Funkgestützte automatische Vorlauftem­peraturadaption mit Heizkostenverteilern

Ein erfolgreich praktiziertes smart submetering-Verfahren

Die Steigerung der Energieeffizienz geriet aufgrund zunehmender Risiken in der Verfügbarkeit von Energieträgern, tendenziell steigender Energiepreise und der anhaltenden Diskussion um CO2-Emissionen und Klimaschutz in den Fokus der europäischen und deutschen Energiepolitik. Die Senkung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen sowie die Steigerung der Energieeffizienz sind dabei wesentliche Ziele der Europäischen Union und der Bundesregierung. Extensiver Energieverbrauch und folglich erhebliche CO2-Emissionen entstehen in den Sektoren Industrie, Verkehr und private Haushalte. Rund 47 % des deutschen Endenergieverbrauches entsteht im Gebäudebereich, der private Haushalte sowie gewerblich genutzte Gebäude umfasst und damit ein besonders hohes Einsparpotential bietet.

Mit dem im EU-Klima- und Energiepaket festgelegten Ziel, 20 % des jährlichen Verbrauchs an Primärenergie bis zum Jahr 2020 gegenüber dem Stand in 1990 einzusparen, legt die Europäische Union unter anderem Mindestanforderungen für die Energieeffizienz sowie Regeln zur Kennzeichnung von Produkten, Dienstleistungen und Infrastrukturen fest. Um diese Vorgaben in die Praxis umzusetzen, wurden von der EU mehrere Richtlinien erlassen [15, 16, 17], die von den Mitgliedsstaaten in nationales Recht umzusetzen sind. In Deutschland hat die Bundesregierung hierzu z. B. das integrierte Energie- und Klimaprogramm (IKEP) beschlossen. Mit diesem Programm werden die europäischen Klimaschutzziele, Ziele für den Ausbau erneuerbarer Energien sowie zur Steigerung der Energieeffizienz in ein nationales Maßnahmenprogramm umgesetzt. Zu diesem Maßnahmenprogramm gehört beispielsweise auch die jetzt verabschiedete Novellierung der EnEV mit dem Ziel, den Energiebedarf im Gebäudebereich weiter zu senken.

Aufgrund des hohen Energieverbrauchs- und CO2-Emissionsanteils der Bestandsgebäude, und der folglich hier realisier­baren Reduktionen können die gesetzten EU-Klimaschutz- und Effizienzziele nur dann erreicht werden, wenn die zur nationalen Umsetzung erforderlichen Maßnahmen den Gebäudebestand mit einbeziehen. Eine wesentliche Bedeutung hat dabei die Wärmeversorgung von Wohngebäuden für die Beheizung und Warmwassererzeugung. So entfallen auf den Bereich Raumbeheizung und Warmwasser­erzeugung in Deutschland ca. 86 % und in der Europäischen Union ca. 82 % des End­energieverbrauches in Wohngebäuden [21, 22]. Die Wärmeversorgung von Wohngebäuden ist damit am Endenergieverbrauch in Deutschland mit ca. 27 % und in der Europäischen Union mit ca. 21 % beteiligt [13, 23]. Der Anteil der energiebedingten CO2-Emissionen, die auf die Wärmeversorgung von Wohngebäuden zurückzuführen ist, beträgt in Deutschland ca. 20 % [13]. Untersuchungen des Dienstleistungsunternehmens Techem zeigen, dass die mittlere auf die Wärmeversorgung zurückzuführende CO2-Emission einer Wohnung aus dem Bestand der Mehrfamilienhäuser in Deutschland ca. 2,7 t/a beträgt. Dies entspricht der CO2-Emission eines PKW mit einer Gesamtjahresfahrstrecke von ca. 16 000 km – die CO2-Emission des häuslichen PKW und der eigenen Wohnung sind also etwa identisch.

Unter Berücksichtigung der zurückhaltenden Neubautätigkeit und des häufig verbesserungs­bedürftigen energetischen Zustands der Wohngebäude und deren Wärmeversorgungsanlagen wird angesichts dieser Faktenlage deutlich, dass insbesondere in der Wärmeversorgung des Gebäudebestandes ein hohes Potential zur Reduzierung des Energie­verbrauchs und der CO2-Emissionen liegt.

 

Die Problematik

Kernproblem im Gebäudebestand sind die hohen Investitionen, die mit einer umfangreichen, energetischen Sanierung eines Gebäudes ver­bunden sind. Insbesondere im Mietwohnungsbestand besteht ein erhebliches Risiko für Hausbesitzer und Immobilienunternehmen, die Sanierungskosten durch Mieterhöhungen am Markt nicht erwirtschaften zu können. Eine Alternative bieten hier so genannte geringinvestive Maßnahmen, die eine wirksame und nachhaltige Steigerung der energe­tischen Effizienz der Heizungs- und Warmwasserbereitungs­anlagen durch Nachrüstung kostengünstiger und „intelligenter“ Regelungssysteme vorsehen. Infolge der dadurch verbesserten energetischen Effizienz der Heizungs- und Warmwasseranlagentechnik entstehen deutliche Einsparungen an Heizenergie.

Hier zeichnet sich ab, dass diese Rege­lungs­systeme in zunehmender Weise die erforderlichen Daten aus funkgestützten Systemen zur Erfassung der Verbrauchswerte erhalten. Eine solche Symbiose von funkgestützten Ablesesystemen für die Heizkostenabrechnung und intelligenter Regelungstechnik ist ein Beispiel für tatsächlich Mehrwert erzeugendes „smart submetering“ oder auch „smart energy management“. Diese Symbiose reduziert die Gesamtsystemkosten auf ein Minimum und erhöht aufgrund der Energieeinsparun­gen den Nutzen und die Wirtschaftlichkeit von Abrechnungssystemen in für den Mieter und Gebäudeeigentümer vorteilhafter Weise. Diese klaren wirtschaftlichen Vorteile, ein deutlich erkennbarer Trend in Richtung „smart metering“ bzw. „smart submetering“ und die Berücksichtigung der Gebäude- und Hausautomation als ein wesentlicher Bestandteil von Maßnahmen zur Verbesserung der energetischen Qualität von Gebäuden in der DIN EN 15 232 [18] lassen erwarten, dass funkgestützte Ablesesysteme in Kombination mit einer „intelligenten“ Regelungstechnik in naher Zukunft verstärkt an Bedeutung gewinnen werden.

 

Ein möglicher Lösungsweg

Ein energetisch besonders wirkungsvolles Verfahren in Pumpen-Warmwasserheizungsanlagen ist die automatische Anpassung der Heizungsvorlauftemperatur auf Basis der dezentralen Information aus den Räumen bzw. Wohnungen an den tatsächlichen Bedarf eines Gebäudes. Diese Verfahren der automatischen Vorlauftemperaturadaption gewinnen in Deutschland zunehmend an praktischer Bedeutung und waren daher in der jüngeren Vergangenheit Gegenstand einiger Veröffentlichungen, in deren Fokus vorrangig Verfahrens­be­schrei­bungen [5, 6, 7, 8, 9] und theoretische Betrachtungen zu den Energie­einsparpotentialen [10] standen. Im Folgenden werden der Stand der Technik, die Wirkungsweise eines im praktischen Einsatz befindlichen neuen Verfahrens und die Feldergebnisse vorgestellt ...


Literatur
[1]        Vogler, K.; Laasch, E.: Haustechnik: Grundlagen, Planung, Ausführung. B.G. Teubner Verlag, Stuttgart, 1994. ISBN 3-519-05265-2
[2]        Jagnow, K.: Verfahren zur energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Qualitäts­­sicherungs­maßnahmen in der Heizungsanlagentechnik. Dissertation, Fakultät für Bauwesen, Universität Dortmund, 2004
[3]        Kraft, A.: Einsparpotentiale  bei der Energieversorgung von Wohngebäuden durch Informationsvernetzung. Dissertation, Forschungszentrum Jülich, 2002
[4]        Tritschler, M.: Bericht 11004BE04 über die Überprüfung der energetischen Auswertung von ecotech/adapterm Anlagen in den Heizperioden 06/07 und 07/08. 2009.
[5]        Baumgarth, S., et al.: Optimale Anpassung der Energiebereitstellung an den Bedarf. HLH, Band 55 (2004), Nr.6, S. 42-48
[6]        Kähler, A., et al.: Energieeinsparung mit vernetzter elektronischer Einzelraumregelung – ein Ergebnisbericht. HLH, Band 53 (2002), Nr. 1, S. 61-68
[7]        Kähler, A.: Automatische Adaption von Heizkurven mit Funkheizkostenverteilern.
Euro Heat and Power, Band 36 (2007), Nr.1, S. 58-64
[8]        Kähler, A.; Ohl, J.: Heizenergieeinsparung mit Vorlauftemperaturadaption. Teil 1 in HLH, Band 59 (2008), Nr. 7, S. 27-31; Teil 2 in HLH, Band 59 (2008), Nr. 8, S. 26-30
[9]        Ohl, J.: Wärmeangebot und Wärmebedarf. Technik am Bau (TAB), 2003, Nr. 4, S. 61-64
[10]     Seifert, J., et al.: Absenkung der Vorlauftemperatur – Zum Einfluss von Vorlauftemperaturregelungen auf die energetischen Einsparpotentiale entlang der Bedarfskette. HLH, Band 59 (2008), Nr. 5, S. 23-28
[11]     Heizkostenverteiler steuern Heizung. TGA Fachplaner (2006), Nr.7, S. 59
[12]     Bedarfsabhängige Vorlauftemperatur. TGA Fachplaner (2007), Nr.9, S. 38 – 41
[13]     CO2-Gebäudereport 2007. Deutsches Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung.
[14]     Statistisches Jahrbuch 2007 für die Bundesrepublik Deutschland. Statistisches Bundesamt Deutschland.
[15]     Richtlinie 2002/91/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2002 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden
[16]     Richtlinie 2004/8/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 11. Februar 2004 über die Förderung einer am Nutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarkt und zur Änderung der Richtlinie 92/42/EWG
[17]     Richtlinie 2006/32/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. April 2006 über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen und zur Aufhebung der Richtlinie 93/76/EWG des Rates
[18]     DIN EN 15232: Energieeffizienz von Gebäuden - Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement. CEN, Mai 2007.
[19]     DIN EN 12098: Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen für Heizungsanlagen. Teil 1: Witterungsgeführte Regeleinrichtung für Warmwasserheizungen. CEN, Juli 1996
[20]     DIN EN 12831: Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast.
[21]     BMWi-Energiestatistiken, Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen, Stand 29.4.2008, www.bmwi.de
[22]     KOM (2001) 226: Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates über das Energieprofil von Gebäuden
[23]     Eurostat, Statistisches Amt der Europäischen Gemeinschaften, www.epp.eurostat.ec.europa.eu, Themengebiet Umwelt und Energie

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