Anforderungsprofile für Biomassefeuerungen zur Wärmeversorgung von Objekten mit niedrigem Energiebedarf

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Problemstellung und Ziel

Der Anteil der Biomasse am österreichischen Primärenergieaufkommen liegt mit etwa 142 PJ bei ca. 12% (1998) und damit über dem europäischen Durchschnitt von ca. 6%. Den statistischen Daten ist zu entnehmen, dass gegenwärtig dem Einsatz von Brennholz (Scheitholz) in Kleinfeuerungsanlagen für Raumwärme und Warmwasserbereitung im Sektor der Kleinverbraucher die größte Bedeutung zukommt. Gemäß ÖSTAT wurden 1997 ca. 16% der österreichischen Haushalte mit Holz beheizt.

Etwa 30.000 bestehende Holzheizkessel werden jährlich durch neue Heizkessel ersetzt, davon etwa 15.000 durch Kessel für fossile Energieträger. Dadurch ist es in den 90er Jahren zu einem Rückgang bei den mit Holz beheizten Hauptwohnsitzen um 20 % gegenüber 1990 gekommen. Angesichts der Bedeutung dieses Bereichs für die Bioenergie ist ein massives Gegensteuern erforderlich, wenn an dem Ziel Erhöhung des Bioenergieanteils festgehalten werden soll.

Die Entwicklung im Sektor Raumwärme war in den letzten Jahren geprägt durch eine ständige Verbesserung der Wärmedämmung sowohl bei bestehenden Bauten als auch bei Neubauten (z. B. Niedrigenergiehäuser) und die damit einhergehende Verringerung der Heizlast und des Energiebedarfs. Bei Neubauten wird dies durch eine energiesparende Gesamtkonzeption (z. B. Gebäudeausrichtung, Kompaktheit des Gebäudes) und durch einen verbesserten Wärmeschutz (Bauteilaufbauten mit niedrigen U(k)-Werten) erreicht. Nachgefragt werden deshalb kleine Leistungen für konventionelle zentrale Heizsysteme, neue Wärmebereitstellungs- und -verteilsysteme bzw. sogar der Verzicht auf ein zentrales Heizsystem. Die Wärmeversorgungssysteme sollen möglichst mit erneuerbarer Energie betrieben werden können. Die thermische Sanierung bestehender Gebäude ist ein wichtiger Bestandteil der Gesamtstrategie. Zusätzlich zur Berücksichtigung der verringerten Heizlast ergibt sich hier die Notwendigkeit, bestehende Anlagen und Komponenten bei der Auslegung der neuen Wärmeversorgung zu berücksichtigen.

Der Fokus des Projektes liegt auf großvolumigen Bauten (Mehrfamilienwohnbauten, Bürogebäude). Dies hat einerseits mit dem Schwerpunkt der Ausschreibung des "Hauses der Zukunft" zu tun, andererseits hat sich ergeben, dass zu dieser Themenstellung im Bereich des verdichteten Wohnbaus noch nicht geforscht wurde. Auch daher schien eine nähere Auseinandersetzung mit diesem Thema interessant.

Ziel des gegenständlichen Projektes war daher die Erarbeitung von Anforderungsprofilen für Biomassefeuerungen für den im "Haus der Zukunft" gegebenen niedrigen Leistungs- und Energiebedarf, die unter den heutigen und zu erwartenden Randbedingungen konkurrenzfähig sind. Es sollen Lösungsansätze erarbeitet und technische Entwicklungen spezifiziert werden, die mit entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsvorhaben realisiert werden sollen.

Methode

Dieses Projekt zielt darauf, Anforderungsprofile für Biomassefeuerungen zu erstellen, die in Objekten mit niedrigem Energiebedarf eingesetzt werden können. Dabei handelt es sich einerseits um eine technische Fragestellung, die mit technischen Parametern zu beantworten ist. Es muss festgestellt werden, welche Heizanlagen bereits am Markt sind, die diese Anforderungen erfüllen können und - falls es derartige Anlagen noch nicht gibt - welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit noch zu entwickelnde Biomassefeuerungen für diesen Leistungsbereich den an die gestellten Anforderungen gerecht werden können. Hier fließen auch Ergebnisse von Simulationsrechungen ein.

Andererseits handelt es sich um eine sozialwissenschaftliche Fragestellung. Es sind auch die Meinungen und die Einstellungen derjenigen, die mit der Heizanlage in ihrem täglichen Leben konfrontiert sind. Wenn es sich um die Besitzer von Ein- oder Zweifamilienhäusern handelt, ist die Heizanlage eine entscheidende Investition im Haus, die gut überlegt werden muss. Mit welchem Brennstoff soll das Haus beheizt werden? Welche Investitions- und Betriebskosten sind damit verbunden? Wie funktioniert die Zulieferung des Brennstoffes und die Wartung der Anlage? Was ist zu tun, wenn die Anlage einmal ausfällt oder eine Reparatur ansteht?

Im Falle der Errichtung von Mehrfamilien- oder Mehrgeschosswohnbauten sind dies entscheidende Fragen für die Wohnbaugenossenschaften und Wohnbauträger. Für sie kann es unterschiedliche Motive dafür geben, welche Heizanlagen in ihren Wohnanlagen eingesetzt werden sollen. Neben der sicher an erster Stelle stehenden Frage nach den Kosten sind hier wohl auch Bewohnerwünsche zu berücksichtigen, die sich von einer zentralen Heizanlage im Haus wahrscheinlich dementsprechend niedrige Betriebskosten und entsprechenden Komfort erwarten.

Die Akzeptanz der Nutzer von Biomassefeuerungen und das Angebot von Biomassefeuerungsanlagen durch die Hersteller müssen für eine verstärkte Marktdurchdringung in optimale Übereinstimmung gebracht werden. Ein wichtiger Schritt dafür ist die "Übersetzung" der Bedürfnisse der Nutzer in die Heizungstechnik (Verbrennung, Regelung, Fördertechnik). Um der technischen und sozialwissenschaftlichen Fragestellung Rechnung zu tragen, wurde ein multidisziplinäres Team (Soziologen und Techniker) für die Bearbeitung des Projekts gebildet. Die Gruppen der Nutzer (Bewohner, Wohnbauträger, Heizungsbetreuer) wurden befragt und die Fragebögen sowie die persönlichen Gespräche ausgewertet. Der Aufgabenstellung entsprechend wurden speziell die Einstellungen von Bewohner in Mehrfamilienwohnbauten bzw. Mehrgeschosswohnbauten untersucht, was bisher in dieser Form noch nicht durchgeführt wurde. Eine enge Kooperation mit der Energieverwertungsagentur (E.V.A., Christian Rakos) im Projekt "Einsatz von Holz als Energieträger im Wärmemarkt - Verdichteter Wohnbau" fand statt. Mittels des Simulationsmodells TRNSYS wurde der Energiebedarf für Raumwärme und Warmwasser für je ein Referenz-Mehrfamilienwohnhaus und ein Referenz-Bürogebäude berechnet. Eine Übersicht über die bestehenden Marktangebote von Scheitholz-, Hackgut- und Pelletskessel im Leistungsbereich bis 100 kW wurde zusammengestellt. Es wurde Kontakt zu den österreichischen Herstellern von Biomassefeuerungen und zum Bioenergie-Cluster, Bereich feste Biomasse (Franz Hoinig), aufgenommen.

Die inhaltliche und organisatorische Abstimmung der Bearbeitung erfolgte in regelmäßigen Teamtreffen. Die Zwischen- und Endergebnisse wurden im Rahmen von drei Workshops einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt und mit den Teilnehmer diskutiert. Zu den Workshops wurden die relevanten Akteure im Bioenergiebereich, die österreichischen Biomasseanlagenhersteller (in Abstimmung mit dem Bioenergie-Cluster), Bauträger und Architekten, Vertreter der öffentlichen Verwaltung und alle Verantwortlichen der Projekte im Rahmen von "Haus der Zukunft" eingeladen.

Ergebnisse

Als Ergebnisse liegen nun Anforderungsprofile vor:

• Geringer Bedienungsaufwand, geringe Lärm- und Schmutzemissionen sowie größtmögliche Betriebssicherheit und hoher Automatisierungsgrad.
• Optimierung in Bezug auf Wirkungsgrad und Emissionen für Betriebszustände, in denen der Wärmebedarf des Gebäudes unter 30% der Heizlast liegt, unter Berücksichtigung eines Taktbetriebs.
• Häufigkeit der Takte möglichst klein, das heißt, das Verhältnis zwischen "Brennzeit" und "Pausenzeit" möglichst groß halten; im allgemeinen Ausstattung mit einem Pufferspeicher.
• Brauchwassererwärmung im Sommer durch Einsatz einer zusätzlichen Wärmequelle (z. B. Solaranlage).
• Die Feuerungsanlagen sollen für eine möglichst große Bandbreite von Brennstoffen geeignet sein.
• Die Biomassefeuerungen soll so konzipiert werden, dass eine kostengünstige Serienfertigung von Standardkomponenten erreicht wird.
  

Projektleiter:
Dipl.-Ing. Kurt Könighofer
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, Institut für Energieforschung

Partner:
Expertise Biomassefeuerungen:
Dipl.-Ing. Dr. Reinhard Padinger
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, Institut für Energieforschung

Simulation Gebäudeenergiebedarf:
Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Wolfgang Streicher
Dipl.-Ing. Thomas Mach
Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik

Befragung der Nutzer:
Mag. Jürgen Suschek-Berger
Interuniversitäres Forschungszentrum für Technik, Arbeit und Kultur (IFZ)

Kontakt

Dipl.-Ing. Kurt Könighofer
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
Institut für Energieforschung
Elisabethstraße 5
A 8010 Graz
Tel.: +43 316 876-1338
Fax: +43 316 876-1320
PC-Fax: +43 316 8769-1338
E-Mail: kurt.koenighofer@joanneum.ac.at