Vortrag 2015 christian kley energie plus gebaeude
description
Transcript of Vortrag 2015 christian kley energie plus gebaeude
Technische Universität Braunschweig
Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS)
Hochschule Biberach
Masterstudiengang Gebäudeklimatik
Energie PLUS - Gebäude
SYSTEMUNTERSUCHUNGEN FÜR EINE
100 % ERNEUERBARE ENERGIEVERSORGUNG
Master-Thesis . Christian Kley
Univ. Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch . Prof. Dr.-Ing. R. Koenigsdorff
Datum: 23.03.2015
2Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Inhalt
1. Zielsetzung und Vorgehensweise
2. Definition PLUS-Standard
3. Das Referenzgebäude
4. PLUS Versorgungskonzept A: PV-SystemBasisvariante, Parameterstudie und Auslegungsdiagramme
5. PLUS Versorgungskonzept B: Solarthermie/PV-SystemBasisvariante
6. Wirtschaftlichkeit der Energie PLUS-Konzepte
7. Zusammenfassung und Ausblick
3Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Zielsetzung und Vorgehensweise
ZIELSETZUNG
Untersuchung von Energie PLUS-Konzepte in einer Parameterstudie hinsichtlich
der energetischen und ökonomischen Performance
Ziel hoher solarer Deckungsanteil und hoher direkter Eigenstromanteil
DURCHFÜHRUNG
1. Aufstellung des Gebäude- und der Anlagensimulationsmodelle
auf Basis des Referenzgebäudes
2. PLUS Versorgungskonzept A: PV-SystemBasisvariante und Parameterstudie
3. PLUS Versorgungskonzept B: Solarthermie/PV-SystemBasisvariante und Parameterstudie
4. Auslegungsdiagramme u. -kennwerte
5. Vergleich der beiden Energie PLUS-Konzepte
4Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Heizung
Warmwasser
Hilfsenergie
Beleuchtung
Haushaltsstrom
Erneuerbare Energien
Photovoltaik
Bilanzraum Anforderungen
< 0
PEV
PEV: Primärenergie-
verbrauch
Jahresbilanz Primärenergie ≤ 0
Eigennutzungs- und Deckungsanteil > 30 %
Lüftung
Definition EnergiePLUS-Standard
Solarthermie
5Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
PV-Eigennutzungsanteil und Deckungsanteil
PV-Eigennutzungsanteil (ENA) PV-Deckungsanteil (DA)
6Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Referenzgebäude – Architektur
„Netto-Energie-PLUS-Gebäude“ in Berghalde, Leonberg
Einfamilienhaus (3 bzw. 4 Personen)
Fertigstellung Ende 2010
260 m² Wohnfläche
Energieeffizient durch:
Ausrichtung
Gebäudeform
hochwertige, luftdichte Hülle
7Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Versorgungsvariante A
PV-System
„Nur-Strom-Konzept“
Energie PLUS-Versorgungskonzept
8Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Versorgungsvariante A – PV-SystemEnergieflussschema „Nur-Strom-Konzept“
9Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Ergebnisse PV-System Primärenergiebedarf – Jahresbilanz
EnergiePLUS
48,7 kWh/(m²a) = 30 %
10Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Ergebnisse PV-System Eigennutzungsanteil und Deckungsanteil im Jahresverlauf
PV-Eigennutzungsanteil: 30,1 %
Anteil PV-Netzeinspeisung: 69,9 %
PV-Deckungsanteil: 37,5 %
Anteil Netzstrombezug: 62,5 %
11Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Parameterstudie PV-System
1. Einfluss der Batteriekapazität
2. Einfluss der Leistung der PV-Anlage
3. Vorlauftemperaturbegrenzung der WP
(max. Kondensator-Austrittstemperatur)
4. Nutzung aller verfügbaren thermischen Speicherkapazitäten
FBH-Steuerung über Raum- oder Bodentemperaturfühlern
5. PV-Überschuss Regelung mit Pufferspeicher-Erweiterung
Ziel: Erhöhung der Eigenstromnutzung
Nutzerkomfort darf nicht eingeschränkt werden!
12Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Einfluss der Leistung der PV-Anlage
Aufbauend auf der Basisvariante mit
7 kWh Blei-Säure Batterie
Parameterstudie
13Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Einfluss der PV-LeistungErreichbarer PV-Eigennutzungs- und Deckungsanteil
min. PV-Leistung rund 10,4 kWp zur
Einhaltung des PLUS-Standards
ENA < 40 %
DA > 33 %
14Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Einfluss der Regelstrategie:
PV-Überschuss Regelung
mit Pufferspeicher-Erweiterung
Freigabe der Regelung bei PV-Leistung > 3 kW
Überhitzung Pufferspeicher (PS) auf 55 °C
Parameterstudie
15Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungErhöhung der Eigenstromnutzung – PV-Deckungsanteil
16Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungEinsparung am Netzstrombezug
17Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
PV-Überschuss Regelung mit PS-ErweiterungKostenvergleich zwischen Batterie und Pufferspeicher
27 kWh
7 kWh
0,825 m³
2,0 m³
Kapitalkosten
über 20 a
53 300 €
38 750 €
63 000 €
41 800 €
42 kWh
7 kWh
0,825 m³
5,0 m³
Batterie Speicher PV
15,3 kWp
15,3 kWp
15,3 kWp
15,3 kWp
Mehrkosten
Batterie
+ 14 550 €
+ 21 200 €
Zinssatz 2 %
Betrachtungszeitraum 20 a
Investitionskosten
PV 1.600 €/kWp (20a)
Bat 400 €/kWh (10a - 12a)
PS 995 € - 3.940 € (20a)
Raumvolumen 250 €/m³ (40a)
DA 45 %
DA 50 %
Batteriespeichersystem (Blei-Säure)
Kapitalkosten rund 37 % bis 51 % höher,
um einen gleichen PV-Deckungsanteil zu erreichen
Ziel gleicher PV-Deckungsanteil
18Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Zusammenfassung Parameterstudie PV-System
Steigerung PV-Eigennutzungsanteil Widerspruch möglichst hohen solaren
Deckungsanteil am Strombedarf
ERHÖHUNG DES EIGENSTROMANTEILS
thermische Speicher und die Gebäudemassen (Estrich der FB-Heizung)
mit Wärme aufladen (Power-to-Heat)
Batteriespeicher für die Stromspeicherung aufwendig und kostenintensiv
Thermische Speicher wesentlich preisgünstiger als die adäquate
Energiebevorratung in einer Batterie
19Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Auslegung der PV-Leistung für PLUS-Standard nach Strombedarf für TGA und Haushalt sowie ENA und DA
NUR – STROM – KONZEPT (Kartesisches Koordinatensystem)
20Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Versorgungsvariante B
Solarthermie/PV-System
„Wärme-Strom-Konzept“
Energie PLUS-Versorgungskonzept
21Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Versorgungsvariante B – Solarthermie/PV-SystemEnergieflussschema „Wärme-Strom-Konzept“
22Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Ergebnisse Solarthermie/PV-System Deckungsanteil durch Solarthermie
23Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Ergebnisse Solarthermie/PV-System Primärenergiebedarf – Jahresbilanz
EnergiePLUS
1,2 kWh/(m²a) = 2 %
Pellets
Strom
24Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Vergleich der Energie PLUS-KonzepteWirtschaftlichkeit ohne und mit Preissteigerung
JAHRESGESAMTKOSTEN OHNE PREISSTEIGERUNG:
Versorgungsvariante PV-System rund 45 % preiswerter als Solarthermie/PV-System,
Gesamtkostenersparnis von rund 1 400 €/a
+ 23 % + 17 %
+ 14 %
Preissteigerung: Pellets 2 % / Strom 6 %
25Christian Kley . Uponor Blue U Award . 37. Uponor Kongress 2015 . 23.03.2015
Zusammenfassung und AusblickVergleich der beiden Energie PLUS-Konzepte
Ausgleich Primärenergiebedarf für PLUS-Standard:
„Nur-Strom-Konzept“ rund 38 Wp/m²WF (grob 0,29 m²PV/m²WF)
„Wärme-Strom-Konzept“ rund 27 Wp/m²WF (ungefähr 0,20 m²PV/m²WF)
„Nur-Strom-Konzept“ rund 45 % niedrigere Jahresgesamtkosten (rund 1 400 €/a)
im Vergleich zum „Wärme-Strom-Konzept“
Entwicklungs- und Optimierungspotenziale bei Wärmepumpen und PV-Anlagen
deutlich ausgeprägter als bei der Solarthermie
erneuerbare Energie lässt den Primärenergiefaktor der Netze sinken und damit auch
die Gutschrift für den eingespeisten Strom!
Plus-Energie-Gebäude mit hohem Eigenstromanteil = wichtiger Baustein für
unsere zukünftige Energieversorgung mit erneuerbaren Energien
Technische Universität Braunschweig
Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS)
Hochschule Biberach
Masterstudiengang Gebäudeklimatik
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
und dem Unternehmen Uponor