„Technische Aspekte zur Wärmeversorgung des3-Liter-Hauses“

Inhaltsfolie• Definitionsversuch: Das 3-Literhaus• Nutzenergie oder Tankinhalt?• Einordnung des 3-Literhauses• Bauweise eines 3-Literhauses am Beispiel des KfW-Energiesparhaus 60• Gebäudeleistungsbedarf - Heizlast• Wärmeversorger Heizkessel:

„Überdimensionierung“ vorprogrammiert

• WarmwasserbereitungWarmwasserspeicher indirekt beheizt

• Rechenbeispiel WarmwasserbereitungMaximale Ausfallzeit

• Aspekte bei der Planung• Betriebweise eines Brennwertkessels im 3-Literhaus• Fazit zum Einsatz von Kesselanlagen

in 3-Literhäusern

• Wärmepumpe im 3-Literhaus• Wärmepumpe im 3-Literhaus• Elektro-Nachtspeicherheizung• Energie-Kostenvergleich

Elektro-Nachtspeicherheizung• Weitere Systeme zur Wärmebereitstellung• Schlussbetrachtung• Ausblick

Definitionsversuch: Das 3-Literhaus

Jahresölbedarf für Gebäudeheizung

Gebäudenutzfläche in m²= 3 Liter HEL/(m²a)

„3 Liter Heizölverbrauch für die Gebäudebeheizung je m² Nutzfläche und Jahr“

Strom-Nachtspeicher-heizung

Energieeinsatz

Nutzungsgrad

Nutzenergie oder Tankinhalt?

3 Liter

2,5 Liter

Verteilungsverluste und Energiegewinnung / - transport unberücksichtigt;Literangaben als Heizöläquivalent, Nachtstrom-Primärenergiebedarf (PE) 1 kWhPrimär/ 0,3 kWhEndenergie gem. VDEW

Quelle: Verbändearbeitskreis „CO2-Minderung im Heizungsbereich“

3 Liter

3,6 Liter

3 Liter

10 Liter

30 %

Einordnung des 3-Literhauses

3 l/m²

kWh/m²

Bauweise eines 3-Literhauses am Beispiel des KfW-Energiesparhaus 60

Gebäudeleistungsbedarf - Heizlast

Heizlast = -------------------------------Nutzenergiebedarf Vollbenutzungsstunden

Q3l-Haus = ---------------------------------------3 l/m² * 150 m² *10 kWh/l1500 h

.

Q3l-Haus = ----------------- = 3 kW = 20 W/m²1500 h

. 4500 kWh

Vollbenutzungsstunden nach VDI 2067

Einfamilienhaus

Ort WSchV 83 WSchV 95 WSchV 00

Berlin 2063 1650 1403

Bremen 2253 1802 1532

Dresden 2220 1776 1510

Dortmund 2131 1705 1449

Frankfurt 2150 1720 1462

Hannover 2180 1744 1482

Hamburg 2349 1879 1597

Köln 2051 1641 1395

Kassel 2232 1786 1518

Leipzig 2133 1706 1450

München 2325 1860 1581

Nürnberg 2611 2089 1775

Stuttgart 2059 1647 1400

Wärmeversorger Heizkessel:„Überdimensionierung“ vorprogrammiert

• Bei Wahl des kleinsten Kessels im untersten Modulationsbetrieb dieses Fabrikats ist dieser noch um 50 % überdimensioniert oder:

• der Kessel fährt maximal mit 25% Teillastbetrieb (3/12)

• Kein modulierender Betrieb möglich, da der Kessel bereits bei Volllast „taktet“

WarmwasserbereitungWarmwasserspeicher indirekt beheizt

• Der Leistungsbedarf für Warmwasserbereitung ist wesentlich höher als für Gebäudebeheizung

• Je nach gewähltem Beheizungssystem (Plattenheizkörper, Fußbodenheizung, Warmluftheizung) steht der Kessel der Warmwasserbereitung zur VerfügungSpeicherladezeit = Ausfallzeit für Raumheizung

Rechenbeispiel WarmwasserbereitungMaximale Ausfallzeit

Ausfallzeit = -----------------------------

Beispielwerte:Kesselleistung = Übertragungsleistung P = 16 kWKaltwassertemperatur t1 = 10 °CWarmwassertemperatur t2 = 60 °CWassermasse m = 160 kg

160kg *4,185 kJ/(kgK)*50 K16 kW

Ausfallzeit = 35 Minuten

Aspekte bei der Planung

• Bei der Planung ist diese Ausfallzeit zu berücksichtigen:• Problemlos bei Gebäuden mit großer Speichermasse im

Normalbetrieb• Problematisch bei Gebäuden mit geringer Speichermasse

(Fertighäuser mit Holzständerkonstruktionen / Holzbalkendecke) und Warmluftheizung

• Zur Vermeidung langer Heizungsunterbrechungen werden häufig Kesselleistungen >= 18 kW gewählt

• Alternative: -Kessel mit Parallelbetrieb von TWWB und Heizung (z.B. Viessmann Vitodens 300)

- Direkt beheizter Warmwasserbereiter

Betriebweise eines Brennwertkessels im 3-Literhaus

0.25

RaumheizungWarmwasser

Fazit zum Einsatz von Kesselanlagenin 3-Literhäusern

• Die Kesselanlage erreicht nicht den optimalen Betriebspunkt

• Anders als beim Niedertemperaturkessel werden die Stillstandsverluste durch den Kondensationsbetrieb bei Teillast kompensiert

• Trotz „überdimensionierter“ Anlage ist der Einsatz eines Brennwertkessels sinnvoll.

Wärmepumpe im 3-Literhaus

• Idealer Anwendungsfall, durch niedriges Temperaturniveau des Heizmediums

• Im Passivhaus (15 kWh/m²) Luft/Wasser-WP mit elektrischer Zusatzheizung möglich

• Nachheizung (elektrisch direkt) für Warmwasserbereitung erforderlich

• Hohe Investitionskosten bei Wasser/Wasser-WP

Wärmepumpe

Elektro-Nachtspeicherheizung

• Geringe Investition

• Geringer Wartungsbedarf

• Keine staatlichen Auflagen

• Hohe Verfügbarkeit

• Kein Zusätzlicher Hausanschluss

• Geringer Platzbedarf

• Konterkariert die Ziele des 3-Literhauses:

• Schlechter Wirkungsgrad (30 %), daher

• Hoher Primärenergieeinsatz

• Preisrisiko Strom (?)

Energie-Kostenvergleich Elektro-Nachtspeicherheizung

Kostenvergleich Strom (Sonderwärme) / Erdgas

Jahresenergiebedarf 60 kWh/(m²a)Nutzfläche 150 m²

Jahresenergiebedarf 9000 kWh/a

Jahreskosten

Erdgas Grundpreis 73.2 €/aGrundpreistarif Gaspreis 3.77 ct/kWh

Wirkungsgrad 90%Wartung 50 €/a

Jahreskosten 500.2 €/a

Strom Grundpreis 5.95 €/aStrompreis 6.88 ct/kWh

Jahreskosten 619.2 €/a

Differenz: 119 €/a

Erdgasanschluss (1500.- €) gespart: 12.6 Jahre Preisgleichheit

Weitere Systeme zur Wärmebereitstellung

• Holzheizung (Pellets, Stückholz)• Ölheizung

(Jahresvorrat: mit 500-Litertank gesichert)• Brennstoffzelle (in der Erprobung)• Erdgas-Wärmepumpe• ….

Schlussbetrachtung• Der Einsatz von Brennwertkesselanlagen ist trotz

Überdimensionierung technisch sinnvoll

• Bei der Anlagendimensionierung begrenzt die Warmwasserbereitung die Verringerung der Feuerungsleistung.

• Umweltgerechte Alternativlösungen (z.B. WP) sind sinnvoll, aber wegen hoher Investitionskosten oft nicht wirtschaftlich

• Durch geringe Investitionskosten und Wartungsfreiheit könnten Elektroheizungen (wieder) in das Blickfeld der Bauherren geraten.

AusblickSystemkombinationen können eine sinnvolle Perspektive

darstellen; Beispiel:

Luft/Wasserwärmepumpe für Warmwasserbereitung und Grundheizlast

+Spitzenheizlastabdeckung durch Holzofenfeuerung

Vielen Dank

Für die Aufmerksamkeit!

www.bielig.de/3lhaus