Das Decision Support Tool ermöglicht Endkunden und Betreibern von Ein- und Mehrfamilienhäusern eine erste Einschätzung verschiedener Wärmepumpensysteme in der frühen Planungsphase.
Das Tool wurde im Rahmen des BMWK-geförderten Projekts "integraTE" (03EGB0023C) entwickelt.
Die Simulationen wurden auf der Basis von validierten Komponenten in TRNSYS durchgeführt und die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erfolgt nach VDI 2067.
Alle Randbedingungen, Systemkomponenten und mathematischen Modelle der Simulationen sind in den folgenden Literaturen erläutert.
Chhugani et al (2023). Comparison of PVT - heat pump systems with reference systems for the energy supply of a single-family house. Solar Energy Advances (DOI: 10.1016/j.seja.2022.100031)
Chhugani et al (2022). Decarbonizing Heating Supply Systems in Existing Single-family Houses Through PVT - Heat Pump Systems. EuroSun (DOI: 10.18086/eurosun.2022.07.01)
Wenn Sie Fragen oder Anmerkungen dazu haben, wenden Sie sich bitte an.
Ansprechpartner:
Bharat Chhugani
E-Mail: chhugani@isfh.de
Über die Schieberegler haben Sie die Möglichkeit eine Reihe von Eingangsgrößen für die energetische Systemberechnung und die Wirtschaftlichkeitsberechnung zu variieren.
Alle Regler sind voreingestellt und entsprechen den aktuellen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Spezifische Informationen zu den einzelnen Reglern erhalten Sie, wenn Sie den Mauszeiger über die Info-Symbole neben den Reglern bewegen.
Tipp: Sie können die Schieberegler auch mit dem Mausrad oder den Pfeiltasten Ihrer Tastatur bewegen.
Auf der Übersichtsseite sind die wichtigsten wirtschaftlichen und energetischen Kennzahlen dargestellt. Erläuterungen zu den einzelnen Kennzahlen finden Sie im Berech "Wirtschaftlichkeit" und "Energie" weiter unten.
Heizwärmebedarf:
Der Heizwärmebedarf gibt die benötigte Menge thermischer Energie (Wärmeenergie) an, die benötigt wird, um das Gebäude ganzjährlich
auf eine bestimmte Temperatur zu heizen (hier 20 °C).
Der Dämmstandard hat den größten Einfluss auf den Heizbedarf, und verschiedene Gebäude können je nach ihrem Heizbedarf mit den Schiebereglern angepasst werden.
Spezifischer Heizwärmebedarf:
Heizwärmebedarf pro Quadratmeter beheizter Fläche (Referenzgebäudefläche ist 140 m²).
Warmwasser-Energiebedarf:
Benötigte thermische Energie, um das Trinkwasser ganzjährlich auf eine bestimmte Temperatur zu heizen
(hier: 45 °C Zapftemperatur).
Warmwasserbedarf:
Benötigte Trinkwarmwassermenge pro Jahr in Kubikmetern.
Gesamter Wärmeenergiebedarf:
Jährlich benötigte thermische Energie für die Heizung und die Trinkwassererwärmung (Summe aus Heizwärmebedarf und Warmwasser-Energiebedarf).
Jahresarbeitszahl (JAZ):
Die Jahresarbeitszahl des Systems ist das Verhältnis zwischen der Wärmeenergie, die von der Wärmepumpe insgesamt an das Gebäude geliefert wird, im Verhältnis zum Gesamtstromverbrauch der Wärmepumpe.
JAZ: Von der Wärmepumpe erzeugte Gesamtwärmeenergie / Stromverbrauch der Wärmepumpe inkl. Pumpen
Jahresarbeitszahl_Netz (JAZ_Netz):
Die Jahresarbeitszahl_Netz des Systems ist das Verhältnis zwischen der Wärmeenergie, die von der Wärmepumpe insgesamt an das Gebäude geliefert wird,
im Verhältnis zum Gesamtstromverbrauch der Wärmepumpe abzüglich des gleichzeitig verbrauchten PVT/PV-Stroms für das Wärmepumpesystem.
JAZ_Netz: Von der Wärmepumpe erzeugte Gesamtwärmeenergie / (Stromverbrauch der Wärmepumpe inkl. Pumpen - gleichzeitiger PV/PVT_Eigenverbrauch)
Haushaltsstromverbrauch/Haushalt:
Stromverbrauch der Bewohner im Haushalt pro Jahr (z.B. für Kühlschrank, Waschmaschine, Computer, etc.). Pro Person werden 1.010 kWh zugrunde
gelegt.
Gasverbrauch:
Gasverbrauch des Gas-Kessels pro Jahr für die Wärmeversorgung.
Gaseinsparung:
Gaseinsparung im Vergleich zum Gas-Referenzsystem (klassische Gasheizung, ohne erneuerbaren Anteil).
Stromproduktion:
Stromproduktion der PV-Module. Die Menge des erzeugten Stroms hängt von der Anzahl, der Leistung (fix 340 Wp/Modul), der Ausrichtung und der Neigung ab.
Eigenverbrauch:
Menge des selbsterzeugten Stroms, der im eigenen Haushalt verbraucht wird. Eigenverbrauch = Stromproduktion - Netzeinspeisung.
Eigenverbrauchsanteil:
Prozentualer Anteil des selbsterzeugten Stroms, der im eigenen Haushalt verbraucht wird.
Autarkiegrad:
Prozentualer Anteil am Gesamtstromverbrauch, der durch die eigene PV-Anlage, ggf. in Kombination mit Batteriespeicher, gedeckt werden kann.
Netzeinspeisung:
Menge des selbst erzeugten Stroms, der nicht im eigenen Haushalt verbraucht, aber ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.
Netzbezug:
Menge des Stroms der aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden muss, wenn der selbsterzeugte Solarstrom nicht ausreicht um den eigenen Bedarf zu decken.
Gesamter Stromverbrauch:
Summe aus dem Haushaltsstromverbrauch und dem Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Wärmepumpenstromverbrauch/Wärmepumpe:
Stromverbrauch der Wärmepumpe pro Jahr für die Wärmeversorgung.
Stromverbrauch Durchlauferhitzer/Durchlauferhitzer:
Stromverbrauch des elektrischen Durchlauferhitzers pro Jahr für die Wärmeversorgung.
Emissionen Gas:
Jährlich verursachte CO2-Emissionen des ausgewählten Energiesystems aufgrund der Verbrennung von Gas.
Emissionen Strom:
Jährlich verursachte CO2-Emissionen aufgrund des Stromverbrauchs. Bei der Stromerzeugung durch konventionelle Kraftwerke
wird CO2 freigesetzt.
Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland sinkt jedoch jedes Jahr der CO2-Ausstoß pro Kilowattstunde im
deutschen Strommix. Dies wird bei der Berechnung der CO2-Emissionen berücksichtigt. Je länger der Betrachtungszeitraum, desto geringer
fallen die CO2-Emissionen für den Strom aus.
Emissionen Gesamt:
Summe der CO2-Emissionen aus Strom, Gas und PV-Strom.
Komponentendimensionierung:
Die Komponentendimensionierung wird automatisch in Abhängigkeit der Gebäudeeinstellungen vorgenommen. So werden Unter- oder
Überdimensionierungen des Wärmeerzeugers vermieden (Luftwärmepumpe bei A2/W35, Erdwärmepumpe bei B0/W35).
Allgemeines:
Die Wirtschaftlichkeitsberechnung wird im Sinne der VDI 2067 Blatt 1: Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen durchgeführt.
Annuität und Kapitalwert sind bei den betrachteten Gebäudeenergieversorungssystemen als Kosten zu verstehen.
Gebäudeenergieversorgungssysteme erwirtschaften i.d.R. keine Erträge, sondern verursachen lediglich Anschaffungs- und Betriebskosten.
Kapitalwert:
Der Kapitalwert (auch Nettobarwert) ist die Summe der Barwerte aller durch die Investition verursachten Ein- und Auszahlungen im Laufe des Betrachtungszeitraums.
Als Barwert wird der Gegenwartswert einer in der Zukunft liegenden Zahlung bezeichnet.
Der Barwert zeigt an, welcher Betrag heute zum Kalkulationszinssatz angelegt werden müsste, um zum Zahlungszeitpunkt einen
geforderten Zahlungsbetrag zu erreichen. Bei der Berechnung des Kapitalwertes werden
alle anfallenden Ein- und Auszahlungen im Betrachtungszeitraum identifiziert und mit dem festgelegten Kalkulationszins auf den Barwert abgezinst.
Kapitalgebundener Kapitalwert/Annuität:
Der kapitalgebundene Kapitalwert ist ein Bestandteil des Kapitalwertes und umfasst alle Auszahlungen für die betriebstechnischen
Anlageteile (Investitionskosten), sowie die Erstazbeschaffungen für in der Zukunft zu ersetzende Anlageteile.
Verbrauchsgebundener Kapitalwert/Annuität:
Der verbrauchsgebundene Kapitalwert ist ein Bestandteil des Kapitalwertes und umfasst alle Auszahlungen für den kostenpflichtigen Bezug von Energie(-trägern) aus dem
öffentlichen Netz (z.B. Strom oder Gas).
Betriebsgebundener Kapitalwert/Annuität:
Der betriebsgebundene Kapitalwert ist ein Bestandteil des Kapitalwertes und lässt sich in Bedienung und Wartung unterteilen:
Bedienung: Kosten für die Bedienung des Energiesystems (Ingangsetzung, Konfiguration, Überwachung, Stillsetzung, Störungsbehebung u.Ä.).
Wartung: Kosten für die regelmäßigen Wartungsarbeiten und Instandsetzung.
Sonstige Kosten - Steuern:
Sonstige Kosten ergeben sich aus der Versteuerung des Eigenverbrauchs (unentgeltliche Wertabgabe). Aus Sicht des Finanzamtes gilt der Betreiber einer PV-Anlage als Gewerbetreibender, sofern er
Solarstrom an den Netzbetreiber verkauft (Einspeisevergütung). Daher entfällt die Mehrwertsteuer bei der Anschaffung der PV-Anlage. Gleichzeitig wird die PV-Anlage dem
Anlagevermögen des Gewerbes zugerechnet. Der erzeugte Solarstrom ist die Leistung des Gewerbes. Die Mehrwertsteuer ist eine Endverbrauchersteuer und vom Endverbraucher zu entrichten.
Wenn der Anlagenbetreiber den selbsterzeugten Solarstrom in seinem privaten Haushalt verbraucht, entnimmt er die Leistung ohne Zahlung der mehrwertsteuer aus dem Gewerbe (unentgeltliche Wertabgabe).
Ohne eine Besteuerung des Eigenverbrauchs würde dem Finanzamt die Mehrwertsteuer entgehen.
Zur Berechnung der Steuer wird der aktuelle Strompreis und der Eigenverbrauch zugrundegelet: Steuerhöhe = Strompreis * Eigenverbrauch * 19%.
Sonstige Kosten - CO2-Preis:
Im Klimapaket der Bundesregierung aus dem Jahr 2019 ist eine Abgabe auf CO2-Emissionen im Verkehrs- und Wärmebereich vorgesehen. Das betrift das Verbrennen von fossilen Energieträgern,
wie Heizöl und Erdgas. Da sich die Höhe der Abgabe im Laufe der Zeit verändert (2021-2026: Erhöhung von 10€/t auf 35€/t; anschließend Zertifikatshandel), wird ein durchschnittlicher CO2-Preis für den
gesamten Betrachtungszeitraum zugrunde gelegt.
Erträge:
Die Erträge ergeben sich durch Fördergelder oder die Vergütung des eingespeisten Stroms, die nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz für 20 Jahre vom Netzbetreiber gezahlt werden muss.
Anschließend kann eine Folgevergütung mit einem anderen Abnehmer vereinbart werden.
Annuität:
Als Annuität wird der Durchschnitt aller Ein- und Auszahlungen unter Berücksichtigung des Kalkulationszinssatzes bezeichnet.
Die Annuität gibt an, wie groß die durchschnittlichen jährlichen Erträge oder Verluste des Investitionsobjektes ausfallen.
Annuitätenfaktor:
Die Multiplikation des Kapitalwertes mit dem Annuitätenfaktor ergibt die Annuität. Der Annuitätenfaktor wird aus dem Kalkulationszinssatz und
dem Betrachtungszeitraum bestimmt.
Restwert:
Der Restwert wird mit Hilfe der linearen Abschreibung der Komponenten des Energiesystems berechnet. Jede Komponente wird einzeln über die
zu erwartende Lebensdauer abgeschrieben (siehe Abschnitt "Systemkomponenten"). Ein Restwert am Ende des Betrachtungszeitraums wird als Ertrag
gewertet.
Energiegestehungskosten:
Als Energiegestehungskosten werden die Kosten bezeichnet, die anfallen, um eine Kilowattstunde des Gesamtenergiebedarfs (Wärme- und Haushaltsstrombedarf)
mit dem ausgewählten Energiesystem zu decken. Energiegestehungskosten = Annuität/(Ges. Wärmebedarf + Haushaltsstromverbrauch)
Investitionskosten:
Die Investitionskosten (Anschaffungskosten) ergeben sich aus der Summe aller Preise für die Systemkomponentenkosten und den Montagekosten. Die
Dimensionierung des Energieversorgungssystems wird in Abhängigkeit der Gebäudeeinstellungen automatisch vorgenommen.
Daran gekoppelt sind Preisfunktionen für die einzelnen Komponenten. Je höher die Leistung des Energiesystems, desto höher fallen
die Investitionskosten aus. Es werden die Bruttopreise zugrundegelegt.
Hinweis: Die Anschaffungskosten für das Heizungssystem beinhalten die Mehrwertsteuer von 19%.
Die Anschaffungskosten für die PV-Anlage und den Batteriespeicher sind Nettobeträge (siehe Abschnitt "Sonstige Kosten").
Förderungen:
Die Förderungen für Gebäudeenergiesysteme mit erneuerbaren Anteil werden als Ertrag zu Beginn des Betrachtungszeitraums
gewertet und schmälern den Kapitalwert um den Betrag der Förderung.
Durchschnittliche jährliche Kosten:
Durchschnittliche jährliche Kosten nach der Investitionsauszahlung inklusive Strom- und Gaskosten, sowie Wartung und Bedienung, aber ohne Berücksichtigung von Ersatzbeschaffungen von Komponenten.
Systemkomponenten:
Im Bereich "Systemkomponenten" (siehe Wirtschaftlichkeits-Tab) sind die einzelnen Systemkomponenten des ausgewählten Energiesystems tabellarisch aufgelistet.
Die Spalte "Preis" gibt die Anschaffungskosten jeder Komponente wieder. Die Summe dieser Spalte entspricht den Investitionskosten. In der Spalte "Nutzung"
ist die zu erwartende Lebensdauer jeder Komponente ersichtlich. Diese basiert auf Erfahrungswerten aus der Praxis (vgl. VDI 2067). Aus dem gewählten Betrachtungszeitraum und der
Nutzungsdauer ergibt sich die Anzahl der Ersatzbeschaffungen ("Anz. Ersatz"). Die Spalten "BW Bedienung" und "BW Wartung" geben die Barwerte für Bedienung und Wartung
im Betrachtungszeitraum an (BW = Barwert). Die Summe dieser Spalten ergibt den betriebsgebundenen Kapitalwert. Die Splate "Barwert" zeigt den Barwert jeder Komponente
unter Berücksichtigung der Ersatzbeschaffungen an.
Der Diagrammbereich dient zur grafischen Darstellung der energetischen und wirtschaftlichen Kennzahlen. Die Beträge in den Diagrammen entsprechen denen aus den Tabellen und
werden bei einer Variation der Schieberegler angepasst.
Über die Exportfunktion haben Sie die Möglichkeit die berechneten energetischen und wirtschaftlichen Ergebnisse als .csv-Datei
herunterzuladen. Dies ermöglicht eine Weiterverarbeitung der Ergebnisse in einem Tabellenkalkulationsprogramm. Für die Darstellung in
Tabellenform nutzen Sie die Funktion "Text in Spalten" in Ihrem Tabellenkalkulationsprogramm. Das Trennzeichen ist ein Komma.
Hier sehen sie eine grafische Darstellung des ausgewählten Systems mit der Komponentenverschaltung und den Energieflüssen.
Alle in diesem Tool gezeigten Ergebnisse sind detaillierte simulierte Ergebnisse, die auf validierten Komponenten basieren. Die Ergebnisse können als Hilfestellungen verwendet werden. Es kann passieren, dass die Realität aufgrund verschiedener Einflussfaktoren wie z.B. unterschiedliche Systemkomponenten, Wetter oder Energieverbrauch abweichen kann. Die Autoren übernehmen ausdrücklich keine Gewähr für die Inhalte. |