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100% Erneuerbare Energien für den Schweizer Gebäudepark

Hanspeter Eicher

Daniel Graf, daniel.graf@eicher-pauli.ch

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Gebäudepark Schweiz

Schlüsselbereich der zukünftigen Energieversorgung

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Energieverbrauch SchweizAufteilung nach Verwendungszwecken

Mehr als die Hälfte des Endenergieverbrauchs und fast 40% der CO2

Emissionen wurden 2013 durch den Gebäudepark verursacht

Quelle: (1) Energieverbrauch nach Verwendungszweck, Bundesamt für Energie

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Heizenergiebedarf

Der Heizenergiebedarf ist die Nutzwärme welche

die Gebäude für die Einhaltung der geforderten

Raumtemperaturen benötigen

Für die Reduktion des Heizenergiebedarfs stehen

2 Möglichkeiten zur Verfügung:

•Effizienz (Wärmedämmung Wand Dach Boden)

•Passive Sonnenenergienutzung

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Energiebezugsfläche Gebäude

Quelle: (2) EnergieRespekt 2014

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Heizwärmebedarf Gebäude

Langfristiges

Reduktionspotential des

Heizwärmebedarfs

Effizienz, Solarenergie

•Wärmedämmung

•Fenster und Nutzung der

Sonneneinstrahlung

•Reduktion Lüftungsverluste

Quelle: (2) EnergieRespekt 2014

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Gebäudehülle heute und morgenHeizenergiebedarf nimmt um 70% ab

Wärmegewinne

Quelle (2) EnergieRespekt 2014

Wärmedämmung

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Statistik Wohngebäude Schweiz

Gebäudealter

77% aller

bestehenden

Gebäude

wurden von

1990 gebaut

Quelle: Bundesamt für Statistik

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Heizenergiebedarf und Alter von WohngebäudenUntersuchungen in BS 2004

Quelle: Energiekennzahlen von

erdölbeheizten Liegenschaften im Kanton Basel-Stadt, 2004

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Sanierungsmassnahmen Wohngebäude BS

Quelle: Energiekennzahlen von

erdölbeheizten Liegenschaften im Kanton Basel-Stadt, 2004

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Die Gebäudeheizung deckt den

Heizenergiebedarf und den Wärmebedarf

für die Bereitstellung von Warmwasser

Zielsetzung ist langfristig der möglichst

vollständige Ersatz der fossilen

Energieträger durch erneuerbare Energien

Autarke Wärmeversorgung der Gebäude?

Einzelheizungen oder Fernwärme?

Gebäudeheizung

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Erneuerbare Wärmeversorgung für Gebäude

Für Gebiete mit hoher Wärmedichte

sind keine oder nur sehr kostspielige

erneuerbare Wärmeversorgungen

mit Einzelheizungen möglich.

75% aller Gebäude

können mit einer

Wärmepumpe oder

Solarheizung pro

Gebäude versorgt

werden. Holz

zukünftig für

Prozesswärme

Bild: Jenni Energietechnik

Einzelheizungen Nah- und Fernwärme

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Wärme- und Kälteversorgung von Einzelgebäuden

Einzelheizungen

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Gebäude mit EinzelheizungenWärmepumpen als Schlüsseltechnologie

Aussen aufgestellte Luft/Wasser WP

für Einfamilienhaus (Bild Viessmann)

Bürogebäude Eurobus (Diener &

Diener Architekten, Gebäudetechnik

e+p)

Erdsonden als Wärmequelle für der

Wärmepumpe und als Kältequelle

für die Raumkühlung

Laborgebäude Pathologie und

Rechtsmedizin St. Gallen (Silvia und

Reto Gmür Architekten,

Gebäudetechnik e+p) ©Foto: Helene Binet

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Solarheizungen mit Jahresspeicher

Quelle: Jenni Energietechnik Oberburg

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Wärme- und Kälteversorgung von dicht bebauten

Gebieten

Nahwärme und Nahkälte

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Erneuerbare Nahwärme und -Kälte

Für dicht bebaute Gebiete

Eine Analyse von eicher+pauli zeigt dass 40% des langfristigen, gegenüber

heute halbierten Wärmebedarfs in sehr dicht überbauten Gebieten liegt.

Zum Beispiel Biel

Die orangen Clustern sind für Nahwärme und –Kälte, zum Beispiel aus dem

Bielersee geeignet

(3) eicher+pauli; Langfristperspektiven erneuerbare Fernwärme (2014)

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Erneuerbare Nahwärme und -Kälte

Abwärme

aus KVA

ARA

Industrie

Seen Erdwärme

Grund-

wasser

Flüsse

Biomasse(langfristig nur für

Prozesswärme)

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Erneuerbare NahwärmePotential und Bedarf

Das Potential übersteigt den Bedarf um ein Mehrfaches

(3) eicher+pauli (2014)

Orange:

Vorhandenes

Potential

Blau:

Effektiv benötigt

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Erneuerbare Nahwärme und –KälteBeispiele aus den e+p Referenzen

Industrieabwärme Grundwasser Wärme und Kälte

Erdwärme und -Kälte

Holz

Flusswasser (Aare) Wärme und Kälte aus Seewasser

Architektur: Diener Diener

Suurstoffi Rotkreuz

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Elektrizitätsverbrauch in GebäudenEffizienzmassnahmen

• Antriebe, Prozesse, Geräte (Vorschriften, Energieetikette)

(Waschen, Kochen, Gefrieren, Trocknen usw.) 12.5 TWh/a 21.5 %

• Beleuchtung (LED Technologie) 5.5 TWh/a 9.5 %

• Klima, Lüftung, Haustechnik (Geräteeffizienz 6.0 TWh/a 10.3 %

Regulierung, erneuerbare Kälte)

• Information, Kommunikation (Geräteeffizienz 2.5 TWh/a 4.3 %

Reduktion Standbyverluste, erneuerbare Kälte)

Total 26.5 TWh/a 45.6 %

Der Elektrizitätsverbrauch in Gebäuden macht ca. 45% des gesamten

Stromverbrauchs der Schweiz aus. Zusammen mit dem Elektrizitätsverbrauch für

Raumheizung und Warmwasser sind es 60%!!!!

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Hocheffiziente InformationstechnologieBeispiel aus den e+p Referenzen

Swisscom Rechenzentrum XdC Bern

Highlights

•Kühlung nur mit Aussenluft und

Regenwasser (erneuerbare Kälte)

•Hochstes Sicherheitslevel (TIER IV)

erreicht

•Abwarmenutzung intern wie auch extern

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Was braucht es denn überhaupt noch?

• Erhöhung der Sanierungsrate bei bestehenden Gebäuden welche vor

1980 erstellt wurden. Ersatzneubau statt Sanierung

• Weiterentwicklung bestehender Produkte in Richtung höherer Effizienz

und verbesserter Wirtschaftlichkeit

• Verbesserung der Gestaltungsmöglichkeiten zum Beispiel bei

Photovoltaik Modulen (Ästhetik, Farben, Formen usw.)

• Erforschung und anwendungsreife Entwicklung neuer Technologien,

zum Beispiel tiefe Geothermie für direkte Wärmenutzung

• Planungsteams welche bestehende und neue Lösungen situativ optimal

auswählen und umsetzen

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Mögliche zukünftige Entwicklungsfelder

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Wärmedämmung Bauteile

• Verbesserung der Dämmeigenschaften

• Vakuum anstelle von Luft oder Edelgasen

• Mikro- oder nanoporöse anorganische Materialien (Kieselsäure, Aerogele usw.)

• Vorteil: hohe Wärmedämmfähigkeit

• Nachteil: Teuer, empfindlich gegen Verletzungen und fixe

Plattengrössen (Vakuumdämmungen)

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Hochleistungswärmedämmung

Vakuumdämmung oder

nanporöse Dämmaterialein

Wärmeleitfähigkeit 0.07 bis

0.15 W/m K

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Hochleistungswärmedämmung

ZZ Wancor

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Sonnenschutz

• Kontinuierlich veränderbare Lichttransmission

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Sonnenschutz

Thermochrome Gläser (Transmission ändert mit Temperatur)

www.gesimat.de

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Sonnenschutz

Schaltbare Gläser (Elektrochromatismus, LED)

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BeleuchtungLeistungsbedarf für die Erzeugung von 100 Lumen (lm)

• Effiziente LED-Lampen haben A++ oder A+

• reguläre Energiesparlampen meist A

• Halogenlampen meist C

Leuchtmittel mit den Einstufungen D und E

dürfen nicht mehr verkauft werden

Lichtstrom in Lumen [lm]

Leistungsaufnahme in Watt [W]

Effizienz [lm/W]

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Beleuchtung

• Weiterentwicklung LED zu höherer Effizienz

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Wärmepumpen

• Weiterentwicklung der Produkte

• Temperaturdifferenzen zwischen

Wärmequelle und Heiztemperatur

reduzieren

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Erdsonden und Niederhub Wärmepumpen

Erdreichtemperatur nimmt um ca. 3° C pro 100 m Tiefe zu

•Bei 300 m Tiefe 20°C

•Neubauten brauchen nur Heiztemperaturen von 25 bis 30°C

•Erdsonden nachladen mit Hybridkollektoren (Strom und

Wärmeproduktion)

•Hocheffiziente Wärmepumpen möglich weil sehr kleine

Temperaturdifferenz zwischen Erdreichtemperatur und

Heizungstemperatur (COP bis 10)

•Aufwendiges relativ teures System, bisher wenig Anlagen

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Erdsonden und Niederhub WärmepumpenBaugenossenschaft Oberfeld Ostermundigen

Beim System 2SOL werden die unterschiedlichen Komponenten der

Haustechnik sorgfältig aufeinander abgestimmt. Es besteht aus folgende

Komponenten:

•Hybridkollektoren für die kombinierte Strom und Wärmeproduktion

•Erdsonden als Erdspeicher der im Sommer mit Wärme aus den Kollektoren

nachgeladen wird und als Wärmequelle der Wärmepumpe dient

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Klassische Wärmepumpen verbessern

• Leistungsvariable Wärmepumpen, elektronische Einspritzventile, effizientere

Kompressoren für kleine Temperaturdifferenzen

• COP Werte von Luft-Wasser WP haben sich in den letzetn Jahren markant

verbessert

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Photovoltaik

• Wirkungsgrade erhöhen

• Kosten reduzieren

• Gestalterische Aspekte

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Hocheffiziente PV Systeme

Reduktion Fr./Watt Peak

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Hocheffiziente PV Systeme

Reduktion Fr./Watt Peak

1.4 $/Watt 2020

Anlage mit 10 kW

kostet CHF 14‘000.—

Jahreskosten bei 6%

Annuität und 3%

Unterhalt = CHF 1260

Jahresproduktion CH

10‘000 kWh/a

Stromkosten

12.6 Rp./kWh

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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten

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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten

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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten

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Literaturhinweise

1. Verwendungszweck: Prognos, TEP, Infras; Analyse des schweizerischen

Energieverbrauchs 2000 - 2012 nach Verwendungszwecken; September

2013, BFE

2. EnergieRespekt 2014: Bacher, Binz, Eicher, Iten, Keller; Faktor Verlag, 2014

3. eicher+pauli 2014/1: Sres, Nussbaumer, Eicher; Langfristperspektiven für

erneuerbare Nah- und Fernwärme in der Schweiz, 2014

4. eicher+pauli 2014/2: U. Kaufmann; Statistik der erneuerbaren Energien 2014,

BFE September 2014