zertifizierung:passivhaus-klassen:per
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zertifizierung:passivhaus-klassen:per [2015/03/11 15:55] – bwuensch | zertifizierung:passivhaus-klassen:per [2024/05/05 18:55] (aktuell) – [Ermittlung standortspezifischer PEr-Faktoren] wfeist | ||
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Die angewandte Methodik wurde auf Basis der in [Feist 2013] und [Feist 2014] veröffentlichten Ideen weiter entwickelt, weltweit angewandt und ausgewertet. Mit einer stündlichen Zeitauflösung wird für Lastprofile des Energiebedarfs die Deckung über ein zukünftiges Versorgungsszenario basierend auf ausschließlich erneuerbaren Energiequellen (EE), inklusive Energiespeichern und Verlusten, simuliert (Abbildung 1). Die individuellen Berechnungen basieren auf lokalen Klimadaten aus verschiedensten Quellen, die resultierenden PER-Faktoren sagen aus, um welchen Faktor die erneuerbar erzeugte Energie im statistischen Mittel größer sein muss, als die im Gebäude verbrauchte Endenergie. | Die angewandte Methodik wurde auf Basis der in [Feist 2013] und [Feist 2014] veröffentlichten Ideen weiter entwickelt, weltweit angewandt und ausgewertet. Mit einer stündlichen Zeitauflösung wird für Lastprofile des Energiebedarfs die Deckung über ein zukünftiges Versorgungsszenario basierend auf ausschließlich erneuerbaren Energiequellen (EE), inklusive Energiespeichern und Verlusten, simuliert (Abbildung 1). Die individuellen Berechnungen basieren auf lokalen Klimadaten aus verschiedensten Quellen, die resultierenden PER-Faktoren sagen aus, um welchen Faktor die erneuerbar erzeugte Energie im statistischen Mittel größer sein muss, als die im Gebäude verbrauchte Endenergie. | ||
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Für den PER-Faktor ist die Gleichzeitigkeit der verfügbaren Energieressourcen und des Energieverbrauchs ausschlaggebend, | Für den PER-Faktor ist die Gleichzeitigkeit der verfügbaren Energieressourcen und des Energieverbrauchs ausschlaggebend, | ||
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===== Lastprofile – Erzeugung und Verbrauch ===== | ===== Lastprofile – Erzeugung und Verbrauch ===== | ||
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Die restlichen Verbraucher – Heizung, Kühlung und Entfeuchtung – werden mittels stündlicher Gebäudesimulation für ein Referenzgebäude ermittelt. Es werden jeweils mehrere Fälle berechnet, um den Einfluss variierender Heiz- bzw. Kühlperioden berücksichtigen zu können: Ein typisches Passivhaus sowie ein bis zu achtfacher Mehrverbrauch der jeweiligen Anwendung. Für die Umrechnung von Nutz- auf Endenergiebedarf wird von einer Versorgung mittels Wärmepumpe ausgegangen. Der entsprechende Strombedarf wird stündlich mit einem vereinfachten Wärmepumpenmodell berechnet. Zuletzt werden alle Lastprofile mit einer Normalverteilung über ±4 Stunden geglättet, um Schwankungen - z.B. bedingt durch unterschiedliches Nutzerverhalten - zu berücksichtigen. | Die restlichen Verbraucher – Heizung, Kühlung und Entfeuchtung – werden mittels stündlicher Gebäudesimulation für ein Referenzgebäude ermittelt. Es werden jeweils mehrere Fälle berechnet, um den Einfluss variierender Heiz- bzw. Kühlperioden berücksichtigen zu können: Ein typisches Passivhaus sowie ein bis zu achtfacher Mehrverbrauch der jeweiligen Anwendung. Für die Umrechnung von Nutz- auf Endenergiebedarf wird von einer Versorgung mittels Wärmepumpe ausgegangen. Der entsprechende Strombedarf wird stündlich mit einem vereinfachten Wärmepumpenmodell berechnet. Zuletzt werden alle Lastprofile mit einer Normalverteilung über ±4 Stunden geglättet, um Schwankungen - z.B. bedingt durch unterschiedliches Nutzerverhalten - zu berücksichtigen. | ||
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- | ===== Ermittlung standortspezifischer | + | ===== Ermittlung standortspezifischer |
- | Für die Berechnung der PER-Faktoren werden die beschriebenen Stromprofile der EE-Erzeugung und Lastabnahme, | + | Für die Berechnung der PEr-Faktoren werden die beschriebenen Stromprofile der EE-Erzeugung und Lastabnahme, |
Die Kapazität des Kurzzeitspeichers im Netzverbund (z.B. Pumpspeicherwerke, | Die Kapazität des Kurzzeitspeichers im Netzverbund (z.B. Pumpspeicherwerke, | ||
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Die Kapazität des saisonalen Speichers wird im jeweiligen Modelllauf ermittelt, und zwar exakt zu der Kapazität, bei der die Jahresbilanz aufgeht (Erzeugung = Bedarf + Verluste). Ein mögliches funktionsfähiges saisonales Speichersystem ist die Umwandlung des EE-Stroms in Methan: Hierfür wird ein Umwandlungswirkungsgrad von 57 % angesetzt, für die Rückverstromung im GuD-Kraftwerk ein Wirkungsgrad von 50 %. Der Gesamt-Wirkungsgrad der Langzeitspeicherung ergibt sich daraus in typischen Klimaten zu ca. 30 %. Zudem werden 5 % Übertragungsverluste im Stromnetz beaufschlagt. | Die Kapazität des saisonalen Speichers wird im jeweiligen Modelllauf ermittelt, und zwar exakt zu der Kapazität, bei der die Jahresbilanz aufgeht (Erzeugung = Bedarf + Verluste). Ein mögliches funktionsfähiges saisonales Speichersystem ist die Umwandlung des EE-Stroms in Methan: Hierfür wird ein Umwandlungswirkungsgrad von 57 % angesetzt, für die Rückverstromung im GuD-Kraftwerk ein Wirkungsgrad von 50 %. Der Gesamt-Wirkungsgrad der Langzeitspeicherung ergibt sich daraus in typischen Klimaten zu ca. 30 %. Zudem werden 5 % Übertragungsverluste im Stromnetz beaufschlagt. | ||
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- | Das EE-Erzeugungsprofil wird durch die anteilige Zusammensetzung aus Solar- und Windenergie beeinflusst. Beide Extreme (keine Photovoltaik bzw. kein Wind) und vier Zwischenstadien werden modelliert, d.h. für jedes betrachtete Lastprofil ergeben sich sechs Berechnungen. Der PER-Faktor wird nach dem jeweils günstigsten Verhältnis aus Solar zu Wind bestimmt. | + | Das EE-Erzeugungsprofil wird durch die anteilige Zusammensetzung aus Solar- und Windenergie beeinflusst. Beide Extreme (keine Photovoltaik bzw. kein Wind) und vier Zwischenstadien werden modelliert, d.h. für jedes betrachtete Lastprofil ergeben sich sechs Berechnungen. Der PEr-Faktor wird nach dem jeweils günstigsten Verhältnis aus Solar zu Wind bestimmt. |
- | Aufgrund der jeweiligen Wechselwirkungen können die unterschiedlichen Verbraucher nicht unabhängig voneinander betrachtet werden. Für die Ermittlung der PER-Faktoren wird daher der Zuwachs des betrachteten Lastprofils auf eine bestehende Grundlast | + | Aufgrund der jeweiligen Wechselwirkungen können die unterschiedlichen Verbraucher nicht unabhängig voneinander betrachtet werden((Modebegriff: |
- | Für jedes Profil wird nun von der PER-Rechenroutine die jeweils benötigte Primär-EE-Erzeugung zur Deckung des Gesamtendenergiebedarfs zuzüglich aller Verluste ermittelt. Der PER-Faktor für den Verbraucher ergibt sich nun aus der Steigung der EE-Erzeugung gegenüber dem Mehrverbrauch (siehe Beispiele in Abbildung 4). Zum Teil können sich so zunächst sogar PER-Faktoren unter 1 ergeben, insbesondere für die Kühlung, wenn der zusätzliche Energiebedarf die saisonalen Schwankungen ausgleicht und somit die Notwendigkeit zur Langzeitspeicherung reduziert. | + | Für jedes Profil wird nun von der PEr-Rechenroutine die jeweils benötigte Primär-EE-Erzeugung zur Deckung des Gesamtendenergiebedarfs zuzüglich aller Verluste ermittelt. Der PEr-Faktor für den Verbraucher ergibt sich dann aus der Steigung der EE-Erzeugung gegenüber dem zugehörigen |
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- | Die Diagramme in Abbildung 5 zeigen Beispiele von PER-Faktoren für ausgewählte Standorte in verschiedenen Klimaten, die vergleichbar geringe Wasserkraftanteile aufweisen. Für Haushaltstrom und Warmwasser ist die weltweite Streuung | + | Die Diagramme in Abbildung 5 zeigen Beispiele von PEr-Faktoren für ausgewählte Standorte in verschiedenen Klimaten, die vergleichbar geringe Wasserkraftanteile aufweisen. Für Haushaltstrom und Warmwasser ist die weltweite Streuung gering, ein typischer Wert ist 1,3 – d.h. es muss ca. 30 % mehr erneuerbarer Primärstrom erzeugt werden als Elektrizität am Gebäude tatsächlich genutzt |
- | Eine direkte Korrelation mit der Klimazone kann nicht abgeleitet werden, da sich die EE-Verfügbarkeit im Vergleich zum anfallenden Bedarf weltweit stark unterscheidet – solare Einstrahlung, | + | Eine direkte Korrelation mit der Klimazone kann nicht abgeleitet werden, da sich die EE-Verfügbarkeit im Vergleich zum anfallenden Bedarf weltweit stark unterscheidet – solare Einstrahlung, |
===== Regionalisierung / PER-Faktoren weltweit ===== | ===== Regionalisierung / PER-Faktoren weltweit ===== | ||
- | Die mit der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik berechneten PER-Faktoren treffen zunächst jeweils für den spezifischen Klimadatensatz zu. Berechnungen für ein und denselben Standort, aber Klimadaten aus unterschiedlichen Quellen, führen zu leicht abweichenden Ergebnissen. Zudem wäre eine solche Betrachtung rein lokal, d.h. die Einflüsse aus umliegender EE-Erzeugung würden nicht berücksichtigt. Stromerzeugung und Stromverbrauch sollten jedoch in der Praxis nicht streng lokal betrachtet werden sondern müssen immer einem regionalen Kontext gesehen werden. | + | Die mit der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik berechneten PER-Faktoren treffen zunächst jeweils für den spezifischen Klimadatensatz zu. Berechnungen für ein und denselben Standort, aber Klimadaten aus unterschiedlichen Quellen, führen zu leicht abweichenden Ergebnissen. Zudem wäre eine solche Betrachtung rein lokal, d.h. die Einflüsse aus umliegender EE-Erzeugung würden nicht berücksichtigt. Stromerzeugung und Stromverbrauch sollten jedoch in der Praxis nicht streng lokal betrachtet werden sondern müssen immer einem regionalen Kontext gesehen werden, da Stromtrassen auch von einigen 100 km Länge sich als sinnvolle Investition erweisen, wenn damit der Bedarf in einem Gebiet((z.B. bayrische Tiefebene im Winter)) aus Überkapazitäten eines Gebietes((z.B. Windenergie in Schleswig-Holstein)) ausgeglichen werden kann. |
- | Die Vernetzung der Stromversorgung ist in vielerlei Hinsicht eine politische Frage: Die weltweiten zukünftigen Entwicklungen sind nur schwer abzusehen. Eine rein lokale Versorgung wäre zwar technisch prinzipiell | + | Die Vernetzung der Stromversorgung ist in vielerlei Hinsicht eine politische Frage: Die weltweiten zukünftigen Entwicklungen sind dafür |
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===== Zusammenfassung und Ausblick ===== | ===== Zusammenfassung und Ausblick ===== | ||
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Die Bestimmung der erneuerbaren Primärenergie ist ein neues Konzept, in das sich der PHPP-Nutzer und Passivhaus-Planer zunächst hineindenken muss. Im Kern ändert sich durch die Neukonzeption nichts am Passivhaus-Standard – die Effizienzanforderungen hinsichtlich der Nutzenergie bleiben exakt bestehen. Die neuen Faktoren sind lediglich ein effektiver Ansatz um die energetische Nachhaltigkeit des geplanten Gebäudes einschließlich der eingesetzten Technik bewerten zu können. | Die Bestimmung der erneuerbaren Primärenergie ist ein neues Konzept, in das sich der PHPP-Nutzer und Passivhaus-Planer zunächst hineindenken muss. Im Kern ändert sich durch die Neukonzeption nichts am Passivhaus-Standard – die Effizienzanforderungen hinsichtlich der Nutzenergie bleiben exakt bestehen. Die neuen Faktoren sind lediglich ein effektiver Ansatz um die energetische Nachhaltigkeit des geplanten Gebäudes einschließlich der eingesetzten Technik bewerten zu können. | ||
- | Die Erläuterungen in diesem Beitrag bezüglich der Methodik zur Ermittlung der PER-Faktoren sollen eine Hilfestellung sein, um die Zusammenhänge | + | Die Erläuterungen in diesem Beitrag bezüglich der Methodik zur Ermittlung der PEr-Faktoren sollen eine Hilfestellung sein, um die Zusammenhänge besser nachvollziehen zu können. Wichtig ist das grundlegende Verständnis, |
- | Die Ergebnisse verdeutlichen, | + | Die Ergebnisse verdeutlichen, |
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zertifizierung/passivhaus-klassen/per.1426085729.txt.gz · Zuletzt geändert: 2015/03/11 15:55 von bwuensch