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In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 1
Praxiserfahrungen mit Sonnenhäusern
in Deutschland
Solar- und Wärmetechnik Stuttgart (SWT)
Universität Stuttgart
Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)
Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS)
Dr. Harald Drück
E-Mail: drueck@swt-stuttgart.de
Internet: www.swt-technologie.de; www.itw.uni-stuttgart.de
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 2
Das größte Prüfzentrum und das
größte universitäre Forschungszentrum
für thermische Solartechnik in Europa TZS
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 3
Übersicht
• Begriffsdefinitionen
• Vorstellung des Projekts „HeizSolar“
• Untersuchte Gebäude
• Ergebnisse der messtechnischen Untersuchungen von
neun SolarAktivHäusern
• Kosten und Förderung von SolarAktivHäusern
• Fazit und Ausblick auf zukünftige Weiterentwicklungen
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Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 4
Begriffsdefinitionen
SolarAktivHaus (SAH) und
SolarAktivHaus Plus (SAH+)
Solar Aktive Gebäude bzw. Solar Active Houses (SAH)
sind energieeffiziente Gebäude mit einem solar-
thermsichen Deckungsanteil von mindestens 50 %.
Solar Aktive Gebäude Plus bzw. Solar Active Houses Plus (SAH+)
sind SolarAktivHäuser (SAH) mit einer zusätzlichen PV-Anlage
die mindestens 50 % des vom Gebäude benötigten Strom-
bedarfs liefert d.h. solarelektrischer Deckungsanteil mind. 50 %.
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Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 5
Das Forschungsprojekt „HeizSolar“
Zielsetzung
• messtechnische Untersuchung von neun
SolarAktivHäusern (SAH) mit mindestens
50 % solarthermischem Deckungsanteil
• simulationstechnische Optimierung des
SAH-Konzepts
• ökonomische und ökologische Bewertung
von SAH und Vergleich mit anderen
Wärmeversorgungskonzepten
• Übertragung auf den Gebäudebestand
Laufzeit: Sep. 2010 bis Jul. 2015
Konsortium
Förderung
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Harald Drück
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Folie 6
Kumhausen (KUM)
Ergoldingen (ERG)
Freital (FRE)
Kappelrodeck (KAP)
Donaueschingen (DON) München (MUN)
Braunschweig (BRA)
Rottenburg (ROT)
Gomaringen (GOM)
Betreut von:
Die untersuchten SolarAktivHäuser (SAH)
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 7
Messtechnisch untersuchte SolarAktivHäuser
• 6 Einfamilien (EFH) - und 3 Mehrfamilienhäuser (MFH)
• Charakteristika der Gebäude
– Gebäudenutzfläche nach EnEV:
EFH zwischen 202 m² und 403 m²
MFH zwischen 564 m² und 1062 m²
– guter Wärmedämmstandard Ht‘ < 0,34 W/(m² K)
– Flachkollektoren
Aperturfläche von 28 m² bis 110 m²
– Warmwasserspeicher
Nennvolumina von 2 m³ bis 47 m³
– regenerative Zusatzwärmeerzeuger (Biomasse)
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Folie 8
Beispielhafte Darstellung des
Hydraulikschemas inkl. Messtechnik
Druck Masse Solare Einstrahlung Temperatur Elektrische Energie Wärmemenge
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Folie 9
Ergebnisse München (MUN)
• MFH mit 6 Bewohnern (3
WE)
• Nutzfläche nach EnEV
AN = 549,1 m²
• Heizwärmebedarf
Q‘‘h = 35,9 kWh/(m².a)
• Kollektor-Aperturfläche
AKoll,a = 62 m² (44° Neigung)
• Speicher-Nennvolumen
VSp = 14,9 m³
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Sp,Abw,verl QKühl QSol QZusatz
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode: Heizperiode:
Nutzbare Abwärme Speicher
in Größenordnung von TWW-
Verbrauch
fsol,th = 71 % fsol,th = 83 %
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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Deckung
Wärmebedarf
über Speicher
Vollsolare
Wärmeversorgung
bereits früh im Jahr
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MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013
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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013
Phase 1: Entladung des Speichers
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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013
Phase 2: Zusatzwärmeerzeugung
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MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013
Phase 3: Beladung des Speichers
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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
Heizperiode 2012/2013 Sommerperiode 2012 Sommer 2013
Phase 4:
solarer
Überschuss
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Geringer solarer
Deckungsanteil im
Kernwinter
Effekt der
Speicherung
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
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Sp,Abw,verl QKühl Qsol QZusatz
Milder Kernwinter, im Frühjahr sehr hohe Einstrsahlung
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
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Sp,Abw,verl QKühl QSol QZusatz
Deutlich höhere solare
Deckungsanteile
MFH mit 6 Bew. --|-- AN : 549 m² --|-- HT‘: 0,28 W/(m² K) --|-- AKoll,a (αKoll): 62 m² (44°) --|-- VSp: 14,9 m³ München
In Kooperation mit:
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Folie 20
Kumhausen (KUM)
Ergoldingen (ERG)
Freital (FRE)
Kappelrodeck (KAP)
Donaueschingen (DON) München (MUN)
Braunschweig (BRA(
Rottenburg (ROT)
Gomaringen (GOM)
Ergebnisse für alle 9 SolarAktivHäuser (SAH)
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Folie 21
Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger
Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger; ST…solarthermischer Wärmeerzeuger
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
2014/15 2013/14
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2013/14GOM 2012/13
2014/15ERG 2013/14
2013/14ROT 2012/13
2014/15KUM 2013/14
KAP 2012/13
2014/15 2013/14
FRE 2012/13
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Wärme in kWh/(m²·a)
Nutzwärmeabgabe ZWE Nutzwärmeabgabe ST
Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST
MFH
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Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger
Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger; ST…solarthermischer Wärmeerzeuger
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
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2014/15ERG 2013/14
2013/14ROT 2012/13
2014/15KUM 2013/14
KAP 2012/13
2014/15 2013/14
FRE 2012/13
2013/14DON 2012/13
2013/14BRA 2012/13
Wärme in kWh/(m²·a)Solarthermischer Deckungsanteil in %
Nutzwärmeabgabe ZWE Nutzwärmeabgabe ST
Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST Solarthermischer Deckungsanteil
MFH
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KAP 2012/13
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2013/14BRA 2012/13
Wärme in kWh/(m²·a)Solarthermischer Deckungsanteil in %
Nutzwärmeabgabe ZWE Nutzwärmeabgabe ST
Nicht nutzbare Wärmeabgabe ST Solarthermischer Deckungsanteil
MFH
EFH
Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger
Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger; ST…solarthermischer Wärmeerzeuger
Anforderung SAH
50 %
Volldeckung
100 %
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
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Verbrauch der erzeugten Wärme
Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
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KAP 2012/13
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2013/14BRA 2012/13
Wärme in kWh/(m²·a)
Warmwasser (inkl. Zirkulation) Heizkreis
Nutzbare Abwärme Speicher u. ZWE Nicht nutzbare Abwärme Speicher
MFH
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Wärme in kWh/(m²·a)
Warmwasser (inkl. Zirkulation) Heizkreis
Nutzbare Abwärme Speicher u. ZWE Nicht nutzbare Abwärme Speicher
MFH
EFH
Verbrauch der erzeugten Wärme
Hinweise: alle Wärmemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV; ZWE…Zusatzwärmeerzeuger
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
5,4 kWh/(m²·a)
10,4 kWh/(m²·a)
Mittelwert TWW
Ergebnisse nicht
bzgl. Nutzerverhalten
bereinigt!
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2013/14BRA 2012/13
Anteil am Wärmeverbrauch für Raumheizung
Heizkreis Nutzbare Abwärme Speicher
MFH
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Nutzbare Abwärme der Warmwasserspeicher
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni
26 %
Mittelwert
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Folie 27
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KAP 2012/13
2014/15 2013/14
FRE 2012/13
2013/14DON 2012/13
2013/14BRA 2012/13
Endenergie zur Wärmeversorgung in kWh/(m²·a)
Wärme Hilfsstrom (ohne Lüftung)
MFH
EFH
Endenergieverbrauch zur Wärmeversorgung
(Erzeugung u. Verteilung)
Hinweise: alle Energiemengen bezogen auf Gebäudenutzfläche nach EnEV
Messergebnisse für
Jahreszeiträume
von Juli bis Juni (Primärenergieträger: Biomasse)
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Folie 28
Fazit messtechnische Analyse SolarAktivHäuser
• Funktion des SolarAktivHaus-Konzepts grundsätzlich bestätigt
• solarthermische Deckungsanteile zwischen 43 und 100 %
• Solarthermieanlage liefert im ca. 150 - 250 kWh/(m²·a) solare
Nutzwärme bezogen auf die Aperturfläche (Flachkollektoren)
• Nutzbare Wärmeverluste des Warmwasserspeichers und
der Anlagentechnik liegen in einem signifikanten Bereich
und müssen zur Bewertung berücksichtigt werden
• Solarthermieanlage liefert ca. 100 – 150 kWh solare
Nutzwärmeabgabe pro Kilowattstunde Hilfsstromverbrauch
• Gebäude und Nutzerverhalten beeinflusst Leistungsfähigkeit
der Solarthermieanlage signifikant
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Folie 29
Förderung und Kosten von SolarAktivHäusern
Förderung erfolgt durch das MAP (MAP: Marktanreizprogramm bzw. Richtlinien zur Förderung von
Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt)
Im Jahr 2016 wurden 34 Anlagen gefördert.
- davon 32 mit ertragsabhängiger Förderung
- 30 in Neubauten, 4 in Bestand
- Ø Kollektorgröße 36,6 m², Ø Speichervolumen 7,2 m³
- Ø Investitionskosten je Anlage: 36.300 €
- Ø Förderung je Anlage: 8.500 € bzw. 23,4 %
Quelle: Janybek Orozaliev, Uni Kassel
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Folie 30
Kollektorfläche und spez. Speichervolumen
der im Jahr 2016 geförderten SolarAktivHäuser
Da
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File: 2017\MAP_BAFA_Sonnenhaus16HD.xlsx
In Kooperation mit:
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Folie 31
Sensitivität Wärmeversorgungskosten SolarAktivHäuser
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: A
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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: nein
Gebäude: KfW40 | Heizkreis: FBH, standard | Wohnraumverlust: nein
In Kooperation mit:
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Folie 32
Sensitivität Wärmeversorgungskosten SolarAktivHäuser
Qu
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: A
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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: nein
Gebäude: KfW40 | Heizkreis: FBH, standard | Wohnraumverlust: nein
In Kooperation mit:
Harald Drück
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Folie 33
Sensitivität Wärmeversorgungskosten SolarAktivHäuser
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: A
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r IS
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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: Neubau
Gebäude: KfW40 | Heizkreis: FBH, standard | Wohnraumverlust: nein
Aufgrund der aktuellen MAP-Förderung stellt sich ein Kosten-
minimum ein bei fsol,th ca. 60% (ist günstiger als fsol,th = 50% oder
niedriger) spez. Speichervolumen: 0,15 m3/m2
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 34
Sensitivität Wärmeversorgungskosten SolarAktivHäuser
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Preissteigerung Endenergie: 3%/a | Gas-Kessel | MAP-Förderung: Neubau
Gebäude: KfW55 | Heizkreis: FBH, standard | Wohnraumverlust: nein
Kostenminimum
und Einsparung!
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 35
Fazit
• sinnvolle, ausgereifte Konzepte und Komponenten für
SolarAktivHäuser sind am Markt verfügbar und funktionieren
zuverlässig
dennoch weitere F&E Aktivitäten dringend notwendig
• grundlegende Planungsrichtlinien und Betriebserfahrungen
sind vorhanden
• aktuell gute Marktbedingungen in Deutschland
– sehr gute Förderung durch MAP
– bei gut wärmegedämmten Gebäuden (mind. KfW-EH 55) kann eine
solarthermische Wärmeversorgungsanlage mit 50 % - 70 %
Deckungsanteil mit geringen Mehrkosten gegenüber einer Anlage
mit << 50 % Deckungsanteil realisiert werden (Neubau und Bestand!)
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 36
Ausblick auf zukünftige Weiterentwicklungen
• Standardisierung von solarthermischen Wärmever-
sorgungsanlagen für SAH notwendig – Kostendegression und Qualitätssicherung
– weitere Verbreitung des Konzepts insbesondere für die solare
Modernisierung von Bestandsgebäuden
• auf Grund des relativ hohen Stromverbrauchs von Gebäuden
und des hohen Primärenergiebedarfs zur Stromerzeugung ist
eine kombinierte solarthermische und solarelektrische
Gebäude-Energieversorgung sinnvoll
ganzheitliche Betrachtung von solaren Energiever-
sorgungssystemen (Wärme & Strom) für Gebäude
SolarAktivHausPlus (SAH+)
In Kooperation mit:
Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 37
Forschungsprojekts „SolSys“
Zielsetzung: Analyse und Optimierung solarer Energie-
versorgungssysteme (Wärme & Strom)
Simulation, Monitoring, Bewertung und
Optimierung für Ein- und Mehrfamilien-
Wohngebäude
Konsortium: Fraunhofer ISE (Projektleitung)
SWT Stuttgart
IGS, TU Braunschweig
Laufzeit: Sep. 2015 – Aug. 2018
Gefördert von: BMWi über PTJ Jülich
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Harald Drück
1. Sonnenhaus-Tagung, 09. Juni 2017, Wien. Österreich
Folie 38
Die Zukunft
Es kommt nicht darauf an, die
Zukunft exakt vorherzusagen,
sondern für sie vorbereitet
zu sein!
Perikles, 500 v. Chr.
Mit SolarAktivHäusern bzw. Sonnenhäusern
haben Sie die Möglichkeit dazu.
Tun Sie es!
In Kooperation mit:
Harald Drück
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Folie 39
Vielen Dank!
Das Projekt „HeizSolar“ wurde durchgeführt von
und gefördert durch
Weitere Informationen unter http://www.diesolarheizung.info
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