MiniBHKW-Plan: Berechnung Mehrfamilienhaus

 

Aufgabenstellung 1

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.

 

Gegeben:

 

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.

 

Lösungsweg zu Aufgabenstellung 1

Projekt neu

Zuerst wird das Projekt neu angelegt, d.h. der Projektname "Aufgabe_1" und die Beschreibung "2*8 Reihenhäuser" werden 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.

Wärmebedarf berechnen

Das Symbol „Wohngebäude 1“ 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.

Wird ein Projekt erstmals durchgearbeitet und ist noch kein Klimagebiet festgelegt, erscheint der Dialog „Eingabe allgemeiner Angaben für die Gebäude“, mit der Eingabemöglichkeit für Klimagebiet und Netzverluste.

Hier muss zunächst eine Klimaregion, in diesem Fall Demo, ausgewählt werden. Der Einfluss der Klimaregion ist nicht unerheblich, da bei BHKW-Plan auch die Strahlung miteinbezogen wird. So liefern zwei TRY-Zonen mit ähnlichen mittleren Außentemperaturen (z.B. Essen und Frankfurt) unterschiedliche Ergebnisse. Die Unterschiede steigen mit den vorhandenen Fensterflächen. Für die Verteilungsverluste werden 3 % angenommen.

Die zweite Möglichkeit zu beginnen bietet das Menü „Eingabe“, es hat den Menüpunkt „Klimagebiete und Netzverluste“.

 

Beim Arbeiten mit Symbolen ist das Dialogfenster „Eingabe Gebäude 1“ bereits geöffnet. Beim Arbeiten mit der Menüleiste erfolgt der Zugang durch das Menü Eingabe“, „Wohngebäude 1“.

 

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, Gebäudeart Reiheneckhaus und Baujahr 1995 bis 2000 (leider existiert noch kein Gebäude für die EnEV 2014). Deshalb 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 markieren das Gebäude und drücken die Taste "Gebäude in DB ändern". Das Gebäude wird wie folgt der EnEV 2014 angepasst.

Name: REH-R-U-073

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.

Fensterdurchlasgrad: 0.62

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

Ansonsten werden die U-Werte geändert. Info zu U-Werten. Ganz wichtig muss der Gebäudefilter rechts unten eingestellt werden, um das Gebäude auch bei der EnEV 2014 zu finden.

Mit der Taste „Weiter“ verschafft man sich Informationen über Heiztemperatur, Nacht-, Ferien- und Wochenendabsenkungen. Auch der jährliche Energiebedarf für Warmwasser und die Luftwechselrate sind dort beschrieben.

Die Luftwechselrate wird mit 0,6 1/h angenommen. (60% des Luftvolumen werden pro Stunde ausgetauscht.

Hinweis: Alle Gebäudedaten sind abänderbar. Mit „Überschreiben“ wird die Veränderung festgehalten. Empfohlen wird aber, die Modifikation mit der Taste „Speichern unter“ unter einen neuen Namen zu speichern; das abgewandelte Haus steht dann unter einem neuen Namen weiteren Anwendungen zur Verfügung. Auf keinen Fall sollte hier die Wohnfläche ohne Anpassung der Außenhülle geändert werden. 

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

Danach wird das Gebäude ausgewählt und mit der Taste „ß aus der Datenbank hinzufügen“ hinzugefügt.

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. Für den Stromverbrauch wird pro Person 1,2 MW/a mit im Schnitt 2,6 Personen pro Haus also 4*2,6*1,2 MWh/a = 12,5 MWh/a angenommen.

 

Die weiteren Gebäude werden in einem ähnlichen Vorgehen über Symbol oder Menü als Reihenmittelhäuser unter Wohngebäude 2 ausgesucht Durch die Veränderung der Filtereinstellung (Reihenmittelhaus) erscheint in der Liste Gebäudedatenbank ein Reihenmittelhaus mit dem Baujahr 1996. Das Gebäude hat die Bezeichnung RMH-H-U-91. Dies wird markiert und mit der Taste "Gebäude in DB ändern" auf EnEV 2014 Standard gebracht.

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

Mit der Taste „Speichern unter“ kann das Gebäude unter einem neuen Namen gespeichert werden und anschließen mit der Taste „->aus der Datenbank hinzufügen“ für die Berechnung ausgewählt. Hier wird jetzt mit der Wohnfläche gerechnet, also 12*120 m² = 1440 m². Für den Stromverbrauch wird pro Person 1,2 MW/a mit im Schnitt 2,6 Personen pro Haus also 12*2,6*1,2 MWh/a ≈ 37,5 MWh/a angenommen.

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 "OK" wird der Dialog verlassen.

 

Mittels Symbol oder Menü „Simulation“, „Wärme- und Strombedarf“ werden der Jahreswärme- und Strombedarf berechnet. Programmintern erfolgt mit Hilfe von Tageslastgängen auch die Berechnung der Stundenwerte des Wärme- und Strombedarfs.

Die Anzeige sieht folgendermaßen aus:

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

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

 

 


 

Wärme- und Stromerzeugung

Die Auswahl des BHKWs erfolgt mittels der Taste „Wärme- und Stromerzeugung“. Orientierung zur Auslegung bieten der thermische Spitzenlastbedarf und die Form der Jahresdauerlinie. Es kann auch ein Pufferspeicher eingegeben werden.

Hinweis: In der Regel wird das Modul auf ca. 30% der maximalen thermischen Leistung ausgelegt.

 

Hinweis: Die Daten der BHKW- und Heizkesseldatenbanken sind abänderbar. Selbstverständlich können auch neue Anlagen zugefügt und damit weiteren Anwendungen zur Verfügung gestellt werden.

Mit den Filtereinstellung Brennstoffart "Gas" wird die Anzeige der BHKWs aus der Datenbank reduziert. Mit der Bildlaufleiste rechts kann durch die Anzeige gescrollt werden. Hier wählen wir den Dachs aus. Die Zahl im Namen richtet sich nach der elektrischen Leistung der BHKW-Module.

Wenn das Dachs BHKW markiert ist, kann das BHKW mit der Taste "-> aus der Datenbank hinzufügen" installiert werden. Der Pufferspeicher wird mit 1000 l angenommen. Achtung die Eingabe wird in m³ angegeben -> 1 m³.

Nach der Simulation erhält man folgendes Ergebnis:

Mit der Taste "Ok" wird der Dialog verlassen.

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

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. Es empfiehlt sich immer einen Blick auf diese Grafik zu werfen. Hier sieht man immer ob das BHKW zum Gebäude passt bzw. ob bei der Eingabe eines Gebäudes ein Fehler gemacht wurde.

 

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

 

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

Wir wählen einen Brennwertkessel mit 80 kW thermischer Leistung aus. 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 "Vergleichs Heizung" die Vergleichsheizung simulieren. Mit dieser Vergleichsheizung legen wir den Wert für die Wärme fest.

Wir stellen unsere Filter ein und wählen einen etwas größeren Kessel als beim Spitzenkessel. Mit der Taste "<- aus der Datenbank hinzufügen" und anschließend die Taste "Simulation"

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

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

 

Jetzt wird die Energiebilanz angezeigt. Dies erfolgt mit dem Befehl „Menü aufrufen“ „Energiebilanz berechnen“ Zur Ermittlung des Brennstoffbedarfs des Kraftwerks wurde der Strom-Output des BHKWs mit dem Substitutionsfaktor für elektrischen Strom von 9125 kJ ≈ 2,54 kWh/kWh – entsprechend „Energiedaten 2000, BMWi „ – multipliziert. Zusätzlich wurde ein Leitungsverlust von 5% angenommen.

 

(Substitutionsfaktor besagt, dass alternativ erzeugter Strom so bewertet wird, wie in einem konventionellen Wärmekraftwerk mit entsprechendem Brennstoffaufwand erzeugt.)

Mit der Taste "Ok" und beim nächsten Dialog mit "Schließen" wird der Dialog verlassen und zum Hauptmenü von BHKW-Plan zurückgekehrt.

 

Erlöse berechnen

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.

Folgende Annahmen werden getroffen: 

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

0,07 € /kWh für Einspeisung (0,065 KWK-Index Strombörse EEX und 0,005 Vermiedene Netzkosten)

Der KWK Bonus beträgt nach KWK-G 2016 für BHKWs bis 50 kWel für die Eigenstromnutzung 0,04 €/kWh und für die Einspeisung 0,08 €/kWh.

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 über Menü „Eingabe“, „Kostenrechnung“ oder 

Symbol „Wirtschaftlichkeit berechnen“.

Im Allgemeinen wird bei MiniBHKW-Plan der Kostenvergleich so durchgeführt, dass für eine zentral angeordnete Wärmeversorgung, bestehend aus BHKW + Spitzenkessel, und einem großen Heizkessel die Kosten verglichen werden. Die Beheizung eines Reihenhausblocks ist aber anders. Bei Einsatz eines BHKWs sind ein Heizraum, ein BHKW-Modul, ein Spitzenkessel, ein Speicher und ein Nahwärmenetz erforderlich. Bei einer üblichen Heizung sind pro Einzelhaus ein Heizkessel, ein Heizraum, ein Kamin usw. nötig. Um korrekt vergleichen zu können, ist hier mit einem Wärmepreis zu arbeiten. Er wird mit „Alternative Eingabe des Wärmepreises“ eingegeben. Die Höhe wird mittels eines MiniBHKW-Plan Projekts für ein einzelnes Reihenhaus ermittelt, bzw. richtet sich nach dem Marktüblichen Wärmepreis.

In diesem Beispiel werden die Kosten der Vergleichsheizung über einen Wärmepreis von 0,1 €/kWh für das gesamte Jahr und einem Grundpreis von 1600 €/a angenommen (100 € pro Haus).

Mit der Taste "Investitionen" bei BHKW Erzeugung wird der Dialog zur Eingabe. Folgende Annahmen für die Investitions- und Betriebskosten werden getroffen.

Anschließend werden die Brennstoffkosten angenommen.

Das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung sieht dann wie folgt aus.

Von den Kosten einer Versorgung durch BHKW- und Spitzenkessel werden die Erlöse durch die Stromproduktion und die Kosten der konventionellen Heizung abgezogen. Auch die Mineralöl- und Stromsteuer ist in Rechnung gestellt.

 

 

Emissionsvergleich

Mittels Symbol „ Emissionen berechnen“ oder Menü „Simulation“, „Emissionen bilanzieren“ werden die Emissionen berechnet.

Bericht drucken

Mittels Symbol „Bericht drucken“ oder Menü „Projekt“, „Bericht drucken“ werden die Angaben und Berechnungsergebnisse in Form eines Berichts ausgedruckt.

Während der Projektbearbeitung konnten im Übrigen die jeweiligen Ergebnisse mit den Tasten „Protokoll“ ausgedruckt werden.

Für die Weitergabe an die Kunden steht ein Kurzbericht zur Verfügung.