Vortrag Eikenloff

Praxistest zur Effizienz
von Wärmedämmung und Heizkesseltausch
Bremer Energiekonsens
Bremen, 25.09.2015
Agenda
● Wunsch und Wirklichkeit – Theorie und Praxis – Bedarf und Verbrauch
● Individuelle und verbrauchsorientierte Planung – Energieanalyse aus dem
Verbrauch
● Gebäudehülle
● Kesseltausch
● Warmwasserbereitung




(Speicherverluste)
(Verteilverluste)
(Solarthermie)
(Nah- und Fernwärme)
2
WUNSCH UND WIRKLICHKEIT
– THEORIE UND PRAXIS –
BEDARF UND VERBRAUCH
3
Wunsch und Wirklichkeit – Theorie und
Praxis – Bedarf und Verbrauch
Durchschnittlicher Energiebedarfs- und Energieverbrauchskennwert
nach Baualter (dena 2012)
4
Wunsch und Wirklichkeit – Theorie und
Praxis – Bedarf und Verbrauch
Folgen:
• Prognostizierte
Einsparungen,
CO2-Minderung und
Amortisationszeiten
treten nicht ein!
• Anlagen werden
überdimensioniert,
was die Effizienz
mindert!
Durchschnittlicher Energiebedarfs- und Energieverbrauchskennwert
nach Baualter (dena 2012)
5
EINSPARPROGNOSEN NACH
BESTANDSERFASSUNG
22
E-A-V als Nachweisinstrument
Qualitätsnachweis der zuvor vorhandenen Strukturen und später
umgesetzten Maßnahmen an:
-
Gebäudehülle und
Anlagentechnik
aus unterjähriger Verbrauchserfassung vor und hinter dem
Wärmeerzeuger
am Beispiel der …straße
23
Zu untersuchende Objekte
Drei Eingänge mit zentraler Kesselanlage in Eingang Nummer …
24
Erfasste Zählerstände
25
Gegenüberstellung
Endenergie - Nutzwärme
26
Energetischer Fingerabdruck
Endenergie - Nutzwärme
● Mittlere Leistungen aus
zugeführter Endenergie (Erdgas)
bzw. abgegebener Nutzwärme (Wärmemengenzähler)
mittels Division der monatlichen Verbräuche
durch den Ablesezeitraum
● Auftragung der mittleren Leistungen
über den mittleren Außentemperaturen der Ablesezeiträume
27
Energetischer Fingerabdruck
Endenergie - Nutzwärme
Endenergie
𝐇∗ =
Nutzwärme
𝐇 = 𝐇𝐓 + 𝐇𝐕
𝐇𝐓 + 𝐇𝐕
𝛈𝐠
Fingerabdruck
des Kessels
Fingerabdruck
des Gebäudes
28
Fingerabdruck
des Kessels
29
Fingerabdruck des Kessels
● Gegenüberstellung der zugeführten Energie bzw. Leistung in Form
von Erdgas (Input) zu abgegebener Wärme/Leistung an das
Heizsystem und die Warmwasserbereitung
● Division der Energiemengen durch die Dauer des Ablesezeitraums
ergibt:
30
Fingerabdruck des Kessels
Bekannt:
● Kessel-Nennleistung lt. Typenschild (max. Output): 102 kW
● Kessel-Fingerabdruck: Input = 1,3517 x Output + 2,5121 kW
Bestimmbar:
● Kessel-Nennbelastung (max. Input): 140,4 kW
● Bereitschaftsverluste (Output = 0 kW): 2,5121 kW (qB = 1,79 %)
● Kesselwirkungsgrad (max. Last): 72,7 %
31
Bewertung der
Warmwasserbereitung
32
Bewertung der Warmwasserbereitung
● Mittlere Leistungen aus abgelesenen Zählerständen der
Warmwasserbereitung:
Ableseintervall mittlere TWW-Leistung
(lfd. Nr.)
in kW
1
3,65
2
6,04
3
6,16
4
5,67
5
5,46
6
5,02
Mittelwert:
5,33
33
Bewertung der Warmwasserbereitung
● TWW-Kesseloutput: 5,33 kW
● TWW-Kesselinput: 9,72 kW
● Kesselnutzungsgrad bei ausschließlicher TWW-Bereitung: 54,9 %
● Belegung: 39 Personen
● TWW-Output am Kessel: 5,33 kW x 8.760 h/a = 46.691 kWh/a
● TWW-Nutzen an Zapfstelle: 600…700 kWh/(Pers x a)
23.400…27.300 kWh/a
● Systemnutzungsgrad (Speicher/Verteilung/Zirkulation): 50,1…58,5 %
● Gesamtnutzungsgrad: 27,5…32,1 %
34
Fingerabdruck
des Gebäudes
35
Bewertung der Gebäudequalität
(Fingerabdruck des Gebäudes)
● Gegenüberstellung der mittleren Leistung für Raumwärme und der
mittleren Außentemperatur in den Ablesezeiträumen:
36
Bewertung der Gebäudequalität
(Fingerabdruck des Gebäudes)
Baujahr 1964 – 1.471 m²
Ablesbar:
● Heizgrenztemperatur: 17°C
● Wärmeverlustkoeffizient (inkl. Verteilverluste): 1,9295 kW/K
Daraus bestimmbar:
● Dauer der Heizperiode: 296 d/a
● Mittlere Außentemperatur der Heizperiode: 7,4°C
● Normheizlast bei -14°C: 65,6 kW
● Mittlere Heizleistung in der Heizperiode (Kesseloutput): 18,94 kW
● Mittlere Kesselbelastung in der Heizperiode (Kesselinput): 28,12 kW
● Kesselnutzungsgrad der ausschließlichen Raumheizung: 67,4 %
37
Jahresnutzungsgrad
38
Jahresnutzungsgrad
Aus den zuvor bestimmten Kenngrößen und Wärmemengen ergeben
sich folgende Randdaten:
OutOutInInBezugsdauer
Leistung Energiemenge Leistung Energiemenge
in h/a
in kW
in kWh/a
in kW
in kWh/a
Sommer
1.656
5,33
8.830
9,72
16.096
Winter
7.104
24,27
172.442
35,32
250.936
Gesamt
8.760
181.272
267.031
und somit ein Jahres-Nutzungsgrad von: 67,9 %
39
Einsparprognose
Wärmedämmung
40
Einsparprognosen Wärmedämmung
Heizgrenze
in °C
Heizperiodendauer
in d/a
Mittlere Außentemp.
der HP
in °C
HT + HV
in kW/K
Bestand
17
296
7,4
1,9295
Modernisiert
(tHG = 17°C)
17
296
7,4
1,0335
Modernisiert
(tHG = 15°C)
15
270
6,1
1,0335
Änderung der Transmissionswärmeverluste durch Fassadendämmung
an den Außenwänden mit
Ualt = 1,32 W/(m²K) auf Uneu = 0,24 W/m²K
41
Einsparprognosen Wärmedämmung
0
Baujahr 1964 – 1.471 m²
Variante
Heizwärme
in kWh/a
0
131.600
1
70.500
2
60.000
1
2
42
Einsparprognose
Kesseltausch
43
Einsparprognosen Kesseltausch
Nennleistung
in kW
Nennbelastung
in kW
Wirkungsgrad
in %
Bereitschaftsverluste
in %
Bestand
102,0
140,4
72,7
1,79
Modernisiert
102,0
107,4
95,0
0,5
44
Einsparprognosen Kesseltausch
Mittlere Leistung im Mittel der Heizperiode
(Heizen und Warmwasserbereitung)
Mittlere Leistung der Sommerperiode
(nur Warmwasserbereitung)
45
Einsparprognosen Kesseltausch
Mittlere Leistung im Mittel der Heizperiode
(Heizen und Warmwasserbereitung)
Mittlere Leistung der Sommerperiode
(nur Warmwasserbereitung)
46
Einsparprognosen Kesseltausch
Baujahr 1964 – 1.471 m²
● Bilanz mit Bestandskessel:
In
Out
[h/a] Dauer
Leistung [kW]
Sommer
HP
9,71
35,30
5,33
24,27
1.656
7.104
Sommer
16.083
8.826
1.656
Energie [kWh/a]
HP
Summe
250.754 266.837
172.414 181.241
7.104
8.760
Sommer
10.134
8.826
1.656
Energie [kWh/a]
HP
Summe
184.395 194.528
172.414 181.241
7.104
8.760
● Bilanz nach Kesseltausch:
In
Out
[h/a] Dauer
Leistung [kW]
Sommer
HP
6,12
25,96
5,33
24,27
1.656
7.104
47
Reale Sanierungswirkung
bei untersuchten Feldanlagen
SANIERUNGSSTANDARD NACH
ENEV-ANFORDERUNGEN
48
Qualität der Gebäudehülle nach geltender
EnEV
Unsanierter Zustand – Baujahr 1954 – 1.166 m² – h = 2,055 W/m²WflK
49
Qualität der Gebäudehülle nach geltender
EnEV
Sanierter Zustand – 2000 – 1.579 m² – h = 1,242 W/m²WflK
50
Qualität der Gebäudehülle nach geltender
EnEV
Sanierter Zustand – 2011 – 857 m² – h = 0,967 W/m²WflK
51
Reale Sanierungswirkung
bei untersuchten Feldanlagen
SANIERUNGSWIRKUNG
FASSADENDÄMMUNG
52
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Maßnahmen)
Bauteil
Außenwand
Fenster
Kellerdecke
oberster Gebäudeabschluss
Summe:
unsaniert
saniert
Fläche [m²] U-alt [W/m²K]
672,86
1,481
258,69
1,309
413,91
0,386
417,07
1,350
1.762,53
Maßnahme U-neu [W/m²K]
14 cm WLG032
0,198
< 0,95 W/m²K
0,950
10 cm WLG032
0,175
24 cm WLG035
0,132
53
Energiebilanz
Kurzzeichen Beschreibung
EnEV-B
EnEV-Nachweis für Bestand mit tHG=15°C
EnEV-M
EnEV-Nachweis für Bestand mit tHG=10°C
Ganzheitliche Gebäudedämmung
Baujahrmit
1970
– 982
EAV-B
Energieanalyse aus dem Verbrauch
realer
t m²
= 15
EAV-M
Energieanalyse aus dem Verbrauch mit realer t = 15
(Energiebilanz)
HG
HG
Rechnerischer Bedarf nach EnEV
im Bestand (B) und
nach Modernisierung (M)
Realer Verbrauch nach E-A-V
im Bestand (B) und
nach Modernisierung (M)
Energiebilanz
Kurzzeichen Beschreibung
EnEV-B
EnEV-Nachweis für Bestand mit tHG=15°C
H
tHG
Kurzzeichen
kW/K
°C
ta,m,HP
°C
6,5
3,7
6,5
6,5
za,m,HP
d/a
275
187
275
275
DH
kW/K
QH
kWh/a
DQH
kWh/a
qH
kWh/m²a
DqH
kWh/m²a
EnEV-M
EnEV-Nachweis für Bestand mit tHG=10°C
EAV-B
Energieanalyse aus dem Verbrauch mit realer tHG = 15°C
EAV-M
Energieanalyse aus dem Verbrauch mit realer tHG = 15°C
Kurzzeichen
EnEV-B EnEV-M EAV-B
EnEV-B EnEV-M EAV-B EAV-M
2,926
1,200
1,820 0,900
15,0
10,0
15,0
15,0
EAV-M
1,726
0,920
164.149 33.929 102.102 50.490
130.219
180,4
37,3
143,1
51.612
112,2
55,5
56,7
54
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Auswertung)
Baujahr 1970 – 982 m²
Mittlere
Heizleistung der
Heizperiode
55
Baujahr 1970 – 982 m²
275 d/a
187 d/a
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Auswertung)
56
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Auswertung)
Baujahr 1970 – 982 m²
57
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Auswertung)
Baujahr 1970 – 982 m²
58
Ganzheitliche Gebäudedämmung
(Auswertung) berechneter Bedarf realer Verbrauch
Baujahr 1970 – 982 m²
59
Reale Sanierungswirkung
bei untersuchten Feldanlagen
SANIERUNGSWIRKUNG
KESSELTAUSCH
60
Kesseltausch
● Reduzierung der
Kesselleistung durch
verbrauchergerechte
Auslegung:
70 kW  43 kW
Brennstoffeinsparung:
14.297 kWh/a
● Steigerung des
Kesselwirkungsgrads:
80,3 %  89,7 %
● Minimierung der
Bereitschaftsverluste:
0,85 %  0,17 %
● Steigerung des
Jahresnutzungsgrads:
76,8 %  89,3 %
61
Vielen Dank…
… für Ihre Aufmerksamkeit!
(Energiesparkonto unter:
www.energiesparkonto.de
bzw.
www.co2online.de)
62
SPEICHERVERLUSTE
63
ProKlima Speicherliste - Auszug
VERTEILVERLUSTE
65
Verlegedichte von Trinkwarmwasserleitungen - Zirkulationsleitungen
und zukünftige elektrische Konsequenzen
ungünstig: lange flache Baukörper
0,38 m/m²
günstig: kompakte, hohe Baukörper
0,14 m/m²
•
im Beispiel links ergeben sich gemessen für 2011:
19 kWh/(m²a) Zirkulationsverlust bei 12 kWh/(m²a) Warmwassernutzen
•
selbst mit Solarthermie (hier 34 %) und einem üblichen Kessel
(88 % brennwertbezogen) rückt elektrische Versorgung in den
Fokus der Überlegungen
60
55
50
Temperaturdifferenz Rohr - Umgebung, in K
45
40
35
30
25
20
15
10
5
1. Trinkwarmwassertemperatur (Speicher), in °C
50
55
60
65
45
70
70
70
Zirkulierende Leitung,
Zirkulationsdauer
65
55
60
m
ar
k
er
eh
l
üh
50
45
h/d
24
55
/d
18 h
50
2. Leitungsart
45
Stichleitung,
Nutzungsfrequenz
40
w
er
eh
mittlere Medientemperatur, in °C
60
65
beheizter Bereich
35
30
35
hä ufig
m
ar
k
er
eh
3. Anordnung der Leitung
40
mittlere Medientemperatur, in °C
w
er
eh
Keller
30
l
üh
selte n
25
25
20
20
1,4
1,4
0%
1,3
1,3
1,2
1,2
300
1,1
1,0
1,0
6. Ergebnis: längenbezogener
Wärmeverlust, in kWh/(m·a)
0,9
0,9
200
0,8
0,8
150
5. Dämmqualität
des Rohres
0,7
0,7
100
0,6
25%
0,5
75
0,4
0,5
50
50% 0,4
35
0,3
100%
20
0,2
0,6
200%
10
0,1
0,3
0,2
0,1
0,0
0,0
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
Temperaturdifferenz Rohr - Umgebung, in K
10
5
10
15
20
25
30
4. DN, in mm
35
40
Ablesebeispiel:
1./2. zirkulierendes Trinkwarmwasser, Speichertemperatur 60°C  mittlere Temperatur 57,5°C
3. Verlegung im beheizten Bereich, eher kühle Raumtemperaturen  ca. 40 K Temperaturdifferenz zur Umgebung
4./5. DN 22, 25 % Dämmdicke  U = 0,41 W/(m·K)
6. längenbezogener Wärmeverlust  140 kWh/(m·a)
45
U-Wert des Rohres, in W/mK
U-Wert des Rohres, in W/mK
1,1
SOLARTHERMIE
68
Korrekte Bilanzen zur Vermeidung von Fehlentwicklungen
Der Geburtsfehler des EEWärmeG: %- Bezug auf Wärmenergiebedarf


es zählt nicht: der Solarertrag QKK oder QSolar
es zählt nicht: die Verminderung der Kesselnutzwärme ΔQK, wie es das
EEWärmeG ansetzt (> 15% Wärmeenergie ab Erzeuger)
QKK
QEnd

ΔQK
es zählt allein: die Endenergieeinsparung QEnd (im Vergleich ohne und mit Solaranlage) – diese ist z. T. messbar und damit der Erfolg nachweisbar!
69
EEWärmeG mit
„Nullsummenspiel“
15/95=0,16
+10 +55+15
-0 +13
80
93
alle Angaben
in kWh/(m²a)
für ein EFH
mit 130 m²
+25 +55+15
-15+13
95 (80)
93
70
Gleich zu Beginn: Empfehlungen für Solaranlagen
 eine Wirtschaftlichkeit nur für solare Warmwasserbereitung – nicht für
Heizungsunterstützung - ist nur im EFH typisch erst bei mehr als 3
Nutzern erreichbar
 sowohl die Energiemengen als auch deren Temperaturniveau sind
maßgeblich für den Solarertrag – kritisch sind Zirkulationssysteme
 so geringe Speichervolumina wie möglich verwenden und darüber
hinaus sehr gut gedämmte Leitungen und Speicher vorsehen
 eine Beheizung von Pufferspeichern mit fossilen Energieträgern
(nur aus Gründen der Nachheizung), z.B. Gas oder Öl, ist kritisch
 aus Sicht der optimierten Verteilsysteme kommen im MFH ggf. auch
Systeme in Betracht, bei denen erst lokal die Endtemperatur per
elektrischer Nachheizung erfolgt: Solargespeiste und witterungsgeführte
Zweileitersysteme mit wohnungsweisen Frischwasserstationen
71
Regenerativ spart nicht immer CO2
Regenerativ spart nicht immer CO2
Kesselnutzungsgrad
= 675 / 715
= 0,94
211 MWh
Solarertrag
= 209 / (209+675)
= 0,24
NAH- UND FERNWÄRME
74
Einsatzgrenzen nach Fernwärmestudie
(Prof. Dr. Wolff)
● Neu- und Ausbau von Wärmenetzen
maximale
Netzverluste
erforderliche
Wärmeabnahme
< 10…15 kWh/(m²Wfla)
> 90…135 kWh/(m²Wfla)
< 150…250 kWh/(mTrassea)
> 1.350…2.250 kWh/(mTrassea)
Wirkungsgrad des
Verteilnetzes: > 90 %
Gefo(ö)rderte Abnahme laut
KfW (271/281 bzw. 272/282):
500 kWh/(mTrassea)
Einsatzgrenzen nach Fernwärmestudie
(Prof. Dr. Wolff)
● Neu- und Ausbau von Wärmenetzen
– KWK-Anteil:
mind. 25…50 %
– Theoretische Anschlusslänge: ≤ 0,10 mTrasse/m²Wfl
– Vergleich:
max. Verteilverluste von 15 kWh/(m²Wfla)
gegenüber Heizwärmebedarf eines Passivhauses von 15 kWh/(m²Wfla)
Einsatzgrenzen nach Fernwärmestudie
(Prof. Dr. Wolff)
● Bestehende Wärmenetze
maximale
Netzverluste
erforderliche
Wärmeabnahme
< 25…30 kWh/(m²Wfla)
> 225…270 kWh/(m²Wfla)
typische
Netzverluste
resultierende
Wärmeabnahme
500 kWh/(mTrassea)
4.500 kWh/(mTrassea)
Wirkungsgrad des
Verteilnetzes: > 90 %
Einsatzgrenzen nach Fernwärmestudie
(Prof. Dr. Wolff)
● Bestehende Wärmenetze
– KWK-Anteil:
≥ 50 %
– Theoretische Anschlusslänge: ≤ 0,06 mTrasse/m²Wfl
– Gebäude mit Gesamtwärmebedarf ≥ 225 kWh/(m²Wfla)
○ erst Bedarf senken!!!
– Vergleich:
max. Verteilverluste von 30 kWh/(m²Wfla)
gegenüber Biomassebudget von 30kWh/(m²Wfla)
Entscheidungsmatrix