-2.500 -2.000 -1.500 -1.000 -500 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 Wärmemenge /kWh Ertrag Solarthermie (gem.) Ertrag durch Kamin (gem.) Entnahme Heizung (gem.) Entnahme Warmwasser (gem.) Speicherverluste (ber.) zusätzliche Verluste (ber.) Entnahme Rückkühlung (ber.) Poolheizung 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -1400 -1000 -600 -200 200 600 1000 1400 Ladezustand W el / kWh E-mobil (Akku) Hausverbrauch* Einspeisung Bezug korr. / kWh Ertrag PV Akkustand (min) Dr.-Ing. Thomas Storch TU Bergakademie Freiberg | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gustav-Zeuner-Str. 7 | 09599 Freiberg/ Germany | +49 (0)3731 / 393185 | [email protected] | 27. Symposium Thermische Solarenergie | Bad Staffelstein, 2017 ENERGIEAUTARKE HÄUSER - ERGEBNISSE AUS 3 JAHREN MONITORING T. Storch 1 , T. Leukefeld 2 , U. Gross 1, T. Fieback 1 1 Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Gustav-Zeuner-Str. 7, TU Bergakademie Freiberg, 09599 Freiberg, Germany 2 Fa. Timo Leukefeld - Energie verbindet, Franz-Mehring-Platz 12D, 09599 Freiberg, Germany Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) für die finanzielle Unterstützung des Monitoringprojektes (no. 0325995 A). Zudem gilt unser Dank den Hausbesitzern, Technikern und allen beteiligten Studenten. Motivation Ausblick [1] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19. May 2010 on, The energy performance of buildings: OJ L153 of 18.6.2010. English, in: Official Journal of the European Union, Article 9. [2] T. Storch, T. Leukefeld, T. Fieback, U. Gross: Living Houses with an energy-autonomy - Results of Monitoring. SHC 2015, Istanbul, Turkey, published in: Energy Procedia, Vol. 91, S. 876 - 886, June 2016, doi:10.1016/j.egypro.2016.06.254. [3] J. Augustin: Untersuchungen zur thermoaktiven Bauteilkühlung zur Vermeidung sommerlicher Überhitzung an einem Energieautarken Haus, Masterarbeit, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg 2016. [4] T. Storch, T. Leukefeld, S. Riedel, R. Freytag, U. Gross: Potentiale für Energieversorger zur Speichernutzung in autonomen Häusern. Proc. of Gleisdorf Solar 2016, 12. Int. Konferenz für solares Heizen und Kühlen, Gleisdorf, Österreich. [5] T. Schalling, T. Storch, J. Augustin , T. Leukefeld, U. Gross, (2016): Potentialanalyse zur Eigenverbrauchssteigerung bei einem Energieautarken Haus durch Elektromobilität. Proc. of World Sustainable Energy Days 2016, Wels, Österreich. Bedarf an klimaneutralen Gebäuden [1] “Energieautarkes Haus” (EAH) ist eine Weiterentwicklung durch Kombination der Konzepte “Sonnenhaus” und “Effizienzhaus Plus” Ziele: Unabhängigkeit vom Stromnetz und von fossilen Energien Reduzierung der Ausgaben für Heizung / Strom / Mobilität hoher Eigenverbrauch an erneuerbaren Energien geringer Primärenergiebezug Untersuchungen: Monitoring zur detailierten Wärme- und Strombilanzierung zweier EAH mit unterschiedlichem Nutzerprofil [2] Weiterführung des Monitorings (2017) → Workshop 13. Sept. 2017 (Freiberg) Überführung der Ergebnisse in Mehrfamilienhäuser / Quartierslösungen Auswertung des Kühlsystems [3] , erweiterte Bilanzierung des Stromspeichers [4] Untersuchungen von Ladekonzepten (E-Mobil) zur Erhöhung des Eigenverbrauchs [5] Planungsdaten des „Energieautarken Hauses“ Hausdaten Wohnfläche / beheiztes Volumen: 162 m² / 644 m³ Solarthermiefläche / Ausrichtung: 46 m² / 45°, S PV-Fläche / Leistung: 58 m² / 8,4 kW p Strom- / Wärmespeicher: 58 kWh / 9,1 m³ Kamin (wassergekühlt): 25 kW Energiebedarf Wärmeverbrauch: ~ 41 kWh/m²a Stromverbrauch: ~ 2000 kWh/a Primärenergiebedarf (Holz): ≤ 7 kWh/m²a Ergebnisse des Monitorings (Jan. 2014 – Dez. 2016) Bilanz Wärmemenge (Speicher, bewohntes EAH) [2] Bilanz Elektroenergie (bewohntes EAH) 100 % Stromautarkie prinzipiell nachweisbar (siehe 2016) Einzelverbräuche und niedriger Gesamthausverbrauch konnten spezifiziert werden 2014 2015 2016 Deckungsgrad 92,1 97,8 99,6 Nutzungsgrad 11,0 9,6 11,4 Eigenverbrauch 35,9 48,7 54,7 Hausverbrauch /kWh*/** 2117 2065 2245 Tage Netzbezug 12 3 1 Kenngrößen Solarertrag analog zum Sonnenhaus, Maxima im Mrz./Apr => höhere Erträge möglich Schonung der Solaranlage mittels manueller Rückkühlung (nachts) Zusatzheizbedarf (Kamin von Nov – Mrz) manuelle Rückkühlung und zusätzliche Verbraucher erhöhen die Laufzeit der Solaranlage • hierbei ist zu beachten: ohne Wetterprognose kann es zu einer unerwünscht tiefen Speicherauskühlung kommen (im Herbst → erhöhter Zusatzheizbedarf) krit. Einstrahlung für diese Anlagen-/Speicherkombination: • ab Einstrahlungswerten ≤ 1500 Wh/m²d, konnte der Speicher bei stetigem Wärmebedarf (Heizung, WW) nicht mehr signifikant “aufgeladen” werden [2] 100 % Stromautarkie bei verminderter Einstrahlung (-36% Jan.15) kaum erreichbar Autarkiegrad ist abhängig von zulässiger max. Entladetiefe (Akku) & max. Verbrauch steigender Eigenverbrauchsgrad durch “intelligente” E-mobil-Nutzung Nutzungsgrad ist guter Indikator für evtl. technische Störungen / Defekte * um Eigenverbrauch E-Zähler korrigiert ** ohne E-Mobil Bilanz Haus 2014 2015 2016 Hausheizung / kWh 7210 8253 6497 Warmwasserbedarf (Pool) / kWh 3485 (0) 3179 (0) 2664 (3890) solarer Deckungsgrad / % 71,7 72,2 68,5 solarer Nutzungsgrad /% 23,3 23,9 27,5 spez. Primärenergiebedarf (Holz) / kWh/m²a 6,4 6,9 8,6 0 3 6 9 12 15 0 20 40 60 80 100 solarer Nutzungsgrad / % solarer Deckungsgrad, Eigenverbrauch / % Eigenverbrauchsanteil solarer Deckungsgrad solarer Nutzungsgrad Nutzung E-mobilität