Praxiserfahrungen mit Sonnenhäusern in Deutschland...0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Jul 2012 Aug Sep Okt Nov Dez Jan 2013 Feb Mrz Apr Mai Jun- Koll sol,th f sol,th-1 000 0 1 000 2 000 3 000

In Kooperation mit:

Harald Drück

1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich

Folie 1

Praxiserfahrungen mit Sonnenhäusern

in Deutschland

Solar- und Wärmetechnik Stuttgart (SWT)

Universität Stuttgart

Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)

Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS)

Dr. Harald Drück

E-Mail: [email protected]

Internet: www.swt-technologie.de; www.itw.uni-stuttgart.de

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 2

Das größte Prüfzentrum und das

größte universitäre Forschungszentrum

für thermische Solartechnik in Europa TZS

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 3

Übersicht

• Begriffsdefinitionen

• Vorstellung des Projekts „HeizSolar“

• Untersuchte Gebäude

• Ergebnisse der messtechnischen Untersuchungen von

neun SolarAktivHäusern

• Kosten und Förderung von SolarAktivHäusern

• Fazit und Ausblick auf zukünftige Weiterentwicklungen

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 4

Begriffsdefinitionen

SolarAktivHaus (SAH) und

SolarAktivHaus Plus (SAH+)

Solar Aktive Gebäude bzw. Solar Active Houses (SAH)

sind energieeffiziente Gebäude mit einem solar-

thermsichen Deckungsanteil von mindestens 50 %.

Solar Aktive Gebäude Plus bzw. Solar Active Houses Plus (SAH+)

sind SolarAktivHäuser (SAH) mit einer zusätzlichen PV-Anlage

die mindestens 50 % des vom Gebäude benötigten Strom-

bedarfs liefert d.h. solarelektrischer Deckungsanteil mind. 50 %.

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 5

Das Forschungsprojekt „HeizSolar“

Zielsetzung

• messtechnische Untersuchung von neun

SolarAktivHäusern (SAH) mit mindestens

50 % solarthermischem Deckungsanteil

• simulationstechnische Optimierung des

SAH-Konzepts

• ökonomische und ökologische Bewertung

von SAH und Vergleich mit anderen

Wärmeversorgungskonzepten

• Übertragung auf den Gebäudebestand

Laufzeit: Sep. 2010 bis Jul. 2015

Konsortium

Förderung

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 6

Kumhausen (KUM)

Ergoldingen (ERG)

Freital (FRE)

Kappelrodeck (KAP)

Donaueschingen (DON) München (MUN)

Braunschweig (BRA)

Rottenburg (ROT)

Gomaringen (GOM)

Betreut von:

Die untersuchten SolarAktivHäuser (SAH)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 7

Messtechnisch untersuchte SolarAktivHäuser

• 6 Einfamilien (EFH) - und 3 Mehrfamilienhäuser (MFH)

• Charakteristika der Gebäude

– Gebäudenutzfläche nach EnEV:

EFH zwischen 202 m² und 403 m²

MFH zwischen 564 m² und 1062 m²

– guter Wärmedämmstandard Ht‘ < 0,34 W/(m² K)

– Flachkollektoren

Aperturfläche von 28 m² bis 110 m²

– Warmwasserspeicher

Nennvolumina von 2 m³ bis 47 m³

– regenerative Zusatzwärmeerzeuger (Biomasse)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 8

Beispielhafte Darstellung des

Hydraulikschemas inkl. Messtechnik

Druck Masse Solare Einstrahlung Temperatur Elektrische Energie Wärmemenge

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 9

Ergebnisse München (MUN)

• MFH mit 6 Bewohnern (3

WE)

• Nutzfläche nach EnEV

AN = 549,1 m²

• Heizwärmebedarf

Q‘‘h = 35,9 kWh/(m².a)

• Kollektor-Aperturfläche

AKoll,a = 62 m² (44° Neigung)

• Speicher-Nennvolumen

VSp = 14,9 m³

In Kooperation mit:

Harald Drück


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2012-2013 2013-2014

Wärm

em

en

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Wh

QTWW QHK Q*Sp,Abw,nutz Q*

Sp,Abw,verl QKühl QSol QZusatz

MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München

Heizperiode: Heizperiode:

Nutzbare Abwärme Speicher

in Größenordnung von TWW-

Verbrauch

fsol,th = 71 % fsol,th = 83 %

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2012

Aug Sep Okt Nov Dez Jan2013

Feb Mrz Apr Mai Jun

Wärm

em

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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz


Deckung

Wärmebedarf

über Speicher

Vollsolare

Wärmeversorgung

bereits früh im Jahr

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Feb Mrz Apr Mai Jun

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Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2012


Feb Mrz Apr Mai Jun

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Phase 1: Entladung des Speichers

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2012


Feb Mrz Apr Mai Jun

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Phase 2: Zusatzwärmeerzeugung

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2012


Feb Mrz Apr Mai Jun

Wärm

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en

ge / k

Wh





Phase 3: Beladung des Speichers

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 16

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Jul2012


Feb Mrz Apr Mai Jun

Wärm

em

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Wh





Phase 4:

solarer

Überschuss

In Kooperation mit:

Harald Drück


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Feb Mrz Apr Mai Jun

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-

ηKoll ηsol,th fsol,th

-1 000

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4 000

Jul2012


Feb Mrz Apr Mai Jun

Wä

rme

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Wh



Geringer solarer

Deckungsanteil im

Kernwinter

Effekt der

Speicherung


In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2013


Feb Mrz Apr Mai Jun

Wärm

em

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Wh



Milder Kernwinter, im Frühjahr sehr hohe Einstrsahlung


In Kooperation mit:

Harald Drück


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Jul2013


Feb Mrz Apr Mai Jun

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nn

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-

ηKoll ηsol,th fsol,th

-1 000

0

1 000

2 000

3 000

4 000

Jul2013


Feb Mrz Apr Mai Jun

Wä

rme

me

ng

e / k

Wh



Deutlich höhere solare

Deckungsanteile


In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 20

Kumhausen (KUM)

Ergoldingen (ERG)

Freital (FRE)

Kappelrodeck (KAP)

Donaueschingen (DON) München (MUN)

Braunschweig (BRA(

Rottenburg (ROT)

Gomaringen (GOM)

Ergebnisse für alle 9 SolarAktivHäuser (SAH)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 21

Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger

Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger; ST…solarthermischer Wärmeerzeuger

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13

Wärme in kWh/(m²·a)

Nutzwärmeabgabe ZWE Nutzwärmeabgabe ST

Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST

MFH

EFH

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 22



Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13

Wärme in kWh/(m²·a)Solarthermischer Deckungsanteil in %


Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST Solarthermischer Deckungsanteil

MFH

EFH

In Kooperation mit:

Harald Drück


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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13

Wärme in kWh/(m²·a)Solarthermischer Deckungsanteil in %


Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST Solarthermischer Deckungsanteil

MFH

EFH



Anforderung SAH

50 %

Volldeckung

100 %

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 24

Verbrauch der erzeugten Wärme

Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13


Warmwasser (inkl. Zirkulation) Heizkreis

Nutzbare Abwärme Speicher u. ZWE Nicht nutzbare Abwärme Speicher

MFH

EFH

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13


Warmwasser (inkl. Zirkulation) Heizkreis

Nutzbare Abwärme Speicher u. ZWE Nicht nutzbare Abwärme Speicher

MFH

EFH

Verbrauch der erzeugten Wärme

Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

5,4 kWh/(m²·a)

10,4 kWh/(m²·a)

Mittelwert TWW

Ergebnisse nicht

bzgl. Nutzerverhalten

bereinigt!

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 26

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

2014/15 2013/14

MUN 2012/13

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2014/15ERG 2013/14

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KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13

Anteil am Wärmeverbrauch für Raumheizung

Heizkreis Nutzbare Abwärme Speicher

MFH

EFH

Nutzbare Abwärme der Warmwasserspeicher

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni

26 %

Mittelwert

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 27

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

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MUN 2012/13

2013/14GOM 2012/13

2014/15ERG 2013/14

2013/14ROT 2012/13

2014/15KUM 2013/14

KAP 2012/13

2014/15 2013/14

FRE 2012/13

2013/14DON 2012/13

2013/14BRA 2012/13

Endenergie zur Wärmeversorgung in kWh/(m²·a)

Wärme Hilfsstrom (ohne Lüftung)

MFH

EFH

Endenergieverbrauch zur Wärmeversorgung

(Erzeugung u. Verteilung)

Hinweise: alle Energiemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV

Messergebnisse für

Jahreszeiträume

von Juli bis Juni (Primärenergieträger: Biomasse)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 28

Fazit messtechnische Analyse SolarAktivHäuser

• Funktion des SolarAktivHaus-Konzepts grundsätzlich bestätigt

• solarthermische Deckungsanteile zwischen 43 und 100 %

• Solarthermieanlage liefert im ca. 150 - 250 kWh/(m²·a) solare

Nutzwärme bezogen auf die Aperturfläche (Flachkollektoren)

• Nutzbare Wärmeverluste des Warmwasserspeichers und

der Anlagentechnik liegen in einem signifikanten Bereich

und müssen zur Bewertung berücksichtigt werden

• Solarthermieanlage liefert ca. 100 – 150 kWh solare

Nutzwärmeabgabe pro Kilowattstunde Hilfsstromverbrauch

• Gebäude und Nutzerverhalten beeinflusst Leistungsfähigkeit

der Solarthermieanlage signifikant

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 29

Förderung und Kosten von SolarAktivHäusern

Förderung erfolgt durch das MAP (MAP: Marktanreizprogramm bzw. Richtlinien zur Förderung von

Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt)

Im Jahr 2016 wurden 34 Anlagen gefördert.

- davon 32 mit ertragsabhängiger Förderung

- 30 in Neubauten, 4 in Bestand

- Ø Kollektorgröße 36,6 m², Ø Speichervolumen 7,2 m³

- Ø Investitionskosten je Anlage: 36.300 €

- Ø Förderung je Anlage: 8.500 € bzw. 23,4 %

Quelle: Janybek Orozaliev, Uni Kassel

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 30

Kollektorfläche und spez. Speichervolumen

der im Jahr 2016 geförderten SolarAktivHäuser

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File: 2017\MAP_BAFA_Sonnenhaus16HD.xlsx

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 31

Sensitivität Wärmeversorgungskosten SolarAktivHäuser

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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: nein

Gebäude: KfW40 | Heizkreis: FBH, standard | Wohnraumverlust: nein

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 32


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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: nein


In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 33


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El

Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: Neubau


Aufgrund der aktuellen MAP-Förderung stellt sich ein Kosten-

minimum ein bei fsol,th ca. 60% (ist günstiger als fsol,th = 50% oder

niedriger) spez. Speichervolumen: 0,15 m3/m2

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 34


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: A

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El

Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: Neubau


Kostenminimum

und Einsparung!

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 35

Fazit

• sinnvolle, ausgereifte Konzepte und Komponenten für

SolarAktivHäuser sind am Markt verfügbar und funktionieren

zuverlässig

dennoch weitere F&E Aktivitäten dringend notwendig

• grundlegende Planungsrichtlinien und Betriebserfahrungen

sind vorhanden

• aktuell gute Marktbedingungen in Deutschland

– sehr gute Förderung durch MAP

– bei gut wärmegedämmten Gebäuden (mind. KfW-EH 55) kann eine

solarthermische Wärmeversorgungsanlage mit 50 % - 70 %

Deckungsanteil mit geringen Mehrkosten gegenüber einer Anlage

mit << 50 % Deckungsanteil realisiert werden (Neubau und Bestand!)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 36

Ausblick auf zukünftige Weiterentwicklungen

• Standardisierung von solarthermischen Wärmever-

sorgungsanlagen für SAH notwendig – Kostendegression und Qualitätssicherung

– weitere Verbreitung des Konzepts insbesondere für die solare

Modernisierung von Bestandsgebäuden

• auf Grund des relativ hohen Stromverbrauchs von Gebäuden

und des hohen Primärenergiebedarfs zur Stromerzeugung ist

eine kombinierte solarthermische und solarelektrische

Gebäude-Energieversorgung sinnvoll

ganzheitliche Betrachtung von solaren Energiever-

sorgungssystemen (Wärme & Strom) für Gebäude

SolarAktivHausPlus (SAH+)

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 37

Forschungsprojekts „SolSys“

Zielsetzung: Analyse und Optimierung solarer Energie-

versorgungssysteme (Wärme & Strom)

Simulation, Monitoring, Bewertung und

Optimierung für Ein- und Mehrfamilien-

Wohngebäude

Konsortium: Fraunhofer ISE (Projektleitung)

SWT Stuttgart

IGS, TU Braunschweig

Laufzeit: Sep. 2015 – Aug. 2018

Gefördert von: BMWi über PTJ Jülich

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 38

Die Zukunft

Es kommt nicht darauf an, die

Zukunft exakt vorherzusagen,

sondern für sie vorbereitet

zu sein!

Perikles, 500 v. Chr.

Mit SolarAktivHäusern bzw. Sonnenhäusern

haben Sie die Möglichkeit dazu.

Tun Sie es!

In Kooperation mit:

Harald Drück


Folie 39

Vielen Dank!

Das Projekt „HeizSolar“ wurde durchgeführt von

und gefördert durch

Weitere Informationen unter http://www.diesolarheizung.info

Documents

Praxiserfahrungen mit Sonnenhäusern in Deutschland...0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Jul 2012 Aug Sep Okt Nov Dez Jan 2013 Feb Mrz Apr Mai Jun- Koll sol,th f sol,th-1 000 0 1 000 2 000 3 000