Energiekonzept : Überbauung Houelbachstrasse, Kriens
Creators: name: Müller, Benjamin
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2023
Subjects: 333.79: Energie

description: In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde ein Energiekonzept für die Überbauung an der Houelbachstrasse in 6010 Kriens erstellt. Die aktuell verbaute Gasheizung mit einer Nennleistung von 105 kW sollte durch ein erneuerbares und möglichst effizientes sowie kostengünstiges Heizsystem ersetzt werden. Das Energiekonzept sollte neben dem Heizungsersatz, sofern sinnvoll, auch komplementäre Systeme wie eine Solarstromanlage oder Hybridkollektoren beinhalten. Die Überbauung umfasst 18 Eigentumswohnungen, welche sich eine zentrale Heizung teilen. Die Warmwasseraufbereitung geschieht dezentral in den einzelnen Liegenschaften. Oftmals werden dazu noch Elektroboiler verwendet. Die ganze Überbauung weist eine Energiebezugsfläche von 2’930 m2 auf. Die Nutzwärmeenergie welche von den Bewohner: innen jährlich bezogen wird beträgt 129'504 kWh. Ausgehend von Wärmeverteilverlusten und dem Anlagennutzungsgrad wird von einem Endenergiebedarf von 136'320 kWh in Form von Erdgas ausgegangen. Basierend auf diesen Daten konnte die Energiekennzahl berechnet und mit Standardwerten verglichen werden. Es Ergab sich eine Energiekennzahl für Raumwärme und Warmwasser von 73 𝑘𝑊ℎ𝑚2∗𝑎. Dieser Wert liegt deutlich unter den in diesem Baujahr üblichen 100 𝑘𝑊ℎ𝑚2∗𝑎. Somit bestand noch kein Bedarf die Gebäude energetisch zu sanieren. Es wurde allerdings vermerkt, dass bei der Warmwasseraufbereitung noch Verbesserungspotenzial besteht, welches in einem separaten Energiesparblatt beleuchtet wird. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die aktuell verbaute Heizung leicht überdimensioniert wurde. Anhand der Energieverbräuche konnte die Heizleistung mittels Vollaststunden auf 65 kW geschätzt werden. Eine genauere Berechnung der Norm-Heizlast ergab eine Heizleistung von 75 kW. Da die Norm-Heizlast auch tiefst Temperaturereignisse abdeckt wurde in der Arbeit mit der Norm-Heizlast fortgefahren. Ausgehend von der Ist-Situation wurde das Potenzial verschiedener Heizungslösungen und Energiesysteme abgeschätzt. Dabei mussten bereits erste Variante wie zum Beispiel eine Holzfeuerung verworfen werden. Aus der Potenzialstudie wurden mehrere Varianten entwickelt, welche vertieft betrachtet werden sollten. Diese waren:

• Luft-Wärmepumpe mit Solarstromanlage
• Erdsonden-Wärmepumpe mit Hybridkollektoren und ggf. mit Solarstromanlage
• Bivalentes System aus Erdsonden-Wärmepumpe und Luft-Wärmepumpe

Die Varianten wurden in Polysun simuliert, um deren Machbarkeit zu prüfen. Ausserdem konnten so die wichtigsten Energiedaten gewonnen werden, welche in die spätere Wirtschaftlichkeitsberechnung einflossen. In dieser Phase mussten keine weiteren Varianten verworfen werden. Gemäss den Simulationen erfüllten alle Varianten die Funktionsanforderungen. Die Varianten konnten also mit echten Produkten konkretisiert werden. Daraufhin wurde eine Wirtschaftlichkeitsberechnung der Varianten erstellt. Die Wirtschaftlichkeit wurde mithilfe der Annuitätenmethode beurteilt. Es wurden die jährlichen Energie-, Kapital- sowie Unterhalts- und Betriebskosten berechnet. Aus den jährlichen Kosten konnten die spezifischen Wärmekosten berechnet werden, welche einen weiteren Vergleichswert darstellten. Mithilfe der wirtschaftlichen Kennzahlen und den Energiekennzahlen konnten die Varianten schlussendlich verglichen und bewertet werden. Die Bewertung geschah anhand einer Nutzwertanalyse. In der Nutzwertanalyse wurden die Aspekte, Ökonomie, Ökologie und Komfort bewertet. Es wurden drei Szenarien bewertet bei welcher je ein Aspekt stärker gewertet wurde. Schlussendlich konnten die durchschnittlichen Zielerreichungsgrade der Varianten miteinander verglichen werden. Den höchsten Zielerreichungsgrad erreicht die Variante der Erdwärmesonde mit Hybridkollektoren, jedoch ohne Solarstromanlage. Sie schnitt in allen drei Szenarien am besten ab. Trotz der hohen Investitionskosten von 297'200 CHF, wurde der Eigentümerschaft die Variante Erdwärmesonde mit Hybridkollektoren empfohlen. Die Investitionen übersteigen zwar das definierte Kostendach von rund 200'000 CHF. Es handelt sich aber um die langfristig beste Variante. Die Bewohner: innen profitieren mit diesem System von Nebenkosteneinsparungen in der Höhe von rund 900 CHF. Ausserdem kann das System mit einer Solarstromanlage erweitert werden, welche die Nebenkosten weiter reduziert. Die gestaffelte Umsetzung bringt zusätzliche Steuererleichterung. Auch aus ökologischer Sicht überzeugt die Variante. Die CO2-Emissionen im Betrieb könnten um rund 71 % reduziert werden. Dies entspricht knapp 28 Tonnen CO2 pro Jahr. Ausserdem verursacht die Variante weder Lärmbelastungen im Aussenbereich noch müssen Heizungskomponenten im Aussenbereich installiert werden wo sie störend auf die Anwohner: innen wirken. Die so vorgeschlagenen Variante wird für die Eigentümerschaft mit Sicherheit ein zufriedenstellendes Projekt ergeben.
description: In this bachelor thesis, an energy concept for the building on Houelbachstrasse in 6010 Kriens was developed. The current gas heating system with a nominal output of 105 kW was to be replaced by a renewable, efficient, and cost-effective heating system. In addition to the heating system replacement, the energy concept should also include complementary systems such as a solar power system or hybrid collectors, if appropriate. The development comprises 18 condominiums, which share a central heating system. The water heating is decentralized in the individual properties. Often electric boilers are used for this purpose. The entire development has an energy reference area of 2,930 m2. The useful heat energy, which is used by the residents, amounts to 129'504 kWh per year. Based on heat distribution losses and the system efficiency, a final energy demand of 136,320 kWh in the form of natural gas is assumed. Based on this data, the energy index could be calculated and compared with standard values. This resulted in an energy index for space heating and hot water of 74 𝑘𝑊ℎ𝑚2∗𝑎. This value is well below the 100 𝑘𝑊ℎ𝑚2∗𝑎 standard for this year of construction. Thus, there was not yet a need to renovate the buildings for energy efficiency. It was noted, however, that there was still potential for improvement in hot water preparation, which will be highlighted in a separate energy savings sheet. It was also noted that the currently installed heating system was slightly oversized. Based on the energy consumption, the heating capacity could be estimated at 65 kW by means of full load hours. A more precise calculation of the standard heating load resulted in a heating capacity of 75 kW. Since the standard heating load also covers the lowest temperature events, the work continued with the standard heating load. Based on the actual situation, the potential of different heating solutions and energy systems was estimated. In the process, the first variants, such as a wood-fired system, had to be discarded. From the potential study, four variants were developed, which were to be considered in more detail. These were: 

•	• Air-source heat pump with solar power system 
•	• Ground-source heat pump with hybrid collectors with or without solar power system 
•	• Bivalent system of ground-source heat pump and air-source heat pump 

The variants were simulated in Polysun to check their feasibility. In addition, the most important energy data could be obtained, which were used in the later profitability calculation. No further variants had to be discarded in this phase. According to the simulations, all variants met the functional requirements. The variants could therefore be concretized with real products. A profitability calculation of the variants was then prepared. The economic efficiency was assessed using the annuity method. The annual energy, capital, maintenance and operating costs were calculated. From the annual costs, the specific heating costs could be calculated, which represented a further comparative value. With the help of the economic key figures and the energy key figures, the variants could finally be compared and evaluated. The evaluation was based on a utility value analysis. In the utility value analysis, the aspects of economy, ecology and comfort were evaluated. Three scenarios were evaluated in which one aspect was given greater weight
Finally, the average degrees of target achievement of the variants could be compared with each other. The highest degree of target achievement was achieved by the geothermal probe variant with hybrid collectors, but without a solar power system. It performed best in all three scenarios. Despite the high investment costs of 297,200 CHF, the owner was recommended the geothermal probe variant with hybrid collectors. The investment exceeds the defined cost ceiling of about 200,000 CHF. However, this is the best variant in the long term. With this system, the residents benefit from utility cost savings of around 900 CHF. In addition, the system can be expanded with a solar power system, which further reduces the ancillary costs. The staggered implementation brings additional tax relief. The variant is also convincing from an ecological point of view. CO2-emissions during operation could be reduced by around 71%. This corresponds to just under twenty-eight tons of CO2 per year. In addition, the variant causes neither noise pollution in the outdoor area nor do heating components have to be installed in the outdoor area where they have a disturbing effect on the residents: inside. The variant proposed in this way will certainly result in a satisfactory project for the owners.