Energieeffizienz an Hochschulen –technisch machbar, aber …

Klaus Vajen, Philipp Emmerich, Benedikt Biechele

Interdisziplinäres Seminar zu Ökologie und Zukunftssicherung26. Nov. 2012

Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik2 HochschullehrerInnen (Ulrike Jordan, Klaus Vajen)

ca. 20 MitarbeiterInnen + HiWis + DiplomandInnen + IdE-Abteilung + Ausgründung(Maschbau-, Elektro-, Bau-, Wirtschafts-Ings, Physik, Chemie, Mathe)

Forschungsschwerpunkte:

• Solarthermie / Thermische Energiesysteme

• Energieeffizienz in Gebäuden

Leitung:

• Masterstudiengang Regenerative Energien und Energieeffizienz

• Projektstudium Solarcampus

• EU-weit die DoktorandInnenausbildung im Bereich Solarthermie

• Fachausschuss der deutschsprachigen Hochschullehrer zu RE

• Solar World Congress in Kassel 2011

• …

2

www.solar.uni-kassel.de

Inhalt

• Hochschullandschaft aus energetischer Sicht

• Uni Kassel und Uni Marburg

• Projektstudium “solarcampus”

• Lösungsansätze

3 / 42

Hochschulen in DE (2008)

4

• rund 1 Mrd. € Energiekosten pro Jahr

– davon fast 90% bei Unis und Kliniken

• Energiekostenanteil an Gesamtausgaben 3,7% (Unis) bzw. 2,2% (Kliniken)

Quelle: eigene Auswertung, basierend auf Statistisches Bundesamt, 2011

Wärmeverbrauch Landesliegenschaften

5

Hochschulen: ca. 46 % des Wärmeverbrauchs

Quelle: Endenergieeinsparungen in Ländern und Kommunen durch Maßnahmen der Öffentlichen Hand im Kontext der EU-Energiedienstleistungsrichtlinie. Prognos AG, Berlin, 2011

TWh

Stromverbrauch Landesliegenschaften

6Quelle: Endenergieeinsparungen in Ländern und Kommunen durch Maßnahmen der Öffentlichen Hand

im Kontext der EU-Energiedienstleistungsrichtlinie. Prognos AG, Berlin, 2011

Hochschulen: ca. 60 % des Stromverbrauchs

TWh

Energieverbrauch nach Fachbereichen (DE, 2008)

7

Buchwissensch.

Ingenieurw., Physik

Chemie, Pharmazie, Biologie

Quelle: Biechele et al. (2011). Energy Saving Potential in University Buildings – „Low Hangig Fruit“, Proceedings Solar World Congress, Kassel

Infrastruktur

Inhalt

• Hochschullandschaft aus energetischer Sicht

• Uni Kassel und Uni Marburg

• Projektstudium “solarcampus”

• Lösungsansätze

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Studierende (WS 12) 23.200 22.200

Aufteilung (WS 08)

Gebäude 120 / 375.000 m² 85 / 290.000 m²

Energieverbrauch 123.800 51.700In MWh/a

99Quelle: Emmerich et al. (2011). Carbon neutral Universities – Vision or Utopia? Proceedings Solar World Congress, Kassel

BuchIng

Med

Nat

WärmeStrom

10

Uni Kassel: Entwicklung einiger Indizes

10

+ 93%(6,3 Mio. €)

+46%

+ 3,8%+ 9%

‒ 0,9%

75%

100%

125%

150%

175%

200%

2002 2004 2006 2008 2010Jahr

Energiekosten

Gesamtbudget(inkl. Drittmittel)

Nettogrundfläche(ohne Anmietungen)

gemessenerEndenergieverbrauch

witterungsbereinigterEnergieverbrauch

Politischer Rahmen in Hessen

Seit 2007: Bauprogramm HEUREKA• Ziel: Modernisierung des Hochschulstandortes Hessen• Investitionen von rund 3 Mrd. € bis 2020

Seit 2008: Projekt CO2-neutrale Landesverwaltung• Ziel: Neutralität aller direkten CO2-Emissionen bis 2030• „Vermeidung vor Substitution vor Kompensation“

⇨ gute Voraussetzungen, könnte man meinen…

Gleichzeitig jedoch…• sehr starker Anstieg der Studierendenzahlen (seit 2007: ca. +30%),• Ausweitung der Forschung (LOEWE, Exzellenzinitiative, …)• Schuldenbremse• … 11

CO2-Minderungspotenzial Universität KasselSzenarien zur Entwicklung der energiebedingten THG-Emissionen ausgewählter Hochschulen

Veränderungen bis 2030 im Vergleich zu 2008 (kumulativ)

Quelle: Emmerich et al. (2011). Carbon neutral Universities – Vision or Utopia?Proceedings Solar World Congress, Kassel

= HEUREKA-Mittel x 2

= HEUREKA-Mittel x 2,5..3,0

Einschub: Ablauf Baumaßnahmen an hessischen Hochschulen

CO2-Minderungspotenzial Universität KasselLösungsansätze „von unten“

Quelle: H. Ackermann (2012)

Energiesparkommission

• 1988 - 2000

(14 Profs / Techn. Abteilung, Personalrat)

Vorsitz: H. Ackermann, später J. Schütt

• ca. 3 Sitzungen / Jahr

Vorschläge für Maßnahmen, Beratung Techn. Abteilung

Merkblätter, Artikel für Uni-Zeitung

• 2011: Wiederbelebungsversuch

• einige Profs / Techn. Abteilung

=> Energienutzungsverhalten Uni-Angehörige

Inhalt

• Hochschullandschaft aus energetischer Sicht

• Uni Kassel vs. Uni Marburg

• Projektstudium “solarcampus”

• Lösungsansätze

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Zeitraum: Dez. 2005 – Dez. 2007

Ziel: Photovoltaik-Anlagen auf den Dächern der Uni Kassel

Beteiligte: ca. 40 Studierende aus verschiedenen Fächern,Technische Abteilung, Pressestelle, Solardach Invest, …

⇨ Ergebnisse:� drei Anlagen mit 65 kWp

� Bürgerbeteiligungsmodell: 105 Anleger, 350.000 €

Rückblick: “Strom für helle Köpfe”

16

17

Ziele:• Identifizierung, Lokalisierung und Quantifizierung von

Energieeinsparpotenzialen an der Universität Kassel

• Implementierung energie- und ressourcensparender Technologien, falls nötig ohne Einsatz universitätseigener Mittel ⇨ „Energiesparfonds“

• Unterstützung des Energiemanagementsin der Abteilung Bau, Technik, Liegenschaften

• Erarbeitung der Zahlenbasis für die Energieausweise

• Beteiligt: Profs Vajen (seit 05), Maas (seit 08), Knissel (seit 12)

• Anfinanzierung: 1 Doktorandenstelle (200 k€)

• Organisation als Lehrveranstaltung

Seit WS 07: Energieeffizienz an der Uni KS

17

18

Grundüberlegung:• Studierende arbeiten als virtuelles Ingenieurbüro für Energieeffizienz

Hauptkunde: Universität Kassel

• Analyse von Problemen

• Erarbeitung technischer und/oder sozialer Lösungsvorschläge

• Arbeitsaufwand ≤ 6 Credits / Semester

Aufgaben- und Arbeitsplan, Projektmanagement

Stundenzettel

Selbsteinschätzung der Noten

Seit WS 07: Energieeffizienz an der Uni KS

18

General project schedule

� Kickoff-Meeting:

- in second week of lecture period

- topics: objectives, tasks, group assignments

� Periodically project meetings

- single working groups about twice per month

- meetings with the whole students group twice per semester

- topics: task schedules, interim reports 19

� final reports of each working group

- topics: conclusions, recommendations

- part of the final marks

Problem: Demanding projects may take years, but students are able to participate only for one or two terms

� most important meeting each term: „handover“20

General project schedule

Einige Aktivitäten seit 2007� Grobanalysen nach Standorten und Gebäuden

21

Stromverbrauch in kWh/m²

Gebäudefläche in m²

2222

Detailanalysen für einzelne Gebäude

2323

Energieausweise für zahlreiche Gebäude

24

� Anlagentechnik Mensa � Fernwärmeanbindung Spülmaschinen� Einbindung Solaranlage � Erneuerung Kälteanlage

24

Hauptmensa

Ansaugen von Außenluft

TorCafé

Maschinensaal

Rückführung

KühlungErwärmung

Status quo:

Kühlung im HochschulrechenzentrumLüftungsanlage im Hochschulrechenzentrum

0°C 30°C 15°C

30°C30°C

25

26

Ansaugen von Außenluft

TorCafé

Maschinensaal

Rückführung

KühlungErwärmung

Soll:

Kühlung im HochschulrechenzentrumLüftungsanlage im Hochschulrechenzentrum

30°C

0°C0°C

(nicht mehr benötigt)

0°C

27

Grossverbraucher: Technikgebäude

22.159 m²

20.175 m²

6.515 m²

� ca. 20% des gesamten Energieverbrauchs der Uni KS

28

Stand-by-Verbrauch in Technikgebäuden

Lüftungsregelung

29

Elektrische Leistungsaufnahme Lüftungsanlage 31.5. – 14.6.11

* RLT-Lastgang Gebäude Technik I/II(statistische Auswertung über Zeitraum von mehreren Wochen)

30

Messergebnis Kältemaschine

Installierte Kälteleistung: 9 x 40 kW = 360 kW

Dienstag, 10.3.2009

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Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden

„Messtechnik“ z.B.

• vorhandene Wasseruhr

• LED-Stift

• Webcam

TWW-Profil

Anlagenschema einer zentralen TWW-Erzeugung (hier: Ing 1)

Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden

Warmwasserbereitung Gebäude Ing 1 (2010):

97,3%

0% 25% 50% 75% 100%

Nutzenergie Bereitschaftsverluste

Energiebilanz 2010:

Wärmebedarf: ca. 2,4 MWh/a

Wärmeverbrauch: ca. 90 MWh/a

Anteil der Bereitschaftsverluste an der TWW-Erzeugung im Gebäude Ing 1 (TWW-Speicher bis Verbraucher)

Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden

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Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden

Quelle: Biechele et al. (2011). Energy Saving Potential in University Buildings – „Low Hangig Fruit“, Proceedings Solar World Congress, Kassel

Gebäude: Ing 1

Bezugszeitraum: 1 Jahr

Nutzenergie: TWW + Klimageräte

Bezug: Gebäude-Wärmeübergabestation

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Sommerlicher Wärmeverbrauch am Campus

Fernwärmetrasse am Campus

Kaum Wärmebedarf während der Sommermonate �η = 16% 35

ca. 500 m

Bisher identifizierte Potenziale

∑115k€/a+70k€ einmalig

∑250k€(Schätzung)

Inhalt

• Hochschullandschaft aus energetischer Sicht

• Uni Kassel und Uni Marburg

• Projektstudium “solarcampus”

• Lösungsansätze

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• U Göttingen: Budgetierung und Nutzerbeteiligung

• U Bochum: Interventionsprojekt Change (→ Verhaltensänderungen)

• U Osnabrück: Energiesparkampagne

• U Lüneburg: „Klimaneutrale Leuphana“

• FU Berlin, U Freiburg: Monetäre Anreizmodelle

• …

Sonstige Aktivitäten in DE

Quelle: Liers & Person (2012). Energiemanagement in Hochschulen. Handbuch zur Unterstützung bei der Einführung eines Energiemanagements in Hochschulen. HIS:Forum Hochschule 13/2012

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• Professoren (Mitarbeiter, Studierende)• kümmern sich um Forschung (und Lehre)• Energiekosten aus Allgemeinhaushalt kein Anreiz zum Energiesparen

• Präsidium• kümmert sich primär um Forschung und Lehre („Kerngeschäft“)• SFB ist wichtiger als Energieverbrauch kein Problembewusstsein

• Technische Mitarbeiter• bemerken manchmal unsinnige Installationen und Betrieb• haben nur dann keinen Ärger, wenn alles funktioniert• bei Effizienzüberlegungen drohen Zusatzarbeit und Risiken halten die überholten Versorgungsstrukturen aufrecht

• Land• Unis haben (inzwischen) Globalhaushalte sollten Problem selbst lösen 39

Bisherige Motivation der beteiligten Akteure

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Uni‐Verwaltung Fachbereiche, Fachgebiete

Studenten, Mitarbeiter Betriebstechnik

Externe Anreize über Zielverein‐

barungen

Verursacher‐gerechte Kosten‐zuordnung und

Abrechnung

Kampagnen zum bewussten

Umgang mit Energie

Betriebliches Vorschlagswesen

Belohnungs‐systeme

Akteure

Anreize

Zukünftige Motivation der beteiligten Akteure

2 do Energieeffiziente Hochschulen

• CO2-neutrale Landesverwaltung– sehr (sehr) anspruchsvolles Ziel, Schlüsselrolle für Universitäten

• Integration von Energiesparzielen in Zielvereinbarungen

• Aufbau von Energiemanagement-Abteilungen

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0

1

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0 2 4 6 8 10 12 14

Mita

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t [VZ

Ä]

Energiekosten [Mio. €/a]

Empfehlungen aus dem kommunalen Energiemanagement: 1 Mitarbeiter pro 2‒3 Mio. € Energiekosten

UniversitätenFach- und Kunsthochschulen

Quelle: CO2-Bilanz an hessischen Hochschulen – Quantitative und qualitative Fortschreibung 2010. HIS GmbH, Kassel, 5.10.2011

2 do Energieeffiziente Hochschulen

• CO2-neutrale Landesverwaltung– sehr (sehr) anspruchsvolles Ziel, Schlüsselrolle für Universitäten

• Integration von Energiesparzielen in Zielvereinbarungen

• Aufbau von Energiemanagement-Abteilungen

• Umsetzung (und Finanzierung) des neuen hessischen Baustandards

• Wo immer möglich: Erneuerbare Energien und KWK

• Systematische Erschließung von Energieeinsparpotenzialen,vor allem in Bestandsgebäuden

• Nutzermotivation (z.B. verursachergerechte Energiekostenzuordnung)

• Bürgerbeteiligung und Contractingfür Energiesparmaßnahmen entwickeln

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=> Dringender Handlungsbedarf, aber auch Übertragbarkeit auf andere Bereiche der öffentlichen Verwaltung