Optimierte Solarthermiesysteme in Mehrfamilienhäusern und Quartieren

Teil 1: Solare Wärmeversorgung von MFH mit Wärmezentrale

Referent: Dr.-Ing. Federico Giovannetti, ISFH

Teil 2: Solare Wärmeversorgung in Nah- und Mikrowärmenetzen

Referent: Dr.-Ing. Wolfgang Kramer, Fraunhofer ISE

Solarthermische Wärmeversorgung von MFH mit Wärmezentrale O. Mercker, S. Helbig, F. Giovannetti

Wärmeverteilverluste

Wärmebereitstellung

• Rund 50% der Wohnungen in DE befinden sich in MFH

• Die Wärmeversorgung erfolgt über die Wärmezentrale

• Solarthermie heute kaum vorhanden

• Handlungsbedarf bei der Sanierung

• Großes Potential für die Solarthermie

Projekt 1: Bewertung der Wärmezentrale in MFH

Methodik: Hardware-in-the-loop

• Echtzeitsimulation des Gebäudes und der Kollektoren (TRNSYS)

• Vermessung der Wärmezentrale

• Definierte und reproduzierbare Randbedingungen

Referenzobjekt

• BJ 1960, nach EnEV gedämmtes MFH

• 8 Wohneinheiten

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KW S

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WW

Bewertung der Wärmezentralen in MFH: Untersuchte Systeme

4-Leiter-Konzepte mit einem bivalenten Speicher

4-Leiter-Konzepte mit mehreren Speichern

2-Leiter- und dezentrale Konzepte

10 Verschiedene Konfigurationen

Bewertungskriterium

• Endenergieeinsparung gegenüber 4L-System ohne Solarthermie

Ergebnisse

• Bandbreite entspricht dem Markt

• Einsparungen bis zu 40% möglich

• Weitere Optimierung (+10%) bei Anschlüssen und Speicherbeladung -15

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Kollektorfläche in m²

Bewertung der Wärmezentralen in MFH: Energieeffizienz

4-L / ein bivalenter Speicher

4-L / mehrere Speichern

2-L und dezentral

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Kollektorfläche in m²

Bewertung der Wärmezentralen in MFH: Wirtschaftlichkeit

Bewertungskriterium

• Relative Wärmegestehungskosten

Ergebnisse

• Bandbreite entspricht dem Markt

• Wirtschaftliche Optimierung bei hocheffizienten Systemen nötig

• Marktübliche 4L Systeme mit einem Speicher vergleichbar mit Referenz

4-L / ein bivalenter Speicher

4-L / mehrere Speichern

2-L und dezentral

Projekt 2: Wärmeverteilverluste und Solarthermie

(Wärme-)Verteilverluste in MFH

• sind unvermeidlich und z.T. nicht nutzbar

• können reduziert werden (Netztopologie und –temperatur)

• können vorteilhaft mit Solarthermie gedeckt werden

Gebäude: 8 WE, 4Leiter, saniert

Simulationsstudie

Netztopologie und Wärmeverteilverluste

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40000

50000

Ref 4L 2L 2L-opt

Wä

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System

VerteilverlusteWärmeabgabe HeizkörperTWW-Nutzwärme

+ 20 %

+ 8 % + 5 %

Reduktion nicht nutzbarer Wärmeverteilverluste um 75 % möglich

Referenz-energie-bedarf

(RH + TWW) Nutzbare Wärmeverteil-

verluste

Nicht nutzbare Wärmeverteil-

verluste

Solarthermische Deckung der Wärmeverteilverluste

• 54% der Verteilverluste von Mai bis September

• Günstige Korrelation mit Solarangebot

• 100% Deckung mit 32 m² Kollektoren

• Überdimensionierung sinnvoll (2m²/Person anstatt 0.5m²)

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Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

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Wärm

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Verteilverluste

Raumheizung

TWW-Nutzwärme

Solarertrag (8m²)

Solarertrag (32m²)

• Hypothese

– Zukünftige hohe PV-Anteile im Netz verdrängen KWK im Sommer

– KWK-Wärme steht im Sommer nicht zur Verfügung

• Lösungsansatz

– Zentrale KWK mit Nahwärmenetz, dezentraler Solarthermie und dezentraler Wärmespeicher

– Solarthermie übernimmt Wärmeversorgung in der Sommerzeit

• Ziele:

– Stromorientierter Betrieb der KWK

– Minimierung der Verteilverluste durch Abschaltung des Fernwärmenetzes im Sommer für in Summe ca. 3 Monate

– Kostengünstige Einbindung der Solarthermie in Gesamtkonzept

Projekt Freiburg Gutleutmatten – Konzept zentrale KWK kombiniert mit dezentraler Solarthermie

Projekt Freiburg Gutleutmatten – zentrale KWK + dezentraler Solarthermie

Dezentrales

Solarthermiekonzept

Optimierung des Netzbetriebes – Impuls Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Impuls Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Impuls Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Impuls Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Impuls Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Nachbarschaftsmodus Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Nachbarschaftsmodus Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Nachbarschaftsmodus Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Nachbarschaftsmodus Modus

Optimierung des Netzbetriebes – Optimierung der Betriebsführung

Reduzierung Wärmeverlust Netz

Projekt Emmendingerstrasse Freiburg – Sanierung und Denkmalschutz

• Mikrowärmenetz

• BHKW

• Mieterstrom-modell

• Wärmedämmung

• Wohnungs-umrüstung

• dezentrale Solarthermie

Projekt Emmendingerstrasse Freiburg – Sanierung und Denkmalschutz

• Ausgangslage

– 92 dezentrale Wärmeerzeuger

• Lösungsansatz

– 2-Leitersystem

– Dezentrale Wohungs-übergabestationen

• Wissenschaftliche Charakteri-sierung zur Qualitätssicherung durch Vermessung auf Prüfstand

Optimiertes Produkt für Bauverein Breisgau eG entwickelt Meibes System-Technik GmbH

Projekt Emmendingerstrasse Freiburg – Aufteilung Wärmebereitstellung

48%

42%

10%

BHKW Kessel Solar

Wärmeverrechnungspreis für die Mieter (Grund+Arbeitspreis):

10 cent/kWh (inkl. MWst 2016)

oder 12,75/m² (inkl. MWst 2016)

Hemmnisse und Chancen Solarthermie im Mehrgeschoßwohnungsbau

Investor-Nutzer Dilemma Investitionskosten sind vom Besitzer zu tragen – Nutznießer durch geringere Energiekosten ist der Nutzer = (i.d.R.) Mieter

Gesetzliche Umlagemöglichkeit der Investitionskosten auf den Nutzer Umlage von 11% der Investitions- und Planungskosten auf den Mieter auch über Mietspiegel/Mietpreisbremse hinaus möglich

Hemmnisse und Chancen Solarthermie im Mehrgeschoßwohnungsbau

Informationsdefizit Viele Beteiligte (Investoren, Planer, Handwerker) verfügen nicht über ausreichende Informationen und Kenntnisse über Vorteile und Möglichkeiten zur Realisierung Solarthermischer Anlagen insbesondere im Mehrgeschoßwohnungsbau

Sehr gute staatliche Förderung der Solarthermie Aktuell existiert die beste Förderung der Solarthermie aller Zeiten

Neu gesetzliche Regelungen Novellen ENEV + EWärmeG, Neue EU-Richtlinien für 2020-2030

Hemmnisse und Chancen Solarthermie im Mehrgeschoßwohnungsbau

Amortisationszeit bei aktuellen Energiepreisen Bei den extrem niedrigen Energiepreisen in den Jahren 2015/ 2016 wurde eine Wirtschaftlichkeit von Solarthermischen Anlagen oft nicht erreicht

Ölpreis steigt wieder stark an Seit dem Ölpreisminimum 01/2016 von 29 USD /Brent ist bereits mehr als eine Verdopplung zu verzeichnen (04/2018, 75 USD)

Fazit

• Technologie für Solarthermische Anlagen im Mehrgeschoßwohnungsbau und Quartieren sowohl im Neubau als auch bei (denkmalgeschützter) Sanierung als auch in Wärmenetzanwendungen ist verfügbar und hat sich bewährt

• Konzepte mit Solarthermie sind betriebswirtschaftlich darstellbar

• Im Vergleich zur Nutzung im Einfamilienhaus spielt die Nutzung der Solarthermie im Mehrfamilienhaus heute noch ein Nischendasein. Eine ganze Reihe von Hemmnissen sind der Grund für diesen Zustand, die positive Veränderung vieler Randbedingungen in jüngster Zeit bietet aber große Chancen für dieses Segment

Herzlichen Dank an Fördermittelgeber und Kooperationspartner für die Unterstützung!

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ansprechpartner Teil 2 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Dr. Wolfgang Kramer www.ise.fraunhofer.de wolfgang.kramer@ise.fraunhofer.de

Ansprechpartner Teil 1 Institut für Solarenergieforschung Hameln ISFH Dr. Federico Giovannetti www.isfh.de giovannetti@isfh.de

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