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(Wie)Viel Wärme braucht der Mensch? - energie-cluster.ch

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(Wie)Viel Wärme
braucht der Mensch?
Solarthermie-Nutzung für
Neubau und Sanierung
Dr. Elimar Frank
Leiter Forschung, SPF Institut für Solartechnik
Hochschule für Technik Rapperswil
Kurzvorstellung SPF
• Gegründet 1981
• 30 Angestellte
Fokusaktivitäten:
• Angewandte F&E
• Prüfung
• Lehre/Schulung
• Beratung
• Jährlich 10-12 Bachelor- und Masterarbeiten
• Ca. 4 Mio. CHF Jahresumsatz
• Dienstleistungsunternehmen
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Kurzvorstellung SPF
Testing / Forschung
(je ca. 14 Mitarbeiter)
Aussen-Teststände
(1600 m2)
& Labors
(300 m2)
Büros
(300 m2)
Hochschule für Technik Rapperswil
2. März 2010
Feldtests
in Davos
(100 m2)
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Einleitung
Soll/kann ich für den Neubau oder die
Sanierung eines Wohngebäudes Solarthermie
in das Wärmebereitstellungskonzept
einbeziehen oder nicht?
 Wieviel Wärme wird überhaupt benötigt?
 Welcher Teil davon kann heute typischerweise
solarthermisch abgedeckt werden?
 Wie entwickeln sich die Gebäudestandards für
Neubauten?
 Welchen Einfluss hat das auf die Solarthermie?
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Energiebedarf EFH (Bestand)
Durchschnittlicher Privathaushalt
Raumwärme 75%
Warmwasser 13%
Üblicher solare
Deckungsante
bei Warmwass
Licht 2%
Elektrogeräte 6%
Kochen, Backen 4%
Ca. 90% der (End)Energie wird in Form von Wärme benötigt
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Energiebedarf Trinkwarmwasser
Grosse Unterschiede und
saisonale Schwankungen
40 Liter
@ 60ºC
≈ 2 kWh
pro Tag
4 Personen,
365 Tage:
knapp
3000 kWh/a
2. März 2010
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Energiebedarf Raumwärme
• Bestimmung Heizwärmebedarf mit
unterschiedlichen Tools
Energiebilanzierung nach SIA 380/1 zwecks
kantonalem Wärmedämm- und Energienachweis
Verschiedene Zonen eines
Bauobjektes werden
bauphysikalisch und
AT
thermisch definiert und
schliesslich über
Wärmebilanzrechnungen
energetisch quantifiziert.
ENBI
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Energiebedarf Raumwärme
• Bestimmung Heizwärmebedarf mit
unterschiedlichen Tools
• Abhängig
– vom Standort
– von der Gebäudetopologie (Gestaltung, A/V, …)
– von den passiven Gewinnen (Gebäudeorientierung,
Fenster etc.)
– von den einzelnen Bauteilen
– …
– (von der Nutzung)
• Beachte: Je nach Tool/Standard
unterschiedliche Bezüge und
unterschiedliche Kennwerte
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Entwicklung des Wärmebedarfs
Gebäudebestand der Wohnbauten im Kanton Zürich
Typische Werte (Heizwärmebedarf):
- 80er Jahre: 12 l/m2a, bei 140m2  ca. 1700 l/a bzw. 17000 kWh/a
- Neubau:
4 l/m2a, bei 140m2  ca. 550 l/a bzw. 5500 kWh/a
2. März 2010
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Energiebedarf EFH (Bestand)
Raumwärme 75%
Heute üblicher solarer Deckungsanteil bei Heizung 20..30%
Warmwasser 13%
Heute üblicher
solarer Deckungsanteil
bei Warmwasser
60..80 %
(entspricht ca. 10% des
gesamten Wärmebedarfs)
Licht 2%
Elektrogeräte 6%
Kochen, Backen 4%
Heute (noch) typisch:
Solarthermie deckt ca. 25..35% des WÄRMEbedarfs
2. März 2010
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Einfluss Kollektorneigung/orientierung
Variation des Systemertrags (Simulationsresultate aus Polysun) am Standort Rapperswil
Einfamilienhaus: Etwa 90 kWh/m2a, 200 m2 EBF, TWW 200 l/Tag @ 50°
TWW+RH 22000 kWh/a, immer anwesend, 15m2 Flachkollektor, 800l Speicher
2. März 2010
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Warum meist nicht 100% Solarthermie?
3500
Excess irradiation
Irradiation
(kW h)
Excess consumption
Total consumption
3000
'Solar' consumption
Im Sommer potentieller Solarertrag größer als
Bedarf, im Winter genau umgekehrt
2500
2000
1500
1000
500
Quelle: Letz 2000
0
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
N ov
D ec
Bei Einsatz von Kurzzeitspeichern (< 1 Woche)
kann nur der Bereich unterhalb beider Linien solar gedeckt werden
2. März 2010
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Systemauslegung (prinzipiell)
• TWW Anlagen
500-600 kWh/m2/a
• TWW Vorwärmanlagen
600-800 kWh/m2/a
• Kombi-System
300-400 kWh/m2/a
2. März 2010
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Spezifische Systemkosten in €/kWth
Systemkostenentwicklung
Quelle: ITW
Entwicklung der spezifischen Systemkosten
für Solarthermie-Kombisysteme in Mitteleuropa
2. März 2010
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Entwicklung Gebäudestandards
Quelle: www.endk.ch
 Künftig: Vermehrt Solar-Aktiv-Häuser?
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Konzept Aktiv-Solarhaus
•
2030 Standard für Neubauten
•
100% Solare Deckung des
Wärme/Kältebedarfs
•
Weiterentwicklung Saisonspeicher
(z.B. Latentspeicher oder
thermochemische Speicher)
und höhere Kollektoreffizienz
(Design, Einbindung)
•
Solarthermisch getriebene
Klimatisierungskonzepte
•
Intelligente Regelung für die
gesamte Haustechnik zur
Wärme/Kälteversorgung
Quelle: Jenni
Quelle: ECN 2008
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Das bedeutet:
Quelle: ITW
2. März 2010
Energie-Apéro 2010 (Bern) - Dr. Elimar Frank – Leiter Forschung SPF
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Beispiele
Quelle: Sonnenhaus-Institut
Quelle: Soli fer
Quelle: Jenni
Sonnige Zeiten…
Wasservorwärmung
im Mehrfamilienhaus
Solarthermische Kraftwerke
www.solarenergy.ch
Kombi-System
für EFH
WärmeKraftKopplung
Thermochemische
Speicherung
2. März 2010
Prozesswärme & Solares Kühlen
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