Energie-Effizienz Energie-Effizienz im im Wohn- und Zweckbau Wohn- und Zweckbau Nutzung gegebener Nutzung gegebener Einsparpotenziale Einsparpotenziale Veranstaltung am 9.11.2011 Veranstaltung am 9.11.2011 „Energiewende im Kreis Heinsberg“ „Energiewende im Kreis Heinsberg“ FH Aachen University of Applied Sciences Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik Eupener Straße 70 52066 Aachen Prof. Dr.-Ing. Franz Wosnitza Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt Energiemanagement
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Energie-Effizienz im Wohn- und Zweckbau Nutzung gegebener Einsparpotenziale Veranstaltung am 9.11.2011 Energiewende im Kreis Heinsberg FH Aachen University.
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Energie-EffizienzEnergie-Effizienzimim
Wohn- und ZweckbauWohn- und Zweckbau
Nutzung gegebener Nutzung gegebener EinsparpotenzialeEinsparpotenzialeVeranstaltung am 9.11.2011Veranstaltung am 9.11.2011
„Energiewende im Kreis Heinsberg“ „Energiewende im Kreis Heinsberg“
FH Aachen University of Applied Sciences
Fachbereich Elektrotechnikund Informationstechnik
Eupener Straße 7052066 Aachen
Prof. Dr.-Ing. Franz Wosnitza
Forschungs- und EntwicklungsschwerpunktEnergiemanagement
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Neuorientierung der EnergietechnikNeuorientierung der Energietechnik
Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.6
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1. Pfeiler der Energieeffizienz - Moderne Heizungssysteme 1. Pfeiler der Energieeffizienz - Moderne Heizungssysteme Einsparpotenzial Einsparpotenzial 20% 20%
Neueste Generation von Brennwertkesseln• de facto Standard, Nutzung des oberen Heizwertes• Familie, vier Personen, Reihenhaus: 20.000 kWh/a• Gaskosten ca. 0,05€/kWh• Brennwerttherme: Einsparung ca. 11%,
also 2.200 kWh• Kosteneinsparung : ca. 110 €/a• mit Öl-Brennwerttherme und Heizöl Extra Leicht:
Energieeinsparung ca. 6%
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Solarthermische Heizanlagen -Solarthermische Heizanlagen -Sonne als unerschöpfliche EnergiequelleSonne als unerschöpfliche Energiequelle
CO2-Bilanz:Solaranlagen mit Heizung
• 20 bis 30 % Einsparpotenzial• ca. 350 bis 500 Liter
Öleinsparung pro Jahr• 1.000 kg CO2-Einsparung
Ökonomie:• Heizen relativ teuer bei
Raumheizungs-Unterstützung• bessere Fenster• erhöhte Wärmedämmung• Wasserspar-Armaturen• Lange Amortisationszeiten• Warmwasserbereitung
Stirling-Motor - Wiederentdeckung eines alten OnkelsStirling-Motor - Wiederentdeckung eines alten Onkels
Ältestes Wärmekraftmaschinen-Prinzip,besonders geeignet für Blockheizkraftwerke
• periodisch wirkender geschlossener Kreisprozess• Umwandlung von indirekter Wärme in mechanische Energie• Solarantrieb möglich, extrem geräuscharm• Förderung aller KWK-Maschinen durch das EEG• Einsatz verschiedener Brennstoffe• EEX-Börse Leipzig: zzt. 5,11 ct/kWh
• bei 20.000 kWh JahresenergieverbrauchEinsparung von ca. 300 kg CO2
• Wirkungsgrad deutscher Kraftwerke von 36 %• Jahresarbeitszahlen zwischen 3,5 und 4• Wirkungsgrad von Wärmepumpen bezogen
auf die Primärenergie: (120-140) %.
Ökonomie:• Einsparung gegenüber Gasheizung bis zu 450 €/a• ca. 50 % der Betriebskosten einer Gastherme• im Vergleich deutlich höhere Investitionskosten hohe Baukosten
Physikalisches Prinzip der WärmepumpePhysikalisches Prinzip der Wärmepumpe
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Photovoltaik- und Klein-Windkraftanlagen –Photovoltaik- und Klein-Windkraftanlagen –Energieversorgung ohne Sorgen?Energieversorgung ohne Sorgen?
Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien Wind und Sonne
• so genannte dargebotsabhängige Energien• Keine Grundlastdeckung, sondern ausschließlich Spitzenlastdeckung• Windlast: ca. 2000 h/a = 22% Jahresverfügbarkeit• Sonnenenergie: ca. 800 h/a = 9% Jahresverfügbarkeit
Energieträger Anteil an der Brutto-stromerzeugung 2010
• Höhe der Anlage: ≥20m• geringe Bodenrauhigkeit = hoher Ertrag• Blitzschutz extrem wichtig• Schallemissionen ≤45dB (WHO)
(5-10)dB über Ruhelärmpegel• Ausführungen:
horizontale Achse (Wirkungsgrad)
vertikale Achse (Darrieus, Savonius)• Anlagen zur Netzeinspeisung• Anlagen für den Inselbetrieb (Batterie) 16
Nutzung der Sonnenenergie zur StromerzeugungNutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung
Drei Beweggründe für den Einstieg in die PV-Installationmit Anschluss an das öffentliche Stromnetz, wenn:
1) eine Dachsanierung ansteht
2) eine Heizungssanierung geplant ist
3) CO2 eingespart werden soll
•Dachfläche :ausreichende StatikStandort Richtung Süden (südost/südwest)schattenfreiDachneigung (10-40) Gradgute Hinterlüftung erhöht Energieertrag
•Solargenerator: 5 kWp Privathaushalt-PV-Anlage: Produktion von ca. 4000kWh/a
Halterungen, Kabel mit Steckern, Wechselrichter, geeichter Stromzähler•Lebensdauer : >20 Jahre bei einer Leistungseinbuße von etwa 20%•Einspeisevergütung nach EEG:
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PV-Modul-Techniken - Kein GlaubenskriegPV-Modul-Techniken - Kein Glaubenskrieg
Amorphe Si-PV-Module
• zukunftsfähig• Wirkungsgrad ca. 10%• hoher Ertrag bei diffusem Licht• geringe Herstellungskosten
Dünnschicht-Module• CdTe-Dünnschicht• umstritten
Polykristalline PV-Module• wenig Si - umweltfreundlich• Wirkungsgrad ca. 13%• guter Wattpreis
Monokristalline PV-Module• teure Herstellung• hoher Wirkungsgrad, ca. 15%• lange Betriebszeiten
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Brennstoffzelle - Weg aus der Energiekrise?Brennstoffzelle - Weg aus der Energiekrise?
Energie-Umwandlungsprinzip
• elektrochemische Umsetzung der Brennstoffe (H2; CO) und Sauerstoff (O2) direkt zu Strom und Wasser
• Gasmotor, ohne Umweg über Wärme und mechanische Energie
• zwei Elektroden, Anode und Kathode• Trennung durch gasundurchlässigen,
jedoch Ionen leitenden Elektrolyten• Wasserstoff-Moleküle spalten sich in
Elektronen und Ionen (H+) auf• positiv geladen H+-Ionen wandern von
der Anode zur Kathode und negativ geladene OH-- Ionen wandern von der Kathode zur Anode
• Reaktion der H+-Ionen mit den OH--Ionen an den Elektroden
• Ausbildung von Plus- und Minuspol (Kathode/Anode)
• Bildung von Wasser bzw. Wasserdampf an der Kathode.
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2. Pfeiler der Energieeffizienz - Wärmedämm-Verbundsysteme2. Pfeiler der Energieeffizienz - Wärmedämm-VerbundsystemeEinsparpotenzial Einsparpotenzial 65% 65%
Nachträglicher Wärmeschutzin der Altbausanierung
• Alte Häuser sind Energieverschwender• Energieeinsparverordnung (EnEV) für
Neubauten:jährlicher Heizwärmebedarf (40-80)kWh/m2aentspricht Ölverbrauch von (4-8) l/m2
• Wichtigste Wärmeschutz-Kennzahl eines Bauteils ist der U-Wert:Wärmedurchgangskoeffizient, (früher: Wärmedurchlässigkeit oder k-Wert)
• Diejenige Wärmemenge in kWh, die pro Stunde durch eine Bauteilfläche von 100m² transportiert wird, wenn zwischen Innen- und Außenwand ein Temperaturunterschied von 100C besteht! Je kleiner der U-Wert, desto besser die Dämmung!
Bauteil sehr schlecht schlecht mittel gut sehr gutDach ≥ 1,00 0,60 0,30 0,22 ≤ 0,15
Beispiel Keine odermaximal 4 cm
Zwischensparren-dämmung
6 bis 10 cmZwischensparren-
dämmung
12 bis 16 cm Zwischensparren-
dämmungoder 9 cm PUR-
Aufsparren-dämmumg
18 bis 20 cmZwischensparren-
dämmungoder 12 cm PUR-
Aufsparren-dämmung
27 bis 30 cmZwischensparren-
dämmungoder 18 cm PUR-
Aufsparren-dämmung
Massivwand ≥1,50 0,80 0,40 0,30 ≤ 0,20Beispiel 24 cm
Solare Adsorptionskühlung – mit Sonnen-Energie kühlenSolare Adsorptionskühlung – mit Sonnen-Energie kühlen
Zuluft• warme Außenluft durchströmt Rotationsluftentfeuchter• langsam rotierendes Rad mit hygroskopischer Substanz (z.B. Silicagel)• Adsorption der Feuchtigkeit mit Adsorptionswärme• warme, trockene Luft durchströmt Rotationswärmetauscher• Abluft kühlt etwas trockene Frischluft• Luft wird befeuchtet• Entstehung von Verdunstungskälte • Zuluft für Gebäude kühlt ab
Abluft• Abluft durchströmt den Wärmetauscher• Verbesserung der Kühlwirkung
Befeuchtung der Abluft• Solarwärme erwärmt
Abluft auf (50-85)°C• Fortluft nimmt im
Rotationswärmetauscher Feuchtigkeit auf• Fortluft trocknet im Rotationsluftentfeuchter Silikagel 23
350C 400C
350C
200C
250C220C800C450C 300C
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3. Pfeiler der Energieeffizienz - Gebäude-Automation3. Pfeiler der Energieeffizienz - Gebäude-AutomationEinsparpotenzial Einsparpotenzial 15% 15%
• bei Nutzungsänderung umprogrammieren,nicht umverdrahten
• Gebäude "kommunizieren" mit den Gewerken:Beleuchtung, Jalousie, Heizung, Klima, Alarmsystem
• verschiedenste Hersteller und Geräte• Einsatzgebiet in Niedrigenergie-Häusern• Steuerung aller technischen Abläufe im Gebäude• Abschaltung aller Beleuchtungen und Verbraucher
Heizungsvorlauftemperatur auf „Standby“Alarmanlage schaltet sich einSteuerung über Festnetztelefon/Handy/Internet
• Übertragungsmedien:Twisted Pair (verdrillte 2-Draht-Schwachstromleitung)Powerline (Übertragung der Daten über die 230V-Leitung)Funk und Ethernet
Beleuchtungstechnik – auch Kleinvieh macht MistBeleuchtungstechnik – auch Kleinvieh macht Mist
LampentypLichtausbeute
lm/WLebensdauer
1000 hFarb-
qualitätBemerkungen
Glühlampe 5 - 15 0,1 - 1,5 sehr gut günstigHalogenlampe 15 - 20 0,1 - 2,5 sehr gut Punktstrahler
Halogenlampe IR-beschichtet
20 - 25 1,5 - 2,5 sehr gut Punktstrahler
Kompakt-Leuchtstofflampe
40 - 75 8 - 12 gut
Leuchtstofflampe 50 - 100 10 - 40 gutam besten mit Ø16 mm und EVG
Leuchtstofflampe Induktion
80 - 90 50 - 60 gutInduktionsgerät
erforderlichXenonlampe 80 - 100 1 - 4 sehr gut teuer
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