Energetische und wirtschaftliche Betrachtung von Maßnahmen zur Dekarbonisierung eines mehrgeschossigen Bestandsgebäudes mit unterschiedlichen Nutzungen anhand eines Beispiels in 1050 Wien

eingereicht von Team: Anikó Illés

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Kurze Beschreibung

Diese Arbeit befasst sich mit der energetischen und wirtschaftlichen Betrachtung von Maßnahmen zur Dekarbonisierung eines mehrgeschossigen Bestandsgebäudes mit unterschiedlichen Nutzungen, in dicht bebautem städtischem Gebiet.

Projektziele

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, eine Untersuchung durchzuführen, um herauszufinden, welche Maßnahmen am besten geeignet sind, um die Dekarbonisierung eines in die Jahre gekommenen Gründerzeitgebäudes voranzutreiben. Das Gebäude weist einen hohen Energiebedarf auf, der momentan durch Gas gedeckt wird. Es gilt herauszufinden, wie das zuvor erwähnte Gründerzeitgebäude unter Einsatz innovativer technischer und organisatorischer Lösungen ganzheitlich auf einen NetZero Gebäudestandard modernisiert werden kann, trotz der erschwerten Bedingungen durch die dicht bebaute innerstädtische Lage und die sich daraus ergebende Verschattung.
Dabei soll in Varianten untersucht werden, welche Kombination aus thermischer Sanierung und unterschiedlichen Wärmversorgungsvarianten des Heizungssystems am kostengünstigsten über 20 bzw. 30 Jahre ist, um den bereits erwähnten NetZero Gebäudestandard erreichen zu können. Durch die Verbesserung der thermisch-energetischen Qualität des Gebäudes, was ein weiteres Ziel dieser Arbeit darstellt, soll langfristig ein bedeutender Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen geleistet werden.
In dieser Arbeit liegen der ökologischen Betrachtung von Dämmstoffen keine Schwerpunkte zugrunde. Ebenso werden Fragen zur Gebäudekühlung und den entsprechenden Lösungen nicht behandelt. Da der Fokus auf Klimaneutralität liegt, wird die Berücksichtigung der Durchführbarkeit von PV-Anlagen gemäß den Denkmalschutzgesetzen nicht in Betracht gezogen.

Methodik

Als erstes wurden zur Ermittlung der Bedarfswerte zu jeden Varianten Energieausweis mittels des Programms „ArchiPHYSIK“ erstellt. Für die Bestandsvariante werden typische Aufbauten des Erbauungsjahr verwendet, und für die sanierte Varianten wurden die Aufbauten gemäß den heutigen Sanierungsstandards verändert, um eine bestmögliche thermische Effizienz des Gebäudes zu erreichen.
Danach wurden die spezifische Bedarfswerte für die Ermittlung des gesamten Warmwasserbedarfs aus den Energieausweisen entnommen, und daraus wurde das tägliche Warmwasservolumen ermittelt. In weiterer Folge wurde der Warmwasserbedarf mit den Verteilverlusten für jede Variante einzeln berechnet.
Für die Ermittlung der Heizenergie, wurde der Heizwärmebedarf des Gebäudes ebenfalls dem Energieausweis entnommen, und mit den Verteilverluste von 15 % addiert, um die Gesamtenergiemenge zu ermitteln.
Als nächstes wurde der Heizungs- und Warmwasserspeicher dimensioniert.
Die Heizleistung wurde dem Energieausweis entnommen. Für die Warmwasserleistung dienen eine Zapfdauer von 6 Stunden und eine zuvor dimensionierte Warmwasserspeichergröße als Ausgangswerte. Zuerst wurde die Energiemenge des gezapften Warmwassers ermittelt. Anschließend wird die Energiemenge des im Warmwasserspeicher enthaltenen Wassers bei voller Kapazität ebenfalls bestimmt. Daraufhin wird die Differenz zwischen täglich benötigter Energiemenge und maximaler Speicherkapazität gebildet. Um hierdurch auf die benötigte Leistung des Wärmeerzeugers zu kommen, wird die zuvor gebildete Differenz durch die Bereitschaftszeit dividiert.
Für die energetische Sanierung des Gebäudes werden vier Varianten untersucht und mit der Bestandsvariante und miteinander verglichen, Bei der ersten Variante handelt es sich um eine Luft WP, bei der zweiten wird eine Erdwärmepumpe mit Erdsonden eingesetzt, bei der dritten Variante erfolgt die Wärmebereitstellung über einen Pelletkessel und die letzte Variante wird über Fernwärme versorgt. Bei jeden Varianten wird eine thermisch sanierte Hülle angenommen, und jede ist mit einer PV-Anlage und einer Komfortlüftung mit einer 80%iger WRG ausgestattet, um ein klimaneutrales Gründerzeithaus zu erreichen.
Diese Varianten wurden anschließend mit den ermittelten Bedarfswerten in Polysun simuliert, und die davon erhaltene Energiekennzahlen miteinander verglichen.
Weiters wurde eine CO2-Bilanz der Energiesysteme erstellt, um die Systeme in ökologischer Hinsicht miteinander vergleichen zu können.
Letztendlich wurde eine Wirtschaftlichkeitsberechnung durch das Excel Tool econ calc" erstellt, um die Energiesysteme wirtschaftlich miteinander vergleichen zu können

Ergebnisse

Das Ergebnis der Arbeit zeigt, dass in der thermischen Sanierung das größte Einsparungspotenzial steckt, da der Heizwärmebedarf dadurch stark gesenkt werden kann. Bei der Betrachtung der energetischen Sanierungsvarianten stellt wirtschaftlich gesehen die Wärmepumpe die beste Lösung zur Dekarbonisierung des Heizungssystems in Verbindung mit der Zentralisierung am gegenständlichen Objekt dar. Aufgrund der sanierten Gebäudehülle wirkt sich der Vorteil der Erdwärmepumpe nicht ausschlaggebend auf die Energiekosten aus, verschafft jedoch einen geringen Vorteil gegenüber der Luftwärmepumpe. Andererseits sind die Investitionskosten höher, was wiederum anfänglich einen Nachteil bringt. Durch die Betrachtung der CO2-Emissionen wurde gezeigt, dass der Pelletkessel und die Fernwärme besser abschneiden als die Wärmepumpen und damit die ökologischere Lösung darstellen. Im Vergleich des Primärenergiebedarfs haben wiederum die Wärmepumpen durch den COP einen Vorteil und schneiden somit besser ab als die restlichen betrachteten Varianten. Durch die Implementierung einer PV-Anlage wurde die theoretische Erreichbarkeit eines Net-Zero Gebäudestandards untersucht, was zu dem Ergebnis geführt hat, dass dies allein durch die thermische und energetische Sanierung des Gebäudes realistisch gesehen nicht möglich ist, was durch den hohen Haushaltsstrombedarf zu begründen wäre. Wird dieser allerdings durch Optimierungsmaßnahmen vermindert, ist ein Net-Zero Gebäudestandard zumindest mit der Fernwärme- und Pelletkesselvariante erreichbar.