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1
100% Erneuerbare Energien für den Schweizer Gebäudepark
Hanspeter Eicher
Daniel Graf, [email protected]
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2
Gebäudepark Schweiz
Schlüsselbereich der zukünftigen Energieversorgung
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3
Energieverbrauch SchweizAufteilung nach Verwendungszwecken
Mehr als die Hälfte des Endenergieverbrauchs und fast 40% der CO2
Emissionen wurden 2013 durch den Gebäudepark verursacht
Quelle: (1) Energieverbrauch nach Verwendungszweck, Bundesamt für Energie
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4
Heizenergiebedarf
Der Heizenergiebedarf ist die Nutzwärme welche
die Gebäude für die Einhaltung der geforderten
Raumtemperaturen benötigen
Für die Reduktion des Heizenergiebedarfs stehen
2 Möglichkeiten zur Verfügung:
•Effizienz (Wärmedämmung Wand Dach Boden)
•Passive Sonnenenergienutzung
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5
Energiebezugsfläche Gebäude
Quelle: (2) EnergieRespekt 2014
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6
Heizwärmebedarf Gebäude
Langfristiges
Reduktionspotential des
Heizwärmebedarfs
Effizienz, Solarenergie
•Wärmedämmung
•Fenster und Nutzung der
Sonneneinstrahlung
•Reduktion Lüftungsverluste
Quelle: (2) EnergieRespekt 2014
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Gebäudehülle heute und morgenHeizenergiebedarf nimmt um 70% ab
Wärmegewinne
Quelle (2) EnergieRespekt 2014
Wärmedämmung
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8
Statistik Wohngebäude Schweiz
Gebäudealter
77% aller
bestehenden
Gebäude
wurden von
1990 gebaut
Quelle: Bundesamt für Statistik
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9
Heizenergiebedarf und Alter von WohngebäudenUntersuchungen in BS 2004
Quelle: Energiekennzahlen von
erdölbeheizten Liegenschaften im Kanton Basel-Stadt, 2004
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10
Sanierungsmassnahmen Wohngebäude BS
Quelle: Energiekennzahlen von
erdölbeheizten Liegenschaften im Kanton Basel-Stadt, 2004
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11
Die Gebäudeheizung deckt den
Heizenergiebedarf und den Wärmebedarf
für die Bereitstellung von Warmwasser
Zielsetzung ist langfristig der möglichst
vollständige Ersatz der fossilen
Energieträger durch erneuerbare Energien
Autarke Wärmeversorgung der Gebäude?
Einzelheizungen oder Fernwärme?
Gebäudeheizung
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Erneuerbare Wärmeversorgung für Gebäude
Für Gebiete mit hoher Wärmedichte
sind keine oder nur sehr kostspielige
erneuerbare Wärmeversorgungen
mit Einzelheizungen möglich.
75% aller Gebäude
können mit einer
Wärmepumpe oder
Solarheizung pro
Gebäude versorgt
werden. Holz
zukünftig für
Prozesswärme
Bild: Jenni Energietechnik
Einzelheizungen Nah- und Fernwärme
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Wärme- und Kälteversorgung von Einzelgebäuden
Einzelheizungen
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Gebäude mit EinzelheizungenWärmepumpen als Schlüsseltechnologie
Aussen aufgestellte Luft/Wasser WP
für Einfamilienhaus (Bild Viessmann)
Bürogebäude Eurobus (Diener &
Diener Architekten, Gebäudetechnik
e+p)
Erdsonden als Wärmequelle für der
Wärmepumpe und als Kältequelle
für die Raumkühlung
Laborgebäude Pathologie und
Rechtsmedizin St. Gallen (Silvia und
Reto Gmür Architekten,
Gebäudetechnik e+p) ©Foto: Helene Binet
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Solarheizungen mit Jahresspeicher
Quelle: Jenni Energietechnik Oberburg
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Wärme- und Kälteversorgung von dicht bebauten
Gebieten
Nahwärme und Nahkälte
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Erneuerbare Nahwärme und -Kälte
Für dicht bebaute Gebiete
Eine Analyse von eicher+pauli zeigt dass 40% des langfristigen, gegenüber
heute halbierten Wärmebedarfs in sehr dicht überbauten Gebieten liegt.
Zum Beispiel Biel
Die orangen Clustern sind für Nahwärme und –Kälte, zum Beispiel aus dem
Bielersee geeignet
(3) eicher+pauli; Langfristperspektiven erneuerbare Fernwärme (2014)
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Erneuerbare Nahwärme und -Kälte
Abwärme
aus KVA
ARA
Industrie
Seen Erdwärme
Grund-
wasser
Flüsse
Biomasse(langfristig nur für
Prozesswärme)
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Erneuerbare NahwärmePotential und Bedarf
Das Potential übersteigt den Bedarf um ein Mehrfaches
(3) eicher+pauli (2014)
Orange:
Vorhandenes
Potential
Blau:
Effektiv benötigt
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Erneuerbare Nahwärme und –KälteBeispiele aus den e+p Referenzen
Industrieabwärme Grundwasser Wärme und Kälte
Erdwärme und -Kälte
Holz
Flusswasser (Aare) Wärme und Kälte aus Seewasser
Architektur: Diener Diener
Suurstoffi Rotkreuz
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Elektrizitätsverbrauch in GebäudenEffizienzmassnahmen
• Antriebe, Prozesse, Geräte (Vorschriften, Energieetikette)
(Waschen, Kochen, Gefrieren, Trocknen usw.) 12.5 TWh/a 21.5 %
• Beleuchtung (LED Technologie) 5.5 TWh/a 9.5 %
• Klima, Lüftung, Haustechnik (Geräteeffizienz 6.0 TWh/a 10.3 %
Regulierung, erneuerbare Kälte)
• Information, Kommunikation (Geräteeffizienz 2.5 TWh/a 4.3 %
Reduktion Standbyverluste, erneuerbare Kälte)
Total 26.5 TWh/a 45.6 %
Der Elektrizitätsverbrauch in Gebäuden macht ca. 45% des gesamten
Stromverbrauchs der Schweiz aus. Zusammen mit dem Elektrizitätsverbrauch für
Raumheizung und Warmwasser sind es 60%!!!!
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Hocheffiziente InformationstechnologieBeispiel aus den e+p Referenzen
Swisscom Rechenzentrum XdC Bern
Highlights
•Kühlung nur mit Aussenluft und
Regenwasser (erneuerbare Kälte)
•Hochstes Sicherheitslevel (TIER IV)
erreicht
•Abwarmenutzung intern wie auch extern
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Was braucht es denn überhaupt noch?
• Erhöhung der Sanierungsrate bei bestehenden Gebäuden welche vor
1980 erstellt wurden. Ersatzneubau statt Sanierung
• Weiterentwicklung bestehender Produkte in Richtung höherer Effizienz
und verbesserter Wirtschaftlichkeit
• Verbesserung der Gestaltungsmöglichkeiten zum Beispiel bei
Photovoltaik Modulen (Ästhetik, Farben, Formen usw.)
• Erforschung und anwendungsreife Entwicklung neuer Technologien,
zum Beispiel tiefe Geothermie für direkte Wärmenutzung
• Planungsteams welche bestehende und neue Lösungen situativ optimal
auswählen und umsetzen
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Mögliche zukünftige Entwicklungsfelder
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Wärmedämmung Bauteile
• Verbesserung der Dämmeigenschaften
• Vakuum anstelle von Luft oder Edelgasen
• Mikro- oder nanoporöse anorganische Materialien (Kieselsäure, Aerogele usw.)
• Vorteil: hohe Wärmedämmfähigkeit
• Nachteil: Teuer, empfindlich gegen Verletzungen und fixe
Plattengrössen (Vakuumdämmungen)
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Hochleistungswärmedämmung
Vakuumdämmung oder
nanporöse Dämmaterialein
Wärmeleitfähigkeit 0.07 bis
0.15 W/m K
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Hochleistungswärmedämmung
ZZ Wancor
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Sonnenschutz
• Kontinuierlich veränderbare Lichttransmission
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Sonnenschutz
Thermochrome Gläser (Transmission ändert mit Temperatur)
www.gesimat.de
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Sonnenschutz
Schaltbare Gläser (Elektrochromatismus, LED)
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BeleuchtungLeistungsbedarf für die Erzeugung von 100 Lumen (lm)
• Effiziente LED-Lampen haben A++ oder A+
• reguläre Energiesparlampen meist A
• Halogenlampen meist C
Leuchtmittel mit den Einstufungen D und E
dürfen nicht mehr verkauft werden
Lichtstrom in Lumen [lm]
Leistungsaufnahme in Watt [W]
Effizienz [lm/W]
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Beleuchtung
• Weiterentwicklung LED zu höherer Effizienz
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Wärmepumpen
• Weiterentwicklung der Produkte
• Temperaturdifferenzen zwischen
Wärmequelle und Heiztemperatur
reduzieren
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Erdsonden und Niederhub Wärmepumpen
Erdreichtemperatur nimmt um ca. 3° C pro 100 m Tiefe zu
•Bei 300 m Tiefe 20°C
•Neubauten brauchen nur Heiztemperaturen von 25 bis 30°C
•Erdsonden nachladen mit Hybridkollektoren (Strom und
Wärmeproduktion)
•Hocheffiziente Wärmepumpen möglich weil sehr kleine
Temperaturdifferenz zwischen Erdreichtemperatur und
Heizungstemperatur (COP bis 10)
•Aufwendiges relativ teures System, bisher wenig Anlagen
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Erdsonden und Niederhub WärmepumpenBaugenossenschaft Oberfeld Ostermundigen
Beim System 2SOL werden die unterschiedlichen Komponenten der
Haustechnik sorgfältig aufeinander abgestimmt. Es besteht aus folgende
Komponenten:
•Hybridkollektoren für die kombinierte Strom und Wärmeproduktion
•Erdsonden als Erdspeicher der im Sommer mit Wärme aus den Kollektoren
nachgeladen wird und als Wärmequelle der Wärmepumpe dient
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Klassische Wärmepumpen verbessern
• Leistungsvariable Wärmepumpen, elektronische Einspritzventile, effizientere
Kompressoren für kleine Temperaturdifferenzen
• COP Werte von Luft-Wasser WP haben sich in den letzetn Jahren markant
verbessert
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Photovoltaik
• Wirkungsgrade erhöhen
• Kosten reduzieren
• Gestalterische Aspekte
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Hocheffiziente PV Systeme
Reduktion Fr./Watt Peak
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Hocheffiziente PV Systeme
Reduktion Fr./Watt Peak
1.4 $/Watt 2020
Anlage mit 10 kW
kostet CHF 14‘000.—
Jahreskosten bei 6%
Annuität und 3%
Unterhalt = CHF 1260
Jahresproduktion CH
10‘000 kWh/a
Stromkosten
12.6 Rp./kWh
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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten
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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten
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Mehr Gestaltungsmöglichkeiten
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Literaturhinweise
1. Verwendungszweck: Prognos, TEP, Infras; Analyse des schweizerischen
Energieverbrauchs 2000 - 2012 nach Verwendungszwecken; September
2013, BFE
2. EnergieRespekt 2014: Bacher, Binz, Eicher, Iten, Keller; Faktor Verlag, 2014
3. eicher+pauli 2014/1: Sres, Nussbaumer, Eicher; Langfristperspektiven für
erneuerbare Nah- und Fernwärme in der Schweiz, 2014
4. eicher+pauli 2014/2: U. Kaufmann; Statistik der erneuerbaren Energien 2014,
BFE September 2014