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--- grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:erneuerbare_primaerenergie_per [2024/05/04 22:39] – [Nachhaltige Gebäude für eine nachhaltige Zukunft] wfeist
+++ grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:erneuerbare_primaerenergie_per [2025/10/09 12:27] (aktuell) – [Passivhaus-Klassen] yaling.hsiao@passiv.de
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 ==== 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 immer zeitgleich. Deshalb muss Energie so lange gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Dies erzeugt Umwandlungsverluste und benötigt daher zusätzliche Energie, die berücksichtigt werden muss. Eine besondere Herausforderung sind jahreszeitlich bedingte Unterschiede zwischen Energieproduktion und Energieverbrauch: Netto-Null-Gebäude in Europa 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 saisonaler Speicher nur einmal pro Jahr genutzt werden kann((Die Zahl der Zyklen pro Jahr $n_a$ liegt in der Regel nur wenig über 1, meist sogar darunter, weil für strenge Winter Vorsorge-Vorräte gehalten werden müssen.)). Daher ist es ratsam, Gebäude energieeffizient zu bauen, so dass insbesondere der Energiebedarf in den Jahreszeiten sinkt, in denen sonst erneuerbare Energie nicht im Überfluss zu Verfügung steht - in unseren Breiten ist das im Winter.
+Klassische Bewertungssysteme berücksichtigen oft die vor Ort (oder in der Nähe) erzeugten erneuerbaren Energien. Dabei wird der Endenergiebedarf bzw. -verbrauch mit der Energieerzeugung //über das Jahr// bilanziert((sogenannte "Netto"-Nullenergie)). Aber die Energienachfrage und das Angebot an erneuerbaren Energien sind nicht immer zeitgleich. Deshalb muss Energie so lange gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Dies führt zu Umwandlungsverlusten und benötigt daher zusätzliche Energie, die berücksichtigt werden muss. Eine besondere Herausforderung sind jahreszeitlich bedingte Unterschiede zwischen Energieproduktion und Energieverbrauch: Netto-Null-Gebäude in Europa benötigen typischerweise die meiste Energie im Winter. Diese muss dann im Sommer gewonnen und für den Winter gespeichert werden. Dies erfordert nicht nur zusätzliche Energie, sondern ist auch ziemlich teuer, da ein solcher saisonaler Speicher nur einmal pro Jahr genutzt werden kann((Die Zahl der Zyklen pro Jahr $n_a$ liegt in der Regel nur wenig über 1, meist sogar darunter, weil für strenge Winter Vorsorge-Vorräte gehalten werden müssen.)). Daher ist es ratsam, Gebäude energieeffizient zu bauen, so dass insbesondere der Energiebedarf in den Jahreszeiten sinkt, in denen sonst erneuerbare Energie nicht im Überfluss zu Verfügung steht - in unseren Breiten ist das im Winter((Interessanterweise stellt sich das Winterlückenproblem auch schon heute: Der Verbrauch an Öl und Gas ist im Winter sehr viel höher als im Sommer; müsste der hohe Winterbedarf direkt durch zeitgleiche Importe gedeckt werden, so würde das hohe Kapazitäten für die Lieferung der Energieströme erfordern. Daher speichern wir auch heute schon z.B. Erdgas in großen Gasspeichern mit rund 246 TWh/a für diesen Winterbedarf; mit fossiler Energie, insbesondere mit Erdgas, geht dies auch relativ einfach - es können z.B. alte Erdgasfelder im Sommer wiederbeladen werden; diese Speicher sind daher sogar relativ billig. Die Idee liegt nahe, diese Speicher auch künftig für das dann erneuerbare Energiesystem weiter zu nutzen - das geht sogar, ist aber an die Verwendung von Methan (oder anderen gasförmigen Kohlenwasserstoffen) gebunden. Solch ein chemischer, gasförmiger Energieträger muss aus der im Sommer im Überschuss verfügbaren erneuerbaren Elektrizität erst synthetisiert werden: An dieser Stelle kommen bedeutende Umwandlungsverluste ins Spiel - auch alle anderen saisonalen Speichermethoden haben solche, sind dazuhin aber auch noch teurer bei der Errichtung der Speicher selbst: Wie es auch gewendet wird: saisonale Speicherung anderer als fossiler Energie wird teuer. Hier ist die PEr-Methode ein Tool, mit dem der dafür erforderliche Aufwand bestimmt werden kann.)).
-|[{{:picopen:per_landing_de_fig_2.png?250|**Abb. 2: Das Net-Zero-Niedrigenergiegebäude (LEH) verfügt über eine große PV-Anlage, sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade. Aber es benötigt im Winter immer noch viel Energie, die entweder aus nicht erneuerbaren Quellen oder aus saisonalen Speichern stammen muss. Um die Speicher aufzuladen wird Energie benötigt, die ebenfalls berücksichtigt werden muss. (Das Beispiel zeigt ein Niedrigenergiehaus in einem kühl-gemäßigten Klima, die gesamte Elektrizität für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen und Geräten). Der Fremdenergiebedarf ist nicht nur weit von Null entfernt, sondern wird bei so großen Energiemengen, die saisonal gespeichert werden müssen, auch teuer werden. **}}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_3.png?250|**Abb. 3: Das gleiche Gebäude aber mit der Effizienz eines Passivhauses: es bleibt auch dann noch eine Winterlücke, aber in der Jahreszeit, für die eine Speicherung erforderlich wird, wird weit weniger Energie benötigt… Bei gleicher Menge an PV-Erzeugung beträgt der zusätzliche Winterbedarf nun nur 20 % von dem des Niedrigenergiehauses. ** \\  \\  \\  \\  \\  \\ }}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_4.png?250|**Abb. 4: Im Falle des Passivhauses kann die Anzahl der PV-Module und die entsprechende Energieproduktion 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. }}]|
+|[{{:picopen:per_landing_de_fig_2.png?250|**Abb. 2: Das Net-Zero-Niedrigenergiegebäude (LEH) verfügt über eine große PV-Anlage, sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade. Aber es benötigt im Winter immer noch viel Energie, die entweder aus nicht erneuerbaren Quellen oder aus saisonalen Speichern stammen muss. Um die Speicher aufzuladen wird Energie benötigt, die ebenfalls berücksichtigt werden muss. (Das Beispiel zeigt ein Niedrigenergiehaus in einem kühl-gemäßigten Klima, die gesamte Elektrizität für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen und Geräten). Der Fremdenergiebedarf ist nicht nur weit von Null entfernt, sondern wird bei so großen Energiemengen, die saisonal gespeichert werden müssen, auch teuer werden. **}}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_3.png?250|**Abb. 3: Das gleiche Gebäude aber mit der Effizienz eines Passivhauses: es bleibt auch dann noch eine Winterlücke, aber in der Jahreszeit, für die eine Speicherung erforderlich wird, wird weit weniger Energie benötigt. Bei gleicher PV-Erzeugung beträgt der zusätzliche Winterbedarf nun nur 20 % von dem des Niedrigenergiehauses nach Abb. 2. Der zugehörige Speicher bleibt bezahlbar. ** \\  \\  \\  \\  \\  \\ }}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_4.png?250|**Abb. 4: Im Falle des Passivhauses könnte die Anzahl der PV-Module und die entsprechende Energieproduktion sogar reduziert werden (z.B. bei mehrgeschossigen Gebäuden), ohne die "Lücke" stark zu beeinträchtigen. Die aus dem Speicher zu entnehmende Menge wäre auch dann immer noch gering. Dies zeigt, dass energieeffiziente Gebäude den Übergang zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien erheblich erleichtern.** Übrigens: Wir empfehlen in solchen Fällen weiterhin, PV-Anlagen so groß wie möglich zu bauen, weil nicht überall solche Flächen zur Verfügung stehen und weil so Kapazität für weitere Anwendungen geschaffen wird. }}]|
 ====Was ist Erneuerbare Primärenergie?====
-Erneuerbare Primärenergie (PER) ist die Energiemenge, die aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt werden muss, um einen gegebenen Energiebedarf zu decken. Überwiegend wird das elektrische Energie sein, die von einer Photovoltaikanlage oder Windturbine erzeugt wird, oder Wärme, die mit einer solarthermischen Anlage erzeugt wird. PER-Faktoren geben die primären erneuerbaren Ressourcen an, die zur Deckung des Endenergiebedarfs eines Gebäudes benötigt werden, einschließlich der Verteilungs- und Speicherverluste. Im Falle eines PER-Faktors von 1,5 wird eine zusätzliche Menge von 50% erneuerbarer Primärenergie benötigt, um den Endenergiebedarf der gewünschten Anwendung decken zu können. Je höher der PER-Faktor, desto höher sind die erforderlichen Ressourcen und desto wichtiger ist die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen, um zu vermeiden, das die verbleibenden Lücken dann doch wieder aus nicht erneuerbaren Quellen gedeckt werden.
+Erneuerbare Primärenergie (PER) ist die Energiemenge, die aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt((gemessen bei der Übergabe ins Netz, am "Kraftwerkszaun")) werden muss, um einen gegebenen Energiebedarf zu decken. Überwiegend wird das elektrische Energie sein, die von einer Photovoltaikanlage oder Windturbine erzeugt wird, oder Wärme, die mit einer solarthermischen Anlage erzeugt wird. PEr-Faktoren geben die primären erneuerbaren Ressourcen an, die zur Deckung des Endenergiebedarfs eines Gebäudes benötigt werden, einschließlich der Verteilungs- und Speicherverluste. Im Falle eines PEr-Faktors von 1,5 wird eine zusätzliche Menge von 50% erneuerbarer Primärenergie benötigt, um den Endenergiebedarf der gewünschten Anwendung decken zu können. Je höher der PER-Faktor, desto höher sind die erforderlichen Ressourcen und desto wichtiger ist die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen, um zu vermeiden, das die verbleibenden Lücken dann doch wieder aus nicht erneuerbaren Quellen gedeckt werden((Es versteht sich von selbst, dass hohe PEr-Faktoren auch höhere Kosten für die gelieferte Energie zur Folge haben.)).
 Mit dem PER-System wird der Übergang zu einer 100 % Primärenergieversorgung aus erneuerbaren Ressourcen vorweggenommen. Diese  Bewertungsmethodik fördert explizit nicht den jährlichen Ausgleich von Energiebedarf vor Ort und Energieproduktion im Kontext einzelner Gebäude - das erzeugt nämlich vermeidbaren zusätzlichen Aufwand. Das erreichte Niveau der Energieeffizienz und die Versorgung mit erneuerbarer Energie müssen aufeinander optimiert werden. Bei einem direkten Gegenrechnen nicht zeitgleich erzeugter Energie würde unterstellt, dass die Energieverluste durch Umwandlung und Speicherung Null sind.
-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.
+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 insbesondere von der Anwendung (z.B. Heizung, Kühlung, Warmwasser oder Fahrstrom) 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. Für die Praxis werden sie ebenso wie die Klimadatensätze automatisch mit dem PHPP bereitgestellt.
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 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.
-[{{ :picopen:20150311_passivhausklassen_pm_phi.jpg?600 |**Abb. 6: Die Passivhaus-Klassen**}}]
+[{{ :picopen:haeusergrafik_komplett_de_2025_mb_quer.jpg?700 |**Abb. 6: Die Passivhaus-Klassen**}}]
 [{{ :picopen:per_landing_de_table_1.png?direct |**Tabelle 1: Anforderungen an die Passivhausklassen in Bezug auf die Gesamtenergieeffizienz und die Erzeugung erneuerbarer Energie**}}]
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-=====Literatur und weitere Lektüre======
+===== Literatur und weitere Lektüre =====
-Feist, Wolfgang: Energy concepts – the Passive House in comparison ([[:grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich|Energiekonzepte – das Passivhaus im Vergleich]]). In: Conference Proceedings of the 17th International Passive House Conference, Frankfurt/Darmstadt 2013.
+Feist, Wolfgang: [[.:energiekonzepte_das_passivhaus_im_vergleich|]]. In: Tagunsband 17. Internationale Tagung in Frankfurt. PHI, Darmstadt 2013.
-Feist, Wolfgang: Passive House – the next decade ([[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt|Passivhaus – das nächste Jahrzehnt.]]). In: Conference Proceedings of the 18th International Passive House Conference, Aachen/Darmstadt 2014.
+Feist, Wolfgang: [[..:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt|]]. In:Tagungsband 18. Internationale Passivhaustagung in Aachen. PHI, 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 and Feist, Wolfgang. Die PER-Bewertungsmethode. In: Tagungsband 19. Internationale Passivhaustagung in Leipzig 2015. PHI, 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. [[https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/9th-international-conference-improving-energy-efficiency-commercial-buildings-and-smart-communities|Link zum externen Artikel hier (In Englisch)]]
+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. [[https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/9th-international-conference-improving-energy-efficiency-commercial-buildings-and-smart-communities|Link zum externen Artikel hier (In Englisch)]]
 [[https://blog.passivehouse-international.org/renewable-energy-future/|iPHA Blog Bronwyn Barry Our all-renewable energy future: Passive House Plus & Premium (In Englisch)]]