ÖKOPLUS-KOMPLEX - Untersuchung der technischen, ökonomischen und ökologischen Voraussetzungen zur Errichtung und Nutzung von Plus-Energie-Häusern und Verbänden solcher Gebäude

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Die Errichtung und Nutzung von Gebäuden hat einen wesentlichen Anteil an den österreichischen Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) und am Energiebedarf. Um die THG-Emissionen und den Energiebedarf dieses Sektors zu verringern wurde in den letzten Jahren an der Entwicklung von sogenannten „Plus-Energie-Gebäuden“ gearbeitet und erste Demonstrationsgebäude errichtet. Im üblichen Sprachgebrauch sind mit „Plus-Energie-Gebäuden“ Gebäude gemeint, welche über einen Zeitraum von einem Jahr mehr Strom erzeugen als darin benötigt wird. Da es keine allgemein gültige Definition gibt, werden im gegenständlichen Projekt damit jene Gebäude bezeichnet, bei welchen die THG-Emissionen über die gesamte Nutzungsdauer (inklusive Errichtung und Abbruch) zumindest ein Level von Null THG-Emissionen erreichen und durch die Erzeugung von zusätzlicher Energie ihre THG-Emissionen kompensieren (exakter ausgedrückt THG-neutrale-Gebäude). Ob bzw. unter welchen technischen, ökologischen und ökonomischen Voraussetzungen dies möglich ist wurde in diesem Projekt untersucht.

Das Projektkonsortium setzte sich aus der JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, der Fa. Sauper Umweltdatentechnik GmbH, der Fa. KLH Massivholz GmbH, der Fa. Softechenergy PlanungsgmbH und der Fa. Herbert Pexider GmbH zusammen. Zusätzlich wirkten weitere Kooperationspartner in der Bereitstellung von Daten und Know-How im Bereich von Architektur und Wissenschaft mit.

Inhalte und Zielsetzungen

Inhalt des Projektes war die Untersuchung verschiedener, real existierender Gebäude, welche als Systemvarianten bezeichnet werden, in Hinblick auf die Möglichkeiten zur Erreichung eines Plus-Energie-Gebäudes. Dazu wurden zuerst die THG-Emissionen und der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf für Errichtung, Nutzung, Abbruch und Entsorgung der Gebäude ermittelt. Anschließend wurden alle relevanten Technologien zur Energieerzeugung am bzw. im Gebäude erhoben. Für die am erfolgversprechendsten erscheinenden Technologien wurden in Kombination mit den Systemvarianten verschiedene „Technologieoptionen“ betrachtet. Ausgewählte Kombinationen daraus wurden anschließend technisch, ökologisch und ökonomisch bewertet.

Ziel des Projektes war die Ermittlung von technischen, ökologischen und ökonomischen Voraussetzungen zur Errichtung und Nutzung von Plus-Energie-Gebäuden auf Basis der betrachteten Systemvarianten.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Ergebnisse sind die „THG-Emissionen und der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf der Systemvarianten für den Ist-Zustand“, die Identifikation „relevanter Technologien für Plus-Energie-Gebäude“ (Technologieoptionen), eine „elektrische Energiebilanz der Systemvarianten mit verschiedenen Technologieoptionen“ und eine „ökologische“ und eine „ökonomische“ Bewertung der Systemvarianten und Technologieoptionen.

Als Basis für die Berechnungen wurden sechs Systemvarianten ausgewählt. Es handelt sich dabei um drei Einfamilienhäuser, einen Geschoßwohnbau, ein Veranstaltungsgebäude und eine Siedlung.

Die Untersuchungen der THG-Emissionen und des nicht erneuerbaren Primärenergiebedarfs für den IST-Zustand zeigten:

In der Phase der Errichtung der betrachteten Gebäude besteht ein relativ geringes Reduktionspotential hinsichtlich THG-Emissionen und nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf. Durch den Einsatz von Dämmstoffen mit niedrigen THG-Emissionen und geringen Baumassen (u. A. durch die Verwendung „leichter“ Baustoffe z.B. „Betonhohlkonstruktionen“) lassen sich die THG-Emissionen trotzdem verringern.

Die Phase der Nutzung der Gebäude hat einen wesentlichen Einfluss auf die THG-Emissionen und den nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf. Durch geringen Energiebedarf insgesamt sowie Minimierung des Einsatzes fossiler Energieträger und Maximierung des Einsatzes erneuerbarer Energieträger können diese während der Nutzung des Gebäudes wesentlich verringert werden.

Relevante Technologien für Plus-Energie-Gebäude zur Wärme- und Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern sind:

• Photovoltaik (PV)
• Kleinwindkraft
• Kleinwasserkraft
• Wärmeerzeugung bzw. Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse
• Solarthermie
• Wärmepumpen

Alle diese Technologien wurden, mit Ausnahme der Kleinwasserkraft (aufgrund der standortabhängigen und dadurch sehr begrenzten Einsatzmöglichkeit) näher untersucht.

Für jene Kombinationen von Technologieoptionen und Systemvarianten mit welchen eine „Plus-Energie-Produktion“ möglich ist wurde eine ökologische Bewertung durchgeführt. Dabei wurde die Entwicklung der THG-Emissionen und des Primärenergiebedarfs über den gesamten Gebäudenutzungszyklus (Errichtung, Nutzung, Abbruch) abgeschätzt. Abschließend erfolgte eine ökonomische Bewertung für zwei Systemvarianten und jene Technologieoptionen mit welchen eine „THG-Neutralität“ möglich ist. Es wurden die ökonomischen Aspekte der Strom- und Wärmebereitstellung und die Mehrinvestitionskosten für Plus-Energie-Gebäude abgeschätzt.

Basierend auf den Ergebnissen der technischen, ökologischen und ökonomischen Bewertung wurden folgende Schlussfolgerungen gezogen:

• Elektrische „Plus-Energie-Produktion“ ist bei jeder untersuchten Systemvariante möglich. Jedoch sollte bereits bei der Planung von zu errichtenden Gebäuden die optimale Installation von Technologien und die Minimierung des Energiebedarfes berücksichtigt werden.
• Geeignete Technologien zur elektrischen Energiebereitstellung sind Photovoltaikanlagen und Kleinwindkraft. Photovoltaikanlagen weisen jedoch einen hohen Flächenbedarf auf, was sich nachteilig für den Geschosswohnbau auswirkt. Bei Kleinwindkraftanlagen ist der Energieertrag stark standortabhängig. Eine genaue technische und wirtschaftliche Detailplanung je nach geographischen und rechtlichen Rahmenbedingungen ist erforderlich.
• Geeignete Technologien zur thermischen Energiebereitstellung sind Wärmepumpen, Pelletkessel und solarthermischen Anlagen. Pelletkessel haben in Hinblick auf eine elektrische Plus-Energie-Produktion den Vorteil gegenüber Wärmepumpen, dass der Strombedarf im Betrieb signifikant geringer ist. Solarthermische Anlagen stehen in Flächenkonkurrenz zur Photovoltaik
• Die ökologische Bewertung zeigte, dass THG-neutrale-Gebäude möglich sind. Die untersuchten Technologieoptionen stellen ökologisch optimierte Varianten dar, die aufzeigen, welche THG-Einsparungen maximal möglich sind.
• Die Ergebnisse der ökologischen Bewertung sind stark von Annahmen auf denen die Bewertung aufbaut abhängig (z.B. werden THG-Emissionen untersucht oder der Primärenergiebedarf, welcher Energieträger wird durch den am Gebäude erzeugten Überschussstrom ersetzt?)
• Der Standort des Gebäudes ist für das Mobilitätsverhalten der Bewohner entscheidend. Werden die THG-Emissionen der Mobilität den jeweiligen Systemvarianten zugerechnet, kann keine der betrachteten Systemvarianten den Status eines THG-neutralen-Gebäudes erreichen.
• Photovoltaikanlagen haben hohe Investitionskosten (Zusatzinvestitionen von mindestens 20 % der Gebäudeerrichtungskosten). Die Wirtschaftlichkeit hängt vom Einspeisetarif, der Ausrichtung der Module und von der Art der Finanzierung ab (hohe Kapitalkosten bei Fremdfinanzierung).
• Kleinwindkraftanlagen sind an den betrachteten Systemvarianten (wegen der relativ geringen Stromerträge und relativ hohen Investitionskosten) aus wirtschaftlicher Sicht nicht sinnvoll. Der geförderte Einspeisetarif ist zu niedrig um die hohen Stromgestehungskosten abzudecken.
• Die zumindest notwendige Mehrinvestition zur Errichtung THG-neutraler Gebäude im Vergleich zu einem herkömmlichen Niedrigenergiegebäude liegt bei den untersuchten Varianten bei ca. 20 % der Gebäudeerrichtungskosten.

Ausblick

Voraussetzung für den erfolgreichen Betrieb eines Plus-Energie-Gebäudes bzw. eines THG-neutralen Gebäudes ist das Interesse für die technische Anlage und die Übernahme der Verantwortung als Stromlieferant. Zu einer Markteinführung derartiger Gebäude wird empfohlen folgende Punkte weiter zu bearbeiten:

• Bedeutung von Plus-Energie-Gebäuden in Smart-City-Konzepten
• Entwicklung von Tools zur einfachen Abbildung von THG-Emissionen und Primärenergiebedarf für den gesamten „Gebäudelebenszyklus“.
• Einbindung von Plus-Energie-Gebäuden als Stromlieferanten und -abnehmer in vorhandene und zukünftige Netzstrukturen (Smart Grids), Untersuchung der Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem und Relevanz von elektrischen Energiespeichern.
• Weiterführende Untersuchungen zur Einbeziehung des Mobilitätsverhaltens der Bewohner von Plus-Energie-Gebäuden und die Folgen auf die zukünftige Raumplanung.
• Möglichkeiten der geeigneten Gestaltung von Siedlungs- und Geschoßwohngebäuden als THG-neutrale-Gebäude.
• Weitere Möglichkeiten zur Verringerung des Strombedarfs in Gebäuden (z.B. Einsatz von Low-Tech, Einsatz von "stromlosen Haustechnikkomponenten").
• Einrichtung einer Arbeitsgruppe zum Plus-Energie-Gebäude bzw. THG-neutralen Gebäude und Einbindung in bereits bestehende Netzwerke und Initiativen (z.B. IG Passivhaus, klima:aktiv)

Projektleiter

DI (FH) Stefan Gunczy
Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH

Projektmitarbeiter

Karl-Peter Felberbauer, Johanna Pucker, Rudolf Stiglbrunner, David Tudiwer
Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH

Projekt- und Kooperationspartner

• KLH Massivholz GmbH
• Softechenergy PlanungsgmbH
• Sauper Umweltdatentechnik Gesellschaft m.b.H.
• Herbert Pexider GmbH

Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH
DI (FH) Stefan Gunczy
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