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Erneuerbare Primärenergie - PER

Willkommen auf der Startseite zum Thema „Erneuerbare Primärenergie“ (PER). Hier finden Sie eine Einführung in das Thema PER und weitere Artikel, die die verschiedenen Aspekte dieses Themenbereichs erläutern.

Übersicht

Bewertungsmethoden für Gebäude

Übliche Methoden zur Bewertung der Gesamt-Energieeffizienz von Gebäuden sind:

  • Primärenergie (PE) (nicht erneuerbar) oder
  • Emissionsumfang an CO2-Äquivalenten, das so genannte Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP).

Gegenwärtig ist unser Hauptanliegen die Reduzierung der Treibhausgase, GWP (mit dem PE in Zusammenhang steht), und der Übergang zu einer nicht fossilen Energieversorgung, der sich über mehrere Jahrzehnte erstrecken wird. Gebäude, die heute gebaut werden, werden längere Lebenszyklen haben als diese Übergangsphase zu einer nicht fossil basierten Gesellschaft, und werden auch in der Zeit nach dem Übergang genutzt werden. Während der Übergangsphase ändern sich die PE- und GWP-Faktoren und werden schließlich gegen Null tendieren, wenn wir eine Gesellschaft erreichen, die zu 100% aus erneuerbaren Energien versorgt wird. Bedeutet dies im Rückschluss, dass Gebäude, unabhängig von ihrer Bauweise, immer besser und besser werden und ihr (End-)Energieverbrauch keine Rolle spielt?

Die oben genannten Bewertungsmethoden legen dies nahe - auch wenn das offensichtlich nicht der Fall ist. Erneuerbare Energie muss erzeugt, geliefert und oft gespeichert werden um z.B. wetterbedingte Versorgungslücken zu überbrücken. Erneuerbare Energie braucht Infrastruktur und Raum, was zu einem entscheidenden limitierenden Faktor werden wird. Wir wollen bezahlbare erneuerbare Energie für alle und für alle Anwendungen. Aus diesen Gründen muss die Energienutzung effizient sein: Energieeffizienz ist die Voraussetzung für eine effektive Versorgung mit erneuerbarer Energie. Wenn man bedenkt, dass ein Drittel des Gesamtenergieverbrauchs in den entwickelten Ländern für den Betrieb von Gebäuden benötigt wird, ist uns klar, wie wichtig dieser Sektor für den Übergang ist, und offensichtlich sind die traditionellen Bewertungsmethoden für dieses Zukunftsszenario nicht angemessen.

Abb.1: Bewertung der Primärenergie: Von PE zu PER

Nachhaltige Gebäude für eine nachhaltige Zukunft

Wenn die Energieversorgung zu 100 % erneuerbar wird, brauchen wir solche Entwürfe von Gebäuden, die diese zu integralen Bestandteilen der erneuerbaren Zukunft machen. Mit dem PER-System wurde dazu eine Bewertungsmethode entwickelt, die es erlaubt, Gebäude hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit einem System bei 100 % Energie aus erneuerbaren Ressourcen zu optimieren. In einem solchen Versorgungssystem werden Gebäude eine wichtige Rolle spielen, indem sie nicht nur ihren Energiebedarf reduzieren, sondern auch Flächen und Eignung für Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien bieten - das ist bei Gebäuden vor allem die Nutzung von solar erzeugtem Strom.

Null, Netto-Null, Nahe-Null, Plus: Welches ist die beste Lösung?

Diese Bewertungssysteme berücksichtigen bereits die vor Ort (oder in der Nähe) erzeugten erneuerbaren Energien. Hier wird der Endenergiebedarf bzw. -verbrauch mit der Energieerzeugung bilanziert. Aber die Energienachfrage und das Angebot an erneuerbaren Energien sind nicht zeitlich synchron. Deshalb muss Energie so lange gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Dies erzeugt Umwandlungsverluste und daher zusätzliche Energie, die berücksichtigt werden muss. Besonders problematisch sind jahreszeitlich bedingte Unterschiede zwischen Energieproduktion und Energieverbrauch: Netto-Null-Gebäude benötigen typischerweise die meiste Energie im Winter. Diese muss dann im Sommer erzeugt und für den Winter gespeichert werden. Dies erfordert nicht nur zusätzliche Energie, sondern ist auch ziemlich teuer, da ein solcher Langzeit-Speicher nur einmal pro Jahr genutzt werden kann. Daher ist es ratsam, Gebäude so effizient zu bauen, dass insbesondere der Energiebedarf in den Jahreszeiten sinkt, in denen sonst erneuerbare Energie nicht im Überfluss zu Verfügung steht.

Abb. 2: Das Net-Zero-Niedrigenergiegebäude (LEH) verfügt über viel PV, sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade. Aber es benötigt im Winter immer noch viel mehr Energie, die entweder aus nicht erneuerbaren Quellen oder aus saisonalen Speichern stammt. Dafür wird sehr viel Energie benötigt, die ebenfalls berücksichtigt werden muss. (Beispiel: ein Niedrigenergiehaus in einem kühlen, gemäßigten Klima, die gesamte Elektrizität für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen und Geräten). Es ist nicht nur weit von Null entfernt, sondern wird bei so viel Energie, die saisonal gespeichert werden muss, auch sehr teuer werden.

Abb. 3: Das gleiche Gebäude wie ein Passivhaus: es bleibt eine Winterlücke, aber es verbraucht in dieser Jahreszeit, in der eine Speicherung erforderlich ist, viel weniger Energie… Bei gleicher Menge an PV-Erzeugung beträgt der zusätzliche Winterbedarf nur 20 % im Vergleich zum Niedrigenergiehaus.













Abb. 4: Im Falle des Passivhauses kann die Anzahl der PV-Module und die entsprechende Energieproduktion einfach reduziert werden (z.B. bei mehrgeschossigen Gebäuden), ohne die „Lücke“ zu stark zu beeinträchtigen. Die aus dem Speicher zu entnehmende Menge wäre immer noch gering. Dies zeigt, dass energieeffiziente Gebäude von entscheidender Bedeutung für einen effektiven Übergang zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien sind. Übrigens: Wir empfehlen hier weiterhin, PV-Anlagen so groß wie möglich zu bauen, weil nicht überall die Flächen zur Verfügung stehen und so Kapazität für weitere Anwendungen geschaffen wird.


Was ist Erneuerbare Primärenergie?

Erneuerbare Primärenergie (PER) ist die Einheit der Energie, die aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt wird, z.B. Elektrizität, die von einer Photovoltaikanlage/Windturbine erzeugt wird, oder Wärme, die mit einer solarthermischen Anlage erzeugt wird. PER-Faktoren spiegeln die primären erneuerbaren Ressourcen wider, die zur Deckung des Endenergiebedarfs eines Gebäudes benötigt werden, einschließlich der Verteilungs- und Speicherverluste. Im Falle eines PER-Faktors von 1,5 wird ein Überschuss von 50% erneuerbarer Primärenergie benötigt, um den Endenergiebedarf des Gebäudes decken zu können. Je höher der PER-Faktor, desto höher sind die erforderlichen Ressourcen und desto wichtiger ist die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen, um eine Kompensation aus nicht erneuerbaren Quellen zu vermeiden.

Mit dem PER-System wird der Energieübergang zu einer 100 % Primärenergieversorgung aus erneuerbaren Ressourcen vorweggenommen. Die neue Bewertungsmethodik fördert explizit nicht den jährlichen Ausgleich von Energiebedarf vor Ort und Energieproduktion im Kontext einzelner Gebäude. Das erreichte Niveau der Energieeffizienz und die Versorgung mit erneuerbarer Energie müssen unabhängig voneinander bewertet werden. Bei einem direkten Gegenrechnen würde unterstellt, dass es keine Energieverluste durch Umwandlung und Speicherung gibt.

Im Rahmen des PER-Systems wird der Energiebedarf von Gebäuden in einem Umfeld eines ausschließlich erneuerbaren Energieversorgungsnetzes analysiert. Abhängig von der Art der Energieanwendung sowie den lokal verfügbaren erneuerbaren Energieressourcen variieren die benötigten Speicherkapazitäten und daher die damit verbundenen Verluste. Aus einer Jahressimulation werden Gewichtungsfaktoren, die sogenannten PER-Faktoren, abgeleitet und als Indikator dafür verwendet, welche Energieanwendungen wie ressourcenintensiv sind. Auf diese Weise hängen die PER-Faktoren vom Standort des Gebäudes, aber auch von der Anwendung (z.B. Heizung, Kühlung, Warmwasser oder Stromanwendungen) und dem Endenergie-Träger ab. Sie sind aber weitgehend unabhängig vom derzeit bestehenden Versorgungssystem. Es handelt sich um regionale physikalische Parameter, wie z.B. Klimadaten. In der Praxis werden sie ebenso wie die Klimadatensätze automatisch mit dem PHPP bereitgestellt.

Nachhaltigkeitsbewertung mit PER.

Passivhaus – das nächste Jahrzehnt.

Einordnung der Heizung in Bezug auf den Gesamtenergieverbrauch

PER – Die Bewertung für eine nachhaltige Energieversorgung - 1 Seite PER-Kurzinfo zum Download

Energienutzung und Energieerzeugung

Sowohl der Energiebedarf an Erneuerbarer Primärenergie als auch für die Erzeugung erneuerbarer Primärenergie am Gebäude werden bewertet – unabhängig voneinander.

Der Bedarf an erneuerbaren Primärenergieträgern wird an dem Wert der Dienstleistung gemessen, der durch die Nutzfläche des Gebäudes, die sogenannte „Energiebezugsfläche (EBF)“, dargestellt wird.

Die erneuerbare Primärenergieerzeugung wird an den begrenzten Ressourcen gemessen, über die das Gebäude verfügt, d.h. an der Fläche, die es belegt, so dass es für andere Nutzungen nicht mehr zur Verfügung steht. Wir nennen sie den „Überbaute Fläche“.

Daher können die spezifischen PER-Werte für Nachfrage und Erzeugung nicht direkt ausgeglichen werden und bleiben als zwei verschiedene Dimensionen der Bewertung bestehen.

Abb. 5: In beiden Situationen wird links und rechts der gleiche Nutzraum (beheizt oder gekühlt) zur Verfügung gestellt. Sie unterscheiden sich in der Fläche für die Energieerzeugung, aber in der gleichen Beziehung in der Gebäudegrundfläche, so dass die spezifische PER-Erzeugung ähnlich sein wird. Unter der Annahme, dass sie den gleichen Energiebedarf haben, werden ihre PER-Bewertungen gleich sein.

Passivhaus-Klassen

Die PER-Bewertungsmethodik ist die Grundlage für die Definition der Passivhausklassen. Sie klassifizieren das Gebäude hinsichtlich seines Gesamteffizienzniveaus und der erneuerbaren Energieerzeugung in drei verschiedene Kategorien: Passivhaus Classic, Plus und Premium.

Es muss unbedingt darauf hingewiesen werden, dass die funktionale Definition des Passivhausstandards unverändert bleibt und für alle drei Passivhausklassen gleich ist (in Bezug auf den Nutzenergiebedarf für Heizung und Kühlung sowie Luftdichtheits- und Komfortkriterien). Für die drei Klassen sind sowohl Schwellenwerte für den PER-Bedarf als auch für die PER-Erzeugung definiert. Der Bedarf umfasst alle Energieanwendungen in einem Gebäude, d.h. die Heiz- und Kühlenergie, sowie Warmwasser, den gesamten Strombedarf und alle Hilfsenergie zur Bereitstellung der Energiedienstleistungen. Je höher das erreichte Niveau der Gesamteffizienz und der Erzeugung erneuerbarer Energie, desto höher ist die Passivhausklasse gemäß den in Tabelle 1 aufgeführten Schwellenwerten. Dies macht das Passivhaus zu einer idealen Blaupause für den NZEB-Standard.

Abb. 6: Die Passivhaus-Klassen
Tabelle 1: Anforderungen an die Passivhausklassen in Bezug auf die Gesamtenergieeffizienz und die Erzeugung erneuerbarer Energie

Die neuen Passivhaus-Klassen

Classic, Plus, Premium: Classic, Plus, Premium: Die neuen Passivhaus-Klassen und wie sie erreicht werden können


Grundlagen Artikel

Die folgenden Artikel sind Grundlagen-Artikel, die die zugrundeliegende Theorie, Methodik und Anwendung des Erneuerbare Primärenergie Systeme beschreiben. Diese Artikel beinhalten die Grundkenntnisse, die zum Verständnis des PER-Systems und der zusätzlichen Passivhausklassen Passivhaus Plus und Passivhaus Premium erforderlich sind.

Passivhaus – das nächste Jahrzehnt.

Nachhaltigkeitsbewertung mit PER.

Die neuen Passivhaus-Klassen

Classic, Plus, Premium: Classic, Plus, Premium: Die neuen Passivhaus-Klassen und wie sie erreicht werden können

Passive House – On-grid or Off-grid? (In Englisch)


Artikel zu Spezialthemen

Literatur und weitere Lektüre

Feist, Wolfgang: Energy concepts – the Passive House in comparison (Energiekonzepte – das Passivhaus im Vergleich). In: Conference Proceedings of the 17th International Passive House Conference, Frankfurt/Darmstadt 2013.

Feist, Wolfgang: Passive House – the next decade (Passivhaus – das nächste Jahrzehnt.). In: Conference Proceedings of the 18th International Passive House Conference, Aachen/Darmstadt 2014.

Grove-Smith, Jessica and Feist, Wolfgang. The PER assessment method (Die PER-Bewertungsmethode )… Conference Proceedings: 19th International Passive House Conference. Innsbruck/Darmstadt, 2015

Grove-Smith, Jessica; Wolfgang Feist; Benjamin Krick: Balancing energy efficiency and renewable energies: An assessment concept for nearly zero-energy buildings. In: Bertoldi, P. JRC of European Commission (ed.): 9th International Conference Improving Energy Efficiency in Commercial Buildings and Smart Communities, 2016. p. 894-902. Link zum externen Artikel hier (In Englisch)

iPHA Blog Bronwyn Barry Our all-renewable energy future: Passive House Plus & Premium (In Englisch)

grundlagen/energiewirtschaft_und_oekologie/erneuerbare_primaerenergie_per.txt · Zuletzt geändert: 2022/05/01 11:02 von wfeist