EA TSRH (Öl) Öl WP TS Gas Pellets 21.04.2010 22
Datenlage Nutzenergiebedarf Zur Berechnung des Nutzenergiebedarfs Parameter Standort Gebäudegeometrie Qualität der Gebäudehülle Nutzung Sanierungsstand Gebäudebestand n. 2001 Daten vorhanden ok EA: Klimamodell, TGS: Messdaten nein Referenzgebäude nein Baujahr ok für Wohngebäude Standardnutzungsprofile nein eigene Annahmen Nicht verfügbar eigene Annahmen 21.04.2010 23
Datenlage Endenergiebedarf Zur Berechnung des Endenergiebedarfs Parameter Energieträger Art der Wärmebereitstellung Temperaturniveau der Wärmeabgabe Leitungslängen, Wärmespeicher Dämmung Leitungen, Wärmespeicher Daten vorhanden ok teilweise; sehr undetailliert nein Baujahr nein Referenzgebäude nein Baujahr 21.04.2010 24
Zusammenfassung Es gibt unterschiedliche Methoden den HWB und den HEB abzubilden Deutliche Unterschiede hinsichtlich des HWB bei den drei Methoden Bei gleicher HWB-Basis zeigen die Methoden EA und TGAS eine gute Übereinstimmung Die alleinige Verwendung des EA führt zu einer Überbewertung des Bedarfs Benutzungsfaktoren, für die Berücksichtigung der altersgemäßen Nutzung der Gebäude sind für Wohngebäude vorhanden (auf HGT Basis); für NWG keine Benutzungsfaktoren vorhanden Die Aufteilung der Energieträger zeigt eine Überbewertung des Strombedarfs (im EA) Reduktion der Gebäudetechnik auf Jahresnutzungsgrade ist unumgänglich Komplexität des Gesamtmodells Datenlage hinsichtlich der Eingabeparameter für die Gebäude- als auch die Gebäudetechnikbeschreibung ist von Unsicherheiten geprägt 21.04.2010 25