Energieversorgung von Geba uden Quo vadis?
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Energieversorgung
von Gebäuden
Quo vadis?
Christian Heschl
RAHMENBEDINGUNGEN
Globalisierung
EU Klima- Megatrend
und Energieziele Digitalisierung
Zukünftige
Energie-
versorgung
Wirtschaftlichkeit Sanierung
Urbanisierung
Entwicklung Heizenergiebedarf
Abbildung modifiziert nach Erhorn H. and Erhorn-Kluttig H. (2012):
The Path towards 2020: Nearly Zero-Energy Buildings. REHVA Journal
300 WSVO
1977 Mindestanforderungen
Energy consumption [kWh/m²a]
250 WSVO (nationale Richtlinien)
1984
200
Solarhäuser
WSVO
1995
150 Baupraxis
EnEV
2002/2007
100 Niedrigenergiehäuser EnEV
2009 EnEV
2014
50 Passivhäuser
Forschung Null-Heizenergiehäuser nZEB
0
Plus-Energiehaus
-50
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Anforderung an die Regelungstechnik
Baustandard 60er/70er Baustandard 2010
U=1W/m²K U=0,2W/m²K
TR=20°C TR=20°C
TO≈16°C TO≈19,2°C
TA= -10°C TA= -10°C
Anforderung an die Regelungstechnik
Baustandard 60er/70er Baustandard 2010
TKO=50°C TKO=50°C
UAW=1,0 W/m²K UAW=0,2 W/m²K
UAF=2,5 W/m²K UAF=0,7 W/m²K
16°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 45°C
TStrahlung
TAU=-10°C
Anforderung an die Regelungstechnik
Baustandard 60er/70er Baustandard 2010
TKO=50°C TKO=30°C
UAW=1,0 W/m²K UAW=0,2 W/m²K
UAF=2,5 W/m²K UAF=0,7 W/m²K
16°C 20°C 25°C 30°C
TStrahlung
TAU=-10°C
Entwicklung Energieverteilung
80er
STROM:
15%
WWB:
10%
HEIZUNG: 75%
Entwicklung Energieverteilung
Niedrigstenergiehaus
STROM: 40%
WARMWASSER: 30%
HEIZUNG: 30%
Optimierungspotenzial von Einzeltechnologien
Standard Integration Standard Prozess
Heating circuit Condenser
DHW
Heat pump
External
air Expension
valve
DHW tank Compressor
Cold water
Evaporator
Optimierungspotenzial von Einzeltechnologien
Standard Integration Verbesserter Kreisprozess
Condenser
Heating circuit
DHW Expension
Heat pump valve
External
air
Flash-tank
DHW tank Compressor
Expension
valve
Cold water
Evaporator
Quelle: Hengel F., Heinz A., Rieberer R. (2013). THEORETISCHE ANALYSE Verbesserungspotenzial SPF:
ZUR EFFIZIENZSTEIGERUNG DURCH DREHZAHLREGELUNG UND
ECONOMIZER-SCHALTUNG BEI EINER LUFT/WASSER-WÄRMEPUMPE. DKV 45 kWh/m2 a: 7%
Tagung 2013, Hannover
100 kWh/m2 a: 13%Realisierung weiterer Energieeinsparpotenziale
Energy
Generation
1. Single Solutions
2. System Solution
3. Energy Generation
Energy DemandPotenziale solarthermischer Systemlösungen
Standard Integration Integration Solarthermie
Solar
Heating circuit Heating circuit collector
DHW DHW
Heat pump Heat pump
External
air
DHW tank DHW tank
Cold water Cold water
HWB: 15 kWh/m²a SPF-Verbesserung: ca. 33%
Speicher: 0,3m³ Speicher: 1,2m³
SKF: 20 m²Potenziale solarthermischer Systemlösungen
Standard Integration Integration ST + EWT
Solar
Heating circuit Heating circuit collector
DHW Ground DHW
Heat pump heat Heat pump
External
exchanger
air
DHW tank DHW tank
Cold water Cold water
HWB: 15 kWh/m²a SPF-Verbesserung: ca. 100%
Speicher: 0,3m³ Speicher: 1,2m³
SKF: 20 m²Potenziale PV Systemlösungen
Standard Integration Integration PV
Heating circuit Heating circuit Photovoltaic
DHW collector
DHW
Heat pump
External
air
DHW tank DHW tank
Heat pump
Cold water
Cold water
HWB: 15 kWh/m²a SPF-Verbesserung: ca. 15%
Speicher: 0,3m³ (20 m² PV ohne Optimierung)Potenziale PV Systemlösungen
horizontal:
1143 kWh/m²a
Nord: 366 kWh/m²a
Ost: 689 kWh/m²a
Süd: 940 kWh/m²a
West: 687 kWh/m²a
Datenbasis: TRY von Graz mit Albedo-Faktor 0.2Potenziale PV Systemlösungen
horizontal:
~91%
Nord: ~32%
Ost: ~51%
Süd: ~65%
West: ~51%
Bezugsbasis (100%): südliche Ausrichtung mit 30° Neigung, TRY GrazPotenziale PV Systemlösungen
Potenziale PV Systemlösungen
Potenziale PV Systemlösungen
Dynamisches Verhalten von PV-Modulen
Zeitfenster 12 hDynamisches Verhalten von PV-Modulen
Zeitfenster 9 minPotenziale PV Systemlösungen
Gesamtsystemlösung
Regelung (MBC)
Wärmepumpe
Speicherung
- Warmwasserspeicher
- TABS
- Gebäude
- Elektrische Batterie
Haushaltsgeräte (DSM/DSF)Stabilisierung der elektrischen
Energieversorgung
1.000
Steam
Centralised
turbines
power
Power generation with
100
liquids and gaseous fuels
Gas turbines Combined gas and
Power in MW
steam power cycle
Power generation with 10 Micro gas
turbines
solid fuels
Gas engines
ORC
1
Fuel cells
Steam engines
0,1
Stirling engines Decentralised
power
0,01
0 20 40 60 80
Efficiency in %µCHP mittels SOFC Systemlösungen
Internal
Inverter Electricity
Load
Reformer SOFC-Stack Afterburner
Fuel
650-850 °C 700-850 °C 900-1100 °C
Internal Heat Exchange Network and Storage Usable Heat
Process Air Exhaust
Thermal LossesRahmenbedingungen für SOFC Systemlösungen
C
90
80
70
60
CO
CH4 CO2
20
10
H2 H2O
O
H
Atom percent ORahmenbedingungen für SOFC Systemlösungen
C
90
80
70
60
Kontinuierlicher CO
1200K
Betrieb erforderlich! 1100K
1000K p=1 atm
900K
800K
700K
CH4 CO2
700K 20
800K
900K 10
1000K
1100K
1200K H H2O
2 O
H
Atom percent OEU Climate and Energy Targets
Gesamtsystemlösung
Regelung (MBC)
SOFC-System
Speicherung
- Warmwasserspeicher
- TABS
- Gebäude
- Elektrische Batterie
Haushaltsgeräte (DSM/DSF)
Source: StaxeraNutzung des Netzes zum Lastausgleich
Elektrisches Tageslastprofil
von einer WE im JännerNutzung des Netzes zum Lastausgleich
Elektrisches Tageslastprofil
von einer WE im JuniNutzung des Netzes zum Lastausgleich
Elektrisches Tageslastprofil
von 124 WEten im JännerNutzung des Netzes zum Lastausgleich
Elektrisches Tageslastprofil
von 124 WEten im JuniSpeicherpotenzial Gebäude
Betonanteil im Büro- und Wohnbau: ~0,4-0,8 m³/m²
Wärmekapazität Beton: ~2200 kJ/m³K
bei 100m² NFL
C ~ 90-180MJ/K
Wasserspeichervolumen
ca. 21.000 – 42.000 LiterSpeicherpotenzial Gebäude Homogener Wandaufbau mit Wandaufbau Außenwärmedämmung
2-Punkt Raumtemperaturregelung
TRoom
21,5°C WP OFF
20,5°C WP ON
t
Raumtemperatur
Bildquelle:
Herz Energietechnik GmbH2-Punkt Energieregelung
TMedium, soll
TAußen
T2-Punkt Energieregelung
WP-Betrieb
TMedium, soll
TMedium, soll dt
t
Medium, ist
Integralwert -100 K min
T
TAußen
T2-Punkt Energieregelung
WP-Betrieb
TMedium, soll dt
t
Medium, ist
Integralwert -100 K min
T
Bildquelle:
Herz Energietechnik GmbHProblem - solare und innere Lasten
Bauphysik Wetterdaten
Ausrichtung
Innere Lasten
Behaglichkeitsparameter
v, TAir, Trad, Top
Quelle: Lindmeier I., Heschl Ch., Gneist M., Nikolics M., Velikovsky R. (2011). Instationäre Simulation
der thermischen Behaglichkeitsparameter im Sommerfall mit CFD. Kongressbeitrag zur enova 2011Problem - solare und innere Lasten
Problem - solare und innere Lasten
West
Süd
Quelle: Lindmeier I., Heschl Ch., Gneist M., Nikolics M., Velikovsky R. (2011). Instationäre Simulation der
thermischen Behaglichkeitsparameter im Sommerfall mit CFD. Kongressbeitrag zur enova 2011Ermittlung der Führungsgröße
Systemidentifikation
White-Box Modellansatz
Black-Box Modellansatz Source: Jan M. Rabaey (2015). The Human Intranet - Where Swarms
and Humans Meet, IEEE Pervasive Computing, vol. 14, no. , pp. 78-83
Grey-Box ModellansatzZUSAMMENFASSUNG Integration regenerativer Energiesysteme Integrale Planung unter Berücksichtigung des Teillastverhaltens Nutzung der Kurzzeitspeicherpotenziale Erweiterung der Systemgrenzen Vernetzung diversitärer Erzeuger & Verbraucher Entwicklung einfacher Kommunikationsmodelle Schlüsseltechnologie Regelungstechnik Modellbasierende Regelung Systemidentifikation Sensorentwicklung Fault-detection Predicted Maintenance
KONTAKT
Prof.(FH) Dr. Christian Heschl
Fachhochschule Burgenland GmbH
Studiengang Gebäudetechnik und Gebäudemanagement
Anschrift: Steinamangerstrasse 21, 7423 Pinkafeld, Austria
E-Mail: christian.heschl@fh-burgenland.at
Phone: +43 5 7705 - 4121Sie können auch lesen
