Nahwärmeversorgung von Reihenhäuser

In Frankfurt am Main sollen 2 Reihenhäuser mit jeweils 8 Einzelhäusern gebaut werden. Die Architekten überlegen, ob für die Wärme- und Stromversorgung ein Blockheizkraftwerk in Frage kommt.

Es ist die Energiebereitstellung mittels BHKW, ergänzt um einen Spitzenkessel, mit einer konventionellen Energieversorgung, zu vergleichen, und zwar hinsichtlich Energiebedarf, Kosten und Emissionen.

 

2*8 Reihenhäuser mit jeweils 140 m² Fläche

 in Frankfurt am Main,

 jährlicher Stromverbrauch 1.200 kWh pro Bewohner

 

 

Ziel: Mit dem BHKW soll einmal das Erneuerbare Wärmegesetz für Neubau erfüllt werden und ein KfW-Effizienzhaus 70 erreicht werden.

 

Lösung Aufgabe 1:

 

• 1. Schritt - Anlegen eines neuen Projekts, Bestimmung des Klimagebiets und Angabe von Netzverlusten

 

Der Befehl Neu im Menü Projekt wird zum Anlegen eines neuen Projektes ausgeführt.

 

Mit der Taste "Menü aufrufen" wird das Menü aufgerufen.

 

 Mit dem Befehl "Projekt Neu"

 

Im Dialog „Projekt neu“ wird dann ein Projektname, eine Beschreibung, der Kundenname und der Name des Bearbeiters angegeben. Der Projektname kann willkürlich festgelegt werden, sollte aber keine Sonderzeichen haben und bis jetzt noch nicht in der Projektliste vorhanden sein. Der Dialog wird mit der Taste OK verlassen.

 

Das Symbol „Wohngebäuden und Industrie im Nahwärmenetz“ wird angeklickt. Falls noch kein Projekt angelegt bzw. geöffnet wurde, wird automatisch das Dialogfenster „Projekt öffnen“ angezeigt. Mit der Taste „Neues Projekt“ wird das Fenster zur Festlegung des Namens und wenn gewünscht der Eingabe einer Beschreibung geöffnet.

 

Auswahl Klimagebiet Frankfurt_Main und eingabe 3 % Netzverluste.

 

2. Schritt – Auswahl der Gebäude

Mit der Taste Auswahl Gebäude wird das Dialogfenster „Auswahl Gebäude“ geöffnet.

 

 

 

Für die Berechnung werden die 16 Häuser in zwei Gebäudearten aufgeteilt:

1. Wohngebäude 1 die 4 Reiheneckhäuser, denn diese haben das gleiche A/V Verhältnis. Die Hüllfläche über den der Wärmetransport geht ist wesentlich größer als bei den Reihenmittelhäuser.
2. Wohngebäude 2 die 12 Reihenmittelhäuser, denn dies haben ebenfalls das gleiche A/V Verhältnis.

Zuerst werden die Datenbankfilter auf Wohngebäude, Gebäudeat Reiheneckhaus und Baujahr 1995 bis 2000 (leider existiert noch kein Gebäude für die EnEV 2014). Desshalb wählen wir ein Gebäude mit dem Baujahr 1995 bis 2000 aus und passen dazu die U-Werte an. Aus der Liste Gebäude-Datenbank wählen wir das Gebäude "REH-H-U-110" aus. Dabei bedeutet REH Reiheneckhaus, H Baualterklasse H, U heiß im Ursprungszustand und 110 bedeutet 110 kWh/m² Wärmebedarf für ein mittleres Klimagebiet. Wir makieren das Gebäude und drücken die Taste "Gebäude in DB ändern"

Das Gebäude wird der EnEV 2014 angepasst

Name: REH-R-U-072

Beschreibung: Reiheneckhaus, Bj.2014. AW: Hohlblock + 18 cm Mineralwolle/ Styropor 0,035, geneigtes Dach: ausgeb. DG, 18 cm Dämmung zw. Sparren+ 12cm auf Sparren. AF: Wärmeschutzglas.

Fläche/Nutzer: Die EnEV schreibt einen Brauchwasserbedarf von 12,5 kWh/m²a vor. Bei einen Wärmebedarf für Brauchwasser pro Person von 700 kWh/Person macht das 56 m²/Person.

Fenterdurchlasgrad: 0.6

Die Wohn/Nutzfläche und anderen Flächen bleiben Gleich (A/V Verhältnis)

Ansonsten werden die U-Werte geändert. Info zu U-Werten.

Ganz wichtiig muß der Gebäudefilter rechts oben eingestellt werden, um das Gebäude auch bei der EnEV 2014 zu finden.

Mit der Taste "Weitere Eingabe wird der zweite Dialog des Gebäudes Angezeigt und entsprechend geändert.

Die Wärmebrückenverlustkoeffizienten werden entsprechend geändert. Info zu Wärmebrücken hier.

Die Luftwechselrate auf 0,6 1/h eingegeben. (60% des Luftvolumen werden pro Stunde ausgetauscht.

Mit der Taste "Speichern unter" wird das neue Gebäude gespeichert. Der Dialog wird verlassen und zum Dialog Gebäudeauswahl zurückgekehrt.

Dachach wird was Gebäude ausgewählt, wenn es noch nicht Ausgewählt ist und mit der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" hinzugefügt.

Es geht der Dialog zur Eingabe des Wärmebedarfs wird automatisch angezeigt.

In diesen Dialog kann die Art der Angabe für den Wärmebedarf ausgewählt werden, in unseren Fall bleiben wir bei der Wohnfläche. Für die Wohnfläche werden jetzt die Wohnflächen aller 4 Reiheneckhäuser addiert. Also 4 * 140 m² = 560 m² und dieser Wert wird eingegeben. Hier werden also Gebäude mit ähnlichen A/V Verhältnis zusammengefasst. Bei Angaben von Ölverbrauch wird der Ölverbrauch addiert.

Durch die Veränderung der Filtereinstellung (Reihenmittelhaus) erscheint in der Liste Gebäudedatenbank ein Reihenmittelhaus mit dem Baujahr 1999. Das Gebäude hat die Bezeichnung RMH-H-U-91. Dies wird makiert  und mit der Taste "Gebäude in DB änderen" auf EnEV 2014 Standart gebracht.

Gebäudedaten werden abgeändert. Name, Bezeichnung, Filter Baujah, Fläche/Nutzer, Fensterdurchlasgrad und U-Werte.

Die zweite Dialogseite (Anmerkung nur die Datenbank Gebäude hat zwei Dialogseiten) wird entsprechend geändert.

Mit der Taste "Speichern unter" kann das Gebäude unter einen neuen Namen gespeichert werden.

Mite der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" wird das Gebäude für die Berechnung ausgewählt. Der Dialog zur Eingabe des Wärmebedarf erscheint automatisch. Hier wird jetzt mit der Wohnfläche gerechnet, also 12*140m² = 1680 m²

Mit der Taste "Ok" wird die Eingabe bestätigt.

Unser Nahwärmenetz ist jetzt fertig eingegeben. Die Gebäude in der Auswahl können nachträglich im Wärmebedarf angepasst werden. Dazu muß man nur die Gebäude markieren und die Taste "ändern" drücken. Den Aufbau des Gebäudes und dessen U-Werte können nur in der Datenbank geändert werden. Um die Änderung auch im Projekt zu haben müssen die Gebäude in der Auswahl (links oben) gelöscht werden und von der Datenbank neu übertragen werden.

Mit der Taste "Schließen" wird der Dialog verlassen.

Alle ausgewählten Gebäude im Projekt gehören jetzt zu einen kleinen Nahwärmenetzt. Mit der Taste "Wärmebedarf einlesen" könnten jetzt noch eine Wärmebedarfsgangline (aus dem Gasbedarf) dazu addiert werden. Mit der Taste "Prozesswärme" könnte noch ein Wärmeprozess (z.B. Schwimmbad) dazu adiert werden. Von jeden Gebäude, Wärmelastgang und Wärmeprozess kann ohne Probleme die stündliche Ganglinie adiert werden. Die Jahresdauerlinie die in anderen Programmen verwendet wird kann nicht addiert werden.

Mit der Taste "Durchführen der Simulation" wird die Simulation gestartet. Nach der Simulation wird die Jahresdauerlinie des Nahwärmenetzes gezeigt.

Mit der Maximalen Wärmelast und der Jahresdauerlinie kann ein entsprechendes BHKW gewählt werden. Weitere Informationen zur Simulationerhalten wir wenn wir den Dialog mit der Taste "Ok" verlassen und aus den Dialog "Berechnung des Wärmebedarfs" die Taste "Ergebnis" drücken, die nach der Simulation aktiv ist.

Hier wird dann der gesamte Wärmebedarf, Netzverluste, Warmwasserbereitung usw. Angezeigt.

Mit der Tast "Ok" kann dieser Dialog (nur Anzeige) verlassen werden.

Der Dialog  "Berechnung des Wärmebedarfs" wird mit der Taste "Schließen" Verlassen.

Wir befinden uns wieder auf der BHKW-Plan Oberfläche.

 

 

Weiter geben wir jetzt den Strombedarf ein. Dazu wählen wir den Strommast aus.

Wir wählen hier den Haushalt aus und übertragen den Stromverbraucher mit der Taste "aus Datenbank hinzufügen" zum Projekt.

Dann makieren wir dor den Stromverbraucher und drücken die Taste "neuer Wert", dort geben wir den Stromverbrauch für alle Häuser ein.

Pro Haus rechnen wir mit einer Belegung von 3 Personen und damit einen Stromverbrauch 3*1.200 kWh=3.600 kWh. Damit für alle Häuser 57.600 kWh Strom.

Der Dialog wird mit der Taste "Ok" verlassen.

In diesen Dialog können auch noch zusätzlich Stromganglinien eingelesen werden (Strundenwerte oder 1/4 Stundenwerte). Der Aufruf erfolgt mit der Taste "Strom-Ganglinie einlesen"

Mit der Taste "Simulation" wird die Simulation gestartet.

Mit der Taste "Ok" und beim nächsten Dialog mit "Schließen" wird der Dialog verlassen und zum Haupmenü von BHKW-Plan zurück gekehrt.

Mit der Wärme- und Stromerzeugung machen wir weiter.

 Der Dialog heißt „Eingabe zur Wärme- und Stromproduktion“, über Menü oder Symbol (Moto mit Generator)  geöffnet. Datenbanken stellen Informationen zu BHKW-Modulen und Kesseln zur Verfügung.

Zuerst wählen wir ein BHKW aus. Mit der Taste "BHKW-Module" wird der Dialog aufgerufen.

Mit den Filtereinstellung Brennstoffart "Gas" und thermische Leistung kleiner 20 kW wird die Anzeige der BHKWs aus der Datenbank reduziert. Mit der Scrolleiste rechts kann durch die Anzeige gescrollt. werden.

Hier wählen wir den Dachs aus. Die Zahl im Name richtet sich nach der elektrischen Leistung der BHKW-Module.

Wenn das Dachs BHKW makiert ist kann das BHKW mit der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" installiert werden. Der Pufferspeicher wird mit 2000 l angenommen. Achtung die Eingabe wird in m³ angegeben. Hier wird am Anfang die Zahl 2000 statt 2 eingeben.

Zum Test geben wir den Pufferspeicher mit 2000 an. Schon im Ergebnis der zeigt sich ein sehr hohe Speicherkapazität 46.520 kWh.

Mit der Taste "Ok" wird der Dialog verlassen.

Im Dialog "Eingabe BHKW Module" ist jetzt die Taste "JDL mit BHKW" aktive.

Diese Taste zeigt uns die Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs und der BHKW-Wärmeerzeugung.

Der Bereich der BHKW-Linie (rote Teilstriche) der über die blaue Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs geht, zeigt das laden des Pufferspeichers an. Da die Fläche unter der Kurve, der Energiemenge entspricht, wird deutlich der Pufferspeicher wird viel zu groß. Es empfiehlt sich immer einen Blick auf diese Grafik zu werfen. Hier sieht man immer ob das BHKW zum Gebäude passt bzw. ob beider Eingabe eines Gebäudes ein Fehler gemacht wurde.

Hier können wir den Fehler mit dem zu gr0ßen Pufferspeicher sehen und das BHKW ist für diese Anwendung zu klein. Denn die Anforderung war 50% des Wärmebedarfs müssen über das BHKW abgedeckt werden. Damit wird für den Neubau das erneuerbare Energie Wärmegesetz erfüllt.

Wir suchen ein BHKW mit mehr Leistung. In den letzten Jahren haben viele Hersteller Ihre Produktpallete ergänzt. Dies hängt natürlich auch an der Verfügbarkeit von BHKW-Motoren ab. Sollte in der Datenbank kein entsprechendes BHKW vorhanden sein, können wir nach einen Update suchen. Denn die Daten des Benutzers werden durch die Programmupdates nicht geändert. Da der Benutzer ja eigene Änderungen in die Datenbanken eingetragen haben kann. Darum werden bei den BHKW-Module immer Update-Dateien der Hersteller mitgeliefert.

Wir verlassen den Dialog und gehen zurück zum Hauptmenü.

 

Mit der Taste "Menü aufrufen" wird das Untermenü aufgerufen.

Unter der Überschrift Datenbanken finden wir die Taste "DB-BHKW update". Damit erscheint der Dialog zur Auswahl einer Update-Datei und Übernahme eines BHKW-Moduls in die Datenbank.

Hier wählen wir von der Firma KW Energie GmbH.

Für diese Firma gibt es mehrer Dateien, falls vorhanden wählen wir die Datei KW_Energie_smartblock_2014 ansonsten KW_Energie_smartblock_2012. Bei Bedarf kann die Datei auch von unseren Server http://www.Ihr-BHKW-Berater.de down geladen werden. Die Datei wird dann in das Unterverzeichnis BHKW gespeichert, dann steht sie für das Programm BHKW-Plan zur Verfügung.

Für unsere Berechnung wählen wir den Smartblock 7,5 aus. Die Version mit s am Ende hat einen Syschrom-Generator und ist als Netzersatzanlage geeignet.

Mit der Taste "Übernehmen" wird das BHKW in die Dantenbank übernommen.

Mit Taste "Schließen" gehen wir zum Hauptmenü und rufen den Dialog für die „Eingabe zur Wärme- und Stromproduktion“ und die BHKW-Auswahl aufgerufen.

Nach dem wir das BHKW gefunden und makiert haben, können wir mit der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" das BHKW hinzufügen. Die größe des Pufferspeicher ändern wir auf 2 m³. Danach starten wir mit der Taste "Simulation" die simulation des BHKW.

 

Hier sind vor allen zwei Angaben wichtig.

a) KWK-Deckungsanteil an Wärme 74,2 %. Damit ist das erneuerbare Energien Wärmegesetz erfüllt.

b) Die Laufzeit des BHKW mit 5031 Vollbenutzungsstunden erscheint auch als gut. Dies bedeutet das BHKW ist entsprechend dem Wärmebedarf richtig gewählt. Aber erst die erlösberechnung zeigt ob genügend vom Produzierenden Strom im Objekt verbleibt.

Vor allen in der Jahredaulinie mit dem BHKW können wir sehen wie gut das BHKW passt.

Die Flächenverhältnisse stimmen überein.

Durch die Taste "Ok" und Taste "Schließen" im nächsten Dialog.

Mit der Taste "Spitzenkessel" rufen wir den Dialog zur Auswahl des Spitzenkessel auf.

Wir stellen den Filter auf Gasbrennwert und eine Leistung zwischen 20 und 200 kW. Denn der Spitzenkessel sollte im Notfall oder bei Wartung die gesamte Leistung zur Verfügung stellen. Dabei müssen wir beachten, die angegebene Leistung gilt nicht für die Berechnung einer Heizlast, sonder nur als Mittelwert des maximalen Wärmebedarfs. Die Temperaturen für die Heizlastberechnung sind in der Regel 5 bis 8 Grad tiefer als die Klimadaten die in BHKW-Plan verwendet werden.

Darum wählen wir einen Brennwertkessel mit 130 kW thermischer Leistung aus. Diser reicht für den Wärmebedarf von 94 kW (anzeige oben) aus und hat noch Reserven für sehr kalte Winter. Hier ist der Vorgang wie bei allen Auswahlverfahren, den Kessel markieren und mit der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" installieren. Mit der Taste "Simulation" starten wir dann.

Im Ergebnisdialog können wir den Gasbedarf und Jahresnutzungsgrad des Spitzenkessel ablesen.

Mit der Taste "Ok" verlassen wir den Dialog, den Dialog für die Auswahl des Spitzenkessel verlassen wir mit der Taste "Schließen".

Jetzt können wir mit der Taste "Heizung" die Vergleichsheizung simulieren. Mit dieser Vergleichsheizung legen wir den Wert für die Wärme fest.

Wir stellen unsere Filter ein und wählen den gleichen Kessel wie beim Spitzenkessel. Mit der Taste "aus der Datenbank hinzufügen" und anschließend die Taste "Simulation"

Hier kann der Gasverbrauch und der Jahresnutzungsgrad der Vergleichsheizung abgelsen werden.

Mit der Taste "Ok" wird der Dialog verlassen. Den  Dialog für die Auswahl des Heizkessel verlassen wir mit der Taste "Schließen".

Mit der Taste "Stromproduktion" rufen wir den Dialog zur Berechnung der Strommenge bzw. den Brennstoffbedarf für die Stromerzeugung im Kraftwerk.

 

 

 

 

Unter Erlöse versteht man die vermiedenen Stromkosten und Einnahmen aus Stromverkauf. Die Bearbeitung erfolgt mittels Symbol „Erlöse aus der Stromproduktion“ oder der Menüleiste „Eingabe“, „Erlösrechnung“. Die Kosten können direkt oder mit Hilfe von Strompreisregelungen eingeben werden. Im letzteren Fall stehen Datenbanken zur Verfügung.

 

Hinweis: Die Datenbanken zur Strompreisregelung sind abänder- und ergänzbar.

 

Eingabe: 0,17 €/kWh für Strom- und Reststrombezug,durch die Strombelieferung muß die EEG-Umlage abgeführt werden.

0,04 € /kWh für Einspeisung (0,033 KWK-Index Strombörse EEX und
0,007 Vermiedene Netzkosten)

                Bonus auf erzeugten Strom: 0,0541 €/kWh (ab 7.1.2012 nach neuen KWK-Gesetz)

 

Die Einnahmen bzw. vermiedenen Stromkosten werden berechnet.

 

 

 Wirtschaftlichkeit berechnen

Hier werden die Kosten, bestehend aus Investitions-, Betriebs- und Brennstoffkosten, eingegeben. Programmintern werden die Erlöse aus der Stromproduktion und mögliche Vorteile durch Mineralöl- und Stromsteuer berücksichtigt. Die Kosten der konventionellen Heizung können auch durch die Eingabe eines Wärmepreises berechnet werden. Die zuvor bestimmte Alternativheizung wird dann kostenmäßig ausgeklinkt.

Die Bearbeitung erfolgt mittels Menü „Eingabe“, „Kostenrechnung“ oder Symbol „Wirtschaftlichkeit berechnen“.

 

 Mit der Taste "Investitionen" bei BHKW Erzeugung wird der Dialog zur Eingabe