Monatsverbräuche: mehr als nur Statistik - WFBB Energie · 7 Energiemanagement in kleineren...

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Energiemanagementin kleineren Kommunen

7. Arbeitskreis

Energiemanagement in kleineren Kommunen

Potsdam, 26. November 2015

Kati Jagnow

2


Monatsverbräuche:mehr als nur Statistik

Verfahren der Energieanalyse aus dem Verbrauch (EAV),Erzeugerdimensionierung, Wärmelieferverträge

3


Elm 1+2, Wärme Gesamt - vor Sanierung

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Feb. 07 Mrz. 07 Apr. 07 Mai. 07 Jun. 07 Jul. 07 Aug. 07 Sep. 07 Okt. 07 Nov. 07 Dez. 07 Jan. 08 Feb. 08

Zeitverlauf

Messpunkte

Polynomisch (Messpunkte)

Pflegeheim, Wärme vor Sanierungzeitliche Auftragung

Was sagt dies aus?

4


Energieanalyse aus dem Verbrauch

Elm 1+2, Wärme Gesamt - vor Sanierung

Heizgrenze 15,4°C

Steigung H = 2,93 kW/K

Grundleistung 14,43 kW

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-5 0 5 10 15 20 25

Außentemperatur, in °C

Messpunkte

Winterleistung

Sommerleistung

Pflegeheim, Wärme vor Sanierungtemperaturabhängige Auftragung

schon besser!

5


Energieanalyse des Gebäudes(Leistung über Temperatur)

6


Primärzähler (Gas, Wärme, Heizstrom)

Wärmemengenzähler für Heizung

Wärmemengenzähler für Trinkwarmwasser

Außentemperatur

P

W

P

H

W

H

T

T

Messung von Verbrauchsdaten zur Detailanalyse

sinnvoll ist eine monatlicheoder wöchentlicheErfassung

7


Nutzen der EAV (Gebäude & Nutzer)

Dauerleistung für Warmwasser Energiemengefür Warmwasser (Auswertung des Sommersockels)Planung von BHKW/Solarthermie

Steigung für Heizung Energiemenge für Heizung,Abgleich zwischen gemessenem H und theoretischem HT+HV

Plausibilitätsprüfung

Heizgrenze Abgleich mit Theorie Plausibilitätsprüfung

Extrapolation in den Bereich minimaler AußentemperaturenLeistung am kältesten Tag (Heizlast)

8



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25


Messpunkte


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25


Messpunkte

Winterpunkte

Sommerpunkte

Jahresenergiemenge:363 MWh/a 34,9 kW · 251 d/a · 24 h/d = 210 MWh/a (58%)

+ 17,5 kW · 365 d/a · 24 h/d = 153 MWh/a (42%)

Auswertevorgang

Beispiel:Krankenhaus



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25


Messpunkte

Winterpunkte

Sommerpunkte

Grundleistung

Warmwasserleistung


Heizgrenze 15°C



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25

Außentem peratur, in °C

Messpunkte

Winterpunkte

Sommerpunkte

Grundleistung

Winterleistung

Warmwasserleistung


Heizgrenze 15°C



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25


Messpunkte

Winterpunkte

Sommerpunkte

Grundleistung

Winterleistung

Warmwasserleistung

mittlere Heizleistung

34,9 kW

mittlere Temperatur

in der Heizzeit 7,1°C

9


2

4

8

6

0

10

0 4 8 12 16 20

Heizgrenze

HG


ÜberschlägigeHeizlast:

K34HHeizlast

Bezogene Heizlast, Heizgrenze, überschlägige Heizlast

H: bezogener Wärmeverlustoder bezogene Heizlast;Maß für die Verluste ausTransmission und Lüftungvergleichbar mit demtheoretischen Wert

K³mWh

VT

34,0VnAU

HHH

a

Q

mess

mess,h

t

QQ

10


Energieanalyse des Erzeugers(Leistung über Leistung)

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Primärzähler (Gas, Wärme, Heizstrom)

Wärmemengenzähler für Heizung

Wärmemengenzähler für Trinkwarmwasser

Außentemperatur

P

W

P

H

W

H

T

T

Messung von Verbrauchsdaten zur Detailanalyse

sinnvoll ist eine monatlicheoder wöchentlicheErfassung

12


0,05

0,10

0,20

0,15

0,00

0,25

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25Auslastung , in [-]

Steigung bestimmen

Verschiebung bestimmen

Detailanalyse eines Erzeugers

Bereitschaftsverluste:

Wirkungsgrad:

SteigungngVerscheibu

1K

SteigungngVerschiebu

ngVerschiebuqB

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Energieabgabe

lastabhängige

Verluste

Erläuterung der Kennwerte

1

1

Kesselwirkungs-grad aus:1/ K

Bereitschafts-verluste aus:

qB/ K

Nutzenergie

messK

auf

tQ

Q

messK

ab

tQ

Q

K

Bq1Steigung

K

BqngVerschiebu

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Nutzen der EAV (Erzeuger)

Steigung Überprüfung des Wirkungsgrades

Verschiebung Überprüfung derBetriebsbereitschaftsverluste

mittlere Belastung Prüfung der Dimensionierung

alle Kennwerte belastbare Datenbasis VOR einerModernisierung und Kontrolle der Erfüllung NACH einerModernisierung

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Qualitätssicherung

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Heizleistung aus gemessenem Verbrauch

starkes Lüftungsverhalten in der Übergangszeit

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Außentemperatur, in [°C]

April bis Oktober

Regression(Kernheizzeit)

b

Einfluss des Nutzerverhaltens einschätzen

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Heizgrenze 15,1°C

Steigung H = 1,492

kW/K

Grundleistung 1,62

kW

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Messpunkte

Winterpunkte

Sommerpunkte

Grundleistung

Winterleistung

Sommerleistung

Verwaltung

Sommerheizung erkennen

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Nahwärme Neuerkerode:

Zufuhr - Lieferung - Abnahme

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0


Energiezufuhr (Erdgas + Bioabwärme)

Netzwärmezufuhr

Gebäudewärmeabnahme

Biowärmeeinspeisung

645 kW

595 kW

85 kW/K

98 kW/K

375 kW

88 kW/K

Steigung:

Sockel:

375 kW

Verteilnetzverluste Nahwärme analysieren

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20


Umwälzpumpenund Verteilnetze

Stand der Technik, Einsparpotenziale,Vorgehen beim Pumpentausch, Verteilnetze im Gebäude

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Stand der Technik

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einstufigeHeizungspumpe(hier: 75 W)

mehrstufige Pumpen(hier: 46/67/93 W bzw. 30/45/60W)

einstufigeZirkulationspumpe(hier: 46 W)

einstufig = nicht einstellbar(einfacher Anschlusskasten)

Ungeregelte Pumpen

stufig einstellbar(stufiger Schalter, stufiges Symbol)

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Regelpumpe, ältere Bauart(ohne Display, hier 36-99 W)

Regelpumpe, neuere Bauart(mit Display, hier 30-200 W)

Hocheffizienzregelpumpe, neueste Bauart (per Funkfernprogrammierbar und auslesbar, hier 10-85 W)

Symbol fürKonstantdruckregelung

Symbol fürVariabeldruckregelung

Geregelte Pumpen

stufenloses Symbol & stufenloseEinstellung der Druckdifferenz

(halbschalenförmiger)Permanentmagnet

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Hinweis zum Betrieb von HEP

• magnetische Schwebstoffe imHeizungswasser werden vomPermanentmagneten angezogen

• daher Schwebstofffilter("Schlammabscheider") vorsehen,der die Schwebstoffe entfernt, z.B.ebenfalls per Dauermagnet

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Einsparpotentiale

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Belastungsprofil für Pumpen "Blauer Engel"

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andere Drehzahlen

möglicher Arbeitsbereich

Pumpenkennlinie

Volumenstrom in l/s oder l/h oder m³/h

höchste Drehzahl, ungeregelt

konstante Regelung

variable Regelung

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Regelpumpe: Vergleich normal und hocheffizient

800 W für 2 l/s und 6 m 230 W für 2 l/s und 6 m

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geschätzte Einsparpotentiale

Pumpe wird passend dimensioniert Verbrauch sinkt auf 100 % …30 % des Bestandswertes (je nach vorheriger Überdimensionierungund Vorhandensein einer Regelung)

ungeregelte Pumpe wird ersetzt mit Regelpumpe Verbrauch steigt/sinkt auf 110 % … 30 % des Bestandswertes (je nach Notwendigkeiteiner Regelung)

konstante wird ersetzt durch variable Regelung Verbrauch sinkt auf100 % … 60 % des Bestandswertes (je nach Durchmischung derVerbraucher und damit Machbarkeit der Variabelregelung)

konventionelle Pumpe wird ersetzt mit HocheffizienzpumpeVerbrauch sinkt auf 40 % … 30 % des Bestandswertes (andereMotortechnologie)

30


Verteilnetzeim beheizten Bereich

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Praxisbeispiel: Mehrverbrauch trotz guter Hülle?

In modernisierten Plattenbauten: bei gleicher Qualität der Außenfassade undgleicher Erzeugung sehr unterschiedliche Heizenergieverbräuche

11- und 14-GeschosserEinrohrheizung

5-GeschosserZweirohrheizung

36 %

64 %

83 %

17 %

kontrolliert in der Wohnung abgegeben

über die Leitungen abgegeben

(untersuchte Fläche : 106.438 m²) (untersuchte Fläche : 15430 m²)

94 kWh/(m²a) 120 kWh/(m²a)

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lange Verteilebenewenige Steigestränge

kurze Anbindeleitungen

A

kurze Verteilebenewenige Steigesträngelange Anbindeleitungen

B

- Etagenringtyp- - Etagenverteilertyp -

- Steigestrangtyp -

lange Verteilebene

viele Steigesträngekurze Anbindeleitungen

C

kurze Verteilebenekurze Steigesträngekurze Anbindeleitungen

D

- Strahlungs- und Luftheizung -

Netztypen HeizungNeubau

Bestand

33


Typische Verlegedichte von LeitungenHeiznetze, alle Leitungen

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

2x2_300m² 2x3_450m² 2x4_600m² 4x3_900m² 4x4_1200m² 6x4_1800m² 6x8_3600m²

Gebäudetyp

Zweirohr | gebäudezentral | Ringleitungstyp

Zweirohr | wohnungsweise | Ringleitungstyp

Zweirohr | gebäudezentral | Estrichverteiler

Zweirohr | wohnungsweise | Estrichverteiler

Zweirohr | gebäudezentral | Steigestrangtyp

2 x 2 2 x 3 2 x 4 4 x 3 4 x 4 6 x 86 x 4

0,60 … 0,80 m/m²

34


25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

40 50 60 70 80

1. mittlere Auslegungstemperatur, in °C

0%

25%

50%

100%200%

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,2

10 20 30 40 50 60 704. DN, in mm

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

5101520253035Temperaturdifferenz Rohr - Umgebung, in K

51020

30

40

60

80

100

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,2


2. Reglereinstellung

beheizter Bereich

Keller

3. Anordnung der Leitung

5. Dämmqualität

des Rohres

6. Ergebnis: längenbezogener

Wärmeverlust, in kWh/(m·a)

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

40 50 60 70 80

1. mittlere Auslegungstemperatur, in °C

0%

25%

50%

100%200%

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,2

10 20 30 40 50 60 704. DN, in mm

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45


51020

30

40

60

80100

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,2


2. Reglereinstellung

beheizter Bereich

Keller

3. Anordnung der Leitung

5. Dämmqualität

des Rohres

6. Ergebnis: längenbezogener

Wärmeverlust, in kWh/(m·a)

20 … 30 kWh/(m · a)

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Fazit & Empfehlungen

Beispiel MFH-Neubau: 0,7 m/m² · 25 kWh/(m·a) = 18 kWh/(m²a)

• Leitungen im unbeheizten Bereich:Länge minimieren und 100 … 200 % dämmen(Hauptgrund: Heizkosten)

• Leitungen im beheizten Bereich:Länge minimieren und 100 % dämmen(Hauptgrund: schlechte Regelbarkeit,ungerechte Heizkostenabrechnung)

36


37


Gering investiveAnlagenoptimierung

Anpassung der Heizkurve,hydraulischer Abgleich, Optimus

38


1

23

465

Was gehört zur Optimierung?

1. Erfassung vonHeizkörpern undRaumheizlasten

2. ggf. Neuinstallation undVoreinstellung vonVentilen oder Rücklauf-verschraubungen

3. (überschlägige) Ermittlungvon Druckverlusten imNetz und der Zentrale

4. Auswahl einer neuenPumpe oder Einstellungder alten

5. ggf. Anpassung derErzeugerleistung

6. Einstellung der Regler

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Temperaturoptimierung

40


Überblick: Was beeinflusst die Optimierung der Systemtemperatur?

Nutzer

Wärmeübergabe,dezentrale

Regelung undHeizkosten-erfassung

Wärmeverteilung

Wärme-erzeugung

fühlbare Temperatur auch in der Übergangszeit

garantierte Funktion der Heizkostenerfassung

am Markt verfügbar kleinste Thermostatventile und deren Regelverhalten

Ventilautorität und resultierendes Regelverhalten

Wärmeübertragerkennwert der Heizflächen und deren Regelverhalten

Maximale praktikable Spreizung und Schnellaufheizung

Minimierung von Hilfsenergien

Minimierung der Verteilverluste

Vorhandene Druckerhöhung im Netz und ableitbare Konsequenzen

Temperaturbegrenzung bei Kesseln

Mindestvolumenstrom bei Brennwertkesseln

Temperaturbegrenzung bei Fernwärme

Temperaturbegrenzung bei Wärmepumpen

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Beispielheizkörper im Prüflabor:

Prüfbedingungen: 75/65/20 °C

75°C

65°C

20°C

600

1100

Typ 11

70°C

1000 W

gemessen:• Heizkörperleistung: 1000 W• Volumenstrom: 86 l/h(beide Werte stehen im Prospekt)

Leistung ergibt sich bei einer mittlerenHeizkörpertemperatur von ca. 70 °C,d.h. 50 K Übertemperatur überRaumtemperatur

Normheizkörperleistung

42


Betriebsverhalten von Heizkörpern

20°C

600 W

Vereinfachung:Heizkörperexponent

vernachlässigt

im Gebäude

Heizkörperleistung = Raumheizlast:600 W (nur 60 % des Prüfstandswertes)

50°C

dazu mittlere Übertemperatur vonca. 0,6 · 50 K = 30 K notwendig,d.h. mittlere Heizkörpertemperaturvon ca. 50 °C z.B. 60°C

z.B. 40°C1. bei Wahl von 60 °C Vorlauftemperatur ergibtsich eine Rücklauftemperatur von 40 °C(Volumenstrom: 26 l/h)

2. bei Wahl von 55 °C Vorlauftemperatur ergibtsich eine Rücklauftemperatur von 45 °C(Volumenstrom: 52 l/h) usw.

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Leistungsverhältnis Heizkörperexponent n: 1,3

Massenstromverhältnis Normdaten: 75 / 65 / 20 °C

beide bezogen auf die Normangaben des Herstellers

Auslegungsdiagramm

für Heizkörper

(20 °C Raumtemperatur)

N

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70Vorlauftemperatur, in [°C]

NQ/Q &&

Nm/m &&

tV tV

tR

NQ/Q &&

Nm/m &&

tR

80

70

60

50

40

30

2020 30 40 50 60 70 80 90

KücheSchlafen

Wohnen

gewählt: 60 °C

Beispielhafte Ermittlung einer neuen Vorlauftemperatur

Bad

mindestens 56 °C, damit es im Wohnzimmer warm wird,aber nicht mehr als 75 °C, damit in der Küche/Bad

die Volumenströme nicht zu klein werden.

44





Auslegungsdiagramm

für Heizkörper


N

0

10

20

30

40

50

60


NQ/Q &&

Nm/m &&

tV tV

tR

NQ/Q &&

Nm/m &&

tR

80

70

60

50

40

30

2020 30 40 50 60 70 80 90

Ablesen der prozentualen Normvolumenströme bei 60°C Vorlauf

Beispielhafte Ermittlung der Volumenströme

KücheSchlafen

WohnenBad

45





Auslegungsdiagramm

für Heizkörper


N

0

10

20

30

40

50

60


NQ/Q &&

Nm/m &&

tV tV

tR

NQ/Q &&

Nm/m &&

tR

80

70

60

50

40

30

2020 30 40 50 60 70 80 90

Ablesen der Rücklauftemperaturen bei 60°C Vorlauf

Beispielhafte Ermittlung der einzelnen Rücklauftemperaturen

KücheSchlafen

WohnenBad

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Druckoptimierung

47


vorhandenerDruck im Netz

Druckverluste

veränderlicher oder fester Druck?

Sonderproblem: Kessel mit integriertemÜberströmventil und fester Pumpe

Arten der Pumpenregelung

Rohleitungslängen- und Druckgefälle

Sondereinbauten

Überblick: Was beeinflusst die Optimierung der Hydraulik?

Thermostatventile

48


Verteiler und Sammler mit typischen zentralen Bauteilen

Verteiler, Vorlauf Sammler, Rücklauf

Pumpe

Misch-ventil

AbzweigzumMisch-ventil

Absperr-schieber

Absperr-schieber

2 Haupt-leitungen

Wärme-mengen-zähler

Absperr-schieber

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Zusatzwiderstandzum Abgleich

(Durchfluss-begrenzung)

Hydraulisch nicht abgeglichene Anlage Hydraulisch abgeglichene Anlage

Hydraulischer Abgleich

50


Möglichkeiten zum Aufbringen der Widerstände

Engpass

1) voreinstellbare Ventile

2) nicht voreinstellbare Ventile plus Rücklaufverschraubung

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• früher Auslegung mit einer bestimmten Spreizung (20 K)und einem bestimmten maximalen R-Wert (100 Pa/m)

• Modernisierung Heizlast sinkt bei gleicher Spreizung sinktVolumenstrom im selben Verhältnis R-Werte sinken quadratisch

• Volumenstrom hängt auch von der alten und neuen Spreizungkleinere Systemspreizungen führen zu größeren Volumenströmen

R-Werte steigen quadratisch

Abschätzung der Druckverluste in Bestandsnetzen

Das (vermeintlich) größte Problem bei der Abschätzung derDruckverluste im Netz bereitet die Ermittlung der R-Werte.

Praxiserfahrungen zeigen: Modernisierung bewirkt meistinsgesamt sinkende Volumenströme und damit Druckverluste

52


Einsparung undWirtschaftlichkeit

53


erste Heizperiode:Verbrauchsmessung

zweite Heizperiode:Verbrauchsmessung

Vergleich desEnergieverbrauchs

der optimiertenGebäude und dernicht optimiertenReferenzgruppe:

Festellen desEinsparpotentials

durch dieOptimierung

Wenigverbraucherals Referenzgruppe

Optimierung der„Vielverbraucher“

Verbrauchsmessungen

54


Gewählte Gebäude imProjekt „Optimus“

14

1

1

1

1

12

10

8

43

1• 92 Gebäude

• 59 mit Kessel• 33 mit Fernwärme

• 52 EFH• 40 MFH

• 47 mit Baujahren vor 1978• 20 mit Baujahren von 1978 - 1994• 25 mit Baujahren ab 1995

Energetisch auswertbare beheizteFläche in 75 Gebäuden: 35.000 m²

55


Wirtschaftlichkeit der Optimierung

Wirtschaftlichkeit der Optimierung(Werte bezogen auf die beheizte Fläche)

0

5

10

15

20

(30) EFH (19) MFH (11) bis 1977

(18)

1978 bis

1994 (9)

ab 1995

(3)

Fernwärme

(8)

Gas/Öl

(22)

alle Gebäudetyp Baujahr Versorgung

notwendige Einsparung

Erreichte Einsparung

56


Verallgemeinerte Kosten für die Optimierung(für EFH und MFH unterschiedlich

großer beheizter Fläche)

100

1000

10000

100000

10 100 1000 10000

beheizte Fläche, in [m²]

EFH

MFH

Komponenten nur einstellen

neue Pumpe/neuer

Differenzdruckregler

neue Thermostatventile

neue Pumpe/neuer Differenz-

druckregler + Thermostatventile

1,0 /m²

2,5 /m²

5,0 /m²

Kosten

57


Optimierungsempfehlungen

Bewertung anhand Energieeinsparung sowie Wirtschaftlichkeit.EFH MFH

mit Kessel mitFernwärme

mit Kessel mitFernwärme

Baujahr bis 1977 –nicht baulich modernisiert

o o o oBaujahr bis 1977 –größtenteils baulich modernisiert

+ + ++ +Baujahr 1978 bis 1994 + + ++ +Baujahr ab 1995 ++ ++ ++ ++

• Uneingeschränkte Empfehlung: Gebäude mit Baujahren ab 1978

• Gebäude mit Baujahren vor 1977: vorwiegend MFH undGebäude mit Kesseln (größere Einsparungen zu erwarten)- möglichst wenn ohnehin Investitionen in die Anlage /

Baukörpermodernisierung notwendig sind- oder wenn einstellbare Komponenten vorhanden sind

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59


Literatur und Links

www.Delta-Q.de

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