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Zukünftige Klimatisierung
und Heizung von Gebäuden



 4. Deutscher Kältepreis, Prof. Dr.-Ing. Dirk Müller
EBC | Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik
Fragestellungen

 Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?

 Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?

 Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?

 Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft?




                              4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 2
Energieeffizienz und Behaglichkeit


                               Thermische Behaglichkeit

                               Luftqualität
                                                                      Kopplung zwischen
     Behaglichkeitskennzahl




                               Beleuchtung                                 Behaglichkeit und
                                                                            Leistungsfähigkeit
                               Akustik
                                                                      Erweiterung LCC Ansatzes

                                                                      Minimierung der Wärmeverluste

                                                                      Einbindung regenerativer
                                                                            Energien
                                                                      Keine Klimatisierung
                                                                     Energiekennzahlen




                                               4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 3
Temperaturentwicklung der letzten 100 Jahre




                                                        Quelle: Climate Change 2007: Synthesis Report

                        4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 4
2 °C – Ziel der Europäischen Union
Temperaturentwicklung in Europa

     Temperaturabweichung (Bezug 1961-90) K
                                                                                 2060s
                                              observations
                                              HadCM3 Medium-High (SRES A2)
                                                                         2040s


                                                               2003
Leistungsfähigkeit und Raumtemperatur

                                        16
                                                        Berglund.1990
                                                        Wyon.1996
                                        14              Pepler.1968.com
                                                        Johansson.1975.combined
                                                        Niemela.2002
                                                        Niemela.2001
                                        12
                 Leistungsabfall in %

                                                        Federspiel.2002
                                                        Link.Pepler.1970
                                                        Meese.1984
                                                        Model of Seppänen
                                        10

                                        8

                                        6

                                        4

                                        2

                                        0
                                             16   18   20      22        24        26         28        30     32   34

                                                             Temperatur in °C
Seppänen „Summary of studies on the link between temperature and performance”

                                                             4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 7
Fragestellungen

 Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?

 Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?

 Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?

 Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft?




                              4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 8
Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus




                     4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 9
Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus




                     4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 10
Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus




                     4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 11
Entwicklung des Energiebedarfs - Neubau




In Anlehnung an eine Darstellung der FhG IBP

                                               4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 12
Entwicklung des Heizwärmebedarfs




Annahmen: Sanierungsrate 2 % pro Jahr, Heizwärmebedarf nach Sanierung 70 kWh/(m2a),
Schwerpunkt der Sanierung liegt bei älteren Gebäuden, Neubaurate 0,1 % pro Jahr

                                                 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 13
Fragestellungen

 Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?

 Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?

 Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?

 Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft?




                             4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 14
Entwicklung der Stromerzeugung




                       4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 15
Entwicklung der Stromerzeugung




Quelle: DENA – Vortrag auf dem EVU Gipfel 2010 in Heiligendamm

                                             4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 16
Energiespeicher in Deutschland


                                      Hochspannung
  Gasnetz und Gasspeicher (200 TWh)




                                      Mittelspannung              Pumpspeicher – 40 GWh




                                      Niederspannung             Batterietechnik (1000 € / kWh)




                                        Gebäude (DSM)           Elektromobilität (5 kWh / Fahrzeug)


                                                        4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 17
Speicherkapazität der Gebäude

 Endenergieverbrauch Gebäude                                                           Beleuchtung
   Öl: 277 TWh
   Gas: 386 TWh                                                                                       Heizung
                                                      Strom, mech.
   Strom:
                                                         Energie
        – Wärme 64 TWh
        – Kälte, Klimatisierung ca. 150 TWh
                                                                                                        Warm-
                                                                                                        wasser
 Abschätzung der Speicherkapazität
   50 % aller Gebäude
                                                                                             Prozesswärme
   70 % der Lasten

Aber:
 Die Speicherkapazität ist von der Jahreszeit abhängig

 Der Gebäudeenergiebedarf steigt aufgrund der Speicherverluste

                                     4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 18
Fragestellungen

 Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?

 Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?

 Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?

 Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft?




                             4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 19
Vom Passivhaus zum Aktivhaus

 Passivhaus
   Minimierung des Wärmebedarfs
   Strombasierte Beheizung
   Keine Anwendung im Bestand




                            4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 20
Vom Passivhaus zum Aktivhaus

 Aktivhaus
   Variabler Dämmstandard
   Effiziente Kraft-Wärme-Kopplung
     oder Wärmepumpentechnik
   Dezentrale Speichertechnik für
     Netzkompatibilität
   Anwendbar auf den Bestand




                              4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 21
Stadt der Zukunft – Dual Demand Side Management




                       4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 22
Zusammenfassung

 In Zukunft müssen mehr Gebäude als heute gekühlt beziehungsweise
   klimatisiert werden
 Der Gebäudebestand ist für die Erreichung von Effizienzzielen von
   größerer Bedeutung als der Neubau
 Vorhandenen Gebäudemassen und thermischen Speichern können in
   Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung und Wärmepumpen die Wind-
   und Solarstromnutzung verbessern und Netzausbaukosten senken
 Die Weiterentwicklung der Kältetechnik spielt sowohl im Wohn- als auch
   im Nicht-Wohnbereich eine entscheidende Rolle für die Verbesserung
   der Energieeffizienz


               Die Stadt der Zukunft ist energieeffizient,
          speichert Energie und verhält sich netzkompatibel!


                             4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 23

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Zukünftige Klimatisierung und Heizung von Gebäuden (Dirk Müller)

  • 1. Zukünftige Klimatisierung und Heizung von Gebäuden 4. Deutscher Kältepreis, Prof. Dr.-Ing. Dirk Müller EBC | Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik
  • 2. Fragestellungen  Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?  Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?  Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?  Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft? 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 2
  • 3. Energieeffizienz und Behaglichkeit  Thermische Behaglichkeit  Luftqualität  Kopplung zwischen Behaglichkeitskennzahl  Beleuchtung Behaglichkeit und Leistungsfähigkeit  Akustik  Erweiterung LCC Ansatzes  Minimierung der Wärmeverluste  Einbindung regenerativer Energien  Keine Klimatisierung Energiekennzahlen 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 3
  • 4. Temperaturentwicklung der letzten 100 Jahre Quelle: Climate Change 2007: Synthesis Report 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 4
  • 5. 2 °C – Ziel der Europäischen Union
  • 6. Temperaturentwicklung in Europa Temperaturabweichung (Bezug 1961-90) K 2060s observations HadCM3 Medium-High (SRES A2) 2040s 2003
  • 7. Leistungsfähigkeit und Raumtemperatur 16 Berglund.1990 Wyon.1996 14 Pepler.1968.com Johansson.1975.combined Niemela.2002 Niemela.2001 12 Leistungsabfall in % Federspiel.2002 Link.Pepler.1970 Meese.1984 Model of Seppänen 10 8 6 4 2 0 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 Temperatur in °C Seppänen „Summary of studies on the link between temperature and performance” 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 7
  • 8. Fragestellungen  Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?  Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?  Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?  Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft? 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 8
  • 9. Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 9
  • 10. Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 10
  • 11. Neubau: Wärmeschutz  NEH  Passivhaus 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 11
  • 12. Entwicklung des Energiebedarfs - Neubau In Anlehnung an eine Darstellung der FhG IBP 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 12
  • 13. Entwicklung des Heizwärmebedarfs Annahmen: Sanierungsrate 2 % pro Jahr, Heizwärmebedarf nach Sanierung 70 kWh/(m2a), Schwerpunkt der Sanierung liegt bei älteren Gebäuden, Neubaurate 0,1 % pro Jahr 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 13
  • 14. Fragestellungen  Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?  Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?  Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?  Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft? 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 14
  • 15. Entwicklung der Stromerzeugung 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 15
  • 16. Entwicklung der Stromerzeugung Quelle: DENA – Vortrag auf dem EVU Gipfel 2010 in Heiligendamm 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 16
  • 17. Energiespeicher in Deutschland Hochspannung Gasnetz und Gasspeicher (200 TWh) Mittelspannung Pumpspeicher – 40 GWh Niederspannung Batterietechnik (1000 € / kWh) Gebäude (DSM) Elektromobilität (5 kWh / Fahrzeug) 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 17
  • 18. Speicherkapazität der Gebäude  Endenergieverbrauch Gebäude Beleuchtung  Öl: 277 TWh  Gas: 386 TWh Heizung Strom, mech.  Strom: Energie – Wärme 64 TWh – Kälte, Klimatisierung ca. 150 TWh Warm- wasser  Abschätzung der Speicherkapazität  50 % aller Gebäude Prozesswärme  70 % der Lasten Aber:  Die Speicherkapazität ist von der Jahreszeit abhängig  Der Gebäudeenergiebedarf steigt aufgrund der Speicherverluste 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 18
  • 19. Fragestellungen  Brauchen wir überhaupt klimatisierte Gebäude?  Müssen wir in der Zukunft immer noch Gebäude beheizen?  Ist nur die Energieeffizienz für unseren Gebäudebestand relevant?  Welche technische Ausstattung haben die Gebäude der Zukunft? 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 19
  • 20. Vom Passivhaus zum Aktivhaus  Passivhaus  Minimierung des Wärmebedarfs  Strombasierte Beheizung  Keine Anwendung im Bestand 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 20
  • 21. Vom Passivhaus zum Aktivhaus  Aktivhaus  Variabler Dämmstandard  Effiziente Kraft-Wärme-Kopplung oder Wärmepumpentechnik  Dezentrale Speichertechnik für Netzkompatibilität  Anwendbar auf den Bestand 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 21
  • 22. Stadt der Zukunft – Dual Demand Side Management 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 22
  • 23. Zusammenfassung  In Zukunft müssen mehr Gebäude als heute gekühlt beziehungsweise klimatisiert werden  Der Gebäudebestand ist für die Erreichung von Effizienzzielen von größerer Bedeutung als der Neubau  Vorhandenen Gebäudemassen und thermischen Speichern können in Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung und Wärmepumpen die Wind- und Solarstromnutzung verbessern und Netzausbaukosten senken  Die Weiterentwicklung der Kältetechnik spielt sowohl im Wohn- als auch im Nicht-Wohnbereich eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der Energieeffizienz Die Stadt der Zukunft ist energieeffizient, speichert Energie und verhält sich netzkompatibel! 4. Deutscher Kältepreis | Dirk Müller | Folie 23