Hall, Monika
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The impact of different energy balancing methods on Net Zero Energy Buildings
To date, the building energy balance is typically based on annual values. If the annual PV-yield equals the overall annual energy demand, the building is called a Net Zero Energy Building (NZEB). Of course, this balancing approach does not take into account that PV-yield and electricity energy demand do not necessarily occur at the same time. However, Swiss standards and the building label Minergie have begun to address this issue. The Swiss standard SIA 380:2015, and the Minergie recast 2017 include self-consumption/grid-interaction in the energy balance. Currently, for the energy balance PV-yield and electricity demand are usually weighted with the same primary energy factor. Minergie 2017 retains this, but SIA 380:2015 features different (asymmetrical) primary energy factors for import from and export to the grid. This necessarily has a large impact on the resulting energy balance. The primary energy factor for import from the grid depends on the chosen type of the power mix in the grid. If this factor is higher than the primary energy factor of the PV-system, a larger PV system than when using symmetrical factors is required in order to fulfil the NZEB balance. The impact of balancing method of SIA 380:2015 and Minergie-A on a Net Zero Energy Building are discussed. It is found that the newly introduced definitions for the building energy balance have a large impact on the grid interaction.
PVopti - hourly based energy balance for building design
PVopti is a freeware tool to calculate hourly energy balance for different building types. It is simple to use and it quickly calculates self-consumption for different designs. Load profiles according to SIA 2024 are used to distribute yearly values on hours. For demand of lighting a criterion for daylight is added. Compared with measurements of single family houses and apartment buildings, self-consumption calculated with PVopti shows very good agreement. Currently, a German version is available on www.minergie.ch, soon there will be versions for 4 languages (dt, fr, it, en).
Entwicklung eines Planungsinstruments zur Bestimmung der Netzinteraktion von Gebäuden
Es wird ein Planungsinstrument entwickelt, welches auf Stundenbasis den Eigenverbrauch, die Eigendeckung sowie den Netzbezug und die Netzeinspeisung bestimmt. Zum grössten Teil bilden SIA-Normen und Merkblätter die Grundlage für Bedarfswerte und Lastprofile. Mit dem Instrument wird der Einfluss verschiedener Parameter auf die Eigenverbrauchs- und Netzbezugsrate untersucht. Bislang können Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie Verwaltungen und Schulen damit abgebildet werden.
Sind Hochhäuser als Nullenergiegebäude machbar?
Für Einfamilienhäuser und kleine Mehrfamiliengebäude reicht in der Regel der Platz für eine entsprechend grosse Photovoltaikanlage auf dem Dach aus, um in der Jahresbilanz den Gesamtenergiebedarf durch den Photovoltaikertrag zu decken. Es stellt sich die Frage, ob grosse Gebäude, d.h. Gebäude bis zu 40 Stockwerken, mit langgestrecktem bzw. quadratischem Grundriss genügend Fläche für Photovoltaik zur Verfügung stellen können, so dass eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreicht werden kann.
Für jedes Haus ein individuelles Konzept
Gute energetische Gebäudeerneuerungen müssen umfassen geplant werden. Es gilt das Motto "Jedes Gebäude verdient ein langfristiges energetisches Erneuerungskonzept". Auf Grundlage des Gesamtkonzepts kann die Erneuerung auch in abgestimmten Etappen durchgeführt werden. An acht umgesetzten Bauten erläutert die Dokumentation D-0249 die Methodik und Herangehensweise des Merkblatts SIA 2047 «Energetische Gebäudeerneuerung». Das Werk bietet anwendungsnahe Hilfe für die Planung.
Different balancing methods for Net Zero Energy Buildings - Impact of time steps, grid interaction and weighting factors
Adding large photovoltaic systems to buildings is becoming more and more popular. To date, the self-consumption/grid interaction is not typically part of the energy balance. The choice of symmetric or asymmetric primary energy factors has an impact on the balance. The primary energy factor for import from the grid depends on the chosen type of the power mix in the grid. If this factor is higher/lower than the primary energy factor of the on-site PV-system, a larger/smaller PV system than when using symmetrical factors is required in order to fulfil the NZEB balance.
Möglichkeiten und Grenzen von grossen Nullenergiegebäuden
Nullenergiegebäude haben üblicher Weise zwei bis vier Stockwerke. Daher interessiert die Frage, ob auch grosse Gebäude, d.h. Gebäude bis zu 40 Stockwerken, mit langgestrecktem bzw. quadratischem Grundriss genügend Fläche für Photovoltaik zur Verfügung stellen können, so dass eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreicht werden kann. Auf der Grundlage von Simulationen anhand von vier Basismodellen, je zwei Mehrfamilienhäuser und Verwaltungsbauten, werden die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Nullbilanz analysiert.
Nullenergiegebäude im städtebaulichen Kontext - aus Sicht der Forschung
Auch im städtebaulichen Kontext können Nullenergiegebäude gebaut werden. Einige Praxisbeispiele zeigen dies. Da i.d.R. die Dachfläche für die PV-Anlage nicht mehr ausreicht, muss auch PV in die Fassade integriert werden. Die kumulierte "Null" ist für die Gebäudetechnik fast immer möglich, bei der "Null" für die Gesamtbilanz ist eine hohe Effizienz wichtig, Wärmepumpen oder Fernwärme zu bevorzugen, eine grosse Fläche für die PV-Anlage notwendig, so wie ein sehr guter Systemwirkungsgrad der PV-Anlage. Hochhäuser müssen effizienter sein als Gebäude mit weniger Etagen. Der Energiebedarf pro Etage muss durch den PV-Ertrag in derselben Etage gedeckt werden, da der Ertrag der Dachanlage irrelevant wird.
Hochhäuser als Nullenergiegebäude - ist das möglich?
Dieser Beitrag befasst sich mit der Frage, ob Gebäude mit bis zu 40 Stockwerken eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder dem gesamten Energiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreichen können. Mit umfangreichen, simulationsbasierten Untersuchungen an je zwei Mehrfamilienhäusern und Verwaltungsbauten werden die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Nullbilanz analysiert.
Net zero enrgy balance for high-rise buildings
Multifamily dwellings and office buildings with a square and a stretched footprint with up to 40 floors are considered for a net zero energy balance. A wide range of parameters is investigated in regard to their impact on the zero energy balance. The main results gained by the simulation based research described above can be summarized as follows: Only the HVAC zero balance can be achieved for up to 40 floors for all variants studied but one. The five main parameters in regard to achieving a HVAC or TE zero energy balance are, efficient electric devices and lighting, low heat demand, the type of heating system, the actually available area for PV and the overall efficiency of the PV-System. The results show that a net zero energy balance for HVAC only or for total energy can be achieved for large multifamily dwellings and office buildings of up to 40 floors. To this end, however, apart from a well-insulated building envelope, electronic devices, lighting and PV systems with a very high efficiency are necessary. With further improvements in the efficiency of devices, lighting and PV-systems, reaching the "zero" will become easier.