Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
F\u00fcr den Bau des Kirchlichen Bildungsseminars Elstal des Bundes Evangelisch-Freikirchlicher Gemeinden in Deutschland ist eine m\u00f6glichst umweltschonende Energieversorgung zu konzipieren, wobei sich die Ziele im einzelnen wie folgt darstellen:<\/p>\n
\u00b7 Minimierung des W\u00e4rme- und Elektroenergiebedarfs unterschiedlich genutzter Geb\u00e4ude
\n\u00b7 Minimierung des Einsatzes an fossilen Brennstoffen
\n\u00b7 Minimierung der Kosten solar erzeugter Nutzw\u00e4rme
\n\u00b7 Realisierung eines besonders umweltschonenden Energiekonzeptes mit Demonstrationscharakter<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Kern der Untersuchung bestand aus der Simulation des gr\u00f6\u00dften Neubaus (Diakonisches Zentrum) sowie der Simulation der W\u00e4rmeerzeugung und -verteilung. Die Simulationen wurden am Institut f\u00fcr Solarenergieforschung GmbH, Hameln-Emmerthal (ISFH) mit dem Programm TRNSYS durchgef\u00fchrt.
\nDas Diakonische Zentrum wurde mit einem 20-Zonen-Geb\u00e4udemodell simuliert. Dabei wurden drei verschiedene W\u00e4rmeschutzstandards von W\u00e4rmeschutzverordnung 1995 bis Niedrigenergiehaus-Standard untersucht. Bei der Berechnung des L\u00fcftungsw\u00e4rmebedarfs wurden raumlufttechnische Anlagen mit Abluft-W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung f\u00fcr K\u00fcche, Speises\u00e4le und Aula ber\u00fccksichtigt.
\nDie W\u00e4rmeversorgung wurde f\u00fcr Kombinationen dreier W\u00e4rmeerzeuger – Gas-Brennwertkessel, Solarkollektoranlage und Blockheizkraftwerk – simuliert. F\u00fcr die Solaranlage wurden sowohl die Kollektorfl\u00e4che als auch die Speichergr\u00f6\u00dfe variiert. F\u00fcr das Blockheizkraftwerk wurde die W\u00e4rme- und Strombilanz mit Hilfe des Programms EXCEL durch \u00dcberlagerung von W\u00e4rme- und Strombedarf ermittelt. Bei der Simulation ist ein 2-Leiter-W\u00e4rmenetz angesetzt worden, da dies bereits vorhanden ist.
\nDie Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde angelehnt an die Annuit\u00e4tsmethode nach VDI 2067, wobei als Ergebnis die Kosten je eingesparter bzw. je solar erzeugter kWh angegeben wurden. Zur Berechnung der Emissionseinsparung kam das Gesamt-Emissionsmodell integrierter Systeme (GEMIS) zum Einsatz.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Simulation des Diakonischen Zentrums ergab f\u00fcr den geplanten W\u00e4rmeschutzstandard einen spezifischen Heizw\u00e4rmebedarf von 83 kWh\/m2a. Durch erh\u00f6hte D\u00e4mmschichtdicken bzw. Verringerung der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit der D\u00e4mmstoffe l\u00e4\u00dft sich der W\u00e4rmebedarf auf 70 kWh\/m2a mit Mehrinvestitionen in H\u00f6he von 1,3 Mio. DM reduzieren. Die Kosten je eingesparter kWh betragen 0,31 DM. Gegen\u00fcber dem in Elstal zu zahlenden Gaspreis von ca. 4 Pf\/kWh ist die Wirtschafltichkeit dieser Ma\u00dfnahme nicht gegeben. Der Grund f\u00fcr die hohen Mehrkosten liegt in dem f\u00fcr diese Geb\u00e4udenutzung typischen gro\u00dfen A\/V-Verh\u00e4ltnis.
\nDie Energieeinsparung durch den Einsatz von W\u00e4rmeschutzglas kF = 1,4 anstatt kF = 1,8 W\/m2K ist nicht mit einem separaten Simulationslauf berechnet worden. Es kann aufgrund der geringen Mehrkosten und der deutlichen k-Wert-Verbesserung nach einer \u00fcberschl\u00e4gigen Berechnung von der Wirtschaftlichkeit dieser Ma\u00dfnahme ausgegangen werden.
\nDie anlagentechnische Simulation hat u. a. gezeigt, da\u00df die vorgesehene Warmwasserzirkulation das Temperaturniveau des Netzr\u00fccklaufs erh\u00f6ht. Im Sommer, wenn vorwiegend Warmwasserbedarf vorliegt, steigt die Netzr\u00fccklauftemperatur deshalb zeitweise auf \u00fcber 40\u00b0C an. Durch eine Intervallsteuerung der Zirkulationspumpen kann die Temperatur auf ca. 30\u00b0C gesenkt werden.
\nDurch den Einsatz eines Brennwertkessels k\u00f6nnen gegen\u00fcber einem Niedertemperaturkessel rund 155 MWh\/a Prim\u00e4renergie einspart werden. Infolge der vergleichsweise geringen Mehrkosten f\u00fcr den Gasbrennwertkessel entstehen je eingesparter kWh nur Kosten in H\u00f6he von ca. 2 Pf.
\nThermische Solarenergie kann auf dem Gel\u00e4nde des Kirchlichen Bildungsseminars nur f\u00fcr einen geringen Teil des Gesamtw\u00e4rmebedarfs genutzt werden. Eine gro\u00dfe Solaranlage mit saisonalem Speicher kann aus Platzgr\u00fcnden nicht installiert werden. Es wurden daher 9 Varianten f\u00fcr eine vergleichsweise kleine Anlage mit verschiedenen Kollektorfl\u00e4chen (300, 450, 600 m2) und verschiedenen spezifischen Speichergr\u00f6\u00dfen (50, 75, 100 l\/m2) simuliert.
\nAufgrund der gemessen am Gesamtw\u00e4rmebedarf knappen Auslegung der Kollektorfl\u00e4che ergibt sich erst bei der 600 m2-Anlage ein leichter sommerlicher \u00dcberschu\u00df. Die Jahreswirkungsgrade liegen bei 50 %. Es werden je nach Kollektorfeldgr\u00f6\u00dfe Deckungsraten von 6,5 % bis 12 % bezogen auf den Gesamt-w\u00e4rmebedarf erzielt. Die Speichergr\u00f6\u00dfe hat wegen der zeitnahen Nutzung der solar erzeugten W\u00e4rme nur sehr geringen Einflu\u00df auf den Nutzw\u00e4rmeertrag. Die spezifischen Systemkosten f\u00fcr die Solaranlage liegen je nach Auslegung zwischen 550 und 650 DM je m2 Kollektorfl\u00e4che. Diese vergleichsweise geringen Kosten sind durch den Einsatz des sog. Kollektordaches (Solar Roof) erzielbar.
\nAls weitere bivalente Beheizungsvariante wurde der Einsatz einer Kraft-W\u00e4rmekopplungsanlage in Form von Blockheizkraftwerk-Modulen (BHKW) untersucht. Sowohl die kleinere Variante mit einem Modul (94 kWtherm, 55 kWelt) als auch die gr\u00f6\u00dfere Variante mit zwei Modulen f\u00fchren zu einem positiven wirtschaftlichen Ergebnis. Dies wird vor allem durch den hohen Anteil des Eigenverbrauchs am selbst erzeugten Strom und die Reduzierung des Leistungspreises erreicht. Bedingt durch die schlechten Kraftwerkswirkungsgrade in Ostdeutschland wird eine hohe Einsparung an Prim\u00e4renergie erzielt. Selbst bei gleichzeitigem vorrangigem Betrieb einer 450 m2-Solaranlage ist die Wirtschaftlichkeit einer 1-Modul-BHKW-Anlage noch gegeben.
\nM\u00f6glichkeiten der Einsparung an Elektroenergie bieten sich vor allem im Bereich der Gro\u00dfk\u00fcche. Hier kann ein gr\u00f6\u00dferer Anteil der ben\u00f6tigten W\u00e4rme mit Gas statt mit Strom bereitgestellt werden.
\nDa im Zuge der bisherigen Planung bereits ein energiesparendes Beleuchtungskonzept realisiert wurde, sind dar\u00fcberhinausgehende Einsparungen nur schwer zu erreichen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Projekt erzielten Ergebnisse haben gezeigt, da\u00df der Einsatz einer thermischen Solaranlage unter den gegebenen Bedingungen an der Grenze zur Wirtschaftlichkeit liegt. Auch die Gas-Brennwerttechnik und BHKW-Nutzung z\u00e4hlen in Elstal zu den wirtschaftlichen Ma\u00dfnahmen. In welcher Kombination die untersuchten Systeme eingesetzt werden, h\u00e4ngt von der Entscheidung des Bauherrn ab.
\nEine zus\u00e4tzliche D\u00e4mmung der Geb\u00e4ude f\u00fchrt zu vergleichsweise hohen Kosten pro eingesparter Kilowattstunde und kann daher aus wirtschaftlichen Gr\u00fcnden nicht empfohlen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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