BHKW-Plan: Berechnung Hotel mit Schwimmbad
Aufgabe:
In einem Hotel mit Schwimmbad und Wellnessbereich in München soll der alte Heizkessel ersetzt werden. Dabei soll gleichzeitig auf Erdgas umgestellt werden. Zusätzlich wird überlegt, ob für die Wärme- und Stromerzeugung ein BHKW in Frage kommt.
Gegeben:
Klimagebiet München (DEMO)
1 Hotel mit Schwimmbad, Baujahr 1968
Fläche: 2.500 m²
Ölverbrauch: 52.000 l
Stromverbrauch: 450 MWh
Umstellung von Heizöl auf Erdgas
Aufgabe: Es ist zu ermitteln, ob ein BHKW gegenüber einer konventionellen Heizung wirtschaftlich ist.
Projekt neu
Zuerst wird das Projekt neu angelegt, z.B. mit dem Projektnamen "Aufgabe_3b" und einer Kurzbeschreibung.
Wärmebedarf berechnen
Hier muss zunächst eine Klimaregion, in diesem Fall Demo, ausgewählt werden. Der Einfluss der Klimaregion ist nicht unerheblich, da bei BHKW-Plan auch die Strahlung miteinbezogen wird. So liefern zwei TRY-Zonen mit ähnlichen mittleren Außentemperaturen (z.B. Essen und Frankfurt) unterschiedliche Ergebnisse. Die Unterschiede steigen mit den vorhandenen Fensterflächen.
In der „Auswahl Gebäude“ wird die Gebäude-Datenbankliste nach den Kriterien Nichtwohngebäude Gebäudeart Hotel mit Baujahr 1958 bis 1968 eingeschränkt und das Gebäude gr-Hotel-D-162 markiert.
Über „Gebäude in DB ändern“ kann überprüft werden, ob das Gebäude mit den folgenden U-Werten übereinstimmt.
Der Dialog wird mit der Taste „Abbrechen“ verlassen, oder es wird ein Wert geändert und mit der Taste „Überschreiben“ verlassen.
Mit der Taste „<- aus der Datenbank hinzufügen“ wird das Gebäude aus der Datenbank übertragen und es kann für die Simulation ein Verbrauchswert/Wärmebedarf oder die Wohn-/Nutzfläche eingegeben werden.
In diesem Fall wird Ölverbrauch als Art der Eingabe gewählt und der Verbrauch in Höhe von 40.000 l mit dem Jahresnutzungsgrad des alten Ölkessel eingegeben (0,8; entspricht 80%). Die restliche Menge des Heizöls wird für die Erzeugung der Prozesswärme zur Beheizung des Hallenbads und des Brauchwassers des Wellnessbereichs genutzt. Mit der Option „Dezentrale Warmwasserbereitung wird nur die Heizenergie berechnet, kein Warmwasserbedarf.
Wenn keine weiteren Gebäude in die Versorgung integriert werden müssen, kann der Dialog mit der Taste „Schließen“ verlassen werden und anschließend die Simulation durchgeführt werden.
Bei den Ergebnissen wird die beheizte Fläche betrachtet. Mit 2.823 m² entspricht sie ungefähr unserer Aufgabenstellung von 2.500 m². Wenn die U-Werte des Gebäudes verkleinert werden, wird die berechnete Fläche ebenfalls kleiner. Aber wir greifen hier erst bei größeren Abweichungen ein.
Es soll ein Prozesswärmeprozess zur Beheizung des Hotelhallenbads und des Brauchwassers des Wellnessbereichs eingeben werden. In diesem Fall 96 MWh/a (12.000 l Öl * 0,8*10 kWh/l).
Das Hotel soll ganzjährig gleichmäßig ausgelastet sein. Für die Abschätzung des Wärmeanteils kann die Abrechnung des Kaltwasserbedarfs in Anspruch genommen werden.
Insgesamt stehen drei verschiedene monatliche Wärmebedarfsprozesse für das Hotel zur Verfügung, Hotel_1, Hotel_2 und Hotel_3. Diese können vom Benutzer jederzeit entsprechend der Hotelauslastung angeglichen werden.
Prozesswärme: Für die Verbrauchs-Stundenwerte einer typischen Arbeitswoche steht die Taste „Typ in DB ändern“ (DB: DatenBank). Ändern oder Neu Eingeben eines Prozesstyps zur Verfügung (mit Aussagen zu Tages- bzw. Wochenwerten).
Mit dieser Menüauswahl wird der Dialog zur „Eingabe eines Prozesstyps“ aufgerufen. Hier kann man den Verlauf anwählen und mit „Grafik“ anschauen.
In diesem Verlauf wird angenommen:
- Die Belegung des Hotels ist über die Woche gleich.
- Schwimmbad und Wellnessbereich als größte Wärmeanforderer sind die ganze Woche geöffnet.
- Die Hotelwäsche wird im Haus gewaschen.
- Das Restaurant hat einen gut besuchten Mittagstisch.
- Das Restaurant hat keinen Ruhetag.
Da der Brauchwasserbedarf immer über einen großen Speicher abgedeckt wird, sind einzelne Spitzen von keiner Bedeutung; es kann mit einer relativ einfachen Kurve gearbeitet werden.
Mit Taste „OK“ den Dialog verlassen und Taste „Schließen“ den Dialog Eingabe eines Prozesstyps verlassen.
Doch zuerst berechnen wir den Wärmebedarf zur Beheizung des Hallenbades. Dabei gehen wir von einer Badetemperatur von 28 Grad °C, Wasseroberfläche 40 m², über Nacht wird das Becken abgedeckt, also 12 h offen.
Der überwiegende Wärmebedarf für das Schwimmbad wird durch die Verdunstungskühlung verursacht, diese liegt je nach Temperatur, Luftwechsel und Bewegungen der Wasseroberfläche zwischen 100 bis 300 W/m²h. In unserem Beispiel nehmen wir konservative 100 W/m² an.
Damit berechnet sich der Wärmebedarfs des Schwimmbades: 100 W/m²h * 40 m² * 12h * 365 Tage= 17.472.000 Wh = 17,5 MWh
Der Prozess „Beckenwasseraufheizung“ wird markiert und aus der Datenbank hinzugefügt. Anschließend wird der Prozess unter „Ausgewählte Prozesse“ markiert und mit der Taste „neuer Wert“ der Dialog zur Eingabe des neuen Jahreswertes aufgerufen.
Die 17,5 MWh werden von den verbleibenden 96 MWh abgezogen, dann sind für den Warmwasserbedarf noch 78,5 MWh übrig.
Über die Taste „Simulation“ wird der monatliche Prozesswärmeverbrauch berechnet, mit der Taste „Schließen“ verlassen wir den Dialog.
Jetzt können wir mit der Taste „Durchführen der Simulation“ alle ausgewählten Gebäude und die Prozesswärme simulieren. Es wird für jedes Gebäude und jeden Prozess eine stündliche Wärmebedarfsganglinie erstellt und die Ganglinien werden dann zu einer gemeinsamen Ganglinie addiert. Aus dieser Ganglinie wird dann die Jahresdauerlinie erstellt und angezeigt.
Strombedarf berechnen
Im Hauptmenü wird über „Strombedarf berechnen“ der Dialog Eingabe des Strombedarfs aufgerufen.
Hier wählen wir den Stromverbraucher Hotel_Queens aus und drücken die Taste „<- aus der Datenbank hinzufügen“. (Siehe Aufgabe: Stromverbraucher eingeben)
Danach markieren wir den Verbraucher in der Auswahl und drücken die Taste „neuer Wert“ um den Jahresverbrauch des Hotels einzugeben.
Über die Taste „Simulation“ wird der monatliche Stromverbrauch berechnet, mit der Taste „Schließen“ verlassen wir den Dialog.
Wärme- und Stromerzeugung
Hier wird zuerst die Betriebsweise wärmegeführt eingegeben. Dann werden die BHKW-Module entsprechend ihrer Eigenschaften aus der BHKW-Datenbank mittels der Taste <- aus der Datenbank hinzufügen ausgewählt. In diesem Beispiel soll ungefähr ein Drittel der Wärmeleistung durch BHKW-Module bereitgestellt werden, was bei 236 kWth in etwa einem Wert von 80 kWth entspricht. Dadurch sollen hohe jährliche Laufzeiten erzielt werden. Es wird ein Modul der Firma Buderus mit einer elektrischen Leistung von 50 kW und ein 3m³ großer Pufferspeicher eingesetzt.
Die Simulation zeigt folgende Ergebnisse.
Mit der Taste Spitzenkessel wird zum Eingabefenster für die Spitzenkessel gewechselt.
Hier können nun aus der Kesseldatenbank passende Modelle ausgewählt werden. Im Beispiel soll der komplette thermische Bedarf vom Gaskessel erzeugt werden können.
Die Simulation ergibt folgende Werte.
Die Vergleichsheizung besteht aus einem alten Ölheizkessel, welcher in diesem Beispiel deutlich überdimensioniert ist.
Zur Berechnung der Emissionen für die Stromproduktion wird der Mix BRD (2009) ausgewählt.
Anschließend kann die Energiebilanz aufgestellt werden.
Erlöse berechnen
Bei der Stromeinspeisung wird der Wert nach EEX plus 0,5 ct/kWh (vermiedene Netzkosten) eingegeben. Der KWK-Bonus wird über die Taste „Bonus nach KWK-2016 eintragen“ automatisch ausgefüllt.
Die Strompreisregelung für den Strom- und Reststrombezug soll neu angelegt werden. Dafür Taste „Auswahl der Strompreisregelung“ drücken.
Taste „neu“ bei Strombezug drücken und folgende Werte eintragen.
Zusätzlich werden unter Zeiten festlegen noch folgende Zeiten eingegeben.
Taste „OK“, dann die Preisregelung abspeichern und für den Strombezug und Reststrombezug auswählen.
Die Berechnung wird über die Taste „Erlösberechnung“ gestartet und liefert folgende Ergebnisse.
Kosten berechnen
Die Investitions- und Betriebskosten für die BHKW-Erzeugung werden wie folgt angenommen.
Da für die Vergleichsheizung ein alter Ölkessel berechnet wird, müssen nur Betriebskosten und keine Investitionskosten eingegeben werden.
Für die Brennstoffkosten werden folgende Annahmen getroffen.
Durch Drücken der Taste „Wirtschaftlichkeitsrechnung“ werden die Erlöse und Kosten und eine Amortisationszeit mit und ohne Energiesteuern berechnet.
Auf dem Hauptbildschirm können anschließend noch die Emissionen (und Einsparungen) berechnet werden.
