Vergleichsstudie zu Planungsvarianten - d-f-plattform.de · Exergie dargestellt. Die...

Vergleichsstudie zu Planungsvariantenfür das Glashaus in Herten

und

Fraunhofer UMSICHT

im Auftrag von

Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)Frau Cornelia Schuch

Chausseestr. 128 a10115 BerlinDeutschland

[email protected] / 66 777 836

Verantwortlich für das Projekt

Richtvert | EnergiesystemberatungHerr Dr. Andrej Jentsch

Mindener Str. 648145 Münster

Deutschland

[email protected] / 1491260

Exergieausweis Online | Studiennummer 1000347-017

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ImpressumV

Dieses Dokument wurde mit Exergieausweis Online | Version 1.0 erstellt.

Verantwortlicher für Exergieausweis Online:

Dr.-Ing. Andrej Jentsch

Mindener Str. 6

48145 Münster

Der Verantwortliche für diese Vergleichsstudie ist auf dem Deckblatt unter „Verantwortlich für dasProjekt“ aufgeführt.

Haftungsausschluss

Exergieausweis Online stellt Dritten (siehe „Verantwortlich für das Projekt“ auf dem Deckblatt) dieMöglichkeit zur Verfügung, Vergleichsstudien zu Planungsvarianten mit dem Exergieausweis leichtund zu einem Großteil automatisch zu erstellen. Die von Exergieausweis Online zu verantwortendenInhalte dieser Studie wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt und mehrfach geprüft.

Da Exergieausweis Online nur einen Teil der in dieser Studie enthaltenen Inhalte zu verantwortenhat, kann eine Haftung oder Gewährleistung für diese Studie und die Richtigkeit der darinenthaltenen Ergebnisse durch Exergieausweis Online nicht übernommen werden.

Sollten Sie eine Gewährleistung oder begrenzte Haftungsübernahme zwingend benötigen undbereit sein dafür zusätzliche Kosten in Kauf zu nehmen, wenden Sie sich bitte schriftlich anDr. Andrej Jentsch ([email protected]).

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Exergieausweis OnlineV

Exergieausweis Online ist ein Software-Dienst zur Erstellung von Vergleichsstudien zuPlanungsvarianten. Dabei kommt ein besonders gut begründetes Vergleichsverfahren zum Einsatz.Dieses baut auf einer streng physikalischen Grundlage auf. Dadurch wird es möglich, dass dieErgebnisse die tatsächliche Situation genau abbilden. Die Vergleichsergebnisse werden in neuartigerForm als Exergieausweise transparent gemacht. Der Exergieausweis ermöglicht eine umfassendereund genauere Bewertung als der Energieausweis.

Vergleichsstudien zu Planungsvarianten mit dem Exergieausweis sollen helfen, wichtigeEntscheidungen sicherer und informierter zu treffen.

Normalerweise müssen Vergleichsstudien zu Planungsvarianten im Rahmen von Beratungs-Dienstleistungen manuell erstellt werden. Dies können sich meist nur größere Unternehmen leisten.Exergieausweis Online erlaubt es diese Studien für Bauprojekte in vereinfachter Form zu einemGroßteil automatisch zu erzeugen. So können Planungsalternativen von Bauprojekten wesentlichschneller und kostengünstiger mit Hilfe des Exergieausweises verglichen werden. ExergieausweisOnline macht damit belastbare Entscheidungsgrundlagen für einen breiten Anwenderkreiszugänglich.

Hintergrund

Der erste Exergieausweis wurde 2009 unter dem Namen ExergyFingerprint am Fraunhofer-Institutfür Umwelt- Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickelt. Die theoretischen Grundlagen fürdie Darstellung der Ressourceneffizienz und des Ressourcenverbrauchs als Exergieausweis sind inder Doktorarbeit von Dr. Andrej Jentsch publiziert.2010 gründete Dr. Andrej Jentsch das Beratungsunternehmen Richtvert | Energiesystemberatung.Seitdem wird das Konzept des Exergieausweises im Dialog mit Kunden und Projektpartnernangewendet und weiterentwickelt. Zu den Kunden, welche manuell erstellte Vergleiche mit demExergieausweis beauftragt haben, gehören das Umweltbundesamt, Stadtwerke München,ThyssenKrupp Nirosta und die Stadt Dortmund.

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i

Untersuchung von Sanierungsszenarien für das Glashaus in Herten

Hinweis: Die römisch nummerierten Seiten wurden manuell erstellt und nachträglich in dieeigentliche Vergleichsstudie eingebunden.

Beschreibung der untersuchten Szenarien

Szenario 1: Ist-Zustand• Das Szenario wurde auf der auf Seite iii dargestellten Datenbasis modelliert und

entspricht dem Ist-Zustand des Glashauses in Herten. Die Verbräuche wurden für überdrei Jahre gemittelt.

Szenario 2: Reduktion Lüftung• In diesem Szenario wird angenommen, dass die Luftumwälzung der Zuluft- und

Abluftanlagen stark reduziert wird. Damit können 50% des Stromes für die Lüftungeingespart werden.

Szenario 3: Red. Lüftung + WRG• In diesem Szenario wird zusätzlich zur Reduktion der Luftmenge (siehe Szenario 3)

zum vorherigen untersucht, welchen Gewinn der Umbau der Lüftungsanlage bringt, sodass 75% der Wärme aus dem Abluftstrom zurückgewonnen werden.

Szenario 4: Maximale Optimierung• In diesem Szenario wurde angenommen, dass zusätzlich zu den Verbesserungen in

Szenario 3 auch noch die Gebäudehüllte des nicht mit Glas überdachten Teils aufeinen Standard wie 2012 angehoben wurde.

• Darüber hinaus wird eine solarthermische Anlage auf dem Dach des sanierten Teilsangenommen.

• Der mit Glas überdachte Teil wurde mit Hilfe von transparenter selektiv absorptiverFolie so beklebt, dass im Winter weniger Infrarotstrahlung entweicht, so dass derHeizwärmebedarf um 10% reduziert wird.

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Kurzzusammenfassung der Ergebnisse

In der vorliegenden Studie wird offensichtlich, dass ein großer Teil des aktuellenRessourcenverbrauchs des Glashauses durch indirekte Verluste bei der Nutzung des Strommixentsteht. Da neben dem Zuwachs erneuerbarer Energien im Strommarkt eine stärkere Verbreitungvon elektrischen Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen zu erwarten ist, kann nicht pauschal voneinem bald stark steigenden Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix ausgegangenwerden. Die Ergebnisse sollten somit recht gut die Situation in den kommenden Jahren abbilden.

Im Vergleich zu üblichen Lüftungsanlagen für Bürogebäude, ist der spezifische Stromaufwand für dieLüftung im Hertener Glashaus etwa 5 mal höher. Der genaue Grund für den hohen Luftaufwand istunbekannt, es wurde jedoch angenommen, dass eine Halbierung des Stromverbrauchs für dieLüftungsanlagen möglich ist.

Es zeigt sich in Szenario 2, dass bereits eine Reduktion der Luftumwälzung um 50% zu signifikantenEinsparungen bei Ressourcen (18%), CO2 (17%) und verbrauchsgebundenen Energiekosten (14%)führen kann.

In Szenario 3 wird deutlich, dass ein Umbau der Lüftungsanlage zu einer Anlage mit effektiverWärmerückgewinnung in Kombination mit einer Reduktion der Luftumwälzung, die erzielbarenEinsparungen nochmals wesentlich erhöhen kann. Mit dieser Maßnahme sind Einsparung anRessourcen und CO2 Äquivalenten von je 28% und eine Reduktion der verbrauchsgebundenenEnergiekosten von 27% erzielbar.

Szenario 4 kombiniert verschiedene fortschrittliche Sanierungsmaßnahmen zu einem Gesamtpaket.Dabei werden eine Solarthermieanlage, eine Gebäudedämmung des Bürohausteils auf ein Niveauvon 2012 und die Beschichtung des Glases im Treibhausteil mit einer infrarotselektiven Foliezusätzlich zu den Maßnahmen von Szenario 3 eingesetzt. Die Einsparungen, welche sich mit dieserVariante erreichen lassen belaufen sich auf 34% Ressourcen, 35% CO2 und 37% derursprünglichen verbrauchsgebundenen Energiekosten von circa 145.000 €.

Es ist festzustellen, dass die in Szenario 4 angenommene Kombination von Sanierungsmaßnahmenim Verhältnis zum zu erwartenden Aufwand relativ wenig Effekt mit sich bringt. So können durch dievorgeschlagenen Maßnahmen lediglich 6% mehr Ressourcen, 7% mehr CO2 und 10% mehr Kosten(also circa 14.000 €/a) eingespart werden. Um dies zu erzielen sind allerdings erheblicheInvestitionen erforderlich.

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Zusammenfassend lässt sich daher die Empfehlung geben, eine schrittweise Umrüstung desGebäudes anzugehen. In einem ersten Schritt sollte untersucht werden, wie weit sich dieLuftvolumenströme in der bestehenden Anlage senken lassen, ohne dass Komforteinbußenentstehen. Anschließend sollte die Sanierung der Lüftungsanlage, hin zu einer effektivenWärmerückgewinnung, ins Auge gefasst werden. Weitere Maßnahmen sollten nur ergriffen werden,wenn vorher klar ist, dass diese sich über die Lebenszeit gut amortisieren.

Beschreibung des Datenmodells

Die Analyse mit Exergieausweisen ist so genau, wie die Qualität der Daten für das Gebäude eserlaubt. Idealerweise liegen für alle Bedarfe und Verbräuche Messwerte über mehrere Jahre vor.Ebenso ist im Idealfall die komplette Anlagentechnik und Gebäudehülle vollständig bekannt undverständlich dokumentiert. Für das Glashaus in Herten ist dies zum Analysezeitpunkt im Oktober2017 nicht der Fall.

Das Gebäude wurde dementsprechend auf Basis der vorliegenden Dokumentationen undmündlicher Angaben modelliert. Das grundlegende Gebäudemodell baut auf folgendenDokumenten und Angaben auf:

• Eine Übersicht über den gesamten Strom- und Wärmeverbrauch des Gebäudes übermehrere Jahre (2010 – 2014) sowie der entsprechenden Kosten.

• Eine Angabe zur Gesamtfläche• Ein Abnahmeprotokoll für die Lüftungsanlagen aus dem vom 13.04.2004.• Angaben zur Funktionsweise des Gebäudes durch Frau Dr. Nieder (Stadt Herten)• Manuelle Dachflächenvermessungen des Gebäudes anhand von Google Maps• Angaben zur solaren Einstrahlung in Abhängigkeit von der Orientierung nach DIN 18599• Gebäudekennwerte nach Baualter und Gebäudetyp, welche mit dem Programm: District

ECA des Fraunhofer IBP in 2015 erzeugt wurden.

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Das Gebäudemodell für das Glashaus in Herten wurde auf Basis dieser Angaben, sowie physikalischerBerechnungen erzeugt. Die Berechnungen für die betrachteten Planungsvarianten beruhen auffolgenden weiteren Annahmen:

• Die Reduktion der Lüftung führt zu 50% des Originalstromverbrauchs• Wärmerückgewinnung ermöglichst es 75% der Wärme der Abluft zurückzugewinnen.

o Die Berechnung der wahrscheinlichen Lüftungsverluste erfolgte über einephysikalische Abschätzung und Konsistenzprüfung mit vorliegenden Daten.

• Isolierfolien sparen bei Doppelglasfenstern aus den neunziger Jahren ca. 10% anHeizenergie ein.

o siehe auch: J. Xamán, C. Pérez-Nucamendi, J. Arce, J. Hinojosa, G. Álvarez, I. Zavala-Guillén, Thermal analysis for a double pane window with a solar control film forusing in cold and warm climates, In Energy and Buildings, Volume 76, 2014, Pages429-439, ISSN 0378-7788

• Der Wärmeverlust durch Sanierung der Gebäudehülle außerhalb des Glashauses sinkt von158 kWh/m2*a auf 113 kWh/m2*a bezogen auf die Fläche des Gebäudeteils, der nicht mitGlas überdacht ist.

• Die Aufstellung solarthermischer Kollektoren ist auf einer Fläche von 230 m2 möglich.• Die Gebäudehöhe wurde mit 15 Metern angenommen.

Im Vergleich zu Messdaten führt eine Modellierung auf der oben dargestellten Grundlage zuunvermeidbaren Unsicherheiten. Dennoch ist die Modellierung ausreichend genau, umgrundsätzliche Trends zu erkennen und eine Vorauswahl für weiteres detaillierteres Vorgehentreffen zu können.

Tabelle zusätzlicher Abkürzungen

Übersicht über zusätzliche Abkürzungen, die nicht in der Tabelle vor den Exergieausweisenaufgeführt sind.

Abkürzungen

IGF Isolierende Glasfolie RL Reduzierte Lüftung

k€ Tausend Euro SM Strommix

RL Reduzierte Lüftung WRG Wärmerückgewinnung

SA Sanierung

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Inhaltsverzeichnis

Exergieausweis Online . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Was ist Exergie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Der Exergieausweis - Eine Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Ergebnisse verstehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Lebenszyklus-Kosten ergänzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Exergieausweis: Ist-Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Exergieausweis: Reduktion Lüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Exergieausweis: Red. Lüftung + WRG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Exergieausweis: Maximale Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Die richtige Entscheidung für Ihr Bauprojekt treffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Hintergrund: Bilanzierungsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Hintergrund: Festlegung der Primärenergie und Primärexergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Hintergrund: Berechnungsvorschriften allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Hintergrund: Genauigkeit der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Hintergrund: Referenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Vorwort

Diese Vergleichsstudie zu Planungsvarianten soll Sie dabei unterstützen möglichePlanungsalternativen im Rahmen Ihres Bauprojekts umfassend zu beurteilen. Das gibt Ihnen dieMöglichkeit nicht nur wirtschaftlich, sondern auch zukunftsfähig zu entscheiden.

Ein wesentliches Ziel dieser Studie ist es schwierige Sachverhalte leicht verständlich zu vermitteln.Daher sind die Texte in dieser Studie an den Empfehlungen des Netzwerkes „LeichteSprache“ ausgerichtet. Dies führt in einigen Fällen zu unüblichen, aber leicht erfassbarenSchreibweisen und Satzstrukturen.

Umweltauswirkungen und Kostenersparnis

Die vorliegende Vergleichsstudie betrachtet die Umweltauswirkungen: Ressourcenverbrauch undCO2-Ausstoß. Zusätzlich werden die Kostenersparnis beim Energieeinkauf sowie dieRessourcenausnutzung bewertet.

Ressourcen sind die der Umwelt entnommenen Rohstoffe und Energieträger wie Erdöl und Erdgas.Der hier verwendete Ressourcenbegriff beschränkt sich somit auf stoffliche und energetischeRessourcen.

Der CO2-Ausstoß bemisst den Beitrag zum Klimawandel. Dabei werden alle Treibhausgase in CO2

umgerechnet.

Die vorliegende Betrachtung beschränkt sich aufgrund der Datenverfügbarkeit auf die Auswirkungendes Energieverbrauchs während der Nutzungszeit des fertigen Gebäudes oder Gebäudekomplexes.Dabei gelten die Ergebnisse genau genommen nur für die zugrunde liegendenBerechnungsgrundlagen. Diese sind im Anhang aufgelistet. Die Berechnungsgrundlagen bilden denStand der Technik im Mittel gut ab. Somit gelten die Ergebnisse als Richtwerte für das betrachteteBauprojekt.

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Den Exergieausweis lesen können

Das zentrale Diagramm des Exergieausweises stellt den Ressourcenbedarf und denRessourcenverbrauch einer Planungsvariante für ein Bauprojekt dar. Der Ressourcenverbrauch wirddabei über die Menge an verbrauchter „Exergie“ bewertet. Auch der Ressourcenbedarf wird alsExergie dargestellt. Die Ressourcenausnutzung ergibt sich aus dem Verhältnis desRessourcenbedarfs zum Ressourcenverbrauch.

Was ist Exergie?

Exergie ist genau wie die Energie eine Größe aus der Physik.

Gemessen in Energie haben alle Energieformen den gleichen Wert. Dies entspricht jedoch nicht dermenschlichen Erfahrung. So lässt sich elektrischer Strom sehr gut in nahezu alle anderenEnergieformen wie Arbeit in Haushaltsgeräten, Licht oder Wärme umwandeln. Wärme hingegenkann nur unter hohem Aufwand und nur unvollständig in elektrischen Strom und die meistenanderen Energieformen umgewandelt werden.

Eine ausschließlich energetische Bewertung vernachlässigt somit den wichtigen Aspekt derNutzbarkeit. Für eine vollständige Bewertung ist eine Berücksichtigung der Unterschiedlichkeit derEnergieformen allerdings unerlässlich.

Exergie beinhaltet Energie. Zusätzlich berücksichtigt Exergie jedoch auch die Energiequalität. Dabeiist die Energiequalität ein physikalisch begründetes Maß für die Nutzbarkeit.

Anschauliche Erklärung: Stellen Sie sich vor, eine Einheit Energie ist eine Energiemünze . DieEnergiequalität ist dabei der Wert dieser Münze. So gibt es zum Beispiel Energiemünzen im Wert von10 ct und Energiemünzen im Wert von 100 ct. Die Menge der Energie ergibt sich aus der Zahl derEnergiemünzen. Die Menge Exergie ergibt sich aus der Zahl der Energiemünzen, multipliziert mitihrem jeweiligen Wert. Hat man somit 3 Energiemünzen, von denen 2 den Wert von 10ct und 1 denWert von 100 ct hat, so entspricht das einer Exergie von 120 ct. Die Exergie entspricht also hier demWert der Energiemünzen. Der durchschnittliche Wert der Energiemünzen entspricht in diesem Fall40 ct.

Ressourcenschonung bedeutet Werterhaltung. Das bedeutet, dass es nicht nur darum geht dieMenge der Energie zu sparen. Es ist ebenso wichtig darauf zu achten, dass der Wert der Energiemöglichst wenig abnimmt. Für umfassende Vergleiche stellt die Exergie somit eine geeignetereBewertungsgröße als die Energie dar.

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Die Exergie macht es möglich alle Energieformen ohne willkürliche Annahmen in elektrische Energieumzurechnen. Eine Einheit Energie multipliziert mit ihrer Energiequalität ergibt dabei die Exergie. DieEnergiequalität ist ein Maß dafür, wie gut sich die betrachtete Energie im besten Fall in Elektrizitätumwandeln lässt.

Exergie kann somit als „im besten Fall gewinnbare Elektrizität“ übersetzt werden.

Beispiel: 100 Einheiten Wärme bei 20 °C vor dem Hintergrund von 9°C Außentemperatur könnenzum Beispiel im besten Fall dazu genutzt werden, um 4 Einheiten Elektrizität zu erzeugen. Damit hatdiese Wärme eine Energiequalität von 4%.

Insbesondere Wärme lässt sich nur zu einem Teil in Elektrizität umwandeln und hat daher stets eineEnergiequalität von weniger als 100%. Elektrischer Strom hat eine Energiequalität von 100%. Dasgleiche gilt für jegliche Energie aus Brennstoffen, welche ebenfalls eine Energiequalität von 100%hat.

Die Exergie erlaubt es, alle stofflichen und energetischen Ressourcen in „im besten Fall gewinnbareElektrizität“ umzurechnen. Somit macht es die Exergie möglich, alle Ressourcen in der gleichenEinheit zu bewerten. Das erlaubt einen einheitlichen Vergleich aller stofflichen und energetischenRessourcen, die für den Betrieb eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes notwendig sind.

Da die Exergie die Energiequalität beinhaltet und es möglich macht alle Rohstoffe einheitlich zubewerten, ist sie eine besonders gut geeignete Grundlage für wissenschaftliche Untersuchungen. Siemacht es möglich alle Ressourcenströme und Anlagen umfassend im Hinblick auf ihre zentralenUmweltauswirkungen zu vergleichen.

Der Exergieausweis – Eine Einführung

Um den Aufbau des Exergieausweises zu verstehen, wird im Folgenden gezeigt, aus welchenElementen er aufgebaut ist. Ausgangspunkt des Vergleichs ist stets eine Versorgungsaufgabe. Diesebesteht bei Gebäuden darin den Nutzern einen festgelegten Komfort zu bieten.

Das heißt, dass die Räume im untersuchten Gebäude bei Bedarf geheizt oder gekühlt sowie belüftetund beleuchtet werden müssen. Darüber hinaus soll noch Trinkwarmwasser bereitgestellt werden.Auch weitere Bedürfnisse wie Waschen, Spülen, Kochen und der Betrieb von Fernsehern,Computern und Musikanlagen können mit betrachtet werden.

Die Dienstleistungen, welche ein Gebäude für den Nutzer erbringt, lassen sich über die Menge undArt ihres Energiebedarfs erfassen. Die Grundlage des Exergieausweises ist somit die Kenntnis desEnergiebedarfs, welcher durch die unterschiedlichen Bedarfsarten wie Strombedarf, Wärmebedarfund Kältebedarf entsteht. Diese können wie in Bild 1 als farbige Balken dargestellt werden.

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Bild 1: Energiebedarf eines typischen Wohngebäudes

Zusätzlich zur Menge der Energiebedarfe wird in Bild 2 auch die passende Energiequalitätabgebildet. Die so entstehenden farbigen Flächen entsprechen dem Exergiebedarf. Durch dieExergie lassen sich alle Ressourcen einheitlich bemessen. Somit ist die Exergie hier ein Maß für denRessourcenbedarf.

Durch die Berücksichtigung der Energiequalität wird die Charakteristik von Wärme und Strombedarfdeutlich. Während für Strom eine hohe Energiequalität benötigt wird, erfordert die Raumerwärmungnur eine niedrige. In dem vorliegenden Beispiel ist die Menge an benötigten Ressourcen für Stromund Licht in etwa ebenso hoch wie die Menge an Ressourcen für die Heizung. Und das, obwohl derEnergiebedarf für die Heizung wesentlich höher ist.

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Bild 2: Ressourcenbedarf eines typischen Wohngebäudes

In Bild 3 wird dem Ressourcenbedarf der Ressourcenverbrauch gegenüber gestellt. DerRessourcenverbrauch ist dabei immer größer als der Ressourcenbedarf. Der Unterschied zwischenRessourcenverbrauch und Ressourcenbedarf ist der auftretende Verlust. Er ist durch die graueFläche dargestellt.

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Bild 3: Das zentrale Diagramm des Exergieausweises

In dem dargestellten Beispiel zeigt sich, dass ein Großteil der Verluste im Bereich Heizung auftritt.Diese entstehen insbesondere durch die Verwendung eines Energieträgers mit einer hohenEnergiequalität für die Deckung eines Bedarfs mit niedriger Energiequalität. Diese Art von Verlustenkann mit einer Energieanalyse nicht oder nicht vollständig festgestellt werden.

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Die Verluste bei der Deckung des Ressourcenbedarfs entstehen durch zwei unterschiedliche Effekte.Dies sind einerseits „Energieverluste“, zum Beispiel in Leitungen oder bei der Umwandlung einerEnergieform in eine andere. Andererseits entstehen auch Verluste durch Energieentwertung. BeideArten von Verlusten entstehen unter anderem bei der Umwandlung von Brennstoffen wie Erdgas inWärme.

Um die Art der Verluste deutlich zu machen, ist der Ressourcenverbrauch in Bild 3 in „ExterneVerluste“ und „Nutzenergie“ aufgeteilt. Die im Bereich Nutzenergie auftretende Verluste machendeutlich, wo eine Energieentwertung auftritt. Die Verluste im Bereich „Externe Verluste“ zeigen, wieviele Ressourcen verloren gehen, bevor sie ihrer Nutzung zugeführt werden. Über der Fläche für dieExternen Verluste ist ein farbiger Balken angebracht. Zusammen mit der Aufteilung der ExternenVerluste durch feine Linien erlaubt er eine Zuordnung zu den Ressourcenbedarfen.

Der Exergieausweis macht drei Arten von Verbesserungen sichtbar. Diese sind in Bild 4 dargestellt.

Jede Energieeinsparung verkürzt im Exergieausweis den Bereich Nutzenergie. Eine höhereEnergieeffizienz verkürzt die „Externen Verluste“. Zusätzlich zu diesen allgemein bekanntenVerbesserungsmaßnahmen zeigt der Exergieausweis auch die Eignung der verbrauchten Energie zurDeckung des Bedarfs. Diese kann insbesondere durch Energienachnutzung erhöht werden. Durch siesinkt die Energiequalität des grauen Bereiches an den entsprechenden Stellen.

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Bild 4: Die Effekte von Energieeinsparung, Energieffizienz und Energienachnutzung auf denExergieausweis

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An der Darstellung in Bild 5 lassen sich mehrere wichtige Bewertungsgrößen ablesen. Die Breite desfarbigen Bereiches entspricht dem Energiebedarf. Die Breite des grauen Bereiches entspricht denEnergieverlusten. Die Breite des farbigen und des grauen Bereiches zusammen entspricht demEnergieverbrauch. Die Fläche des farbigen Bereichs entspricht dem Ressourcenbedarf. Die graueFläche entspricht den Ressourcenverlusten. Die Summe der farbigen und der grauen Flächeentspricht dem Ressourcenverbrauch.

Bild 5: Im Exergieausweis bildlich ablesbare Bewertungsgrößen

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Das Verhältnis von Energiebedarf zu Energieverbrauch ist die Energieeffizienz, welche auch alsEnergieausnutzung bezeichnet werden kann. Diese sagt etwas darüber aus, wie gut die aus derUmwelt geförderte Energie genutzt wird.

Das Verhältnis von Ressourcenbedarf zu Ressourcenverbrauch ist die Ressourcenausnutzung. Sie istein Maß dafür, wie gut die geförderten Ressourcen genutzt werden. Ressourcen berücksichtigensowohl die Energie als auch deren Energiequalität. Daher ist eine Bewertung der Ressourcenumfassender als eine Bewertung der Energie.

Der Exergieausweis besteht neben dem zentralen Ausweisdiagramm aus mehreren weiterenElementen.

So werden neben der bildlichen Darstellung im Exergieausweis auch die Zahlenwerte fürRessourcenverbrauch, Ressourcenausnutzung, CO2-Ausstoß und Kosten des Energieeinkaufsangegeben. Da die Kosten des Energieeinkaufs nicht die gesamten für die Entscheidung wichtigenKosten darstellen, sind sie in Klammern angegeben. Ein Beispiel für einen Referenz- Exergieausweisfindet sich auf Seite 17.

Eine vielversprechende Planungsvariante hat einen geringen Ressourcenverbrauch, einen niedrigenCO2-Ausstoß und geringe Kosten für den Energieeinkauf. Alle drei Größen hängen zusammen.Dabei ist der Ressourcenverbrauch die Grundlage für die anderen beiden Größen. Der Verbrauchvon Ressourcen verursacht üblicherweise einen CO2-Ausstoß. Die Menge des CO2-Ausstoßes hängtdabei von der Art und der Menge der verbrauchten Ressourcen ab.

Die Kosten für den Energieeinkauf ergeben sich aus dem Endenergieverbrauch sowie weiterenwirtschaftlichen Einflussfaktoren. Der Endenergieverbrauch ist im Ressourcenverbrauch enthalten.

Neben den genannten Zahlen erlaubt es der Exergieausweis auch abzulesen, wie gut eineuntersuchte Variante im Vergleich zu einem vorher festgelegten Referenzzustand ist. Dazu werdendie Einsparungen im Vergleich zur Referenz in Ampeln dargestellt. Ein Beispiel für einenExergieausweis für eine Planungsvariante findet sich auf Seite 18.

Die Ampel wird dabei rot, wenn die untersuchte Variante schlechter ist als die Referenz. DieEinsparungen sind in diesem Fall mit einem Minuszeichen versehen, da nichts eingespart wird.Stattdessen wird mehr verbraucht beziehungsweise ausgestoßen.

Die Ampel bleibt grau, falls kein Unterschied zwischen den verglichenen Varianten besteht. Und siewird gelb, wenn eine betrachtete Variante zu Einsparungen von 1% bis 32% führt. Bei allenEinsparungen von 33% oder mehr wird die Ampel grün.

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Im Exergieausweis „Aktueller Zustand“ auf Seite 17 sind Kühlung und Licht mit einem „x “ markiert.Dies bedeutet, dass diese Bedarfe vergrößert dargestellt wurden, um die Sichtbarkeit zu verbessern.Dies passiert, wenn der Bedarf unter 1,5% des Nutzenergiebedarfs ist (hier bei Licht) oder unter 1,5%Energiequalität (hier bei Kühlung). Falls eine Vergrößerung sowohl auf der Energie-Achse als auchauf der Energiequalität-Achse stattfindet, wird der entsprechende Bedarf mit „ xx “ markiert. Durch dieVergrößerung bleibt der Exergieausweis auch mit einem sehr kleinen Teilbedarf vollständig lesbar.Allerdings ist das Diagramm dadurch weniger genau. Die Ampelwerte sowie die anderen Angabenim Kopf des Exergieausweises sind aber trotz Vergrößerung exakt berechnet. Durch dieVergrößerung wird somit der exakte Vergleich der Alternativen nicht beeinflusst.

Die Genauigkeit der Berechnungen im Hintergrund wird deutlich, wenn die Kosten zwischen denbeiden folgenden Varianten verglichen werden. Sie betragen jeweils 19 €/m2*a. Für den zweitenExergieausweis ist allerdings eine Einsparung von -4% angezeigt. Das heißt, die Kosten liegen 4%höher als bei der Referenzvariante. Dies macht deutlich, dass die Angabe von 19 €/m2*a auf volleEurobeträge gerundet ist. Die angegebene Einsparung von 4% zeigt, dass im Hintergrund auf derBasis nicht gerundeter Werte gerechnet wurde.

Dieses Prinzip ist auch auf Ressourcen- und CO2-Werte übertragbar. Auch hier sind die angezeigtenWerte auf ganze Zahlen gerundet, während im Hintergrund mit genaueren Werten gerechnet wird.Die Rundung der angezeigten Werte ermöglicht eine leichtere Lesbarkeit der Exergieausweise undeine Konzentration auf wesentliche Unterschiede.

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Nutzenergie Externe VerlusteUmgebungstemperatur = 7 °C

Dies ist die Referenz-Variante

0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175%

Energie [% des Ø-Nutzenergiebedarfs von 172 kWh/m2*a]

Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: Standard

Erstellt für: Musterauftraggeber

Erstellt am: 27.02.2015

Zusammenfassungder Ergebnisse

Verbrauch: Ausstoß:

Ausnutzung:

(Kosten)*des Energieeinkaufs:

*Teil der Gesamtkosten

19 €/m2*a279 kWh/m2*a 53 kg/m2*a

8,1%

Ressourcen CO2

Bedarf: Aktuelles Gebäude Versorgung: Alter Kessel

Berechnung: Exergieausweis Online Darstellung: Exergieausweis Online

xvergrößert dargestellt

Bedarf[gedecktdurch]

Strom[Strommix]

Lichtx

[Strommix]Warmwasser[HK EG]

Raumwärme[HK EG]

Kühlungx

[KMEL RK]

Verbrauchder Referenz

Verluste

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Nutzenergie EVUmgebungstemperatur = 7 °C

15% -4%33%Einsparungenim Vergleichzur Referenz

0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175%

Energie [% des Ø-Nutzenergiebedarfs von 172 kWh/m2*a]

Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: +4°C & Stadtnetz

Erstellt für: Musterauftraggeber




Ausnutzung:



19 €/m2*a188 kWh/m2*a 45 kg/m2*a

15,9%

Ressourcen CO2

Bedarf: Mehr Komfort (4°C mehr) Versorgung: Stadtnetz - DK, KWK & HK




Hilfsstrom[Strommix]

Strom[Strommix]

Licht[Strommix]

Warmwasser[FW SN]

Raumwärme[FW SN]

Warmwasserx

[FW HK EG]Raumwärme[FW HK EG]

Kühlungx

[FK DK]


Verluste

18

Ergebnisse verstehen

Eine gesunde Umwelt ist eine wichtige Voraussetzung für ein gesundes und erfülltes menschlichesLeben. Kaufentscheidungen werden umso zukunftsfähiger, je weniger die Umwelt beeinflusst wird.Dabei sind dem Entscheider durch die verfügbaren Geldmittel und die zu erwartenden Kostenpraktische Grenzen gesetzt. Innerhalb dieser Grenzen sind jedoch Varianten mit besonders hohenEinsparungen zu bevorzugen.

Der Exergieausweis macht es möglich bildlich zu verstehen, an welchen Stellen die berechnetenEinsparungen erzielt werden. Im Exergieausweis auf Seite 18 macht die Fläche zwischen dergestrichelten Linie und dem gefüllten Bereich die Einsparung im Vergleich zur Referenz-Varianteoffensichtlich. In diesem Exergieausweis wird an der verschobenen Linie zwischen Nutzenergie undExternen Verlusten der höhere Bedarf sichtbar. Dieser könnte sich zum Beispiel aus höherenInnenraumtemperaturen ergeben. Die Einsparungen bestehen in diesem Fall insbesondere in einerbesser angepassten Energiequalität. Insgesamt sind die Ressourcen- und CO2-Einsparungen größerals die Effekte des zusätzlichen Energiebedarfs für die Raumwärme.

Der Exergieausweis auf Seite 18 zeigt weiterhin, dass es möglich ist auch Systeme mit mehrerenErzeugern in den Vergleich einzubinden. So wird die Wärme in dieser Variante zu 90 % mit Hilfe vonFernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung in einem Stadtnetz (FW SN) und zu 10 % mit einemErdgas-Heizkessel im Fernwärmenetz (FW HK EG) erzeugt.

Neben der Wärmeversorgung wurde auch die Quelle der Kälteversorgung verändert. Statt einerelektrischen Kältemaschine (KMEL RK) wurde Fernkälte aus direkter Kühlung (FK DK) eingesetzt. Alsdirekte Kühlung wird dabei die Nutzung von in der Umgebung vorhandenem kühlen Wasser, zumBeispiel Grundwasser oder Seewasser, zu Kühlzwecken verstanden.

Der über das Exergieausweis-Diagramm transparent gemachte Ressourcenverbrauch ist mit 33%Einsparungen wesentlich geringer als der Ressourcenverbrauch der Referenz. Die wesentlichgeringere Einsparung beim CO2-Ausstoß von nur 15% deutet allerdings darauf hin, dass einBrennstoffmix verwendet wurde, welcher pro Energieeinheit mehr Emissionen verursacht. Dies kannzum Beispiel in der Verwendung von Kohle begründet liegen.

Die Kosten für den Energieeinkauf sind mit 4% nur etwas höher als bei der Referenz „AktuellerZustand“. Das wird im Wesentlichen durch den höheren Energiebedarf verursacht, der hier für einengesteigerten Komfort angenommen wurde. Somit ist die Variante "+4°C & Stadtnetz" vomökologischen Standpunkt her prinzipiell sehr interessant. Es lassen sich der CO2-Ausstoß und derRessourcenverbrauch wesentlich reduzieren, während die Kosten für den Energieeinkauf kaumsteigen. Diese geringe Steigerung ist jedoch auf die um 4°C höheren Raumtemperaturenzurückzuführen.

19

Die Ressourcenausnutzung der Variante "+4°C & Stadtnetz" ist fast doppelt so hoch, wie die derReferenz auf Seite 17. Das Paket der Versorgungstechnologien ist somit nahezu doppelt so gut andie Versorgungsaufgabe angepasst wie die Referenz. Dies ist in diesem Fall ausschließlich in derVeränderung der Wärme- und Kälteversorgung begründet.

Lebenszyklus-Kosten ergänzen

Die Kosten für den Energieeinkauf sind nur ein Teil der für die endgültige Entscheidung wichtigenKosten. Alle wesentlichen Kosten lassen sich in den Lebenszyklus-Kosten zusammenfassen. Diesekönnen alternativ zu den Kosten für den Energieeinkauf in den Exergieausweis integriert werden. DieLebenszyklus-Kosten berücksichtigen Aufbau, Betrieb, Wartung und Abbau der untersuchtenVarianten sowie Kapitalkosten über die Lebensdauer des Bauprojektes. Da ein Teil dieser Kostenerst nach einer Planung ermittelt werden kann, müssen die Lebenszykluskosten für denExergieausweis manuell berechnet werden.

Im Gegensatz zu den Kosten für den Energieeinkauf werden die Lebenszyklus-Kosten ohneKlammer dargestellt. Sie stellen das umfassendste wirtschaftliche Entscheidungskriterium dar.

Bild 7 : Kopf des Exergieausweises für ein Referenzgebäude mit Lebenszyklus-Kosten

20

Exergieausweise für die untersuchten Alternativen

Tabelle 1: Übersicht über die verwendeten Abkürzungen

Abkürzungen für Endenergien

BG Biogas HEL Heizöl Extra LeichtBM Biomasse Holz HolzBK Braunkohle LK LebensmittelkühlungEG Erdgas RK RaumkühlungEL Elektrisch ST SolarthermieFK Fernkälte SK SteinkohleFW Fernwärme TK Tiefkühlung

Abkürzungen für Technologien

AW Abwärme HKF Heizkessel für FestbrennstoffeBHKW Standard

BlockheizkraftwerkKMEL Elektrische Kältemaschine

BHKWEoder BKW

EffizientesBlockheizkraftwerk

KMG Gasbetriebene Kältemaschine

BHKWM Blockheizkraftwerk (MikroKWK)

PV Strom Photovoltaikzellen mit zeitgleichemStromeigenverbrauch

BHKWS Blockheizkraftwerk mitzeitgleichemStromeigenverbrauch

SN Stadtnetz zur Wärmeversorgung

BWK Brennwertkessel SNE Effizientes Stadtnetz zurWärmeversorgung

DH Direktheizung SNK Stadtnetz als Basis fürKälteerzeugung

DK Direkte Kühlung z.B. mitGrund- oder Seewasser

Strommix Strommix aus dem KraftwerksparkDeutschland

Gen. Generator ohneWärmenutzung

TGT Tiefe Geothermie

Herd Herd WP WärmepumpeHK Heizkessel WPE Effiziente WärmepumpeHKW Heizkraftwerk

21


Dies ist die Referenz-Variante

0% 50% 100% 150%

Energie [% des Ø-Nutzenergiebedarfs von 1.061 MWh/a]

Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: Ist-Zustand

Erstellt für: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)




Ausnutzung:



145 k€/a1.774 MWh/a 398 t/a

29,1%

Ressourcen CO2

Bedarf: Bestand Versorgung: Strommix, Fernwärme




Hilfsstromx

[Strommix]Lüftung[Strommix]

Licht[Strommix]

Büro[Strommix]

Warmwasser[FW SNE]

Warmwasserx

[FW HK EG]Raumwärme[FW SNE]

Raumwärme[FW HK EG]


Verluste

22


17% 14%18%Einsparungenim Vergleichzur Referenz

0% 50% 100% 150%


Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: Reduktion Lüftung





Ausnutzung:



124 k€/a1.449 MWh/a 329 t/a

25,5%

Ressourcen CO2

Bedarf: Bestand + RL Versorgung: SM, FW




Hilfsstromx


Licht[Strommix]

Büro[Strommix]

Warmwasser[FW SNE]

Warmwasserx




Verluste

23



0% 50% 100% 150%


Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: Red. Lüftung + WRG





Ausnutzung:



106 k€/a1.275 MWh/a 287 t/a

27,8%

Ressourcen CO2

Bedarf: Bestand + RL + WRG Versorgung: SM, FW




Hilfsstromx


Licht[Strommix]

Büro[Strommix]

Warmwasser[FW SNE]

Warmwasserx




Verluste

24



0% 50% 100% 150%


Ener

gieq

ualit

ät[%

Ø-W

ande

lbar

keit]

0%

25%

50%

75%

100%

für: Maximale Optimierung





Ausnutzung:



92 k€/a1.162 MWh/a 258 t/a

30,3%

Ressourcen CO2

Bedarf: SA + IGF + RL + WRG Versorgung: SM, FW & ST




Hilfsstromx


Licht[Strommix]

Büro[Strommix]

Warmwasser[ST]

Raumwärme[FW SNE]


Raumwärme[ST]


Verluste

25

26

Zusammenfassung der Ergebnisse

Als letztendliche Entscheidungsgrundlage sind Ressourcenverbrauch, CO2-Ausstoß sowie die Kostenfür die ausgewählten Varianten zusammengefasst.

Ressourcen CO2 (Kosten)*

Ist-Zustand Dies ist die Referenz-Variante


Verbrauch: Ausstoß: des Energieeinkaufs:

Ausnutzung:

1.774 MWh/a 398 t/a 145 k€/a

29,1%

Reduktion Lüftung


Einsparungenim Vergleichzur Referenz


Ausnutzung:

18% 17% 14%

1.449 MWh/a 329 t/a 124 k€/a

25,5%

Red. Lüftung + WRG




Ausnutzung:

28% 28% 27%

1.275 MWh/a 287 t/a 106 k€/a

27,8%

Maximale Optimierung




Ausnutzung:

34% 35% 37%

1.162 MWh/a 258 t/a 92 k€/a

30,3%


Die richtige Entscheidung für Ihr Bauprojekt treffen

Gute Entscheidungen erfordern fundierte und umfassende Informationen.

Die Exergieausweise für die untersuchten Varianten enthalten genaue Angaben zumRessourcenverbrauch, zur Ressourcenausnutzung, zum CO2-Ausstoß und zu den Energiekosten.Ressourcenausnutzung und Ressourcenverbrauch schließen dabei Energieverbrauch undEnergieeffizienz mit ein.

Der grafische Teil der Exergieausweise macht den Verbrauch und die Effizienz nachvollziehbar.Die Ampeln für die Einsparungen erleichtern den Vergleich.

Auf Grundlage der Ampeln können Sie beispielsweise die drei für Sie interessantesten Variantenvorauswählen. Diese können Sie anschließend mit Hilfe der Exergieausweise genauer inAugenschein nehmen, um zu einer Entscheidung für eine Variante zu gelangen.

Sind Ihnen die drei Bewertungsgrößen Ressourcenverbrauch, CO2-Ausstoß und Energiekostengleich wichtig, dann wählen Sie Varianten, bei welchen möglichst viele Ampeln gelb oder gar grünsind. Bei diesem Auswahlverfahren profitieren Sie durch eine möglichst hohe Summe anEinsparungen.

Ist Ihnen ein Kriterium besonders wichtig, ist es empfehlenswert Varianten mit besonders hohenEinsparung in diesem Bereich zu wählen. Anschließend entscheiden Sie, in wie weit Sie bereit sinddie Werte in den anderen Ampeln dafür in Kauf zu nehmen.

Die Werte in den Ampeln sagen nichts über die absoluten Einsparungen aus. Um diese zu beurteilen,können sie die Angaben im Text unter den Ampeln vergleichen.

Kosten für den Energieeinkauf können stets nur einen Hinweis auf kostengünstig betreibbareVarianten geben. Eine Wirtschaftlichkeitsentscheidung sollte jedoch alle Kostenaspekte umfassen.Es empfiehlt sich daher nach Abschluss der Vorplanung die Lebenszykluskosten für dieinteressantesten Varianten zu ermitteln. Mit diesen Daten kann dann eine abschließende Bewertungvorgenommen werden.

Letztlich liegt die Entscheidung bei Ihnen. Mit der vorliegenden Vergleichsstudie zuPlanungsvarianten können Sie Ihre Entscheidungen für eine bestimmte Planungsvariante besserbegründen. Die umfassende Art der Bewertung erhöht dabei die Sicherheit, dass Sie auch inZukunft mit Ihrer Entscheidung zufrieden sind.

27

Hintergrund: Bilanzierungsmethodik

Zur Berechnung der Ergebnisse wurden folgende Bilanzierungsregeln verwendet (siehe auchJentsch 2010). Die Darstellung in den nächsten zwei Abschnitten wurde größtenteils wörtlich ausHertle et al. (2016) übernommen.

• Als Eingangsströme werden Ströme direkt speicherbarer Primärenergie oder − im Fall vonnicht-direkt-speicherbaren Energieformen (Sonne, Wind) − Ströme speicherbarerSekundärenergie angesehen. Das heißt, dass der Eingangsstrom für die Bewertung solarerEnergiesysteme in einem technologieübergreifenden Vergleich nicht die solare Strahlung ist,sondern die entsprechende Energieform nach der Wandlung in eine speicherbareEnergieform (also Wärme oder Strom). Ebenso muss bei der Berücksichtigung vonelektrischem Strom aus dem Netz die Umwandlungseffizienz von speicherbarenPrimärenergieträgern (vor allem Brennstoffe) in Strom mit berücksichtigt werden. Nichtdirekt-speicherbare Energie kann nur bei Verfügbarkeit (Sonne) oder nach Umwandlung indirekt speicherbare Energie genutzt werden. Direkt speicherbare Energie kann deshalb auchals bedarfsgerecht einsetz-bare Energie bezeichnet werden.

• Für die Berechnung von Effizienzen, werden die theoretisch benötigtenEnergiestromparameter für die zu erbringende Dienstleistung auf Nutzenergieebenezugrunde gelegt. Das heißt z.B.: nicht die Heizungsvorlauftemperatur, sondern diegewünschte Raumtemperatur bildet zusammen mit der Definition der Umwelttemperatur dieGrundlage der vergleichenden exergetischen Bewertung. Würde beispiels-weise die Effizienzeines Gaskessels mit Hilfe der Temperaturniveaus im Heizkörper statt der Raumtemperaturbestimmt, würde sich zeigen, dass der Gaskessel in Kombination mit einem Radiatorexergetisch effizienter ist, als der gleiche Kessel mit Fußbodenheizung. Da jedoch in beidenFällen in etwa gleich viel Brennstoff verbraucht werden würde, entspräche ein solchesErgebnis nicht den tatsächlichen Gegebenheiten.

28

• Alle betrachteten Technologien werden vor dem Hintergrund des gleichen Versorgungszielsverglichen. Für den betrachteten Fall bedeutet diese Festlegung, dass alle verglichenenSysteme die Bereitstellung der gleichen Dienstleistung, d. h. die Versorgung mit Raumwärmebei 20 °C, ausreichend Trinkwarmwasser bei mindestens 43 °C und die Einhaltung dervorgeschriebenen Luftwechselrate ermöglichen. Dadurch wird sichergestellt, dass nicht„Äpfel mit Birnen verglichen werden“. Bei Systemen, welche gleichzeitig Wärme und Stromerzeugen, wird mit Hilfe einer exergiebasierten Brennstoffaufteilung auf Wärme und Stromfestgelegt, wie viel von dem Eingangsstrom allein der Wärme zuzuordnen ist und wie vieldem Strom. Beide Funktionen einer Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung können so inVergleichen berücksichtigt werden, als ob jeweils nur ein Produkt (Strom oder Wärme)erzeugt werden würde.

Mit Hilfe dieser einfachen Bewertungsregeln kann sichergestellt werden, dass die Ergebnisse desVergleiches aussagekräftig sind und die Tatsachen quantitativ korrekt abbilden können. Sie bildendabei die realen Verhältnisse so gut ab, wie es auf Basis der vorhandenen Daten möglich ist.

Hintergrund: Festlegung der Primärenergie und Primärexergie

Entsprechend dieser Bewertungsregeln sind u.a. folgende Energien als Eingangsströme bzw.Primärenergie für einen übergreifenden Technologievergleich zu betrachten:

• Fossile Brennstoffe in der Lagerstätte• Erneuerbare Brennstoffe auf dem Feld bzw. im Wald• Wärme aus Geothermie mit der entsprechenden Mitteltemperatur der Wärmeaufnahme

durch das Wärmeversorgungssystem• Industrielle Abwärme mit der entsprechenden Mitteltemperatur der Wärmeaufnahme durch

das Wärmeversorgungssystem• Wärme aus Sonnenkollektoren mit der entsprechenden Mitteltemperatur der

Wärmeaufnahme durch das Wärmeversorgungssystem• Umweltwärme bei Referenztemperatur• Strom aus Solarzellen• Strom aus Windkraftanlagen• Strom aus Laufwasserkraftwerken• Potenzielle Energie aus Stauwasserkraftwerken

29

Die Primärexergie, welche in diesem Bericht als Ressourcen bezeichnet wird, ergibt sich aus derMultiplikation der jeweiligen Primärenergie mit der entsprechenden Energiequalität. DieEnergiequalität berechnet sich nach Jentsch (2010) in Abhängigkeit der physikalischenEigenschaften der entsprechenden Primärenergie. So hat Umweltwärme eine Energiequalität von0%, während alle Brennstoffe eine Energiequalität von 100% haben. Die Energiequalität von Wärmeund Kälte berechnet sich auf Basis ihrer Temperatur und der Referenztemperatur.

Hintergrund: Berechnungsvorschriften allgemein

Die Berechnungsvorschriften, welche verwendet wurden um die dargestellten Ergebnisse zu erzielensind im Wesentlichen in Jentsch (2010) dargestellt. Zusammen mit den oben dargestelltenBilanzierungsregeln und den angehängten Daten lassen sich so die in diesem Bericht dargestelltenErgebnisse nachvollziehen. Vereinfacht wird Kälte dabei mit Ihrer konventionellen Menge und nichtmit der Transformationsenergie berücksichtigt.

Hintergrund: Genauigkeit der Ergebnisse

Die in diesem Bericht dargestellten Ergebnisse beruhen auf den oben genanntenBerechnungsvorschriften und den im Anhang und den Exergieausweisen dargestellten Daten. Da essich um Planungsvarianten handelt, sind aller Ergebnisse als realistische Anhaltspunkte zubetrachten, wie Sie sich für übliche Systeme der gewählten Art ergeben. Der Ressourcenverbrauch,die CO2-Emissionen und die Kosten tatsächlich gebauter Systeme sollten diesen meistentsprechen, können jedoch z.B. aufgrund veränderter Spezifikationen davon abweichen. Esempfiehlt sich daher, vor der Planung ein Abgleich der Daten der gebauten Systeme mit den indiesem Bericht analysierten.

Hintergrund: Referenzen

Hertle, H., A. Jentsch, L. Eisenmann, J. Brasche, S. Brückner, C. Schmitt, C. Sager, M. Schurig (2016):Die Nutzung von Exergieströmen in kommunalen Strom-Wärme-Systemen zur Erreichung derCO2-Neutralität von Kommunen bis zum Jahr 2050, Endbericht, Climate Change 35/2016,Umweltbundesamt

Jentsch, A. (2010): A novel exergy-based concept of thermodynamic quality and its application toenergy system evaluation and process analysis, Dissertation, Technische Universität Berlin,Südwest-deutscher Verlag für Hochschulschriften

30

Berechnungsgrundlagen für Vergleichstudien mit dem Exergieausweis

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Exergieausweis Online | Berechnungsgrundlagen

RAUMWÄRMEGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

Raumtemperatur TC_RW 20,000 °Ckomfortable Temperatur eines Wohn- oderAufenthaltsraumes | Diese Temperatur entspricht derMindesttemperatur des Wärmebedarfs.

DIN 18599-10

TIEFKÜHLENGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

Kühltemperatur für die Tiefkühlung TC_TK - 18,000 °CTemperatur, welche durch die Tiefkühlanlageaufrechterhalten werden soll | Diese Temperaturentspricht der Mindesttemperatur des Wärmebedarfs.

Annahme basierend auf:http://www.umweltbewusst-heizen.de/Strom/Haushaltsgeraete/Kuehlschrank/Gefrierfach/Kuehlschrank-Gefrierfach-Sterne.html

TRINKWARMWASSERGröße Variable Wert Einheit Beschreibung QuelleKaltwassertemperatur TC_KW 10,000 °C Temperatur von kaltem Trinkwasser Mittelwert aus DIN 2000

Warmwassertemperatur TC_TWW 43,000 °CNach DIN EN 806-2 empfohlene maximaleVorlauftemperatur | Diese Temperatur entspricht derMindesttemperatur des Wärmebedarfs.

DIN EN 806-2

WASCHEN & SPÜLENGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

Temperatur des Wärmebedarfs fürWaschen und Spülen TC_WSP 75,000 °C

Durchschnitt der Mindesttemperaturen, diebereitgestellt werden müssen, um alle Anwendungenfür Waschen und Spülen zu versorgen

Annahme basierend auf den möglichenTemperaturvorwahlen üblicher Wasch- undSpülmaschinen

BEDA

RF

weitere Annahmen siehe Bedarf LEBENSMITTELKÜHLUNG (T0C_GK)

Kältebedarf für die Tiefkühlung von Lebensmitteln

Wärme, die zur Erwärmung des Trinkwarmwassers benötigt wird

Wärmebedarf für für Waschen, Geschirrspülen und Wäschetrocknen

BEDA

RFBE

DARF

Wärmebedarf zur Aufrechterhaltung der Raumtemperatur

weitere Annahmen siehe Bedarf TRINKWARMWASSER (TC_KW)

BEDA

RF

Berechnungsgrundlagen - Seite 3 DE171011-01


ERDGASGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

spezifische CO2 Emissionen fürErdgas als Endenergie CO2_ERDGAS 0,247 kg/kWh

durchschnittliche spezifische Treibhausgasemissionen(auf den Heizwert der Endenergie bezogen und in CO2Äquivalenten gemessen), die durch die Verbrennungvon Erdgas entstehen. Dieser Wert ist nicht für Erdgasaus Fracking gültig.

Ifeu 2014: Empfehlungen zur Methodik derkommunalen Treibhausgas- Bilanzierung für denEnergie- und Verkehrssektor in Deutschland(https://www.ifeu.de/energie/pdf/Bilanzierungsmethodik_IFEU_April_2014.pdf)

spezifische Energiekosten für Erdgas EK_ERDGAS 0,075 €/kWh

spezifische Kosten für den Energieeinkauf (bezogenauf den Heizwert der Endenergie) von Erdgas aus demdeutschen Erdgasnetz ohne Wartungs- und sonstigeregelmäßige spezifische Kosten

Mittelwert für 3 Jahre ab April 2014 ausEnergieagentur NRW Infografik:http://infografik.ea-nrw.de/graph/graph_PAD003.jpeg (Zugriff04.06.2014)

Heizwert / Brennwert für Erdgas HUHO_ERDGAS 0,901 kWh/kWh

Das Verhältnis von Heizwert und Brennwert einesBrennstoffes | Es wird vereinfachend angenommen,dass die Exergie eines Brennstoffes identisch mitseinem Brennwert ist.

DIN 18599 2010: Beiblatt 1

Kumulierter Energieverbrauch fürErdgas KEV_ERDGAS 1,160 kWh/kWh

Kumulierter Energieverbrauch fossil und erneuerbar(KEV_gesamt)| Der Kumulierte Energieverbrauch gibtan, wie viel Energie aufgewendet werden muss, umeine Einheit der betrachteten Energie bereitzustellen.

GEMIS 4.6. - Ergebnistabelle August 2010(Tabelle: Wärme-end 2005)

FERN- ODER NAHWÄRME

Größe Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

spezifischer Hilfsstromeinsatz für denBetrieb eines Fernwärmenetzes HS_FW 0,015 kWh/kWh

Stromaufwand (bezogen auf die erzeugte Wärme) fürden Transport von warmem Wasser in isoliertenFernwärmerohren im Jahresmittel

AGFW 2010: Arbeitsblatt 309-1, Abschnitt 3.3.

Wärmeverluste überFernwärmeleitungen WV_FW 0,120

Wärmeverluste durch den Transport von warmemWasser in isolierten Rohren im Jahresmittel, bezogenauf die erzeugte Wärme

AGFW 2010: Hauptbericht derFernwärmeversorgung

ENDE

NERG

IEfossiles Gas, welches größtenteils aus Methan besteht

Wärme, welche mit Hilfe von heißem oder warmem Wasser direkt in das Gebäude geliefert wird | Die Erzeugung ist zentralisiert und versorgt mehrere Objekte. Siekann durch verschiedene Technologien erfolgen. Da Fernwärme eine Sekundärenergie ist, werden viele wesentliche Details durch das eingesetzteVersorgungssystem (Technologie) festgelegt. Um ein komplexes Fernwärmenetz abzubilden, können mehrere Technologien kombiniert werden. Dazu sollte derEnergiebedarf in entsprechende Teilbedarfe aufgeteilt werden, welche dem jeweils durch eine Technologie versorgten Anteil entsprechen. Z.B. kann einEnergiebedarf von 100 kWh/m2*a aufgeteilt werden in 90 kWh/m2*a, die mit Fernwärme aus einem Erdgas-BHKW versorgt werden und in 10 kWH/m2*a, diemit Fernwärme aus einem Erdgas-Heizkessel versorgt werden. So lassen sich auch komplexe Fernwärmenetze abbilden. Sollte das Fernwärmenetz unbekanntsein, kann Fernwärme aus einem durchschnittlichen oder effizienten Stadtnetz als erster Anhaltspunkt gewählt werden.

ENDE

NERG

IE



FERN- ODER NAHWÄRME


Wärmeverluste zentralerWärmespeicher im Fernwärmenetz WV_WS_FW -

Wärmeverluste durch Speicherung von erwärmtemWasser in isolierten Warmwasserspeichern in derNähe des Wärmeerzeugers, bezogen auf die erzeugteWärme

Dieser Parameter ermöglicht später auch eineBetrachtung von Systemen mit Wärmespeicher.Aktuell wird angenommen, dass keineWärmespeicher eingebaut werden und somitauch keine Verluste auftreten.

Wärmeverluste dezentralerWärmespeicher für Fernwärme WV_WS_FW_DZ -

Wärmeverluste durch Speicherung von erwärmtemWasser in isolierten Warmwasserspeichern in derNähe Endverbrauchers, bezogen auf die erzeugteWärme

Dieser Parameter ermöglicht später auch eineBetrachtung von Systemen mit Wärmespeicher.Aktuell wird angenommen, dass keineWärmespeicher eingebaut werden und somitauch keine Verluste auftreten.

FERNKÄLTE


spezifischer Hilfsstromeinsatz für denBetrieb eines Fernkältenetzes HS_FK 0,045 kWh/kWh

Stromaufwand (bezogen auf die erzeugte Kälte) fürden Transport von kaltem Wasser in isolierten Rohrenim Jahresmittel

Annahme basierend auf Urbanek et al. 2006:Machbarkeitsuntersuchung zur Stärkung derKWKK durch Einsatz von Kältespeichern ingroßen Versorgungssystemen

Wärmeeintrag in eine Fernkälteleitung WE_FK 0,060Unerwünschter Wärmeeintrage bei Transport vonkaltem Wasser in isolierten Rohren im Jahresmittel,bezogen auf die erzeugte Kälteleistung

Annahme basierend auf Noeres et al. 1999:Entwicklung von Betriebsstrategien zurOptimierung der Fernwärme-Kälte-Kopplung.Abschlussbericht

ENDE

NERG

IE

weitere Annahmen siehe Endenergie STROMMIX (CO2_STROMMIX, HUHO_STROMMIXB, KEV_STROMMIX )


kaltes Wasser, das über isolierte Rohrleitungen an das zu versorgende Gebäude transportiert wird | Wesentliche Charakteristika werden durch die eingesetzteTechnologie festgelegt.

ENDE

NERG

IEWärme, welche mit Hilfe von heißem oder warmem Wasser direkt in das Gebäude geliefert wird



SOLARWÄRME


spezifische Emissionen für Wärmeaus Solarthermie CO2_ST 0,025 kg/kWh spezifische CO2 Emissionen für Solarthermie

Ifeu 2014: Empfehlungen zur Methodik derkommunalen Treibhausgasbilanzierung für denEnergie- und Verkehrssektor in Deutschland(https://www.ifeu.de/energie/pdf/Bilanzierungsmethodik_IFEU_April_2014.pdf)

spezifische Energiekosten für Wärmeaus Solarthermie EK_ST - €/kWh

spezifische Kosten für den Energieeinkauf(Energiekosten) für Wärme aus einerSolarthermieanlage, welche auf dem Dach montiert ist| Investitionskosten, Wartungs- und sonstigeregelmäßige spezifische Kosten werden nichtberücksichtigt.

Annahme auf Basis einer Überlegung: Nur beider Installation und Wartung einerSolarthermieanlage entstehen Kosten. Für dieanschließende Erzeugung entstehen keineKosten.

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einem Steinkohle-Heizkessel

HS_ST 0,074 €/kWh

mittlere spezifische Kosten für Fernwärmeversorgungin Deutschland | Bei der Fernwärme existieren sehrgroße Preisunterschiede, für einen genauen Vergleichempfiehlt sich die manuelle Eingabe der Kosten aufBasis des lokalen Fernwärmepreises.

IHK Schleswig-Holstein 2014: VEA-Fernwärme-Preisvergleich 2013 (http://www.ihk-schleswig-holstein.de/innovation/energie/zahlen_daten_fakten/734186/VEA_Fernwaerme_Preisvergleich.html (Abgerufen am 04.06.2014))

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einem Biomasse-Heizkraftwerk

HUHO_STROMMIX 0,074 €/kWh


IHK Schleswig-Holstein 2014: VEA-Fernwärme-Preisvergleich 2013 (http://www.ihk-schleswig-holstein.de/innovation/energie/zahlen_daten_fakten/734186/VEA_Fernwaerme_Preisvergleich.html (Abgerufen am 04.06.2014))

spezifischer Hilfsstromeinsatz für denBetrieb von solarthermischenKollektoren

HS_ST 0,037 kWh/kWh Stromaufwand (bezogen auf die erzeugte Wärme) fürPumpen und Elektronik

Gassel 1997: Beiträge zur Berechnungsolarthermischer und exergieeffizienterEnergiesysteme, Dissertation

ENDE

NERG

IEWärme, welche direkt am Gebäude mit Hilfe von Solarkollektoren erzeugt wird | Da solare Wärme eine Sekundärenergie ist, werden viele wesentliche Details durchdie Technologie festgelegt.



SOLARWÄRME


Kumulierter Energieverbrauch fürWärme aus Solarthermie KEV_ST 1,040 kWh/kWh

Kumulierter Energieverbrauch fossil und erneuerbar(KEV_gesamt)| Der Kumulierte Energieverbrauch gibtan, wie viel Energie aufgewendet werden muss, umeine Einheit der betrachteten Energie zubereitzustellen. Angabe für Flachkollektor.

IWU 2014: Kumulierter Energieaufwand undCO2 - Emissionsfaktoren verschiedenerEnergieträger und – versorgungen(http://www.iwu.de/fileadmin/user_upload/dateien/energie/werkzeuge/kea.pdf (abgerufen am11.10.2017))

Rücklauftemperatur für Wärme ausSolarthermie TC_RL_ST 40,000 °C Temperatur des abgekühlten Heizwassers bei

Rückkehr zum Wärmeerzeuger im Jahresmittel

Annahme basierend auf: Rhein et al. 2010:Komplexanalyse Low Temperature & CHPMethodik (Multilevel District Heating Teil 1)

Vorlauftemperatur für Wärme ausSolarthermie TC_VL_ST 70,000 °C Temperatur des aufgeheizten Heizwassers am

Ausgang des Wärmeerzeugers im JahresmittelAnnahme basierend auf: Dötsch et al. 1998:Handbuch Nahwärme

SOLARWÄRME FÜR KÜHLUNG


spezifischer Hilfsstromeinsatz für denBetrieb von solarthermischenKollektoren zur Kälteerzeugung

HS_STK 0,058 kWh/kWh Stromaufwand (bezogen auf die erzeugte Kälte) fürPumpen und Elektronik

Annahme basierend auf Gassel 1997: Beiträgezur Berechnung solarthermischer undexergieeffizienter Energiesysteme, Dissertation

weitere Annahmen siehe Endenergie STROMMIX (CO2_STROMMIX, HUHO_STROMMIXB, KEV_STROMMIX ) und Endenergie FERN- & NAHWÄRME (WV_WS_FW, WV_FW)

weitere Annahmen siehe Endenergie SOLARWÄRME (CO2_ST, EK_ST, KEV_ST, TC_RL_ST, TC_VL_ST)

ENDE

NERG

IEEN

DENE

RGIE

Wärme, welche direkt am Gebäude mit Hilfe von Solarkollektoren erzeugt wird | Da solare Wärme eine Sekundärenergie ist, werden viele wesentlichen Detailsdurch die Technologie festgelegt.

Wärme, welche in Form von heißem Wasser direkt am Gebäude mit Hilfe von Solarkollektoren erzeugt wird und später für die Kälteerzeugung genutzt wird



ENDE

NERG

IE

STROM

ABWÄRME


spezifische Energiekosten fürFernwärme aus Abwärme


Hilfsstromeinsatz für dieAbwärmenutzung HS_AW 0,005 kWh/kWh

Stromaufwand (bezogen auf die erzeugte Wärme) fürdie Nutzbarmachung von Abwärme im Vergleich zur"Entsorgung"

Annahme auf Basis von "AGFW 2010:Arbeitsblatt 309-1, Abschnitt 3.3."

Kumulierter Energieverbrauch fürAbwärme KEV_AW 1,020 kWh/kWh


Annahme basierend auf folgender Überlegung:Für die Abwärmenutzung ist ausschließlich dieInstallation von entsprechendenWärmetauschern, Rohren und Pumpenerforderlich, daher liegt der Wert nahe an einsund wesentlich geringer als bei tiefer Geothermie.

Rücklauftemperatur für Fernwärmeaus Abwärme TC_RL_AW 45,000 °C Temperatur des abgekühlten Fernwärmewassers bei

Rückkehr zum Wärmeerzeuger im JahresmittelAnnahme basierend auf: Dötsch et al. 1998:Handbuch Nahwärme

Vorlauftemperatur für Fernwärme ausAbwärme TC_VL_AW 90,000 °C Temperatur des aufgeheizten Fernwärmewassers am

Ausgang des Wärmeerzeugers im JahresmittelAnnahme basierend auf: Dötsch et al. 1998:Handbuch Nahwärme

Wärme, welche prozessbedingt von industriellen Prozessen abgegeben wird | Wird sie nicht genutzt, wird sie über Schornsteine, Kühlelemente, Kühltürme oderKühlwasser abgeführt. Eine Abwärmenutzung bringt bis auf die Auskopplung keine Veränderung am industriellen Prozess mit sich. Anlagen, welche Strom undWärme erzeugen, fallen üblicherweise nicht in diese Kategorie. Dies ist ein Grundlasterzeuger, d.h. diese Technologie wird meist in Kombination mit Heizkesselneingesetzt.

TECH

NOLO

GIE

weitere Annahmen siehe Endenergie ERDGAS (CO2_ERDGAS, HUHO_ERDGAS)

elektrischer Strom | Alle Berechnungsgrundlagen werden über die Technologie zur Stromerzeugung festgelegt. Ggf. wird die Endenergie bereits wie diebereitstellende Technologie bezeichnet, d.h. echter Ökostrom oder Strommix.


Angabe der Stadt Herten 2017

EK_FW_AW 0,077 €/kWh


ELEKTROHERDGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

Jahresnutzungsgrad einesElektroherdes ETA_EH 0,600

Verhältnis von Strom (bezogen auf die Endenergie) zuNutzwärme im Jahresmittel über verschiedeneHerdarten

Annahme basierend auf "Wissenswertes zumThema Haus" (www.haus-wissenswertes.de/einrichten/kueche/gas-oder-elektroherd.html) und Nipkow 2005: Energieeffizient nutzen (Bulletin SEV/VSE 9/05)

ERDGAS-HEIZKESSELGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einem Erdgas-Heizkessel


Jahresnutzungsgrad eines Gas-Heizkessels im Fern- oderNahwärmenetz

ETA_HK_FW_GAS 0,870 Netto-Wirkungsgrad (bezogen auf den Heizwert deseingesetzten Brennstoffes) im Jahresmittel

Schweikardt et al. 2012: SektoruntersuchungFernwärme

ERDGAS-HEIZKRAFTWERKGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einem Erdgas-Heizkraftwerk


elektrischer Jahresnutzungsgrad einesErdgas-Heizkraftwerks ETA_EL_HKW_EG 0,490

elektrischer Netto-Wirkungsgrad (bezogen auf denHeizwert des eingesetzten Brennstoffes) imJahresmittel frei Netzanschluss

UBA 2013: Entwicklung der Emissionen desdeutschen Strommix in den Jahren 1990 bis2012 -(http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/climate_change_07_2013_icha_co2emissionen_des_dt_STROMMIXes_webfassung_barrierefrei.pdf)

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weitere Annahmen siehe Endenergie ERDGAS (HUHO_ERDGAS, KEV_ERDGAS, CO2_ERDGAS) weitere Annahmen siehe Technologie STROMMIX (EK_STROMMIX)

Elektrische Herde mit Kontakt, Ceran oder Induktionsherdplatten

Heizkessel in einem Fernwärmenetz, welcher mit Erdgas befeuert wird

großes Heizkraftwerk das mit Erdgas befeuert wird | Dies ist ein Grundlasterzeuger, d.h. diese Technologie wird meist in Kombination mit Heizkesseln eingesetzt.

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weitere Annahmen siehe Technologie STROMMIX (EK_STROMMIX)


EK_FW_HK_EG 0,077 €/kWh


EK_FW_HKW_EG 0,077 €/kWh



KÄLTEMASCHINE (WÄRME)


mittleres Wärme/Kälte Verhältnis COP_KMW 0,700

mittlere Jahresarbeitszahl (auch Energie-Effizienz-Verhältnis) der Kältemaschine ohne Berücksichtigungvon Hilfsströmen im Bezug auf den Wärmeverbrauchder Kältemaschine

Schätzung basierend auf Vadrot 1996: DistrictCooling Handbook

spezifischer Hilfsstromeinsatz für denBetrieb einerAbsorptionskältemaschine

HS_KMW 0,030 kWh/kWhStromaufwand (bezogen auf die erzeugte Kälte) fürden Betrieb der Pumpen und der elektrischenSteuerung in der Absorptions-Kältemaschine

Annahme basierend auf Urbanek et al. 2006:Machbarkeitsuntersuchung zur Stärkung derKWKK durch Einsatz von Kältespeichern ingroßen Versorgungssystemen

PHOTOVOLTAIKGröße Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

spezifische Energiekosten für Stromaus eigener Photovoltaik EK_PV - €/kWh

spezifische Kosten für den Energieeinkauf(Energiekosten) für Strom aus einer eigenenPhotovoltaikanlage, welche auf dem Dach montiert ist| Investitionskosten, Wartungs- und sonstigeregelmäßige spezifische Kosten werden nichtberücksichtigt.

Annahme auf Basis einer Überlegung: Nur beider Installation und Wartung einerPhotovoltaikanlage entstehen Kosten. Für dieanschließende Erzeugung entstehen keineKosten.

SOLARTHERMIE


Wärmeverluste dezentralerWärmespeicher WV_WS_ST 0,080

Wärmeverluste durch Speicherung von erwärmtemWasser in isolierten Warmwasserspeichern in derNähe des Wärmeerzeugers, bezogen auf die erzeugteWärme

Annahme basierend auf: Fisch et al. 2005:Wärmespeicher

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mit Wärme angetriebene Absorptions-Kältemaschine zur Deckung des Kältebedarfs in Gebäuden

photoelektrische Solarzellen, welche Strom aus Sonnenlicht erzeugen

solarthermische Kollektoren zur Wärmeerzeugung aus Sonnenlicht | Dies ist ein Teillasterzeuger, d.h. diese Technologie wird meist in Kombination mit Heizkesselnoder anderen Wärmeerzeugern eingesetzt.


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weitere Annahmen siehe Endenergie ECHTER ÖKOSTROM (KEV_PV, CO2_PV )



*STADTNETZ (EFFIZIENT)


spezifische CO2 Emissionen für denMix der in dem effizienten Stadtnetzeingesetzten Brennstoffe

CO2_SNEB 0,307 kg/kWh

durchschnittliche spezifische Treibhausgasemissionen(auf den Heizwert der Endenergie bezogen und in CO2Äquivalenten gemessen), die durch die Verbrennungvon Brennstoffen in KWK Anlagen für ein effizientesFernwärmenetz entstehen

Annahme auf Basis von AGFW 2010:Hauptbericht der Fernwärmeversorgung 2010 -Mittelwert Deutschland für Kraft-Wärme-Kopplung und den Werten für die verschiedenenBrennstoffe

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einem effizientenStadtnetz


elektrischer Jahresnutzungsgrad derKWK Anlagen in einem effizientenStadtnetz.

ETA_EL_SNE 0,420

elektrischer Netto-Wirkungsgrad (bezogen auf denHeizwert der eingesetzten Brennstoffe) imJahresmittel frei Netzanschluss | DieZusammenfassung verschiedener KWK-Anlagen mitHilfe eines Parameters erlaubt es Fernwärme auchdann überschlägig zu betrachten, wenn der genaueKraftwerkspark unbekannt ist.

Annahme auf Basis von: UBA 2013: Entwicklungder Emissionen des deutschen Strommix in denJahren 1990 bis 2012(http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/climate_change_07_2013_icha_co2emissionen_des_dt_STROMMIXes_webfassung_barrierefrei.pdf)

thermischer Jahresnutzungsgrad derKWK Anlagen in einem effizientenStadtnetz.

ETA_TH_SNE 0,450

thermischer Netto-Wirkungsgrad (bezogen auf denHeizwert der eingesetzten Brennstoffe) imJahresmittel frei Netzanschluss | DieZusammenfassung verschiedener KWK-Anlagen mitHilfe eines Parameters erlaubt es Fernwärme auchdann überschlägig zu betrachten, wenn der genaueKraftwerkspark unbekannt ist.

Annahme auf Basis von: UBA 2013: Entwicklungder Emissionen des deutschen Strommix in denJahren 1990 bis 2012(http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/climate_change_07_2013_icha_co2emissionen_des_dt_STROMMIXes_webfassung_barrierefrei.pdf)

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effizientes Stadtnetz zur Bereitstellung von Fernwärme aus moderner Kraft-Wärme-Kopplung | * Vereinfachtes Berechnungsverfahren, welches einsetzbar ist, dadie Datengrundlage kein spezifisches Netz beschreibt. Diese Technologie ist für die Abschätzung der Effekte der Fernwärme geeignet. Für spezifische Netze isteine detaillierte Berechnung notwendig. Dies ist ein Grundlasterzeuger, d.h. diese Technologie wird meist in Kombination mit Heizkesseln eingesetzt. Ist der Anteilder Wärme, der mit Hilfe von Erdgas-Heizkesseln erzeugt wird, unbekannt, kann von einem Erdgas-Heizkesselanteil von 10% ausgegangen werden.


EK_FW_SNE 0,077 €/kWh



*STADTNETZ (EFFIZIENT)


Heizwert / Brennwert für dieBrennstoffe zur KWKWärmeerzeugung in einem effizientenStadtnetz

HUHO_SNEB 0,940 kWh/kWh

Das Verhältnis von Heizwert und Brennwert dereingesetzten Brennstoffe | Es wird vereinfachendangenommen, dass die Exergie eines Brennstoffesidentisch mit seinem Brennwert ist.

Annahme basierend auf: DIN 18599 2010:Beiblatt 1

Kumulierter Energieverbrauch für dieBrennstoffe in einem effizientenStadtnetz

KEV_SNEB 1,140 kWh/kWh


Annahme basierend auf GEMIS 4.6. -Ergebnistabelle August 2010 (Tabelle: Wärme-end 2005)

Rücklauftemperatur für Fernwärmeaus Heizkraftwerken eines effizientenStadtnetzes

TC_RL_SNE 70,000 °C Temperatur des abgekühlten Fernwärmewassers beiRückkehr zum Wärmeerzeuger im Jahresmittel


Vorlauftemperatur für Fernwärme ausHeizkraftwerken eines effizientenStadtnetzes

TC_VL_SNE 110,000 °C Temperatur des aufgeheizten Fernwärmewassers amAusgang des Wärmeerzeugers im Jahresmittel


*STADTNETZ (STANDARD)Größe Variable Wert Einheit Beschreibung Quelle

Vorlauftemperatur für Fernwärme ausHeizkraftwerken einesdurchschnittlichen Stadtnetzes

CO2_SNB 0,362 kg/kWh

durchschnittliche spezifische Treibhausgasemissionen(auf den Heizwert der Endenergie bezogen und in CO2Äquivalenten gemessen,) die durch die Verbrennungvon Brennstoffen in KWK Anlagen für ein normalesFernwärmenetz entstehen

Annahme auf Basis von AGFW 2010:Hauptbericht der Fernwärmeversorgung 2010 -Mittelwert Deutschland für Kraft-Wärme-Kopplung und den Werten für die verschiedenenBrennstoffe

spezifische Energiekosten fürFernwärme aus einemdurchschnittlichen Stadtnetz


durchschnittliches deutsches Stadtnetz zur Bereitstellung von Fernwärme aus historisch gewachsener Kraft-Wärme-Kopplung

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effizientes Stadtnetz zur Bereitstellung von Fernwärme aus moderner Kraft-Wärme-Kopplung


EK_FW_SN 0,077 €/kWh



STROMMIX


spezifische CO2 Emissionen für dendeutschen Strommix als Endenergie CO2_STROMMIX 0,617 kg/kWh

durchschnittliche spezifische Treibhausgasemissionen(bezogen auf die Endenergie und in CO2 Äquivalentengemessen), die durch den Verbrauch von Strom fürden deutschen Strommix entstehen


spezifische Energiekosten fürkonventionellen Strom

Heizwert / Brennwert für dieBrennstoffe, welche zurStromerzeugung eingesetzt werden

HUHO_STROMMIXB 0,950 kWh/kWh

Das Verhältnis von Heizwert und Brennwert dereingesetzten Brennstoffe | Es wird vereinfachendangenommen, dass die Exergie eines Brennstoffesidentisch mit seinem Brennwert ist.

Annahme basierend auf: DIN 18599 2010:Beiblatt 1

Kumulierter Energieverbrauch fürEndkundenstrom aus demKraftwerkspark Deutschland.

KEV_STROMMIX 2,670 kWh/kWh



Strommix aus dem Kraftwerkspark Deutschland auf Niederspannungsebene | Der Kraftwerkspark Deutschland bezeichnet die Summe aller in das Stromnetzeinspeisenden Stromerzeuger in Deutschland. Die Annahmen sind somit Durchschnittswerte für "Strom aus der Steckdose". Ökostrom fällt häufig für dievergleichende Bewertung auch in diese Kategorie, wenn er nicht den Greenpeace Kriterien für Ökostrom entspricht.

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EK_STROMMIX 0,210 €/kWhspezifische Kosten für den Energieeinkauf(Energiekosten) von Strom aus dem deutschenStromnetz


Vergleichsstudie zu Planungsvarianten - d-f-plattform.de · Exergie dargestellt. Die...

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