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Umweltökonomische Bewertung von solar unterstützten Energieversorgungssystemen in hochwärmegedämmten Einfamilienhäusern
Der hohe fossile Energiebedarf zur Bereitstellung von Raumwärme konnte in den letzten Jahren durch steigende Dämmanforderungen an die Gebäudehülle und einer hohen Durchdringung regenerativer Energieerzeuger in neu errichteten Wohngebäuden gesenkt werden. In Einfamilienhäusern haben sich vorwiegend solar unterstützte Versorgungssysteme durchgesetzt, wobei das solare Strahlungsangebot gerade im Sommer zur Gebäudeenergieversorgung oftmals ungenutzt bleibt. Die Möglichkeit der Kühlung anhand dieser solaren Überschussenergie wird in der Regel ausgeschlossen, obwohl zeitgleich die Nachfrage an aktiven Kühlsystemen in privaten Haushalten immer weiter ansteigt. Vor diesem Hintergrund verfolgt die vorliegende Arbeit die Bewertung von ausgewählten solar unterstützten Energieversorgungssystemen für hochwärmegedämmte Einfamilienhäuser unter besonderer Berücksichtigung des Kühlbedarfs. Zur Gewährleistung einer Vergleichbarkeit wird zur Modellierung und Simulation des dynamischen Betriebsverhaltens der gewählten Versorgungskonzepte die Simulationssoftware TRNSYS verwendet. Die daraus gewonnenen energiebezogenen Ergebnisse werden anschließend einer ökologischen und ökonomischen Bewertung unterzogen und zusammenfassend über einen umweltökonomischen Bewertungsansatz gegenübergestellt. Abschließend erfolgt eine Sensitivitätsanalyse der Bewertungsgrößen. Das untersuchte Referenzgebäude mit einem Wärmedämmstandard nach EnEV 09 hat einen Nutzenergiebedarf von insgesamt 85 kWh/(m2a). Hiervon werden 65 kWh/(m2a) zur Deckung des Raumwärmebedarfs, 14 kWh/(m2a) zur Brauchwarmwassererwärmung und 6 kWh/(m2a) zur sensiblen Kühlung benötigt. Im Bezug auf die ökologischen Größen weist das untersuchte solarelektrisch unterstützte Anlagensystem bestehend aus Photovoltaikanlage, Luft/Wasser Wärmepumpe und Splitklimagerät gegenüber den anderen betrachteten Energieversorgungssysteme den geringsten nicht regenerativen Primärenergiebedarf (5.639 kWh/a) und Ausstoß von Treibhausgasen (1.542 kgCO2-eq/a) auf. Eine thermisch angetriebene Kälteversorgung erbringt gegenüber dem Splitklimagerät im Referenzversorgungssystem, bedingt durch den insgesamt geringen Kühlbedarf, lediglich eine jährliche Primärenergieeinsparung von 133 kWh bzw. eine Einsparung an Treibhausgasemissionen von 49 kgCO2-eq/a). Auf der ökonomischen Seite stellt das derzeit am häufigsten in neu errichteten Einfamilienhäusern gewählte solar unterstützte Wärmeversorgungssystem bestehend aus Solarthermieanlage und Gas-Brennwertgerät zusammen mit einem Splitklimagerät das wirtschaftlichste Energieversorgungskonzept (2.734 /a) unter Berücksichtigung der gesetzlichen Anforderungen dar. Darauf folgend hat die solarelektrisch unterstützte Energieversorgung mit einer Luft/Wasser Wärmepumpe und einem Splitklimagerät die geringste Gesamtannuität (4.138 /a). Die Integration eines elektrischen Speichersystems in einem solarelektrischen Anlagensystem und die daraus resultierenden strombezogenen Speicherkosten von 0,58/kWh lassen sich weder durch die EEG-Vergütung, noch anhand der haushaltsüblichen Strombezugskosten wirtschaftlich amortisieren. Insgesamt weist das solarelektrisch unterstützte Wärmepumpensystem mit Splitklimagerät die günstigste umweltökonomische Gesamtwertigkeit auf und stellt somit sowohl aus Umweltaspekten als auch unter Kostengesichtspunkten unter den untersuchten Versorgungskonzepte das optimale solar unterstützte Energieversorgungskonzept für hochwärmegedämmte Einfamilienhäuser dar.
Umweltökonomische Bewertung von solar unterstützten Energieversorgungssystemen in hochwärmegedämmten Einfamilienhäusern
Der hohe fossile Energiebedarf zur Bereitstellung von Raumwärme konnte in den letzten Jahren durch steigende Dämmanforderungen an die Gebäudehülle und einer hohen Durchdringung regenerativer Energieerzeuger in neu errichteten Wohngebäuden gesenkt werden. In Einfamilienhäusern haben sich vorwiegend solar unterstützte Versorgungssysteme durchgesetzt, wobei das solare Strahlungsangebot gerade im Sommer zur Gebäudeenergieversorgung oftmals ungenutzt bleibt. Die Möglichkeit der Kühlung anhand dieser solaren Überschussenergie wird in der Regel ausgeschlossen, obwohl zeitgleich die Nachfrage an aktiven Kühlsystemen in privaten Haushalten immer weiter ansteigt. Vor diesem Hintergrund verfolgt die vorliegende Arbeit die Bewertung von ausgewählten solar unterstützten Energieversorgungssystemen für hochwärmegedämmte Einfamilienhäuser unter besonderer Berücksichtigung des Kühlbedarfs. Zur Gewährleistung einer Vergleichbarkeit wird zur Modellierung und Simulation des dynamischen Betriebsverhaltens der gewählten Versorgungskonzepte die Simulationssoftware TRNSYS verwendet. Die daraus gewonnenen energiebezogenen Ergebnisse werden anschließend einer ökologischen und ökonomischen Bewertung unterzogen und zusammenfassend über einen umweltökonomischen Bewertungsansatz gegenübergestellt. Abschließend erfolgt eine Sensitivitätsanalyse der Bewertungsgrößen. Das untersuchte Referenzgebäude mit einem Wärmedämmstandard nach EnEV 09 hat einen Nutzenergiebedarf von insgesamt 85 kWh/(m2a). Hiervon werden 65 kWh/(m2a) zur Deckung des Raumwärmebedarfs, 14 kWh/(m2a) zur Brauchwarmwassererwärmung und 6 kWh/(m2a) zur sensiblen Kühlung benötigt. Im Bezug auf die ökologischen Größen weist das untersuchte solarelektrisch unterstützte Anlagensystem bestehend aus Photovoltaikanlage, Luft/Wasser Wärmepumpe und Splitklimagerät gegenüber den anderen betrachteten Energieversorgungssysteme den geringsten nicht regenerativen Primärenergiebedarf (5.639 kWh/a) und Ausstoß von Treibhausgasen (1.542 kgCO2-eq/a) auf. Eine thermisch angetriebene Kälteversorgung erbringt gegenüber dem Splitklimagerät im Referenzversorgungssystem, bedingt durch den insgesamt geringen Kühlbedarf, lediglich eine jährliche Primärenergieeinsparung von 133 kWh bzw. eine Einsparung an Treibhausgasemissionen von 49 kgCO2-eq/a). Auf der ökonomischen Seite stellt das derzeit am häufigsten in neu errichteten Einfamilienhäusern gewählte solar unterstützte Wärmeversorgungssystem bestehend aus Solarthermieanlage und Gas-Brennwertgerät zusammen mit einem Splitklimagerät das wirtschaftlichste Energieversorgungskonzept (2.734 /a) unter Berücksichtigung der gesetzlichen Anforderungen dar. Darauf folgend hat die solarelektrisch unterstützte Energieversorgung mit einer Luft/Wasser Wärmepumpe und einem Splitklimagerät die geringste Gesamtannuität (4.138 /a). Die Integration eines elektrischen Speichersystems in einem solarelektrischen Anlagensystem und die daraus resultierenden strombezogenen Speicherkosten von 0,58/kWh lassen sich weder durch die EEG-Vergütung, noch anhand der haushaltsüblichen Strombezugskosten wirtschaftlich amortisieren. Insgesamt weist das solarelektrisch unterstützte Wärmepumpensystem mit Splitklimagerät die günstigste umweltökonomische Gesamtwertigkeit auf und stellt somit sowohl aus Umweltaspekten als auch unter Kostengesichtspunkten unter den untersuchten Versorgungskonzepte das optimale solar unterstützte Energieversorgungskonzept für hochwärmegedämmte Einfamilienhäuser dar.
Umweltökonomische Bewertung von solar unterstützten Energieversorgungssystemen in hochwärmegedämmten Einfamilienhäusern
Urena Lopez, Jose (Autor:in)
Energie und Nachhaltigkeit ; 12 ; 1-154
2013
154 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Kühlung , Gewährleistung , Sensitivitätsanalyse , Energieversorgungsanlage , Energieversorgung , Wohngebäude , Nachfrage , Vergleichbarkeit , Simulations-Software , Energiebedarf , Kühlsystem , dynamisches Verhalten , Versorgungssystem , Sommer , Klimagerät , Ausstoß , Primärenergieeinsparung , Wärmepumpe
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