| | Autor: Siegfried Delzer
• Klima,
• Solarenergie,
• Erdregister,
• Speicher,
• Wärmepumpe und
• Nutzerverhalten
Parallel mit allen Wechselwirkungen wird dynamisch simuliert, damit die Kosten-Nutzen-Optimierung praxisnah gelingt.
In diesem Artikel geht es um die integrale Optimierung eines Wohnhauses mit mehreren Wärmequellen und Wärmepumpe. Die Ergebnisse der Analyse wurden 2010 als Basis für die Umsetzung eingesetzt und die Wirtschaftlichkeitsberechnungen sollten als Entscheidungshilfe für ökologisch und ökonomisch sinnvolle Energieeinsparmaßnahmen dienen.
Das geplante Wohngebäude sollte
1. einen Energiebedarf wie ein Passivhaus haben,
2. die Energieversorgung unabhängig von Öl- und
Erdgaslieferungen sein und
3. im Rahmen der Beratung eine einfache und robuste
Lösung im Rahmen der Energieberatung erarbeitet
werden.
Dass das Projekt nach Fertigstellung von einer unabhängigen Stelle anonym im Betrieb analysiert wurde, gibt den im Vorfeld durchgeführten Analysen mittels dynamischer Simulation Gewicht.
Gebäudesimulation
Für den Beratungsbericht wurde mit DK-Integral, einem dynamischen Simulationsprogramm, ein Modell dieses Gebäudes erstellt und mit dem vorherigen Energieverbrauch der Bewohner kalibriert.
Das dynamische Simulationsprogramm ist gegenüber den statischen Berechnungsmethoden genauer. Effekte wie Benutzerverhalten, Gebäudeorientierung, Klima sowie Speicherfähigkeit des Gebäudes werden hier berechnet, während sie bei den statischen Berechnungsverfahren bestenfalls mit Faktoren berücksichtigt werden.
Gewinne und Verluste, die dann auftreten, wenn sich die Raumtemperatur über der Behaglichkeitsgrenze von 23°C befindet, werden in statischen Berechnungsverfahren bilanziert, obwohl das Haus in diesen Zeiträumen die Wärmegewinne nicht verwerten kann. Die dynamische Simulation bilanziert die Gewinne und Verluste nur dann, wenn das Haus sich im Behaglichkeitsbereich bis 23°C befindet. So können Bauteile wie Dach, Boden, Fenster oder Außenwände genauer bewertet werden.
Das Wohnhaus auf Passivhausniveau
hat sein Ziel in der Praxis erreicht
Neben der realitätsnahen Projektentwicklung war
der Bauherr der zentrale Erfolgsfaktor, der bei der Umsetzung auf die Vorgaben, auf der Basis der dynamischen Simulation, geachtet und bestanden hat.
Simulationen der Energieversorgung
Die Energieversorgung sollte möglichst autark erfolgen.
Die Grafiken zeigen die Ergebnisse der dynamischen Simulationen.
Zustandsgrößen Variante 1, im 2. Jahr:
> Lufttemperatur im Haus
= Mittlere Temperatur im Gebäude
> Heizenergiebedarf Gebäude
= ohne Anlagenverluste und Brauchwasser
> Umgebungstemperatur
= Wetter außerhalb der Gebäudehülle
> Temperatur Anbau 1
= Temperatur im Keller / Zone 2
> SP1: Temp.Bereit.teil
= Speicher 1,Temperatur im Brauchwasserspeicher
oben Bereitschaftsteil, solar oder bei Bedarf mit
Wärmepumpe geheizt
> SP1: Hauptteil
= Speicher 1, Temperatur im Brauchwasserspeicher
unten / nur solar beheizt
> Zirkulationsverluste
= Verluste durch Brauchwasserzirkulation
> SP2: Speichertemperatur
= Speicher 2, Brauchwasservorwärmung und
Heizungsunterstützung nur solar beheizt
> Ertrag Kollektoren
= Solarenergieeinspeisung für Brauchwasser,
Heizung, Erdregister
> Temperatur Außenfläche 10 Schicht 4
= Temperatur Erdregister im Bereich der
Schicht mit dem Wärmetauscher
Zustandsgrößen Variante 2, im 2. Jahr:
Im zweiten Jahr ist der Startwert für die Temperatur im Erdregister vergleichbar mit dem Endwert nach dem zweiten Jahr, sodass stabile Erdregisterbedingungen erreicht sind.
Für die Varianten mit der Beheizung des Kellers ist mit den vorsichtigen Annahmen für das Erdreich die Grenze des Erdregisters erreicht.
Reserven sind:
1. Erdreich mit besserer Wärmeleitung,
Lambdawert größer als 1,5W/mK.
2. Optimierung des Energiemanagements,
z. B. Kühlen im Sommer.
3. Die Heizung des Kellers wird nur teilweise
durchgeführt
Die COP-Werte für die zwei Varianten sind in etwa gleich, der COP-Wert für die Variante mit Kellerheizung ist etwas schlechter, da die Erdregistertemperatur stärker absinkt.
Bewertung*
Die untersuchte solar- und holzunterstützte Erdreich – Elektro-Wärmepumpe mit horizontalem
Flächenregister erreicht mit einer
System-Jahresarbeitszahl von SJAZ = 5,8
die bisher höchste Energieeffizienz in den Phasen 1 und 2 des „Feldtests Wärmepumpen“. Dieser Wert ist gemäß der Klassifizierung der dena und des RWE nicht nur „energieeffizient“, sondern sogar „nennenswert energieeffizient“. Die Bewertung gemäß der Klassifizierung von Jahresarbeitszahlen der Agenda-Gruppe, die unabhängig von der Art der Kaltquellen Luft, Grundwasser oder Erdreich ist, lautet „ausgezeichnet“ (siehe Schaltfläche
„Klassifizierung“ unter www.agenda-energie-lahr.de/WP_FeldtestPhase2.html).
Nicht unerwähnt bleiben sollte jedoch, dass man auch bei einer so hohen Energieeffizienz immer noch 17 % des teuren und hochwertigen Stroms braucht, um zusammen mit 83 % Wärme aus der Erde, der Sonne und des Holzes das Passivhaus zu beheizen und mit warmem Wasser zu versorgen.
Die hohe Energieeffizienz verursacht natürlich auch erhöhte Kosten. Das ist wie im normalen Leben: Qualität ist nicht zum Schnäppchenpreis erhältlich. Wem jedoch der Schutz des Klimas für sich und seine Kinder ein hohes Anliegen ist, der liegt mit einer Jahresarbeitszahl von deutlich über 5 richtig.
*Quelle der Bewertung: Lokale Agenda 21 – Gruppe Energie der Stadt Lahr (Schwarzwald). Phase 2 „Innovative Wärmepumpensysteme“ des „Feldtests Wärmepumpen“
Dr. Falk Auer (Projektleiter) und Herbert Schote
www.agenda-energie-lahr.de; Oktober 2012.
Die Lokale Agenda 21 – Gruppe Energie Lahr dankt Herrn Dipl.-Phys. Michael Nast, Abteilung
„Systemanalyse und Technikbewertung“ im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Stuttgart, für wertvolle Diskussionsbeiträge, besonders zur Bewertung der Holzzuheizung.
 | |
|
|
Wohnhaus mit mehreren Wärmequellen und Wärmepumpe.
Variante 1 ohne Kellerheizung und mit 20 m² Flachkollektoren.
Variante 2 mit Kellerheizung und 20 m² Vakuumkollektoren.
COP-Wärmepumpe für die zwei Varianten im zweiten Betriebsjahr.
Solar- und holzunterstützte Erdreich-Wärmepumpe.
(Bilder: Delzer Kybernetik)
| |
|
Leserkontakt
|
)
)
)
)
)
