Ökonomische und ökologische Lebenszyklusanalyse eines Plus-Energie-Gebäudes mit elektrischem Beheizungssystem Motivation & Zielsetzung Kritik an Beheizung von konventionellen Gebäuden mit Strom Claudia Weißmann, M.Sc. Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner Stromerzeugung aus vorwiegend nicht erneuerbaren Energiequellen Hoher Strompreis 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz Möglicherweise sinnvoller Einsatz in einem Plus-Energie-Gebäude Plus-Energie-Gebäude erzeugt regenerativ mehr Strom als es verbraucht Niedriger Heizwärmebedarf Ziel Analyse eines Plus-Energie-Gebäudes mit elektrischem Beheizungssystem über dessen Lebenszyklus aus der ökonomischen und der ökologischen Perspektive 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. Agenda 2 Das Effizienzhaus-Plus in Lüneburg Erfüllt den Effizienzhaus-Plus Standard 1 Gefördert durch Zukunft Bau Vorstellung Effizienzhaus-Plus in Lüneburg 2 Baujahr 2012 Wohnfläche 129 m2 Ergebnisse des energetischen Monitorings 3 Lebenszyklusbasierte Analysen Gebäudehülle Ökonomische Bewertung Ökologische Bewertung 4 260 mm Zellulosedämmung Holzfaserdämmplatte Orientiert am Passivhaus-Standard Zellulosedämmstoff OSB-Platte Hanfmatte Fazit/Ausblick U-Werte [W/(m²K)] Außenwand Dach Bodenplatte 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. Außenwandaufbau Holzrahmenbauweise 3 Gipsfaserplatte 0,12 0,12 0,17 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 4 Das Effizienzhaus-Plus in Lüneburg 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. Das Effizienzhaus-Plus in Lüneburg 5 Das Effizienzhaus-Plus in Lüneburg - Gebäudetechnik 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 6 Das Effizienzhaus Plus in Lüneburg Gebäudetechnik Photovoltaikanlage 12,6 kWp (Süd-Süd-West-Orientierung) Elektrische Wandheizkörper Durchlauferhitzer Lüftungsanlage mit WRG Haushaltsgeräte: A++ Besonderheit Technische Ausstattung relativ gering Keine Wärmepumpe 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 7 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 8 Das Effizienzhaus-Plus in Lüneburg - Gebäudetechnik Monitoringergebnisse 2014 + 7.300 kWh Effizienzhaus-Plus Hauptkriterium erfüllt: QP < 0 kWh Prognostiziert wurde lediglich ein Überschuss von 3.682 kWh 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 9 Stromverbrauch 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 10 Stromerzeugung Ein Viertel des gesamten Strombedarfs entfällt auf die Beheizung Eigenverbrauchsanteil ist sehr gering Stromverbrauch 2 Personen Haushalt gemäß BDEW: 3.417 kWh Passivhauskriterien erfüllt: QP 120 kWh/m2 QH 15 kWh/m2 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 11 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 12 Energiebilanz 2014 – monatliche Verteilung Bewertung mit den vereinfachten Verfahren nach DGNB DGNB-Methoden in Bezug zum Gebäudelebenszyklus Herstellung Nutzung Verwertung Ökologische Bewertung DGNB–Ökobilanzierung (LCA) Ökonomische Bewertung DGNB–Lebenszykluskostenrechnung (LCC) Extreme Überschüsse in den Sommermonaten Vorteile der DGNB-Methoden Stromerzeugung und –verbrauch fallen zeitlich stark auseinander Einfache Anwendbarkeit der Methoden Vergleichbarkeit mit einem Benchmark möglich Ca. 30 % des Heizwärmebedarfs werden direkt regenerativ gedeckt Anwendung des DGNB-Nutzungsprofils Neubau Kleine Wohngebäude V 2013 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 13 DGNB-Lebenszykluskostenrechnung: Methodik Anwendung der Barwertmethode Zeitraum: 50 Jahre Fixe Zinssätze und Preissteigerungsrate Eigene Annahmen Einspeisevergütung: 17,77 Cent/kWh (Inbetriebnahme in 2012) 14 DGNB-LCC: Auswertung ohne Einspeisevergütung Durch DGNB vorgegebene Annahmen Ausgewählte Kostengruppen 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. Lebenszykluskosten Ist-Zustand ohne Einspeisevergütung Kostengruppen Herstellungskosten DIN 276-1 • • KG 300 Baukonstruktionen KG 400 Technische Anlagen • • • Herstellungskosten 113873,12 3€ Nutzungskosten DIN 18960 KG 310, 320 Ver- und Entsorgung KG 350 Instandhaltung KG 400 Instandsetzung 236328,05 3€ Nutzungskosten Barwert der Lebenszykluskosten über 50 Jahre: Ca. 350.200 € 2.714 €/m2Wfl. Æ 11 Punkte gemäß DGNB Benchmark 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 15 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 16 DGNB-LCC: Auswertung mit Einspeisevergütung DGNB-LCC: Variantenvergleich Beheizungssystem Variantenvergleich Variantenvergleich Ist-Zustand mit Einspeisevergütung 80000,0 € 70000,0 € 60000,0 € 50000,0 € 40000,0 € 30000,0 € 20000,0 € 10000,0 € ,0 € Herstellungskosten 72059,60 8€ KG 350: Instandhaltung, KG 400: Instandsetzung KG 310: Energieversorgung KG 400: Technische Anlagen Lebenszykluskosten Nutzungskosten 236328,0 53 € 68927,010 € 52698,470 € Elektroheizkörper 35000,0 € 30000,0 € 25000,0 € 20000,0 € 15000,0 € 10000,0 € 5000,0 € ,0 € -5000,0 € 31842,050 € 25515,463 € 23422,856 € 21275,976 € 3948,188 € -1099,893 € Wärmepumpe Elektroheizkörper Wärmepumpe Barwert Instandhaltung Barwert Instandsetzung Barwert Energie Variante Wärmepumpe Barwert Lebenszykluskosten über 50 Jahre sinkt auf ca. 308.400 € 2.390 €/m2Wfl. Æ 43 Punkte gemäß DGNB Benchmark Dennoch deutliche Differenz zu DGNB Zielwert von 1.772 €/m 2Wfl. 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 17 DGNB-LCC: Variantenvergleich Gebäudehülle KG 300: Herstellung Baukonstruktion 185000,0 € 183629,583 € 6391,461 € 5000,0 € 175000,0 € 168675,518 € 170000,0 € 4360,980 € 4000,0 € Energiekosten verringern sich Verschlechtert DGNB Bewertung 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 18 Ausgewählte Umweltindikatoren / Ressourcenverbräuche Bilanzgrenze 6342,827 € 6000,0 € 180000,0 € Instandsetzung wird wesentlich teurer Durch DGNB vorgegebene Annahmen KG 350: Instandhaltung, KG 400: Instandsetzung 7000,0 € Teurer in der Herstellung DGNB-Ökobilanzierung: Methodik Variantenvergleich Variantenvergleich Zeitraum: 50 Jahre 4005,837 € PV-Gutschrift darf für 20 Jahre angesetzt werden 3000,0 € 2000,0 € 165000,0 € 1000,0 € 160000,0 € ,0 € Holzbauweise Ist-Zustand Massivbauweise Holzbauweise Ist-Zustand Barwert Instandhaltung Eigene Annahmen Verwendung der Ökobau.dat Version 2011_v06 Massivbauweise Vorgehensweise Barwert Instandsetzung Variante Massivbauweise Günstiger in der Herstellung Kaum Unterschiede in der Nutzungsphase Verbessert DGNB Bewertung 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. + 19 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 20 DGNB-LCA: Ergebnis Baukonstruktion Baukonstruktion Lebenszyklus Primärenergiebedarf Baukonstruktion Herstellung - Detail Primärenergiebedarf 150 100 50 0 Herstellung Nutzung Entsorgung -100 30,00000 400,0 20,00000 -200,0 ,00000 Konstruktion Energienutzung PV-Produktion -10,00000 -400,0 -20,00000 -600,0 -30,00000 -800,0 -40,00000 -1000,0 -50,00000 -1200,0 -60,00000 Konstruktion Energienutzung PV-Produktion < 231,53 Baukonstruktion Herstellung - Detail Treibhauspotential 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 Herstellung Nutzung -1 Entsorgung -1,5 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 21 DGNB-LCA: Variantenvergleich Beheizungssystem Sehr hoher PEne-Bedarf, da hoher Materialeinsatz und Beheizung durch Strom PV-Gutschrift hat erheblichen Einfluss auf das Ergebnis der Ökobilanz 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 250,0 30,0 600,0 25,0 17,97132 200,0 500,0 242,69225 400,0 Energienutzung Konstruktion 300,0 236,18746 20,0 4,10311 237,78526 100,0 11,25657 14,000 12,000 96,51088 150,0 Energienutzung 15,0 10,0 54,08342 erneuerbar (PEe) 10,000 6,000 141,78959 nicht erneuerbar (PEne) 100,0 Konstruktion 11,35309 50,0 139,67657 5,0 ,0 Elektroheizkörper Elektroheizkörper GWP 4,000 2,000 Konstruktion Massivbauweise Konstruktion Ist-Zustand Holzbauweise Konstruktion Massivbauweise < 231,53 < 231,53 Variante Wärmepumpe Variante Massivbauweise Endenergiebedarf des Gebäudes verringert sich Erneuerbarer Primärenergiebedarf sinkt Verbessert DGNB-Bewertung Ergebnis der DGNB-Bewertung ändert sich nicht 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 11,36554 ,000 Konstruktion Ist-Zustand Holzbauweise Wärmepumpe 11,25657 8,000 ,0 ,0 Wärmepumpe Treibhauspotential (GWP) Primärenergiebedarf (PEges) 35,0 505,61453 22 DGNB-LCA: Variantenvergleich Gebäudehülle Treibhauspotential (GWP) Primärenergiebedarf (PEges) 800,0 200,0 10,00000 ,0 2,5 8 7 6 5 4 3 2 1 0 700,0 600,0 200,0 Baukonstruktion Lebenszyklus Treibhauspotential Treibhauspotential (GWP) Primärenergiebedarf (PEges) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 200 -50 DGNB-LCA: Ergebnis Gesamtgebäude 23 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 24 Wesentliche Ergebnisse und Anmerkungen bzgl. der LCC und LCA Bewertung Fazit & Ausblick Ergebnisse Niedriger Stromverbrauch aufgrund des niedrigen Heizwärmebedarfs PV-Einspeisung verbessert das Ergebnis von LCC und LCA deutlich Optimierung des direkten Eigenverbrauchanteils durch Batterie möglich Ausführung mit Wärmepumpe verbessert LCA deutlich aber verschlechtert LCC geringfügig Ausführung in Massivbauweise verbessert LCC ohne LCA zu verschlechtern Anmerkungen Inbetriebnahme der PV-Anlage in 2015 verschlechtert das LCC Ergebnis (Einspeisevergütung: 11,97 Cent/kWh für Anlagen > 10 kWp) Hoher Materialeinsatz und elektrisches Beheizungssystem führen zu relativ schlechtem Ergebnis in LCC und LCA (ohne PV-Gutschrift) Dies wird durch die Gutschrift auf die PV-Anlage in der DGNB Bewertung verschleiert Für zukünftige Vergleiche zwischen Plus-Energie-Gebäuden Modifikation der Methoden erforderlich sein wird eine Neuer Datensatz für PV-Anlagen in der Ökobau.dat (Stand: 09/2015) EEG 2014 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 26 Backup 27 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 28 Verteilung Stromverbrauch DGNB-LCC: Auswertung ohne Einspeisevergütung Lebenszykluskosten Ist-Zustand ohne Fördermittel KG 300 KG 400 12660,147 € 45761,703 € Barwert Instandhaltung Baukonstruktion 23422,856 € Barwert Instandhaltung TGA 6391,461 € 183629,583 € Barwert Instandsetzung Baukonstruktion 21275,976 € 4360,980 € Barwert Instandsetzung TGA 52698,470 € Barwert Wasser/Abwasser Barwert Energie Quelle: Leuphana Universität, Prof. Georgiadis Investitionskosten in der KG 400 (Technische Anlagen) relativ gering 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 29 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 30 Motivation für die Anwendung der Methoden des nachhaltigen Bauens DGNB-LCC: Auswertung mit Einspeisevergütung Fokus des Effizienzhaus-Plus Netzwerks: Lebenszykluskosten Ist-Zustand mit Einspeisevergütung 12660,147 € 3948,188 € 23422,856 € Energieüberschuss in der Jahresbilanz des Gebäudes KG 300 KG 400 6391,461 € Barwert Instandhaltung Baukonstruktion 21275,976 € Barwert Instandhaltung TGA 4360,980 € 52698,470 € 183629,583 € Barwert Instandsetzung Baukonstruktion Ziele des Nachhaltigen Bauens: Barwert Instandsetzung TGA Barwert Wasser/Abwasser Hohe ökologische Qualität Barwert Energie Hohe ökonomische Qualität Reduzierung von CO2 Emissionen und sonstigen Umwelteinflüssen Optimierung von Investitionsund Betriebskosten Barwert Energie sinkt um ca. 42.000 € 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 31 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 32 Abbildungsnachweise Folie 1,5,6,8,9: Private Aufnahmen zur Verfügung gestellt durch Jürgen Molt Folie 4: Zukunft Bau Logo: http://www.forschungsinitiative.de/effizienzhaus-plus/modellvorhaben/netzwerk/ Folie 14: http://ecoopportunity.net/2013/03/the-complex-issue-of-green-building-certifications-is-leed-no-longer-relevant/ http://www.verband-wohneigentum.de/bv/on205008, © chocolat01/pixelio.de Folie 16: DGNB-Logo: http://www.dgnb-system.de/de/?pk_campaign=evkachelsystem Folie 23: Abbildung links: König, H. (2009): Entwicklung einer Methodik zur Bestimmung von Orientierungswerten für Lebenszykluskosten – Teil 1: Bürogebäude – Endbericht, Forschungsprogramm Zukunft Bau im Auftrag des BMVBS und des BBSR, Gröbezel (S. 21). Abbildung rechts: http://www.sv-geb.de/fileadmin/fotos/Energiefluss.jpg Folie 28: http://www.projektieren.de/wp-content/uploads/2013/11/vor-und-nachteile.jpg 08. Oktober 2015 | 7. Norddeutsche Passivhauskonferenz | Claudia Weißmann, M.Sc. 33
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