Heizungsmodernisierung in Ferienhäusern – Fallstudie Zweisimmen : IDA ICE Simulation und Empfehlung für den Ersatz der Wärmeerzeugungsanlage mit erneuerbaren Wärmequellen
Creators: name: Sprenger, Patricia
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2024
Subjects: Heizungssystem
Wärmeerzeugungsanlage
Erneuerbare Energie
Energieeffizienz
Sanierungsmassnahme
IDA ICE Gebäudemodell
Heizungssysteme in Ferienhäusern
Heizungsersatz
Solarthermie
Luft-Wasser-Wärmepumpe
Holz-Pellet-Heizung
Berner Oberland
333.79: Energie

description: Die vorliegende Bachelorarbeit analysiert Optionen für den Ersatz einer Ölheizung durch eine Wärmeerzeugungsanlage mit erneuerbaren Wärmequellen in einem Ferienhaus in der Gemeinde Zweisimmen im Berner Oberland. Neben der unregelmässigen Nutzung sowie der Ungewissheit über die zukünftige Verwendung des Hauses, stellen mögliche zukünftige Sanierungsmassnahmen eine zusätzliche Planungsunsicherheit dar. Die Forschungsfragen zielen darauf ab, geeignete Wärmeerzeugungsanlagen zu identifizieren, die den Komfortansprüchen und den wechselnden Nutzungsanforderungen gerecht werden. Dabei wird auch der Einfluss von Sanierungsmassnahmen auf den Energieverbrauch untersucht und die Energie- und Ressourceneffizienz der Systeme bewertet.
Die methodische Herangehensweise umfasst das Erstellen eines Gebäudemodells in IDA ICE sowie die Definition verschiedener Nutzungsszenarien und Sanierungszuständen zur Ermittlung der unterschiedlichen Wärmebedarfsprofilen. Die Nutzungsszenarien reichen von der aktuellen Nutzung des Hauses im unsanierten Zustand über Szenarien einer Dauervermietung oder zeitweisen Vermietung des Untergeschosses mit kleineren oder umfassenden Effizienzmassnahmen am Haus. Mit einer Potenzialanalyse werden geeignete Wärmeerzeugungsanlagen identifiziert und deren Strom- und Brennstoffbedarf mittels Simulation in Polysun ermittelt. Die Empfehlung für eine der Wärmeerzeugungsanlagen erfolgt durch eine Nutzwertanalyse.
Als Ergebnis können drei potenzielle Wärmeerzeugungsanlagen identifiziert werden. Zwei davon sind Luft-Wasser-Wärmepumpen-Systeme, wovon eine bivalent mit Solarthermie-Unterstützung betrieben wird. Das dritte System umfasst eine Holz-Pellet-Heizung. Alle Anlagen sind mit einem 700 l Pufferspeicher und einer Frischwasserstation ausgestattet.
Die Nutzungsszenarien beeinflussen den Wärmebedarf des Hauses, wobei das Szenario der Dauervermietung des Untergeschosses im höchsten Wärmebedarf resultiert (+17 % zur aktuellen Nutzung), gefolgt von der zeitweisen Vermietung des Untergeschosses (+14 % zur aktuellen Nutzung). Um die Wärme im Szenario mit dem grössten Wärmebedarf bereitzustellen, müssen die Wärmeerzeugungsanlagen während den kältesten Tagen eine Heizleistung von 12 kW aufweisen.
Die Sanierungsmassnahmen senken den Wärmebedarf in allen Nutzungsszenarien. Kleinere Massnahmen, welche den Ersatz aller alten Fenster, sowie Dämmmassnahmen im Luftschutzkeller und Estrich beinhalten, führen je nach Nutzung zu einer Reduktion des jährlichen Wärmebedarfs von 5 bis 6 %. Wird zusätzliche das Dach erneuert, kann der Wärmebedarf um 13–21 % reduziert werden.
Die bivalente Wärmeerzeugungsanlage mit Solarthermie zeigt sich als die energie- und ressourceneffizienteste Variante im Betrieb. Wird der gesamte Lebenszyklus berücksichtigt, schneidet die Luft-Wasser-Wärme-pumpe ohne Solarthermie am besten ab. Diese erzielt auch bei der wirtschaftlichen Bewertung die besten Ergebnisse und belegt in der Nutzwertanalyse den ersten Rang, welcher auch durch die unterschiedlichen Nutzungsszenarien und Sanierungszustände des Hauses unverändert bleibt. Aus diesem Grund wird als Empfehlung der Ersatz der Ölheizung mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgesprochen.
description: This bachelor's thesis analyses different options for replacing an oil heating system with a heat generation system using renewable heat sources in a holiday home in the municipality of Zweisimmen in the Bernese Oberland. In addition to the irregular use and the uncertainty about the future use of the house, potential future renovation measures add additional planning uncertainty. The research questions aim to identify suitable heat generation systems that meet the comfort and changing usage requirements. The influence of renovation measures on energy consumption is also examined, and the energy and resource efficiency of the systems are evaluated.
The methodological approach includes creating a building model in IDA ICE and defining various usage scenarios and renovation conditions to determine different heat demand profiles. Usage scenarios range from the house's current use in its unrenovated state to scenarios involving permanent or temporary rental of the basement with minor or comprehensive efficiency measures on the house. A potential analysis is used to identify suitable heat generation systems. Afterwards, their electricity and fuel requirements are determined using simulation in Polysun. The recommendation for one of the heat generation systems is made through a utility value analysis.
As a result, three potential heat generation systems are identified. Two of them are air-to-water heat pump systems, one of which operates bivalently with solar thermal support. The third system includes a wood pellet heating system. All systems are equipped with a 700-litre buffer tank and a freshwater station.
The usage scenarios influence the heat demand of the house, with the scenario of permanent rental of the basement resulting in the highest heat demand (+17 % to the current usage), followed by the temporary rental of the basement (+14 % to the current usage). In order to provide the heat in the scenario with the highest heat demand, the heat generation systems must have a heating capacity of 12 kW during the coldest days. The renovation measures reduce the heat demand in all usage scenarios. Smaller measures, which include replacing all old windows and insulation measures in the air-raid shelter and attic, reduce the annual heat demand by 5 to 6 %, depending on the usage. If the roof is renewed, the heat demand can be reduced by 13–21 %.
The bivalent heat generation system with solar thermal energy proves to be the most energy- and resource-efficient option in operation. The air-to-water heat pump without solar thermal energy is the most efficient if the entire life cycle is considered. It also achieves the best results in economic evaluation and takes first place in the utility value analysis, which remains unchanged across different usage scenarios and renovation conditions of the house. For this reason, the recommendation is to replace the oil heating with an air-to-water heat pump.