Modellprojekt-Schule im Langzeitbetrieb

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Modellprojekt-Schule im Langzeitbetrieb
Energiecontrolling an der Gebhard-Müller-Schule in
Biberach a. d. Riß
Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff
Dr.-Ing. Stephan Heinrich
M.Sc. Dipl.-Ing. (FH) Meinhard Ryba
Hochschule Biberach
Studiengänge Gebäudeklimatik & Energiesysteme
Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE)
HBC.Hochschule Biberach │ Karlstraße 11 │ 88400 Biberach/Riß │ www.hochschule-biberach.de
Gebhard-Müller-Schule (GMS) im Langzeitbetrieb
Inhalt
•
Gebäude, Raumkonditionierung & Energiekonzept
•
Energieverbräuche im Langzeitbetrieb
•
Ergänzung der Verbrauchsauswertung durch EXCEL-Werkzeug
•
Stand-By-Verluste der Anlagentechnik
•
Retrofit: Einsatz effizienterer Geräte
•
Zusammenfassung & Ausblick: Lessons Learned
© Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff
Eneff:Schule, Stuttgart 13.11.2013
Folie 2
Gebhard-Müller-Schule (GMS) in Biberach an der Riss
Gebäudedaten
Bruttogrundfläche: ca. 11.500 m² Nettogrundfläche: ca. 10.650 m² (EBF)
Bruttorauminhalt: ca. 44.000 m³ Gesamtkosten brutto: ca. 21 Mio. EUR
Fotos: HBC – Heinrich
Wärmepumpen: 2 x 120 kW (Grundlast)
Holzpelletkessel: 120 kW (Spitzenlast)
Grundwasserkälte: 300 kW
Folie 3
Raumkonditionierungskonzept der GMS
Flexibilität durch modulares Raumkonzept & modularisierte Installation
Fensterhöhe:
 2,3 m
TABS
keine Zusatzheizflächen
RLT
Quelle ©: Ebert-Ingenieure, München
Folie 4
Energiekonzept der GMS
Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe
Nutzenergie
Endenergie
Energiekonzept & -versorgung
Netzstrom
Strom
Kälte
2 Wärmepumpen
Holzpellets
Grundwasserbrunnen
Holzheizung
(Spitzenlastheizung)
Wärme
Wärmerückgewinnung
Folie 5
GMS: Energieverbräuche im Langzeitbetrieb
Entwicklung des Heizwärmeverbrauchs
 Tendenz zu Verbrauchserhöhung wird durch Monitoring gebrochen
40
ehem. Grenzwert SolarBau:Monitor
35
kWh/m²EBFa
30
25
20
36,9 36
35
15
33,0 34 34
32,7 33 32
27,1
29 29
29,7
25,8 27 26
28 27
10
20,9
23 23
5
0
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Gemessener Jahres-Heizwärmeverbrauch (2005-2010)
Bereinigte Jahres-Heizenergie nach VDI 3807 (GTZ 20°C/15°C, 3883 Kd/a)
Bereinigte Jahres-Heizenergie (Normgradtagszahl nach DIN 4108/6, 19°C/12°C, 3300 Kd/a)
Folie 6
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs für die Raumkonditionierung
140
ehem. Grenzwert SolarBau:Monitor (Förderzeitraum): 100 kWh/m²a
122,8
120
kWh/m²EBFa
100,9
Lüftung
100
85,4
Lüftung
80
98,6
95,3
90,1
85,1
Lüftung
Lüftung
Beleuchtung
Lüftung
60
Lüftung
Lüftung
Beleuchtung
Beleuchtung
Beleuchtung
40
Kälte
Heizung
Kälte
Heizung
20
Beleuchtung
Beleuchtung
Kälte
Heizung
Kälte
Heizung
2007
2008
Beleuchtung
Kälte
Heizung
Kälte
Heizung
2009
2010
Kälte
Heizung
0
2005
2006
Intensivmonitoring
Langzeitmonitoring
Folie 7
Jahresverbrauch Strom in MWh
Einzelanteile des Stromverbrauchs der Raumkonditonierung
140
120
100
80
60
40
20
0
2005
2006
2007
2008
Intensivmonitoring
Lüftung
Beleuchtung
Wärmepumpen/Pelletkessel
2009
2010
2011
Langzeitmonitoring
Verteilenergie
Brunnenpumpe
Folie 8
2011
GMS: Ergänzendes EXECL-Werkzeug: Zählerstandkurve
Anwendungsbeispiel: aktuelle Stromverbrauchsentwicklung der RLT
Strom [kWh]
140.000
Zählerstandsverlauf: RLT-Gesamt
Prognose Jahresstromverbrauch 2013 RLT-Gesamt
Ablesewerte 2013 RLT-Gesamt
130.000
Jahresstromverbrauch 2011 RLT-Gesamt
120.000
109.258
110.000
102.773
100.000
Zählerstandskurve 2007 RLT-Gesamt (Referenz)
101.094
92.680
90.000
84.422
80.000
77.785
70.000
72.531
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
Datum
1.1.14
13.12.13
25.11.13
7.11.13
20.10.13
1.10.13
13.9.13
26.8.13
8.8.13
20.7.13
2.7.13
14.6.13
27.5.13
8.5.13
20.4.13
2.4.13
15.3.13
24.2.13
6.2.13
19.1.13
1.1.13
0
Folie 9
GMS: Ergänzendes EXECL-Werkzeug: Zählerstandkurve
Anwendungsbeispiel: aktuelle monatliche Stromverbräuche RLT
Monatsverbrauchswerte: RLT-Anlagen
Strom [kWh]
RLT_A+B+C
RLT_A
RLT_B
RLT_C
[A+B+C] Max-Werte 07-09
[A+B+C] Min-Werte 07-09
12.000
11.247
11.032
10.333
10.000
10.000
9.580
8.754
8.624
8.000
6.000
4.000
2.843
Sommerferien!?
2.000
0
0
Jan 13
Feb 13
Mrz 13
Apr 13
Mai 13
Jun 13
Jul 13
Aug 13 Sep 13
0
0
0
Okt 13
Nov 13
Dez 13
Folie 10
GMS: Standby-Verluste Anlagentechnik
RLT-Anlagen – Umbau Messtechnik & überflüssige Transformatoren
RLT A
RLT B
RLT C
Ermittelt aus Messdaten (2009) [kW]
0,886
0,740
0,659
 nach Ausbau der überflüssigen Transformatoren:
temporäre manuelle Messung [kW]
0,657
0,641
0,708
Monitoring-Messdaten (2013) [kW]
0,581
0,618
0,500
Summe
2,284
2,006
1,699
mobile Messung
Impulszähler 2005
bis März 2012
M-Buszähler seit März
2012
Folie 11
GMS: Standby-Verluste Anlagentechnik
RLT-Anlagen – überflüssige Transformatoren
Transformatoren 400 V  230 V trotz vorhandener 230 V Zuleitung!
Einsparung durch Ausbau mindestens: 3 x 60 W x 8760 h/a  1.580 kWh/a
vorher
nachher
Folie 12
GMS: Standby-Verluste & Stromverbräuche Anlagentechnik
Weitere Stand-By-Verluste & überflüssige Stromverbräuche
•
Stand-By-Verbrauch 16 weiterer Trafos: 1,32 kW
•
Stand-By-Verbrauch der 6 Frequenzumformer der 3 RLT-Anlagen:
ca. 2.100 – 3.900 kWh/a (Herstellerangabe / Momentanmessung)
•
Geothermie-Anlage & Peripherie:
 Stand-By-Verbrauch Brunnenpumpe:
 unnötiger Betrieb Brunnenpumpe:
 unnötiger Betrieb Umwälzpumpen WP:
 Stand-By-Verbrauch Wärmepumpen :
(Ölvorheizung von 4 h eingehalten)
ca. 340 kWh/a
ca. 480 kWh/a
ca. 830 kWh/a
ca. 1.500 kWh/a
Folie 13
GMS: Ersatz Bestandsgeräte durch neue & effizientere Geräte
GLT-Monitore in der Technikzentrale
Bestand: 1 Röhren- + 1 TFT-Monitor
Nutzungszeit: < 300 h/a
Messergebnis über Messperiode
ausgeschaltet & eingesteckt
Bereitschaftsmodus
Nutzung
Röhrenmonitor
2,5 W
98 W
120 W
TFT-Monitor
1W
20 W
30 W
Einsparung bei zwei TFT-Monitoren mit konsequenter Abschaltung (Netztrennung):
 knapp 1.000 kWh/a.
Folie 14
Langzeitbetrieb Gebhard-Müller-Schule (GMS): Lessons Learned
Zusammenfassung & Ausblick
• Intensivmonitoring: Wissenschaftliche Begleitung & Monitoring führten zu
deutlicher Reduzierung des Energieverbrauchs & Erreichung der Ziele
• Langzeitmonitoring: Unbeeinflusster Betrieb zeigt zunächst den bekannten
Trend zum Verbrauchsanstieg im Betrieb
• Coaching: Eingreifen der Begleitforschung im Dialog mit dem Betriebspersonal konnte den Trend brechen  Transferaufgabe!
• Perspektive: Verbräuche grundsätzlich stabil, „Sorgenkind“ Lüftung (RLT),
weitere Stromverbräuche im Betrieb & im Stand-By-Modus vermeidbar
• Werkzeuge: Umrüstung von wissenschaftlicher Messtechnik auf GLTbasierte Energieerfassung ist aufwändig & zunächst fehleranfällig,
Ergänzung durch EXCEL-Werkzeug für manuelle Erfassung & Auswertung
• Retrofit: Nach nahezu einem Jahrzehnt z. T. kann bereits Austausch von
Verbrauchern durch effizientere Geräte lohnend sein
Folie 15
Wissenschaftl. Begleitung & Monitoring Gebhard-Müller-Schule
Quellen / Literatur / Informationen zum Projekt GMS
Abschlussbericht zur wissenschaftlichen Begleitung und zum Intensivmonitoring (2002
– 2007/2008):
[1] S. Heinrich, R. Koenigsdorff et al.: Wissenschaftliche Begleitung und messtechnische
Evaluierung des Neubaus der Gebhard-Müller-Schule des Kreisberufsschulzentrums Biberach.
Abschlussbericht zum Vorhaben im Förderprogramm „Solar optimiertes Bauen“ Teilkonzept 3:
Solar optimierte Gebäude mit minimalem Energiebedarf des Bundesministeriums für Wirtschaft
und Technologie (Förderkennzeichen: 0335007P). Reihe „Wissenschaft und Praxis“ (Hrsg.:
Bauakademie Biberach & Hochschule Biberach), Bd. 152 (2008), ISSN 1615-4266.
Leitfaden zu energieeffizienten Schulen:
[2] Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart (Hrsg.): LEITFADEN – Besseres Lernen in
energieeffizienten Schulen. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2010
Internet-Link zum Download von [1] & [2]:
http://www.eneff-schule.de/index.php/Veroffentlichungen/Veroffentlichungen-Allgemein/veroeffentlichungen-allgemein.html
Buch mit Projektbeschreibung der Gebhard-Müller-Schule in Kapitel 7.1:
[3] R. Koenigsdorff: Oberflächennnahe Geothermie für Gebäude. Fraunhofer IRB Verlag, 2011
Folie 16
Der Fachverlag zum Planen und Bauen
w w w. b a u f a c h i n f o r m a t i o n . d e
Roland Koenigsdorff
Oberflächennahe
Geothermie für Gebäude
Grundlagen und Anwendungen einer
zukunftsfähigen Heizung und Kühlung
Oberflächennahe Geothermie
für Gebäude
Grundlagen und Anwendungen
einer zukunftsfähigen Heizung
und Kühlung
Roland Koenigsdorff
2011, 323 Seiten, 132 Abb.,
40 Tab., Gebunden
ISBN 978-3-8167-8271-1
€ 43,– | CHF 68,50*
Unabhängig von Tages- und Jahreszeit oder Klimabedingungen, steht die Erdwärme immer zur Verfügung. Wie sie in Wohngebäuden, Nichtwohngebäuden
und in der Industrie genutzt werden kann, beschreibt dieses Buch.
Grundlegendes zur geothermischen Energienutzung, zu Wärme- und Kältemaschinen, Gebäude- und Systemtechnik sowie das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten, werden ausführlich behandelt und liefern fundierte
Einblicke in die Systemzusammenhänge. Projektbeispiele und Betriebserfahrungen verdeutlichen das Erläuterte und dessen Umsetzung in die Praxis.
Der Autor befasst sich mit Rechen-, Simulations- und Auslegungsverfahren und
dem erforderlichen Schutz des Grundwassers und des Untergrundes. Darüber
hinaus kann die Wirtschaftlichkeit von geothermischen Systemen bewertet
werden. Des Weiteren werden wertvolle Informationen zu Genehmigungen und
zur praktischen Planung von Geothermieanlagen geliefert. Dieses Buch ist für
alle, die sich mit der Planung, Ausführung und dem Betrieb solcher Anlagen
befassen. Damit ist es für technisch interessierte Laien genauso informativ wie
für den Architekten oder den Ingenieur.
Aus dem Inhalt
1
2
2.1
2.2
2.3
2.4
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Einleitung
Grundlagen der geothermischen
Energienutzung
Energiehaushalt der Erde und
Geothermie
Thermische und hydraulische
Eigenschaften des Untergrundes
Tiefe Geothermie
Wärmepumpen und Kältemaschinen
Physikalisches Funktionsprinzip
Wärmepumpensysteme und
Bauarten
Bezeichnung, Kenngrößen und
Einsatzbereiche von Wärmepumpen
Oberflächennahe geothermische
Quellensysteme
Genehmigungsfragen
Brunnenanlagen
Erdwärmesonden
Erdwärmekollektoren
Energiepfähle und sonstige
erdberührte Bauteile
Luft-Erdwärmetauscher
Sondersysteme
Gebäude- und Systemtechnik für
die Nutzung oberflächennaher
Geothermie
Aspekte der Systemplanung
Betriebsweisen von Wärmepumpen
Geothermie- und
wärmepumpengerechte Wärme- und
Kälteverbraucher
Systemtechnik
Betrieb, Regelung und
Automatisierung, Überwachung und
Monitoring
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
8
8.1
8.2
8.3
8.4
Berechnungs- und
Simulationsverfahren für
Erdwärmesonden
Numerische Simulation
geothermischer Quellensysteme
Simulation auf Basis analytischer
Lösungen (»g-functions«)
Handrechenverfahren und Software
GEO-HANDlight
Auslegung von Erdwärmesonden mit
GEO-HANDlight
Berechnung und Simulation von
Gesamtsystemen
Projektbeispiele
Gebhard-Müller-Schule in Biberach
a. d. Riß
Bürogebäude der Drees & SommerGruppe in Stuttgart-Vaihingen
EnBW Zentrum Oberschwaben in
Biberach a. d. Riß
Wohnhaus mit Erdwärmesonden in
Untersiggenthal (CH)
Gebäude mit Erdwärmekörben in
Bad Schussenried
Passivhausschule Günzburg
Power Tower in Linz
Jordanbad in Biberach a. d. Riß
Ökonomische und ökologische
Bewertung
Energieeffizienz oberflächennaher
Geothermie- und
Wärmepumpenanlagen
Wirtschaftlichkeit der Nutzung
oberflächennaher Geothermie
Ökologische Aspekte von
Wärmepumpen und Anlagen
zur Nutzung oberflächennaher
Geothermie
Zusammenfassende Bewertung und
Empfehlungen
Bestellung:
Fax 07 11 9 70 - 25 08
für Gebäude
ISBN 978-3-8167-8271-1
€ 43,– | CHF 68,50*
Preisstand März 2012
Änderungen und Irrtum vorbehalten | Preise inkl.
MwSt. zzgl. Versand | ab € 50,– versandkostenfrei
* Die angegebenen Euro-Preise gelten für
Deutschland. Für Österreich und die Schweiz gelten
Absender
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Fraunhofer IRB Verlag
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70504 Stuttgart
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