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Scientific Reports:

R Bointner, T. Bednar, S. Eikemeier, S. Ghaemi, R. Haas, C. Harreither, H. Huber-Fauland, C. Ipser, K. Krec, M. Leeb, K. Ponweiser, T. Steiner, K. Stieldorf, P. Wegerer, D. Wertz, R. Wimmer:
"Gebäude maximaler Energieeffizienz mit integrierter erneuerbarer Energieerschließung";
Report for bmvit im Rahmen des Programms Haus der Zukunft; Report No. Endbericht, 2012; 432 pages.



English abstract:
Energy supply services for buildings (residential and non-residential) are largely responsible for the primary energy consumption in Austria. Because the supply is mainly based on fossil energy sources, high import dependence and a crucial security of energy supply are given. In addition, fossil energy sources cause immense greenhouse gas emissions during the production process of components and the building operation, briefly about the whole life cycle. From an ecological and an economic view, a sustainable and secure supply of renewable energy sources as well as energy-efficient system solutions shall be applied. The conception of energy-efficient components of the building envelope with integrated renewable "energy production" is the prior step and the starting point of the creation of a sustainable energy system with a clear rise of energy efficiency, reduction of greenhouse gas emissions and improvement of security of supply by the use of renewable energy sources. The long-term vision is a building sector evolving from an energy consumer to a supplier of energy, which corresponds to the innovative concept of a plus-energy-building. The core question of this work thus treats the applicability and the benefits of plus-energy-buildings in terms of energy, ecological and economic feasibility, to design the entire building envelope optimally, so that heat losses are minimized and profits from the use of renewable energy can be maximized. Shown by case studies (residence, office and factory buildings) it becomes evident, that plus-energy-buildings are economic feasible, as the technology is already available. Three important aspects in the design of plus-energy-buildings, which influence each other to some extent, are the location, the architecture and the choice of heating system, for which heat pumps, pellet boilers or district heating systems are probably the best solution. Knowledge of fundamental climatic data of the building site appears essential for high-quality planning. Photovoltaics can be used as an elementary component of a plus-energy-building. If photovoltaic technology and prices evolve as in the past few years, it will reach a widespread adoption in the building sector during the next decade very likely. Thus, both the energy efficiency and the corresponding integration of renewable energy sources in buildings are expected to play a significant role in terms of reducing greenhouse gases and a reduced dependence on fossil fuels. The economic evaluation of the cases studies is conducted by the present value method. The best economic solution does not utilise the full ecological nor energetic potential of improvement. However, it achieves a negative non-renewable primary energy balance per year and a plus-energy standard by definition. With regard to the future relevance of plus-energy-buildings, beside new buildings, there is a much greater potential in the existing building stock. So, it will be important to focus on solutions for plus-energy-buildings in the existing building stock. However, it will last some decades before plus-energy-buildings will impact significantly on the total building stock in Austria. Depending on the diffusion rate - in the scenarios of low, medium and high technology diffusion - 5 to 21% of the Austrian housing stock will probably reach a plus-energy standard in 2050. Drivers towards a high diffusion of plus-energy-buildings are cost savings of the new technology, subsidies and regulatory policies (e.g. an ambitious implementation of the EU Buildings Directive 2010/31/EU). Depending on the diffusion scenarios about 100,000 to 400,000 residential buildings could reach a plus-energy standard in 2050. In the non-residential building sector 8,000 to 50,000 plus-energy-buildings can be expected by 2050. With a total of around 2.1 million buildings in Austria in 2050 up to one-fifth may reach a plus-energy standard.

German abstract:
Der Primärenergieverbrauch in Österreich beruht zu einem großen Teil auf der Bereitstellung von Energiedienstleistungen auf Basis fossiler Energieträger in Gebäuden (Haushalte und Betriebe). Damit verbunden sind eine hohe Importabhängigkeit, eine kritische Versorgungssicherheit und hohe Treibhausgasemissionen während des gesamten Lebenszyklus von Gebäuden. Unter diesem Hintergrund sind aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht eine nachhaltige Bereitstellung von erneuerbaren Energieträgern und energieeffiziente Gebäudekonzepte anzustreben. Die Gestaltung energieeffizienter Aufbauten der Gebäude mit integrierter Nutzung erneuerbarer Energiequellen ist damit ein wichtiger Schritt zur Gestaltung eines nachhaltigen Energiesystems mit einer Verringerung der Treibhausgasemissionen und Verbesserung der Versorgungssicherheit sowie einer deutlichen Erhöhung der Energieeffizienz. Die langfristige Vision ist eine bebaute Umwelt, die vom Energieverbraucher zum Lieferanten von Energie wird und somit dem innovativen Konzept eines Plusenergiegebäudes entspricht. Die zentrale Fragestellung der vorliegenden Arbeit behandelt somit die Einsatzmöglichkeit und den Nutzen von Plusenergiegebäuden hinsichtlich ihrer energetischen, ökologischen und ökonomischen Machbarkeit und so die gesamte Gebäudehülle in dem Sinne optimal zu gestalten, dass Wärmeverluste minimiert und Gewinne aus der Nutzung erneuerbarer Energie maximiert werden. In dieser Arbeit zeigen wir anhand konkreter Modellgebäude (Wohnhaus, Büro- und Fabrikgebäude), dass wirtschaftliche Plusenergiegebäude unter Berücksichtigung der Ökologie und mit Einsatz erneuerbarer Energie schon heute möglich sind. Drei wesentliche Aspekte in der Gestaltung eines Plusenergiegebäudes, die sich zum Teil auch gegenseitig beeinflussen, sind der Standort, die Architektur und die Wahl des Heizsystems, wofür in erster Linie Wärmepumpen, Pelletheizungen oder Fernwärmeanschlüsse die beste Lösung darstellen. Die Kenntnis grundlegender klimatischer Daten des Gebäudestandorts ist für eine qualitativ hochwertige Planung unumgänglich. Photovoltaik kann als elementarer Bestandteil eines Plusenergiegebäudes angesehen werden. Sollte sich die Photovoltaik hinsichtlich ihres Wirkungsgrads und der Preise wie in den vergangenen Jahren weiterentwickeln, wird sie in den nächsten Jahren mit großer Wahrscheinlichkeit eine weite Verbreitung im Gebäudesektor finden. Somit wird sowohl der Energieeffizienz als auch der entsprechenden Integration von erneuerbaren Energiequellen in die Gebäude zukünftig eine wesentliche Stellung hinsichtlich der Reduktion von Treibhausgasen und einer verringerten Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zukommen. Die ökonomisch günstigste Variante der jeweiligen Modellgebäude nach der Barwertmethode nutzt zwar nicht das volle ökologische und energetische Verbesserungspotential aus, erreicht aber pro Jahr eine negative nicht-erneuerbare Primärenergiebilanz und damit gemäß Definition Plusenergiestandard, wobei die tatsächlichen Einsparungen vom Gebäudetyp und dem Standort abhängig sind. Hinsichtlich der zukünftigen Relevanz von Plus-Energie-Gebäuden liegt neben dem Neubau, bei ungleich größeren Herausforderungen für die Planung, das wesentlich größere Potential für Plusenergie im Gebäudebestand. Es wird in Zukunft also vor allem auf Lösungen zur Erreichung des Plus-Energie-Standards im Gebäudebestand ankommen. Dennoch wird es noch einige Jahrzehnte dauern, bis sich Plusenergiegebäude auf den Gesamtgebäudebestand in Österreich signifikant auswirken werden. Je nach Diffusionsrate - in den Szenarien einer geringen, mittleren und hohen Technologiediffusion - werden Plusenergiegebäude einen Anteil von 5% - 21% am österreichischen Gebäudebestand im Jahr 2050 erreichen. Als Diffusionstreiber hin zu einer hohen Verbreitung von Plusenergiegebäuden können in erster Linie Kosteneinsparungen der neuen Technologie (z. B. durch hohe Energiepreise), Förderungen und ordnungspolitische Maßnahmen (z. B. eine ambitionierte Umsetzung der EU-Gebäuderichtlinie 2010/31/EU) gesehen werden. Je nach Diffusionsszenario werden im Jahr 2050 ca. 100.000 bis 400.000 Wohngebäude durch Neubau und Sanierung Plusenergie-Standard erreichen. Im Bereich der Nicht-Wohngebäude können 8.000 bis 50.000 Plusenergiegebäude bis 2050 erwartet werden. Bei einer Gesamtzahl von etwa 2,1 Mio. Gebäuden in Österreich im Jahr 2050 kann also bis zu einem Fünftel Plus-Energie-Standard erreichen.


Electronic version of the publication:
https://nachhaltigwirtschaften.at/de/hdz/projekte/gebaeude-maximaler-energieeffizienz-mit-integrierter-erneuerbarer-energieerschliessung.php


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