Abschlusspräsentation zum Projekt "Energieeinsparpotenziale durch die Optimierung - Forschungsstelle für ...
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Abschlusspräsentation zum Projekt
„Energieeinsparpotenziale durch die Optimierung
bestehender Trinkwarmwassersysteme“
„Betrachtung von Mietwohnungen und Einfamilienhäusern
mit zentralem und dezentralem System“
Britta Kleinertz, Christa Dufter,
Simon Greif, Jochen Conrad
Erstellt für
Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen im Rahmen der
landesweiten Kampagne zu Einsparpotenzialen der
Trinkwarmwasser-Bereitstellung
1 Düsseldorf, 30.08.2017
Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE)
Hintergrund
• Unabhängige Forschungsorganisation im Bereich Energiewirtschaft und Energietechnik
• Forschungsergebnisse werden mittels wissenschaftlichen analytischen Methoden generiert
• Anwendungsnahe Forschung
• Weiterbildung
Rahmendaten
Entwicklung
• Gegründet für über
1949 300 Wissen-
• Ausgründung schaftler
FfE GmbH • Über 30
seit 2001 erfolgreiche
Dissertationen
•
Mitglieder aus dem Energiesektor, der • Aktuelle Themen: Energieeffizienz,
Forschung
Mitglieder
Industrie, Wissenschaft, Verwaltung und nachhaltige Wärmeversorgung, Speicher und
private Mitglieder Netze, Elektromobilität, Energiemärkte
• Aktiver Austausch von Erfahrungen, • Methoden: Systemanalyse und Simulationen,
Beteiligung in der wissenschaftlichen Datenanalyse, GIS-Modelle, Audits
2 Düsseldorf,Netzwerken
30.08.2017
Inhalt
1
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und Verluste
2
Evaluierung von Einsparungen bestehender Trinkwarmwassersysteme
3
Bestimmung des Einsparpotenzials für NRW
4
Rechentool zur Sektorenkopplung Trinkwarmwasser und Photovoltaik
5
Fazit und Ausblick
3 Düsseldorf, 30.08.2017
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und auftretende
Energiebedarfe sowie Verluste
Energiebedarf resultiert aus Zapfenergie, Verteil-, Quelle: Geiger, B.; Carter, M.; Mühlbacher, H.:
Warmwasserbereitung - Vergleich zentraler und
Speicher- und Umwandlungsverlusten dezentraler Warmwasserversorgung
4 Düsseldorf, 30.08.2017
Inhalt
1
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und Verluste
2
Evaluierung von Einsparungen bestehender Trinkwarmwassersysteme
3
Bestimmung des Einsparpotenzials für NRW
4
Rechentool zur Sektorenkopplung Trinkwarmwasser und Photovoltaik
5
Fazit und Ausblick
5 Düsseldorf, 30.08.2017
Übersicht der betrachteten Maßnahmen zur Energie- und
Kosteneinsparung
Einsparung Methodik
Nutzenergieeinsparung durch Anpassung des
Verbraucherverhaltens 1. Getrennte Betrachtung der
Verhaltensänderung Verbrauchsreduktion an
einzelnen Zapfstellen
2. Ermittlung der
Nutzenergieeinsparung durch Anpassung des
kombinierten Einsparung
Zapfvolumenstromes
Durchflussbegrenzer
Spararmatur
Endenergieeinsparung durch Verminderung von
Verteilverlusten Berechnung spezifischer
Verteilverluste (Rohrleitungsdämmung) Verluste
Wärmespeicher
Endenergieeinsparung durch effiziente
Verknüpfung der Gesamtverbräuche
Trinkwarmwasser-Erwärmung verschiedener Verbrauchsniveaus mit
Austausch Wärmeerzeuger unterschiedlich effizienten
Umwandlungstechnologien
6 Düsseldorf, 30.08.2017
Im Rahmen der Studie betrachtete Zapfstellen und Rahmendaten
dieser Zapfstellen
Anteile der Zapfstellen am
gesamten Energiebedarf
Zapfstelle Standard- Nutzungsfrequenz
Zapfbedarf (Zapfungen pro Jahr)
Dusche 50 l 180 Ermittelte
Standardzapfungen
Waschtisch 7,5 l 783
und
Spüle für putzen 30 l 69 Nutzungsfrequenzen
Spüle für spülen 30 l 73
Quellen: VDI 2067, BDEW: Trinkwasserverwendung im Haushalt
2015 - Durchschnittswerte bezogen auf die Wasserabgabe an
Haushalte und Kleingewerbe, FfE Lastganggenerator
7 Düsseldorf, 30.08.2017
Mögliche Stellhebel zur Reduzierung des Trinkwarmwasser-
Zapfenergiebedarfes am Beispiel der Dusche
Maßnahmen Reduzierung der Zapftemperatur
Reduzierung der Anzahl an Zapfungen
Verkürzung der Zapfdauer
Verringerung des Zapfvolumenstromes
Die Reduzierung der Duschzeit um jede Minute spart jährlich ca. 15 € bei 8 l/min bzw.
30 € bei 16 l/min
Der Tauscht eines Duschkopfes hohen Durchflusses (16 l/min) durch eine
Spararmatur, rechnet sich in wenigen Monaten
8 Düsseldorf, 30.08.2017
Mögliche Einsparung durch Veränderung des Verbrauchsniveaus
an verschiedenen Zapfstellen
Festlegung von drei verschiedenen Verbrauchsniveaus für Waschbecken, Spüle für spülen
und Spüle für Wohnungsreinigung
- 77 % - 56%
- 13%
- 45 %
Die Reduzierung des Verbrauchsniveaus der einzelnen Zapfstellen stellt ein hohes
Potenzial zur Energieeinsparung dar
9 Düsseldorf, 30.08.2017
Übersicht der betrachteten Maßnahmen zur Energie- und
Kosteneinsparung
Einsparung Methodik
Nutzenergieeinsparung durch Anpassung des
Verbraucherverhaltens 1. Getrennte Betrachtung der
Verhaltensänderung Verbrauchsreduktion an
einzelnen Zapfstellen
2. Ermittlung der
Nutzenergieeinsparung durch Anpassung des
kombinierten Einsparung
Zapfvolumenstromes
Durchflussbegrenzer
Spararmatur
Endenergieeinsparung durch Verminderung von
Verteilverlusten Berechnung spezifischer
Verteilverluste (Rohrleitungsdämmung) Verluste
Wärmespeicher
Verknüpfung der Gesamtverbräuche
Endenergieeinsparung durch effiziente verschiedener Verbrauchsniveaus mit
Trinkwarmwasser-Erwärmung unterschiedlich effizienten
Austausch Wärmeerzeuger Umwandlungstechnologien
10 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Stellhebel zur Reduzierung der Verteilverluste der
Trinkwarmwasser- Bereitstellung
Maßnahmen
Maßnahmen
Verwendung dezentraler Erwärmung
Minimierung der Rohrlänge der
Verteilleitungen
Verwendung einer Stichleitung ohne
Zirkulation
Zirkulation in Mehrfamilienhäusern
vorgeschrieben
Zirkulation verkürzte Wartezeiten und
erhöht somit Komfort
Reduzierung der Temperaturniveaus
des Trinkwarmwasser Die Dämmung zuvor ungedämmter
Hygienische Anforderungen müssen oder gering gedämmter freiliegender
erfüllt bleiben! Rohre ist hoch wirtschaftlich
Dämmung der Rohre
Bei bereits verputzten Rohren sehr Annahmen: Verlustbeiwert nach Sanierung 6,00 W/m,
kostenintensiv Investitionen von 2,36 €/m, Zirkulationsdauer 16 Stunden, Kosten
für bereitgestelltes Trinkwarmwasser von 6ct/kWh, Lebensdauer
Verringerung der Zirkulationsdauer 20 Jahre; Quelle Messwerte: Geiger, B.; Carter, M.; Mühlbacher,
H.: Warmwasserbereitung - Vergleich zentraler und
dezentraler Warmwasserversorgung
11 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Stellhebel zur Reduzierung der Speicherverluste der
Trinkwarmwasser- Bereitstellung
Maßnahmen
Maßnahmen Trinkwarmwasser- Bereitstellung ohne Speicher
Reduzierung der Speichertemperatur
Hygienische Anforderungen müssen erfüllt bleiben!
Speichertausch zu einem besser gedämmten Speicher
Energieeinsparungen durch
Speichertausch sehr gering
Kosten für neue
Trinkwarmwasser-Speicher
recht hoch
Nur in einem von 22
ausgewerteten Fällen lohnt sich
der Tausch innerhalb der
Lebensdauer des Speichers
Betrachteter Speicherdämmstandard
eines 500 l Speicher
Quelle Diefenbach et al.; Energetische
Kenngrößen für Heizungsanlagen im
12 Düsseldorf, 30.08.2017 Bestand (IWU)Mögliche Stellhebel zur Reduzierung der Umwandlungsverluste
der Trinkwarmwasser-Bereitstellung
Maßnahmen
Maßnahmen Intelligente Steuerung des Erwärmungssystems (speziell bei kombinierter
Trinkwarmwasser- und Raumwärmebereitstellung)
Verwendung eines effizienten Erwärmers
Tausch Amortisationsdauer
Zweipersonen- Vierpersonen-Haushalt
Haushalt
Hydraulischer zu elektronischem
4 Jahre 2 Jahre
Durchlauferhitzer
Elektrischer TWW-Speicher zu neuem
> 20 Jahre > 20 Jahre
Elektrischer TWW-Speicher
Elektrischer TWW-Speicher zu
12 Jahre 6 Jahre
elektronischem Durchlauferhitzer
Austausch Gastherme > 20 Jahre 15 Jahre
Die Wirtschaftlichkeit des Erwärmer-Tausches ist stark von Trinkwarmwasser-Bedarf
des Haushaltes abhängig
Der Tausch zu einem effizienten elektronischen Durchlauferhitzer rechnet sich in allen
betrachteten Kombinationen
13 Düsseldorf, 30.08.2017Fazit zu einzelnen Möglichkeiten der Einsparung von
Trinkwarmwasser-Nutzenergie
Reduzierung Zapfdauer und –volumenstrom
Hohes Potenzial an jeder Zapfstelle
Potenzial zur Einsparung mir Durchflussbegrenzern an Spüle und
Waschbecken eingeschränkt wegen Kaltablagerungen im Begrenzer
Niedrige Kosten für Duscharmatur und leichter Tausch, daher attraktivste
Einsparmöglichkeit
Rohrdämmung
Rechnet sich bei unverputzten Rohren kurzfristig
Anpassung der Zirkulationsdauern
Rechnet sich kurzfristig – Zeitraum der Zirkulation muss dabei intelligent
gewählt werden
Speichertausch
Rechnet sich generell nicht
Tausch Trinkwarmwasser-Erwärmer
Amortisationsdauer stark abhängig von Zapfmenge
Hohe Investitionen stehen hohen Einsparungen gegenüber
14 Düsseldorf, 30.08.2017Inhalt
1
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und Verluste
2
Evaluierung von Einsparungen bestehender Trinkwarmwassersysteme
3
Bestimmung des Einsparpotenzials für NRW
4
Rechentool zur Sektorenkopplung Trinkwarmwasser und Photovoltaik
5
Fazit und Ausblick
15 Düsseldorf, 30.08.2017Vorgehen zur Ermittlung des Potenzials der Energie- und
Kosteneinsparung in Nordrhein-Westfalen
1. Determination der vorhandenen Trinkwarmwasser- Versorgungssysteme
a. Berechnung der verwendeten Endenergieträger
b. Bestimmung zentraler und dezentraler Erwärmungssysteme
c. Ermittlung der vorhandenen Technologien
2. Durchführung einer Differenzbetrachtung zwischen aktueller und effizienter Versorgung
16 Düsseldorf, 30.08.2017Berechnung der Anteile der eingesetzten Endenergien zur
Trinkwarmwasser-Erwärmung an allen Wohnungen
Mikrozensus - Zusatzerhebung
2014 - Bewohnte Wohnungen
nach Art der Nutzung,
Gebäudegröße, Baujahr und
Energieart der
Warmwasserversorgung auf
Bundeslandebene
+
Gebäudedaten für NRW aus
FfE Gebäudemodel
17 Düsseldorf, 30.08.2017Aufteilung der fossilen Technologien auf zentrale und dezentrale
sowie Brennwert- und Niedertemperaturkessel
Zentrale und Technologien
dezentrale kombinierter
Gasheizungen Wärmeerzeuger
Sonderauswertung der Mikrozensus
- Zusatzerhebung 2014: Bewohnte BDH - Gesamtbestand zentraler
Wohnungen nach Art der Nutzung, Wärmeerzeuger 2015
Gebäudegröße, Baujahr und Energie- Nieder- Brennwert-
Beheizung – Sammelheizungen träger temperatur- kessel
disaggregiert
kessel
+ Gas 64 % 36 %
Öl 89 % 11%
Gebäudedaten für NRW aus FfE
Gebäudemodel
8,4 % der Wohnungen besitzen
eine Etagenheizung
Annahme: Gas-Etagenheizungen
18 Düsseldorf, 30.08.2017Verschneidung der Energieträgerdaten mit Daten zu
Technologien führt zu finaler Aufteilung der Erwärmer
Elektrische
Durchlauferhitzer
Wärmeerzeuger
71 % Durchlauferhitzer und 29 % 30 % elektronische und 70 %
Standspeicher hydraulische Durchlauferhitzer
IWU - Datenbasis Gebäudebestand (2010) Fazit der Telefonate mit verschiedenen
Branchenvertretern
19 Düsseldorf, 30.08.2017Resultierende Endenergiebedarfe und -kosten für NRW abhängig
vom berechneten Szenario
Originalzustand: Verwendung von durchschnittlichem Trinkwarmwasser-Bedarf und
Messwerten aus Bestandsgebäuden
Nach Effizienzsteigerung: Verwendung von geringem Trinkwarmwasser- Bedarf an allen
Zapfstellen sowie Umsetzung zuvor als wirtschaftlich bestimmte Maßnahmen
(Rohrdämmung, Reduktion Zirkulationsdauer, Tausch Trinkwarmwasser-Erwärmer)
Durch Umsetzung der wirtschaftlichen Maßnahmen lassen sich 51 % der Energie und
53 % der Energiekosten einsparen
Ohne eine zusätzliche Rohrdämmung und Anpassung der Zirkulationsdauern beträgt
die Kosteneinsparung bereits 31 %
20 Düsseldorf, 30.08.2017Inhalt
1
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und Verluste
2
Evaluierung von Einsparungen bestehender Trinkwarmwassersysteme
3
Bestimmung des Einsparpotenzials für NRW
4
Rechentool zur Sektorenkopplung Trinkwarmwasser und Photovoltaik
Eingangsdaten
Mögliche Auswertungen
Erste Ergebnisse
5
Fazit und Ausblick
21 Düsseldorf, 30.08.2017Grundlegende Gedanken zur Erstellung des Sektorkopplungs-
Tools
Ziel: Möglichst einfache individuelle Bestimmung
Der Wirtschaftlichkeit des Eigenverbrauchs
Des erreichbaren Eigenverbrauchs- und Eigenversorgungsgrades
Benötigte kritische Parameter
Photovoltaik-Lastgänge
Strom- und Trinkwarmwasserlastgänge
Speicherkapazität und weitere –charakteristika
Annahmen zu Preisen
22 Düsseldorf, 30.08.2017Für die Berechnung sind vom Nutzer verschiedene Eingabedaten
festzulegen
Beispielhafte Parameter
Gebäude und Bewohner Anzahl Bewohner nach Bewohnertyp
Energieverbräuche Jährlicher TW-Verbrauch
Trinkwarmwassererwärmer Art des Erwärmers (Gaskessel/Wärmepumpe)
Speichersystem Volumen Trinkwarmwasserspeicher
Photovoltaik-Anlage Installierte PV-Leistung
Stromspeicher Kapazität Stromspeicher
Wirtschaftlichkeit Strombezugspreis
Im Tool sind zu den Eingangsparametern Tipps und Anregungen hinterlegt
Es ist visuell unterstrichen, welche Eingabedaten essenziell sind welche optional und bei
welchen eine Auswahlmöglichkeit besteht
23 Düsseldorf, 30.08.2017Gemittelte Zapfprofile für die „normale Zapfenergie“ abhängig
vom Verbrauchertyp
Trinkwarmwasser- und Stromlastgang unterscheiden sich zwischen Verbrauchertypen
Unterschiedliche Ergebnisse zu Eigenverbrauchsquote und Eigenversorgungsgrad
24 Düsseldorf, 30.08.2017Photovoltaik-Lastgänge sind abhängig von Standort und
Ausrichtung des Moduls
Mit FfE-Lastganggenerator wurden Photovoltaik-Lastgänge aus Daten zur solaren
Einstrahlung aus dem COSMO-EU-Modell des DWD berechnet
Beispielhafter PV-Lastgang verschiedener
Ausrichtungen für Lemgo am 07.06.2013
Generierte Globalstrahlungskarte zur Wahl
der Region für die Berechnung
Die repräsentativen Stadt wird anhand der Globalstrahlungskarte ausgewählt
Die Wahl der Ausrichtung hat einen Effekt auf den Erzeugungslastgang und somit
insbesondere auf den Eigenverbrauch ohne Speicher
25 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Auswertungen – Berechnung und Ausgabe der
energetischen sowie wirtschaftlichen Kennziffern
In der Auswertung wird die Wärmeerzeugung durch die verschiedenen Wärmequellen für
den Referenzfall und für den Fall mit gezieltem Eigenverbrauch ausgegeben
26 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Auswertungen – Berechnung und Ausgabe der
energetischen sowie wirtschaftlichen Kennziffern
Die Darstellung des monatlichen durchschnittlichen Speicherfüllstandes ermöglicht die
Auswertung ob die Speicher angemessen dimensionert sind
27 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Auswertungen – Berechnung und Ausgabe der
energetischen sowie wirtschaftlichen Kennziffern
In der Auswertung werden Einnahmen aus der Einspeisevergütung sowie anfallende
Energiekosten für Strom- und Trinkwarmwasserbereitstellung sowohl für den Referenzfall
und den gezieltem Eigenverbrauch ausgegeben
28 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Auswertungen – Berechnung und Ausgabe der
energetischen sowie wirtschaftlichen Kennziffern
In der Auswertung werden neben der Amortisationsdauer der Kapitalfluss und der
kumulierte Kapitalfluss ausgegeben
29 Düsseldorf, 30.08.2017Mögliche Auswertungen – Berechnung und Ausgabe der
energetischen sowie wirtschaftlichen Kennziffern
Bilanzkreis Eigenversorgungsgrad Eigenverbrauchsquote
Haushaltsstrom aus PV Haushaltsstrom aus PV
Strom
Verbrauchter Haushaltsstrom Erzeugter PV-Strom
Strom für Haushalt und TWW aus PV Strom für Haushalt und TWW aus PV
Strom und
Trinkwarmwasser Verbrauchte Endenergie für Strom und
Erzeugter PV-Strom
TWW
30 Düsseldorf, 30.08.2017Fazit nach Recherche zu Input-Daten für Sektorkopplungstool
und Durchführung erster Simulationen
Ergebnisse für ein Wärmepumpensystem mit einem 200 l
Trinkwarmwasser- und 2,5 kWh elektrischem Speicher
Bei angenommenen
Batteriepreisen, Strompreis
und Einspeisevergütung ist
die Nutzung eines
Batteriespeichers nicht
wirtschaftlich
Bei angenommenem
Gaspreis und Strompreis
ist die Lastverschiebung
über den
Trinkwarmwasser-
Speichers in wenigen
Fällen wirtschaftlich
31 Düsseldorf, 30.08.2017Inhalt
1
Komponenten des Trinkwarmwassersystems und Verluste
2
Evaluierung von Einsparungen bestehender Trinkwarmwassersysteme
3
Bestimmung des Einsparpotenzials für NRW
4
Rechentool zur Sektorenkopplung Trinkwarmwasser und Photovoltaik
5
Fazit und Ausblick
32 Düsseldorf, 30.08.2017Kernergebnisse
Zu Gebäudebestand und verwendeten –technologien besteht großer
Forschungsbedarf, auch Angaben zu Trinkwarmwasser-Systemen und
Verbräuchen variieren stark
Hohes Kosten- und Energieeinsparpotenziale im Bereich Trinkwarm-
wasser Zapfstellen und Rohrdämmung - viele davon sehr wirtschaftlich
Trinkwarmwasser-Bereitstellung intensiv reguliert daher
Flexibilisierungspotenzial gering - für Lastflexibilisierung thermischer
Lasten Nutzung von Kombispeichern sinnvoller
Für Wirtschaftlichkeit von Trinkwarmwasser-Flexibilisierung Gas- und
Strompreise verglichen mit der aktuellen Einspeisevergütung zu niedrig
Eigenversorgungsgrad und Eigenverbrauchsquote aktuell nur für reine
Strom-Betrachtung geeignet – in der Welt der Sektorkopplung neue
Definitionen notwendig
33 Düsseldorf, 30.08.2017Diskussion? Fragen?
?
Lösung
Diskussion Fragen?
!
34 Düsseldorf, 30.08.2017Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ansprechpartner für weitere Fragen:
Britta Kleinertz
+49 (89) 158 121-39
BKleinertz@ffe.de
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.
Am Blütenanger 71
80995 München
www.ffe.de
35 Düsseldorf, 30.08.2017Sie können auch lesen
