ZUKUNFTSQUARTIER WEG ZUM PLUS ENERGIE QUARTIER IN WIEN! - DI THOMAS ZELGER 31.01.2019 - Nachhaltig ...
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ZUKUNFTSQUARTIER
WEG ZUM
PLUS‐ENERGIE‐QUARTIER IN WIEN!
DI THOMAS ZELGER
STADT WIEN STIFTUNGSPROFESSOR
ENERGIEEFFIZIENTE UND NUTZERINNENFREUNDLICHE GEBÄUDE UND QUARTIERE
RENEWABLE ENERGY SYSTEMS
FH TECHNIKUM WIEN,
31.01.2019
Zukunftsquartier Das Sondierungsprojekt Laufzeit 12 Monate (07/18 – 06/19) Fördergeber Konsortialpartner Kontakt: Projektleitung UIV, DIin (FH) Petra Schöfmann, MSc T +43 1 4000 84279, M +43 664 8540529 schoefmann@urbaninnovation.at
Zukunftsquartier Der Weg zum Energie‐Vorzeigestadtteil in Wien Konzeption eines Plus‐Energie‐Quartiers (hoher Versorgungsgrad von Wärme, Kälte und Strom mit lokal verfügbaren erneuerbaren Energiequellen) Schwerpunkte: • technische und wirtschaftliche Machbarkeit • Stakeholder‐Anforderungen (ökonomisch nachhaltige Aufwertung der Liegenschaft) • NutzerInnenintegration und ‐komfort Inhalt: • Simulation unterschiedlicher Szenarien zur Energieversorgung • Beratung bei energierelevanten, technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen
Zukunftsquartier
Landkarte der Projektbeteiligten
Konsortium
UIV
FH TW, RES
IBR&I
Beirat
MA20
Informationsaustausch Wien Energie
MA21
Beratung & Wohnfonds
Unterstützung SIR
Quartiersstakeholder
BauConsult Energy
Ottakringer Brauerei
P33
WSE
MA21
DIE QUARTIERE
Zukunftsquartier
6 beteiligte Stadtentwicklungsgebiete mit gemischter Nutzung
Quartier Unternehmen
(Ansprechpartner)
Marx HUB WSE Wiener Standortentwicklung GmbH
(DI Martin Haas)
Oberlaa WSE Wiener Standortentwicklung GmbH
(DI Stefan Sima)
Pilzgasse P33 GmbH
(Ing. Mag. Ferdinand Lechner, MBA)
Ottakringer Ottakringer Brauerei AG
(Julian Staritz)
Geblergasse BauConsult Energy GmbH
(Mag. Franz Vogl)
Muthgasse MA21
(Renate Kinzl)
Bruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere 9 300 m²
Überblick
An der 15 000 m²
MarxHUB
Kuhtrift
18 500 m²
12 780 m²
Kindergarten
Kindergarten
Wohnen
Handel NonFood 8 824 m²
Pilzgasse Ottakringer
LEGENDE
Handel
Food Büro 14 125 m²
Brauerei
Andere… 29 747 m²
© FH Technikum Wien 7
Bruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere
An der Kuhtrift 15 000 m²
An der
Kuhtrift
18 500 m²
Kindergarten
Wohnen
Handel NonFood
LEGENDE
Handel
Food Büro
Andere…
© FH Technikum Wien 8
Bruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere
Pilzgasse
Kindergarten
Kindergarten
Wohnen
Handel NonFood 8 824 m²
LEGENDE
Pilzgasse
Handel
Food Büro 14 125 m²
Andere…
© FH Technikum Wien 9
Bruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere 9 300 m²
MarxHUB
MarxHUB
12 780 m²
Kindergarten
Wohnen
Handel NonFood
LEGENDE
Handel
Food Büro
Andere…
© FH Technikum Wien 10Bruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere
Ottakringer Brauerei
Kindergarten
Wohnen
Handel NonFood
Ottakringer
LEGENDE
Handel
Food Büro
Brauerei
Andere… 29 747 m²
© FH Technikum Wien 11Quartiere
Geblergasse Nachverdichtung/Sanierung
• Vorwiegend Wohnnutzung, in geringem Maße Handel
• Anergienetz‐Betrachtung mit 4 angeschlossenen Häusern.
1 Erdwärmesondenfeld im Bestand
• Erweiterung geplant
• Aktuell Tiefenbohrungen
• Spezielle Fragestellungen
© FH Technikum Wien 12SYSTEMGRENZENDEFINITION
Systemgrenzen für ein Plusenergie‐Quartier
Bis
Sonnen‐ Bebauungs‐
Private einstrahlung grenze
Fahrzeuge
Luft
E‐Mobility‐
Sharing
Wohnen, Arbeiten,
Prozessenergie Dienstleistungen
Abwärme Raumkonditionierung
und Beleuchtung
Energiebezug aus Netz (Strom, Wärme)
< (bilanziell je Monat) Grund‐ Erdwärme
wasser
Einspeisung ins Netz Bis 300m
unter
ErdbodenRelevante Energieformen
Österreich ist in 2050 zu 100 % erneuerbar1
100 % Erneuerbare Erzeugung in Österreich (2050)
Zentrale Erzeugungsanlagen Dezentrale Erzeugungsanlagen
1) W. Streicher, et.al.; Energieautarkie für Österreich 2050 – Feasibility Study; 2010Österreich ist in 2050 zu 100 % erneuerbar
Zentrale Erzeugungsanlagen
100 % Erneuerbare Erzeugung in Österreich (2050)
decken Industriebedarf,
Zentrale Erzeugungsanlagen Dezentrale Erzeugungsanlagen
öffentliche Mobilität
„Rest“ wird auf
NutzerInnen aufgeteilt
Energie „Gutschrift“
pro PersonÖsterreich ist in 2050 zu 100 % erneuerbar
100 % Erneuerbare Erzeugung in Österreich (2050)
Zentrale Erzeugungsanlagen Dezentrale Erzeugungsanlagen
decken
Industriebedarf,
öffentliche Mobilität
„Rest“ wird auf
NutzerInnen
aufgeteilt
Energie „Gutschrift“
pro PersonÖsterreich ist in 2050 zu 100 % erneuerbar
Dezentrale Erzeugungsanlagen
100 % Erneuerbare Erzeugung in Österreich (2050)
Zentrale Erzeugungsanlagen Dezentrale Erzeugungsanlagen
Einfamilienhäuser: Mehrfamilienhäuser:
Geringe Dichte Hohe Dichte
decken (viel Platz pro Person) (wenig Platz pro Person)
Industriebedarf,
öffentliche Mobilität können mehr lokal erzeugen können weniger lokal erzeugen
„Rest“ wird auf
NutzerInnen
aufgeteilt Energie „Ausgleich“
dichteabhängig
Energie „Gutschrift“
pro PersonÖsterreich ist in 2050 zu 100 % erneuerbar
100 % Erneuerbare Erzeugung in Österreich (2050)
Zentrale Erzeugungsanlagen Dezentrale Erzeugungsanlagen
decken
Industriebedarf, Einfamilienhäuser: Mehrfamilienhäuser:
öffentliche Mobilität Geringe Dichte Hohe Dichte
„Rest“ wird auf (viel Platz pro Person) (wenig Platz pro Person)
NutzerInnen
aufgeteilt können mehr lokal können weniger lokal
erzeugen erzeugen
Energie „Gutschrift“ Energie „Ausgleich“
pro Person dichteabhängigEnergie „Ausgleich“
Der Dichtefaktor nach Geschoßflächenzahl (GFZ)
Grundthese: Plusenergiestandard über alle Gebäude Österreichs 2050!
80
60
Primärenergie [kWh/m²a]
40
20
MarxHUB Ottakringer Pilzgasse An der Kuhtrift
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
‐20
‐40
Freistehende Reihenbebauung
Einfamilienhäuser Blockbebauung GFZ [‐]
Siehe dazu auch Ergebnisse SDZ Projekt Smart City Mikroquartiere
© FH Technikum Wien 21Energie „Gutschrift“ & „Ausgleich“
Ein Beispielquartier
110
90
70
Primärenergie [kWh/m²a]
50 Bedarf
30
10
"Energie‐Gutschrift"
‐10
"Energie‐Ausgleich"
‐30Energie „Gutschrift“ & „Ausgleich“
Ein Beispielquartier
110
"Energie‐Gutschrift"
90
"Energie‐Ausgleich"
70
Primärenergie [kWh/m²a]
50 Bedarf
Vor‐Ort zu decken
30
10
"Energie‐Gutschrift"
‐10
"Energie‐Ausgleich"
‐30Peak‐Shaving durch demand‐side‐management (DSM)
Ein Beispielquartier
110
"Energie‐Gutschrift"
90
"Energie‐Ausgleich"
70
Peak shaving
50 Bedarf
Vor‐Ort zu decken
30
10
"Energie‐Gutschrift"
‐10
"Energie‐Ausgleich"
‐30
Operationalisierung Wind Peak Shaving vorab: Messdaten Windkraftanlagen in regionalem Umfeld Wien, wenn Leistung
>= 40% Nennleistung, dann Freigabesignal. In diesem Fall können auch die definierten DSM‐Maßnahmen aktiviert werdenBruttogeschoßflächen (BGF)
Quartiere
Überblick 15 000 m² 9 300 m²
An der
Kuhtrift
18 500 m² MarxHUB
"Dichte‐Gutschrift" 12 780 m²
[+ kWh/m²a]
20
+ 18,1
10 + 18,8… + 15,7
kWh/m²a + 10,4
4,00 3,60 kWh/m²a
2,68
kWh/m²a
‐
GFZ 1,72
Kindergart
Kindergarten
Wohnen 8 824 m²
Handel NonFood
Pilzgasse Ottakringer
LEGENDE
Handel
Food Büro
14 125 m²
Brauerei
29 747 m²
Andere…
© FH Technikum Wien 25ZWISCHENERGEBNISSE
Quartiersbetrachtung
Varianten
Hauptvarianten Detailvarianten
Baustandard Photovoltaik Energieversorgung Fensterflächen‐ Klima
•Passivhaus •Optimiertes •Wärmepumpen mit anteil
•Wien heute 2018
•OIB 2018 Potential Umweltwärme •40% der •Wien 2050 IPCC B1
•Maximal‐Potential •Fernwärme Fassadenfläche •Wien 2050 IPCC
•Volle Dachnutzung •Konventionell •20% A1B
•Halbe Dachnutzung (Erdgas) •60%
Hauptvariante wird in Subvarianten mit und ohne DSM‐Maßnahmen:
Gebäudespeichermasse wird im Winter und im Sommer für erhöhte Einspeisung bei Wind peak
shaving genutzt
Pufferspeicher sind ebenso in Konzept eingebunden
Elektrospeicher Mobilität werden für Optimierung Eigenverbrauch genutzt, keine Rückspeisung 27Beispiel Nutzung des Solarpotentials
Optimiertes Potential – Bsp. Kuhtrift
1. Nutzung Zwischendächer als Wärmesenke und Grün‐ und
Nutzflächen (Spielplätze, Urban Gardening…)
‐> Zwischendachfläche fällt für PV‐Nutzung weg
‐> PV‐Nutzung an Fassadenfläche 1+2 Geschoß wird überprüft
und angepasst
2. Synergieeffekte nutzen. PV‐Erzeugung kombiniert mit fixem
Sonnenschutz auf Südfassaden
28Ergebnisse
Quartiersüberblick Ausgangsvariante und Plusenergiequartier
Primärenergiesaldo Quartiere
Primärenergiefluss aus dem System wird mit positiven Werten angesetzt
100
80
60
Anforderung
40 Plusenergiequartier
Plusenergiequartiere
[kWh/m²a]
20
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
‐20
‐40
Projekte in Varianten
‐60 Konventionelle
‐80
Varianten
‐100
GFZ [‐]
© FH Technikum Wien
29Energieflüsse Plusenergiekonzept Ottakringer_leben
Zwischenergebnisse
30Ottakringer_leben
Monatsbilanzen inkl. DSM
Deckung Endenergie Ottakringer_leben
Variante PH Plusenergiequartier, Monatsbilanz
6,0
PV‐Überschuss
5,0
Netzstrom
konventionell
4,0
kWh/m² Monat
e‐Speicher
(PV/Wind)
3,0
Peak‐shaving
(Windkraft)
2,0
PV Eigenverbrauchs‐
optimierung (DSM)
1,0
PV Direkt
Mindestsollwerte
0,0
Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Monate
© FH Technikum Wien 31Ottakringer_leben
Winterperiode
Ottakringer_leben, Plusenergiequartier
Periode Februar, windreich
14
12
10
W/m²NGF
8
6
4
2
0
3. Feb, Sa 0 h 4. Feb, So 0 h 5. Feb, Mo 0 h 6. Feb, Di 0 h 7. Feb, Mi 0 h 8. Feb, Do 0 h 9. Feb, Fr 0 h 10. Feb, Sa 0 h 11. Feb, So 0 h 12. Feb, Mo 0 h
Zeit
PV Direkt Mindestsollwerte PV Eigenverbrauchs‐optimierung (DSM)
Peak‐shaving (Windkraft) Netzstrom konventionell
PV‐Überschuss Strombedarf gesamt
© FH Technikum Wien 32Ottakringer_leben
Sommerperiode
Ottakringer_leben, Plusenergiequartier
Periode Juli
25
20
15
W/m² NGF
10
5
0
30. Jun, Sa 0 h 1. Jul, So 0 h 2. Jul, Mo 0 h 3. Jul, Di 0 h 4. Jul, Mi 0 h 5. Jul, Do 0 h 6. Jul, Fr 0 h 7. Jul, Sa 0 h 8. Jul, So 0 h 9. Jul, Mo 0 h
Zeit
PV Direkt Mindestsollwerte PV Eigenverbrauchs‐optimierung (DSM)
Peak‐shaving (Windkraft) Netzstrom konventionell
PV‐Überschuss Strombedarf gesamt
Achtung, andere Skala als Winter © FH Technikum Wien 33Ottakringer_leben
Energiekostenschätzung
Endenergiedeckung Quartier Ottakringer Schätzung laufende Energiekosten Quartier Ottakringer
Vergleich Variante konventionell ‐ Variante Plusenergiequartier Vergleich Variante konventionell ‐ Variante Plusenergiequartier
120 14
Netzstrom konventionell Netzstrom konventionell
100 12
37,1
10 ‐ 70%
80 PV Einspeisung PV Einspeisung
6,8
8
Euro/m²NGF Jahr
kWh/m²NGF Jahr
60
Windkraft Peak Shaving 6 Windkraft Peak Shaving
40
62,4 16,7 4
20 6,8 PV Eigendeckung 5,4 2,9 PV Eigendeckung
2
17,7
0,9
0 0 0,3
‐0,5
‐9,9 Fernwärme Fernwärme
‐20 ‐2
Endenergie konventionell Energie PEQ Energiekosten konventionell Energiekosten PEQ
Hinweis: Wartungskosten sind nicht dargestellt
© FH Technikum Wien 34Ottakringer_leben
Kostenschätzung
Bezugseinheit ist Nettogeschossfläche
Schätzung der kumulierten Kosten Quartier Ottakringer
Differenzkosten Variante konventionell ‐ Variante Plusenergiequartier (NGF); entspricht 80% der
Bruttogrundfläche (BGF)
300 Saldo 30 a
264,7 Differenzkostenbetrachtung (keine
55,3 Energieeinsparung 30 a umfassende Kostenberechnung über den
200 gesamten Lebenszyklus)
60,1 Wartungskosten 30 a
28,6
Der kalkulatorische reale Zinssatz der
5,0 Finanzierungskosten
100 Investition wurde mit 2% angenommen
Euro/m²NGF 30 Jahre
37,6
25,0
149,3 Herstellkosten gesamt Gesamtkosten innerhalb der ersten 30
38,2
14,9 Lokale Stromerzeugung Jahre (ohne Berücksichtigung der
0 6,6
Herstellkosten Summe Annuitäten 30a Energieeinsparung 30 a Saldo 30 a Entwicklung der Erträge)
Elektroeffizienz, MSR
Konservative Schätzung weil….
Wärme/Kälteversorgung
‐100 Maximale Nutzungsdauer von 30 Jahre
‐258,2
Wärme/Kälte/WW- (höhere Lebensdauer von bleiben
abgabe+Verteilung
‐200 Lüftung unberücksichtigt)
Steigerung der Energiepreise und
Baulich
Wartungskosten wird im Mittel mit der
‐300
Inflationsrate angenommen.
Förderungen sind noch nicht berücksichtigt
© FH Technikum Wien 35Fazit I
Für Systemgrenze 1 (Plusenergiedefinition „klassisch“) ist neben einer energieeffizienten Bauweise und
Deckung meist die Ausnutzung des optimierten PV‐Potentials mit maximaler Dachausnutzung und
Fassadenbelegung notwendig. Unterschiede zwischen den Quartieren ergeben sich vor allem durch den
spezifischen PV‐Ertrag, die Art der Nutzungsmischung, Verschattung und der Nutzbarkeit des
peak‐shaving Potentials.
Für die Systemgrenze 2 (Plusenergiequartier mit „Energieausgleich“, Energiegutschrift, peak‐shaving und
flexible Nutzung der Gebäudespeichermasse, Pufferspeicher) ist in den meisten Fällen „nur“ eine PV‐
Deckung mit weniger als PV Dach max erforderlich (Ausnahme: An der Kuhtrift).
In der Energieversorgung ist eine Wärmeversorgung mit Erdgas sehr nachteilig und nicht geeignet. Die
Varianten mit Wärmepumpe (Erdreich/Grundwasser) und Fernwärme Wien liegen ähnlich gut mit
Vorteilen letzterer durch den niedrigen Konversionsfaktor für Primärenergie (Allokationsmethode fossile
KWK laut OIB RL6) und die nicht angesetzte Kühlung/Temperierung für den Großteil der Nutzungen. Ein
Vergleich der Auswirkungen auf den sommerlichen Komfort und ein energetischer Vergleich bei gleichem
Komfort (Fernwärme mit Kühlung im Sommer) ist geplant 36Fazit II
Plusenergiekonzepte mit reduzierten PV‐Flächen in den Fassaden für alle Quartiere möglich
Eigenverbrauchsraten der PV zwischen 60% und 70%
Die PV Überschüsse können wahrscheinlich zum großen Teil vom zukünftigen e‐Mobilitätsanteil
aufgenommen werden.
(Für das Quartier an der Kuhtrift wurde in einer Abschätzung mit relevantem e‐car Anteil annähernd
100% Eigenverbrauch bei niedrigen Ladeleistungen erzielt.)
Die Differenzkostenabschätzung zeigt teilweise große Unterschiede.
In 3 Quartieren ergeben sich nur moderate Mehr‐, bzw. Minderbelastungen.
Einflussfaktoren:
Standard der konventionellen Variante
Art der Nutzungsmischung
Aufwand für die Regenerierung der Erdwärmesonden
37Schlußfolgerung, aktueller Stand
Schlußfolgerung vorab:
Hohe Effizienz Gebäudehülle und Gebäudetechnik Voraussetzung für Plusenergiestandard
Nutzung von solarer Energie (derzeit meist PV) muss von Anfang in den Planungsprozess integriert
werden und nicht erst am „Ende“, da dann entweder nur geringe Flächen oder „teure“ Flächen
belegt werden müssen.
Optimale Nutzung unterschiedlicher Speicher (Erdspeicher, Pufferspeicher, Batteriespeicher,
Gebäudemasse) für die Wirtschaftlichkeit entscheidend (Eigenverbrauch lokale Energienutzung)
Aktuelle Schritte:
Detaillierte Gebäude‐ und Anlagensimulationen für die beiden umsetzungswahrscheinlichsten
Quartiere (Ottakringer Leben, Quartier Pilzgasse)
Berechnung Kenndaten für graue Energie und Alltagsmobilität für die optimierten Varianten im
Vergleich zu den Referenzvarianten
Grobentwicklung von bivalenten Lösungen in Zonen, wo Fernwärme bereits vorhanden ist
38DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
Dieses Sondierungsprojekt findet im Rahmen von „Stadt der Zukunft“ statt.
https://www.nachhaltigwirtschaften.at/de/sdz/
„Stadt der Zukunft" ist ein Forschungs‐ und Technologieprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und
Technologie. Es wird im Auftrag des BMVIT von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gemeinsam mit der
Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbH und der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik (ÖGUT) abgewickelt.Sie können auch lesen
