Lehrstuhl für Energiewirtschaft
Prof. Dr. Christoph Weber
21.09.2010
BENA - Nachhaltigkeit an der UDE – auf dem Weg zu einem green urban campus
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Alexander Wiegel
Volker Eickholt
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Verbesserung der Gebäudeenergieeffizienz - Beispielhafte Untersuchung eines Gebäudes am
Campus Essen
[Ergebnisse einer Diplom-Arbeit im WS 09/10]
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Hintergrund der Arbeit
• Der Gebäudebestand in Deutschland umfasst:
– Zirka 17,3 Millionen Wohngebäude mit ungefähr 40 Millionen Wohneinheiten
– Zirka 1,5 Millionen private und öffentliche Nichtwohngebäude• Darunter 40.000 Schulen• 315 staatliche oder staatlich anerkannte
Hochschulen• Rund 40% des Endenergieverbrauchs entfallen in Deutschland auf
den Gebäudebereich
– Raumwärme, Warmwasser, Raumlufttechnik (RLT) etc.
• Großteil der Bestandsgebäude ist vor 1978 gebaut worden und erfüllt nicht die Anforderungen der ersten Wärmeschutzverordnung von 1977
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Fragestellungen der Diplomarbeit
• Wie ist die energetische Qualität des untersuchten Gebäudes (technische Aspekte)?
• Welche energiesparenden Maßnahmen können für das Gebäude sinnvoll sein?
• Welche Auswirkungen haben die Modernisierungsmaßnahmen auf den Energiebedarf, die CO2-Emissionen (ökologischer Aspekt) und die Energiekosten (ökonomischer Aspekt)?
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Betrachtetes Gebäude
R11 T-Gebäude (Baujahr 1976), ca. 25.500 m²
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Datenlage
• Datenlage in Bezug auf Energieverbräuche und Energieverbraucher am Campus Essen grundsätzlich unzureichend
• Notwendigkeit der eigenen Datenaufnahme durch mehrfache Gebäudebegehungen inklusive eigener Zählungen, Messungen, Fotoanalyse
– Aufnahme von Fenstermaßen und Heizkörpern – Zählung von Fenstern, Beleuchtung, Heizung,
elektrischen Geräten– stichprobenartige Kontrollmessungen von
Raumumfang und Raumhöhe• Analyse von etlichen CAD-Plänen• Expertengespräche mit Mitarbeitern der Betriebstechnik, des
Gebäudedezernats, Ingenieuren• Entwicklung eines Excel-Modells zur eigenen Berechnung
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Zuordnung von Räumen zu Nutzungsprofilen
Nr. (DIN V 18599-10)
Nutzungsprofil NGF m² Anteil %
1 Einzelbüro 773 3%2 Gruppenbüros 2.273 9%4 Besprechung, Seminar, Sitzung 3.623 14%9 Hörsaal 360 1,4%
14 Küchen in NWG 31 0,12%16 WC/Sanitär in NWG 704 2,8%17 Sonstige Aufenthaltsräume 210 0,8%18 Nebenfläche 181 0,7%19 Verkehrsfläche 6.015 24%20 Lager, Technik, Archiv 5.830 23%28 Bibliothek-Lesesaal 4.260 17%29 Bibliothek-Freihandbereich 1230 5% Summe 25.500 100%
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Ermittelte Verbrauchskennwerte für das R11 T-Gebäude
• Energiekennwerte und die Vergleichswerte in
• R12 verbraucht zirka 80% mehr Wärme als R11
– Stahlkonstruktion versus Stahlbetonkonstruktion
– Warmwassernutzung in R12 (Labors, Duschen, Cafeteria)
• Heizwärmeverbrauch der R11-Liegenschaft liegt knapp 40 % unter dem EnEV-Vergleichswert und beim Stromverbrauch knapp 41 % drüber
– Interne Gewinne– Lüftung als zusätzlicher Stromverbraucher und
gleichzeitiger Wärmeproduzent
R11-Komplex (selbst ermittelt)
R12-Komplex (selbst ermittelt)
Vergleichswert EnEV 2009
Vergleichswert Mischnutzung
Heizung 61 110 85 82
Strom 60 58 35 41
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Komplexitätsreduktion
• Aufgrund der enormen Komplexität konnte in der Diplomarbeit nur ein Teil des Gebäudes näher analysiert werden
• Modernisierungsmaßnahmen nehmen Bezug auf einen virtuellen Komplex bestehend aus den Etagen R11 T03 bis T07
• Aussagekraft der ermittelten Ergebnisse dadurch entsprechend begrenzt
• Zudem nur Nutzung einer Demo-Modellierungssoftware zur Verbrauchsberechnung
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Betrachtete Modernisierungsmaßnahmen
• Austausch der Isolierglasscheiben mit dem U-Wert von 2,7 kWh/m²K durch Wärmeschutzglasscheiben mit einem U-Wert von 1,6 kWh/m²K und neue Fensterdichtungen.
– U-Wert-Verbesserung ergibt ∆U=1,1 kWh/m²K. Die benötigte Glasgesamtfläche beträgt 1.722 m².
• Anbringen eines Wärmedämmverbundsystems
– Die Gesamtfläche beträgt 2.329 m².• Austausch der Vorschaltgeräte von KVG (konventionelle
Vorschaltgeräte) zu EVG (elektronisch) bei der Beleuchtung in den Seminarräumen.
– 1.868 paarweise betriebene Leuchtstofflampen– 934 EVG werden benötigt.
• Austausch alter 2K-Thermostate gegen moderne 1K-Thermostate• Maßnahmenpaket: eine Kombination der vier Einzelmaßnahmen
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Berechnete Einsparungen für den virtuellen Komplex
MaßnahmeNutzenergie kWh/m²a
Endenergie kWh/m²a
Primärenergie kWh/m²a
CO2 kg/m²a
IST-Zustand Gebäude
91 113 102 23
Wärmeschutzglas
78 (-16%) 98 (-16%) 96 (-5%) 21 (-11%)
Wärmedämm-verbundsystem
80 (-15%) 99 (-15%) 97 (-5%) 21 (-10%)
Elektronische Vorschaltgeräte
89 (-11%) 111 (-1,3%) 94 (-8%) 22 (-4%)
Mod. Thermostat-ventile
91 (+0,1%) 112 (-1,1%) 101 (-0,4%) 22,7 (-0,8%)
Kombination
∆ absolut
65 (-41%)
-170.000 kWh/a
81 (-40%)
-207.000 kWh/a
83 (-22%)
-118.000 kWh/a
18 (-31%)
-35.100 kg/a
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• Dynamische Berechnung• Annahme: Mittlerer zukünftiger Wärmepreis = 3,57 ct./kWh• Annahme: nur Mehrkosten bei sowieso anstehender Erneuerung werden
berücksichtigt (Kopplungsprinzip)
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Wirtschaftlichkeit
Wärmeschutzglas WDVS
Vorschalt EVG
Thermostat-ventil
Kombination aller Maßn.
Einsparkosten Ct/kWh 2,22 1,87 14,9 1,67 2,63
Wirtschaftlichkeit gegeben? ja ja nein ja ja
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Fazit
• Die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zeigte, dass die einzelnen Maßnahmen „Wärmeschutzglas“, „Wärmedämmverbundsystem“ und „Thermostatventile-Wechsel“ vorteilhaft sind
Aber: • Nur Betrachtung eines virtuellen Gebäudes• Viele Annahmen, Abschätzungen und Hochrechnungen aufgrund
schlechter Datenlage• Gilt zunächst nur bei sowieso anstehender Sanierung