Haus 2050

Das Haus 2050 ist weit mehr als ein Plusenergiehaus !

Es ist das Plusenergiehaus mit Elektromobilität, höchster Solareigendeckung im Winter und aktivem Netzmanagement.

Es ist: Unser eigenes Objekt: Energiewende in steter Weiterentwicklung seit 1985.

Exakte Energiebilanzen finden Sie auf Seite 3

Passivhaus, Plusenergiehaus, Sonnenhaus ? Was bedeutet Haus 2050 ?

Eine Gemeinsamkeit eint all diese Hauskonzepte: Sie wollen den durch menschliches Wohnen verursachten Energieverbrauch, für Heizung, Warmwasser, Haushaltsstrom vermindern. Dann, den je nach Haustyp, mehr oder minder grossen Restenergiebedarf, durch mehr oder minder grosse Anteile an erneuerbarer Energie decken. Dies ist das positive an allen 3 Hauskonzepten und hebt sie weit ab, vom sonstigen, tagtäglich gebauten, energetischen Altbaubestand von morgen ! Haus 2050  ( Der Name bezieht sich auf das Jahr, in dem die Energiewende vollzogen sein soll ) legt die Messlatte aber noch wesenlich höher. Haus 2050 rechnet zum Hausenergieverbrauch "Wohnen" noch den Energieverbrauch "Leben" dazu. Also: Mobilität, Nahrung, Dienstleistung, Verbrauchsgüter, Investitionsgüter, etc.  Wir nennen sie die "indirekten Energieverbräuche". Beispiel: Mitsubishi hat das Elektroauto  I-MIEV für mich gebaut. Der Ressourcen- und Energieverbrauch hierzu, ist aber nicht der Fa. Mitsubishi zuzurechnen, sondern mir und denen die dieses Auto nutzen !  In der Verbrauchsbilanz von Haus 2050 wird aber nur der Energieverbrauch für das Fahren bilanziert, so wie das für jedes andere Auto auch üblich ist. Für die indirekten Energieverbräuche, werden erstmal die hohen bilanziellen Solarstromüberschüsse von Haus 2050 verwendet. Näheres zur Berechnung der indirekten Verbräuche sind in dem Hintergrundpapier: Wie grün und nachhaltig ist die Energiewende ? zu finden. Desweiteren wird ein Teil der Sommerüberschüsse zur Langzeitspeicherung über "Power to Gas" verwendet und deckt die Winterlücke in der Energieversorgung von Haus 2050. Um das Ziel von Haus 2050 zu erreichen gilt es nun:

1. Den Heizenergieverbrauch des Gebäudes zu minimieren. Das Passivhaus ist hier das Ideal und müsste beim Neubau längst gesetzlich vorgegebener Baustandard sein,zumal es 2016 den 25.Geburtstag feiert. Stattdessen wird von der BAFA, im Jahre 2015 ! mit dem KFW 70 Haus, der energetische Altbau von Morgen gefördert ! Aber dies ist leider nur eine der vielen Absurditäten dieser Energiewende.

2. Durch den Einsatz energiesparendster Geräte, den Haus- und Gewerbestromverbrauch zu reduzieren. In unserem Objekt wurden schon beim Einzug 1989 nur die energiesparendsten Geräte eingesetzt, zB: Liebherr Kühlschrank 0.24 kwh/24 h, Gefriertruhe 160 L 0,45 kwh/24 h. Beide Geräte wären heute nach ca 25 Jahren immer noch A++. Das Gros der Kunden kaufte sie damals nicht ! ....Das rentiert sich nicht...Soviel zur Weitsichtigkeit mancher Wirtschaftlichkeitsrechnung. Ebenso wurden damals alle Pumpen und Ventilatoren mit BLDC Hocheffizienzmotoren eingesetzt.Waschmaschine und Geschirrspüler hängen über kurze dünne Leitungen am WW und das Wasser wird vorwiegend mit Sonne aufgeheizt. Früher mit Solarthermie, heute über die PV-WP.

3. Mit vorwiegend solarer Elektromobilität wird Öl durch Solarstrom vom eigenen Dach ersetzt. Nur kein Auto zu fahren ist umweltfreundlicher. Nur mit einer intelligenten Steuerung aber ohne weitere Technik, kommen bis zu 70% des Strom's übers Jahr, direkt vom Dach in den Tank. Näheres sehen sie unter Energiebilanzen zu Haus 2050. Für 15.000 km/Jahr braucht unser E-Auto Mitsubishi I-MIEV ca. 2250 kwh Strom, das sind im Durchscnnitt 15 kwh/100 km und ersetzt damit ca. 900 liter Benzin mit einem Heizwert von ca. 9.000 kwh ( Im Vergleich zu Kleinkombi mit real 6 L/100 km ) Das E-Auto deckt hier über 87% aller PKW Kilometer ab.

4.Auf der Gebäudehülle erzeugt Haus 2050 nicht nur 100% seines bilanziellen Jahresenergieverbrauchs, sondern mindestens 200% Dieses Ziel ist ohne exotische Technik heute leicht erreichbar wie unser eigenes Objekt zeigt: Bilanzielle Überdeckung von 202% im Jahr 2012, 171% in 2013, 200% in 2014,190% in 2016 .Mit der Systemtechnikänderung Anf. 2016 erhöht sich die Bilanzielle Überdeckung auf 230-250% ! Dabei ist noch zu berücksichtigen dass der älteste PV-Anlagenteil auf dem Dach Baujahr 1988 ist. Mit heutiger Technik läge das nochmal 5-7% höher.

5. Eine hohe bilanzielle Überdeckungsrate ist zwar positiv, aber für sich allein betrachtet noch kein energietechnisch wirklich aussagefähiges Mass !  Das aussagefähigere Mass ist die sogenannte Eigendeckungsrate und diese insbesondere im Winter. Das heisst: wieviel % des gesamten Energieverbrauchs: also Heizung, WW, Haus- und Gewerbestrom, E-Autostrom, wird ab Dach direkt verbraucht, bzw selbst zwischengespieichert und dann verbraucht. Eine hohe Eigendeckungsrate und damit eine hohe Autarkie ist das Ziel. Damit ist aber keinesfalls eine Netzunabhängigkeit gemeint und angestrebt, sondern genau das Gegenteil. Denn das Stromnetz der Zukunft wird von den stark fluktuierenden Energiequellen Sonne und Wind dominiert. Das heisst das dominierende Angebot aus Sonne und Wind ist eine ewige Achterbahn. Die grösste noch bevorstehende technische Herausforderung der Energiewende ist, die Bereitstellung von Reservekraftwerkskapazität, die nur noch wenige Stunden im Jahr in Betrieb ist und dadurch sehr hohe Fixkosten verursacht.Zudem müssten diese Kraftweke, strenggenommen, auch mit regenerativ erzeugtem und gespeichertem Brennstoff betrieben werden, der wiederum viel teurer ist als die direkt genutzte Energie. Also ist das Nutzen von Reservekraftwerken durch viel einfachere und effizientere Wege zu minimieren. Haus 2050 nutzt das Netz und es dient dem Netz ! Haus 2050 verbraucht vorrangig dann Energie, wenn viel Sonne oder Wind ins Netz drückt und versucht seinen Bezug zu minimieren, wenn beide wenig Energie liefern. Wenn die Sonne scheint produziert nicht nur Haus 2050 viel Strom, sondern meist auch die anderen PV Anlagen. Das bedeutet: im Haus 2050 wird jetzt das E-Auto geladen und die überdimensionierte Wärmepumpe produziert jetzt mit voller Leistung Warmwasser und in der Heizperiode auch Heizwärme auf Vorrat. An einem Sonnentag im Winter produziert die Wärmepumpe Wärme für 1-2 Tage. Siehe hierzu die Zahlen über die hohe Winterdeckungsrate von Haus 2050. Das heisst Haus 2050 betreibt aktives Netzmanagement und verhält sich Netzdienlich. Näheres hierzu siehe unter:  simple grid*.

Aktueller Objektsteckbrief.  Stand: 7. Januar 2016

Baujahr 1988.  Einfamilienhaus und Gewerbeteil mit Büro, kleine Versuchswerkstatt, seit 2013 Kellerlabor mit 3 Wärmepumpenprüfständen. Ca.290 qm beheizte / teilbeheizte Nutzfläche. Bereits 1988 gebaut, etwa nach dem was heute als KFW 40 gilt. Gebaut nach baubiologischen und bauökologischen Kriterien (Baustoffe, Wiederverwertung,"Graue Energie" etc. ). Kontrollierte Wohnugslüftung mit Wärmerückgewinnung (Passivhauszertifiziert).

Ausrichtung Süd. DN 45° Satteldach. Grundriss mit thermischer Zonierung, und effektiver passiver Solarnutzung.

Beheizt seit 2011 über eigenentwickelte, hocheffiziente Sole-Wasser-Wärmepumpe mit 10,9 kw Heizleistung bei B0W35 (En14511) COP 5,2. El. 2,1 kw.  Quelle: Grabenkollektor als Einfachgraben mit 25m Länge.Heizperiode 2015/16 Beheizung über die neuentwickelte Luft-Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Online-Live- Monitoring ab Herbst 2015. Wärmeabgabe über Niedertemperaturheizkörperanlage (leider keine Fbhz) 50/35 bei Norm AT -16°C. Langjähriges Heizgradtagmittel 4453 (Referenzort: Aulendorf). Hier in 4km Entfernung, ist es noch etwas kälter. Siehe bei Onlinebeschreibung.

Bewusst überdimensionierte Wärmepumpe (siehe Seite 1).Theoretisch 2 fach, praktisch ca. 3fach. Die Wärmepumpe wird vorrangig wie eine Solarthermieanlage betrieben. Das heisst, schon bei guter Helligkeit ( ab ca 200 W/m² ) auch ohne Sonne heizt sie direkt mit Solarstrom betrieben auf Vorrat. Pufferspeichervolumen 4400 Liter. Dieses Volumen war bereits Bestand aus der zurückgebauten, topfunktionierenden Solarthermieanlage + der stillgelegten topfunktionierenden Holzvergaserkesselanlage. Siehe hierzu:  Historie Heizanlage und Hintergründe.

Der 2. Grund für die Überdimensionierung der WP ist das aktive Netzmanagement in das auch die WP mit einbezogen ist. Siehe auch unter: simple grid*.

Eine Besonderheit der WP-Puffer Kombination ist das innovative, hocheffiziente, exergiegerechte Be- und Entladeprinzip in 1 Durchlauf. Beispiel: Beladung 30<50. Entladung 50>30. Mittlere Belade-Entladetemperatur konstant 40°. Über die gesamten Be-Entladezyklen gibt es kaum Vermischungsverluste im Speicher.Die WP ist für diese Betriebsweise mit hoher Spreizung zur Exergienutzung entwickelt.Sie kann z.B. bei B0 auch 25>70 fahren, mit unerreichtem COP. Siehe Online-Live-Monitoring ab Herbst 2015.Im obersten Bereich des 1. Speichers ist der Heizwasservorrat für die Warmwasserbereitung.Die Grösse dieses Bereiches ist variabel wählbar.Diesen Bereich lädt die Wärmepumpe ebenfalls in 1 Durchlauf !  zB: 25° > 55° ( bis 70° möglich ). MIt voller WP-Leistung und ohne separate Heissgasenthitzung. Selbst wenn der Bereitschaftsteil auf 25° abgekühlt wäre, steht bereits 10 min nach WP Start heisses Wasser zur Verfügung.! Die Warmwasserbereitung erfolgt durch das von uns schon vor 24 Jahren entwickelte, externe Frischwassersystem. Hygienisch frisches Warmwasser im Direktdurchlauf. Eine nie gekannte Effizienz in der WW-Bereitung in Verbindung mit unsereren Wärmepumpen Siehe unter: Warmwasser.  

PV-Anlagen:  Nordseite: 7,12 kwp a-Si Dünnschicht Bj 2008. (Teilverschattet. Ab Frühjahr 2016 fast unverschattet) Ertrag ca 2800 kwh Jahr. Südseite:  4 Generationen Polykristallin,von: 1989 !  -2006 mit gesamt 8,52 kwp. Ertrag ca. 8800 kwh/Jahr. Mit neuester PV-Technik von 2015 läge sie bei mindestens 9300 kwh/Jahr.

Ab Frühjahr 2016 wird der Platz der bisherigen Solarthermieanlage und die letzten Reste des Süddaches ebenfalls mit PV belegt, da wie schon gezeigt, die PV-WP Kombination im Winter eine wesentlich bessere Deckung bringt als ein sehr guter Solarkollektor ! Die jetzt schon sehr hohen Winterdeckunsraten, werden dadurch noch weiter gesteigert !  Die Bilanzen in den nachfolgenden Tabellen auf  Seite 3 zeigen die Jahre 2012-2016.

Historie Heizanlage und Hintergründe:

Die ursprüngliche Beheizung des Gebäudes erfolgte seit Einzug 1889 über eine Solaranlage zur WW Bereitung und Heizungsunterstützung, in Kombination mit einem Holzvergaserkessel. Siehe auch unter:  Solarthermie und unter:  über uns. Als Solarpionier und Enthusiast war dies natürlich eine Überzeugungstat. Gemäss Argumentation des damaligen Mainstream, aber wider jegliche wirtschaftliche Vernunft. Rein unter damaligen ökonomischen Bedingungen gerechnet, war das auch so.  28 Jahre später sah die Sache aber ganz anders aus. Für einen ambitionierten Techniker ist dies aber kein Grund sich auf den Lorbeeren auszuruhen. So wurde der Holvergaserkessel stillgelegt, der Schornstein als extreme Wärmebrücke, mit Dämmstoff verfüllt. Im Jahre 2015 wurde die topfunktionierende Solarthermieanlage rückgebaut.Natürlich auch mit einem weinenden Auge. Aber für einen Techniker zählen nicht Sentimentalitäten, sondern Ergebnisse und Zahlen ! Diese Fläche wird jetzt ebenfalls mit PV belegt. Wieso das?  Im Jahre 2010 wurde mit der Wärmepumpenentwicklung begonnen, die zum Ziel hatte, mittels zusätzlicher Nutzung des Solarthermie Kollektors als Niedertemperaturquelle, dessen Winterertrag auf das maximal mögliche zu steigern. Erkenntniss: Eine hocheffiziente Wärmepumpe mit Grabenkollektor ( wie hier im Objekt ) oder Erdsonde, macht aus der PV Fläche, die vorher die Solarthermieanlage beansprucht hatte, wesentlich mehr Wärmeenergie als die Solarthermieanlage! Je strahlungsärmer und kälter der Monat, desto grösser der Abstand. Dez.+Jan.= 4-fach, Nov.+ Feb.= 2fach. Hinzu kommt noch, dass die PV keine Nutzlosen Überschüsse produziert.

Nun könnte man sagen: Haus 2050 produziert 2 - 2,5 mal soviel Strom wie es verbraucht. Ist das sinnvoll ?  Nein, das ist nicht nur sinnvoll, sondern es sollte beim EFH Pflicht sein ! Der Grund: Das Einfamlienhaus ist ein Privileg ! Es hat den höchsten Flächenverbrauch aller Wohnarten. Auf die verbrauchte, bebaute Fläche gerechnet, hat es den geringsten Energiebedarf pro m², aber das allerhöchste Angebot an Solar und Umwelt-Energie. Ein Mehrfamilienhaus selbst in Passivhausstandard, kann schon keine Überschüsse mehr produzieren. Es ist auf die Stromlieferung des privilegierten Einfamilienhauses angewiesen, ebenso wie die energieintensive Industrie.

Die Holzheizung wurde 2012 aus Nachhaltigkeitsgründen stillgelegt. Einen leicht speicherbaren ( da einfach lagerbar ! ) Hochtemperaturbrennstoff in niedergrädige Raumwärme von 20°C zu entwerten ist im Zeichen der Energiewende energetischer, physikalischer und noch dazu staatlich geförderter Frevel !  Der für die energetische Nutzung zur Verfügung stehende Teil der nachhaltig gewinnbaren Holzmenge wäre mit Holz-KWK ein idealer Stromtälerfüller. Mehr hierzu im demnächst erscheinenden Hintergrundpapier :  Wie grün und Nachhaltig ist die Energiewende ?

Untenstehende Tabelle zeigt die Gesamtenergiebilanz unseres Eigenobjektes Haus 2050, aufgelöst nach Monatsbilanzen.

Bitte beachten: Der Standort hier ist Solarer Durchschnitts Süden !
Kein Allgäu, keine Höhenlage, aber kalt. Langjähriges HGT mittel: grösser 4453.

Über den Grossteil des Zeitraumes gibt es auch Tagesbilanzen. Seit Herbst 2015 erfolgt Online-Monitoring in Echtzeit, mit permanenter zentraler Datenaufzeichnung von ca. 150 Datenpunkten. Die Verbrauchsanteile WP und E-Auto am Gesamtverbrauch sind über geeichte Unterzähler erfasst. Die Werte von PV Erzeugung und Bezug sind von den Zählern, über die auch abgerechnet wird. Die WP Werte, werden aus Gründen allerhöchster Genauigkeit, bei Elektro mit 2 und bei Heizenergie mit 3 unabhängigen Zählern erfasst. Folgende fossile Reste an direktverbrauchter Energie sind unten nicht enthalten: Flüssiggas zum Kochen und Backen. Entsprechend ca 200 kwh Heizwert / Jahr. Wird ab Frühjahr 2016 durch E-Geräte ersetzt. Benzin für 2 weitere kaum mehr benutzte, gewerblich genutzte PKW. Pro Jahr zusammen max ca 2000 km a 6 L /100 km = 120 Liter mit Heizwert ca 1200 kwh. Wie weiter oben schon aufgeführt, werden über 87% aller gewerblichen und privaten km elektrisch gefahren ! Benzin-Rasenmäher für grösseres Grundstück ca 10 l / Jahr = 100 kwh Heizwert. Auf der Habenseite widerum könnten wir unseren Anteil an der erzeugten Windenergie von 662 kwh/ Person (Jahr 2013) reklamieren. Auf einen Anteil am sogenannten Biogas, das leider zum Grossteil Agrargas (Futtermittel) ist, wird verzichtet.

Bitte beachten Sie bei den Bilanzen: Ohne die Netzdienliche Speicherung von schwankender Sonnenenergie (auch Windenergie aus dem Netz möglich) und die damit sehr hohen Eigenversorgungsanteile im Winter, wären die schon sehr hohen Jahresabeitszahlen (JAZ) noch höher.Eine nach dem Stand der Technik, auf niedrigste Vorlauftemperaturen ausgelegte Fussbodenheizung, würde die JAZ ebenfalls noch einmal wesentlich steigern ! Wie schon Ende Heizperiode 2014/15 wird das Gebäude in der Heizperiode 2015/16 über unsere neuentwickelte, hocheffiziente Luft-Sole-Wasser-Wärmepumpe beheizt. Leider muss hier zum Härtetest die WP auch zu Zeiten und Bedingungen betrieben werden, die über die tatsächlichen Anforderungen hinausgehen. Etwas Effizienzminderung und Energieverschwendung ist hier nicht ganz zu vermeiden. Forschung und Entwicklung haben hier Vorrang. Der stark erhöhte Stromverbrauch Juni, Juli, Aug. 2015 war durch Baumassnahmen bedingt. 

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