Energieeffizienz an Hochschulen â technisch machbar, aber...
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<strong>Energieeffizienz</strong> <strong>an</strong> <strong>Hochschulen</strong> –<br />
<strong>technisch</strong> <strong>machbar</strong>, <strong>aber</strong> …<br />
Interdisziplinäres Seminar zu Ökologie und Zukunftssicherung<br />
26. Nov. 2012<br />
Klaus Vajen, Philipp Emmerich, Benedikt Biechele
Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik<br />
2 HochschullehrerInnen (Ulrike Jord<strong>an</strong>, Klaus Vajen)<br />
ca. 20 MitarbeiterInnen + HiWis + Diplom<strong>an</strong>dInnen + IdE-Abteilung + Ausgründung<br />
(Maschbau-, Elektro-, Bau-, Wirtschafts-Ings, Physik, Chemie, Mathe)<br />
Forschungsschwerpunkte:<br />
• Solarthermie / Thermische Energiesysteme<br />
• <strong>Energieeffizienz</strong> in Gebäuden<br />
www.solar.uni-kassel.de<br />
Leitung:<br />
• Masterstudieng<strong>an</strong>g Regenerative Energien und <strong>Energieeffizienz</strong><br />
• Projektstudium Solarcampus<br />
• EU-weit die Doktor<strong>an</strong>dInnenausbildung im Bereich Solarthermie<br />
• Fachausschuss der deutschsprachigen Hochschullehrer zu RE<br />
• Solar World Congress in Kassel 2011<br />
• …<br />
2
Inhalt<br />
• Hochschull<strong>an</strong>dschaft aus energetischer Sicht<br />
• Uni Kassel und Uni Marburg<br />
• Projektstudium “solarcampus”<br />
• Lösungs<strong>an</strong>sätze<br />
3/ 42
<strong>Hochschulen</strong> in DE (2008)<br />
• rund 1 Mrd. € Energiekosten pro Jahr<br />
– davon fast 90% bei Unis und Kliniken<br />
• Energiekosten<strong>an</strong>teil <strong>an</strong> Gesamtausgaben<br />
3,7% (Unis) bzw. 2,2% (Kliniken)<br />
Quelle: eigene Auswertung, basierend auf Statistisches Bundesamt, 2011<br />
4
Wärmeverbrauch L<strong>an</strong>desliegenschaften<br />
<strong>Hochschulen</strong>: ca. 46 % des Wärmeverbrauchs<br />
TWh<br />
Quelle: Endenergieeinsparungen in Ländern und Kommunen durch Maßnahmen der Öffentlichen H<strong>an</strong>d<br />
im Kontext der EU-Energiedienstleistungsrichtlinie. Prognos AG, Berlin, 2011<br />
5
Stromverbrauch L<strong>an</strong>desliegenschaften<br />
<strong>Hochschulen</strong>: ca. 60 % des Stromverbrauchs<br />
TWh<br />
Quelle: Endenergieeinsparungen in Ländern und Kommunen durch Maßnahmen der Öffentlichen H<strong>an</strong>d<br />
im Kontext der EU-Energiedienstleistungsrichtlinie. Prognos AG, Berlin, 2011<br />
6
Energieverbrauch nach Fachbereichen (DE, 2008)<br />
Buchwissensch.<br />
Ingenieurw.,<br />
Physik<br />
Infrastruktur<br />
Chemie, Pharmazie, Biologie<br />
Quelle: Biechele et al. (2011). Energy Saving Potential in University Buildings – „Low H<strong>an</strong>gig Fruit“,<br />
Proceedings Solar World Congress, Kassel<br />
7
Inhalt<br />
• Hochschull<strong>an</strong>dschaft aus energetischer Sicht<br />
• Uni Kassel und Uni Marburg<br />
• Projektstudium “solarcampus”<br />
• Lösungs<strong>an</strong>sätze<br />
8/ 42
Studierende (WS 12) 23.200 22.200<br />
Med<br />
Aufteilung (WS 08)<br />
Nat<br />
Ing<br />
Buch<br />
Gebäude 120 / 375.000 m² 85 / 290.000 m²<br />
Energieverbrauch 123.800 51.700<br />
In MWh/a<br />
Strom<br />
Wärme<br />
Quelle: Emmerich et al. (2011). Carbon neutral Universities – Vision or Utopia? Proceedings Solar World Congress, Kassel<br />
9<br />
9
Uni Kassel: Entwicklung einiger Indizes<br />
200%<br />
175%<br />
150%<br />
125%<br />
100%<br />
+ 93%<br />
(6,3 Mio. €)<br />
+46%<br />
+ 9%<br />
+ 3,8%<br />
‒ 0,9%<br />
Energiekosten<br />
Gesamtbudget<br />
(inkl. Drittmittel)<br />
Nettogrundfläche<br />
(ohne Anmietungen)<br />
gemessener<br />
Endenergieverbrauch<br />
75%<br />
2002 2004 2006 2008 2010<br />
Jahr<br />
10<br />
witterungsbereinigter<br />
Energieverbrauch<br />
10
Politischer Rahmen in Hessen<br />
Seit 2007: Bauprogramm HEUREKA<br />
• Ziel: Modernisierung des Hochschulst<strong>an</strong>dortes Hessen<br />
• Investitionen von rund 3 Mrd. € bis 2020<br />
Seit 2008: Projekt CO 2 -neutrale L<strong>an</strong>desverwaltung<br />
• Ziel: Neutralität aller direkten CO 2 -Emissionen bis 2030<br />
• „Vermeidung vor Substitution vor Kompensation“<br />
⇨ gute Voraussetzungen, könnte m<strong>an</strong> meinen…<br />
Gleichzeitig jedoch…<br />
• sehr starker Anstieg der Studierendenzahlen (seit 2007: ca. +30%),<br />
• Ausweitung der Forschung (LOEWE, Exzellenzinitiative, …)<br />
• Schuldenbremse<br />
• … 11
CO 2 -Minderungspotenzial Universität Kassel<br />
Szenarien zur Entwicklung der energiebedingten<br />
THG-Emissionen ausgewählter <strong>Hochschulen</strong><br />
Veränderungen bis 2030 im Vergleich zu 2008 (kumulativ)<br />
= HEUREKA-Mittel x 2<br />
= HEUREKA-Mittel x 2,5..3,0<br />
Quelle: Emmerich et al. (2011). Carbon neutral Universities – Vision or Utopia?<br />
Proceedings Solar World Congress, Kassel
Einschub: Ablauf Baumaßnahmen<br />
<strong>an</strong> hessischen <strong>Hochschulen</strong>
CO 2 -Minderungspotenzial Universität Kassel<br />
Lösungs<strong>an</strong>sätze „von unten“<br />
Energiesparkommission<br />
• 1988 - 2000<br />
(14 Profs / Techn. Abteilung, Personalrat)<br />
Vorsitz: H. Ackerm<strong>an</strong>n, später J. Schütt<br />
• ca. 3 Sitzungen / Jahr<br />
Vorschläge für Maßnahmen, Beratung Techn. Abteilung<br />
Merkblätter, Artikel für Uni-Zeitung<br />
• 2011: Wiederbelebungsversuch<br />
• einige Profs / Techn. Abteilung<br />
=> Energienutzungsverhalten Uni-Angehörige<br />
Quelle: H. Ackerm<strong>an</strong>n (2012)
Inhalt<br />
• Hochschull<strong>an</strong>dschaft aus energetischer Sicht<br />
• Uni Kassel vs. Uni Marburg<br />
• Projektstudium “solarcampus”<br />
• Lösungs<strong>an</strong>sätze<br />
15 / 42
Rückblick: “Strom für helle Köpfe”<br />
Zeitraum: Dez. 2005 – Dez. 2007<br />
Ziel:<br />
Photovoltaik-Anlagen<br />
auf den Dächern der Uni Kassel<br />
Beteiligte:<br />
ca. 40 Studierende aus verschiedenen Fächern,<br />
Technische Abteilung, Pressestelle,<br />
Solardach Invest, …<br />
⇨ Ergebnisse:<br />
drei Anlagen mit 65 kW p<br />
Bürgerbeteiligungsmodell: 105 Anleger, 350.000 €<br />
16<br />
16
Seit WS 07: <strong>Energieeffizienz</strong> <strong>an</strong> der Uni KS<br />
Ziele:<br />
• Identifizierung, Lokalisierung und Qu<strong>an</strong>tifizierung von<br />
Energieeinsparpotenzialen <strong>an</strong> der Universität Kassel<br />
• Implementierung energie- und ressourcensparender Technologien,<br />
falls nötig ohne Einsatz universitätseigener Mittel<br />
⇨ „Energiesparfonds“<br />
• Unterstützung des Energiem<strong>an</strong>agements<br />
in der Abteilung Bau, Technik, Liegenschaften<br />
• Erarbeitung der Zahlenbasis für die Energieausweise<br />
• Beteiligt: Profs Vajen (seit 05), Maas (seit 08), Knissel (seit 12)<br />
• Anfin<strong>an</strong>zierung: 1 Doktor<strong>an</strong>denstelle (200 k€)<br />
• Org<strong>an</strong>isation als Lehrver<strong>an</strong>staltung<br />
17<br />
17
Seit WS 07: <strong>Energieeffizienz</strong> <strong>an</strong> der Uni KS<br />
Grundüberlegung:<br />
• Studierende arbeiten als virtuelles Ingenieurbüro für <strong>Energieeffizienz</strong><br />
Hauptkunde: Universität Kassel<br />
• Analyse von Problemen<br />
• Erarbeitung <strong>technisch</strong>er und/oder sozialer Lösungsvorschläge<br />
• Arbeitsaufw<strong>an</strong>d ≤ 6 Credits / Semester<br />
Aufgaben- und Arbeitspl<strong>an</strong>, Projektm<strong>an</strong>agement<br />
Stundenzettel<br />
Selbsteinschätzung der Noten<br />
18<br />
18
General project schedule<br />
Kickoff-Meeting:<br />
- in second week of lecture period<br />
- topics: objectives, tasks, group assignments<br />
Periodically project meetings<br />
- single working groups about twice per month<br />
- meetings with the whole students group twice per semester<br />
- topics: task schedules, interim reports<br />
19
General project schedule<br />
final reports of each working group<br />
- topics: conclusions, recommendations<br />
- part of the final marks<br />
Problem: Dem<strong>an</strong>ding projects may take years,<br />
but students are able to participate only for one or two terms<br />
most import<strong>an</strong>t meeting each term: „h<strong>an</strong>dover“<br />
20
Einige Aktivitäten seit 2007<br />
<br />
Grob<strong>an</strong>alysen nach St<strong>an</strong>dorten und Gebäuden<br />
Stromverbrauch in kWh/m²<br />
Gebäudefläche in m²<br />
21
Detail<strong>an</strong>alysen für einzelne Gebäude<br />
22<br />
22
Energieausweise für zahlreiche Gebäude<br />
23<br />
23
Hauptmensa<br />
<br />
Anlagentechnik Mensa<br />
<br />
<br />
<br />
Fernwärme<strong>an</strong>bindung Spülmaschinen<br />
Einbindung Solar<strong>an</strong>lage<br />
Erneuerung Kälte<strong>an</strong>lage<br />
24<br />
24
Kühlung im Hochschulrechenzentrum<br />
Lüftungs<strong>an</strong>lage im Hochschulrechenzentrum<br />
Status quo:<br />
0°C<br />
Ansaugen von Außenluft<br />
30°C 15°C<br />
Maschinensaal<br />
Erwärmung<br />
30°C<br />
Kühlung<br />
30°C<br />
Rückführung<br />
TorCafé<br />
25
Kühlung im Hochschulrechenzentrum<br />
Lüftungs<strong>an</strong>lage im Hochschulrechenzentrum<br />
Soll:<br />
0°C<br />
Ansaugen von Außenluft<br />
0°C<br />
0°C<br />
Maschinensaal<br />
Erwärmung<br />
30°C<br />
Kühlung<br />
Rückführung<br />
(nicht mehr benötigt)<br />
TorCafé<br />
26
Grossverbraucher: Technikgebäude<br />
6.515 m²<br />
20.175 m²<br />
22.159 m²<br />
<br />
ca. 20% des gesamten Energieverbrauchs der Uni KS<br />
27
St<strong>an</strong>d-by-Verbrauch in Technikgebäuden<br />
28
Lüftungsregelung<br />
Elektrische Leistungsaufnahme Lüftungs<strong>an</strong>lage 31.5. – 14.6.11<br />
* RLT-Lastg<strong>an</strong>g Gebäude Technik I/II<br />
(statistische Auswertung über Zeitraum von mehreren Wochen)<br />
29
Messergebnis Kältemaschine<br />
Installierte Kälteleistung: 9 x 40 kW = 360 kW<br />
Dienstag, 10.3.2009<br />
30
Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden<br />
„Messtechnik“ z.B.<br />
• vorh<strong>an</strong>dene Wasseruhr<br />
• LED-Stift<br />
• Webcam<br />
TWW-Profil<br />
31
Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden<br />
Anlagenschema einer zentralen TWW-Erzeugung (hier: Ing 1)
Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden<br />
Warmwasserbereitung Gebäude Ing 1 (2010):<br />
Energiebil<strong>an</strong>z 2010:<br />
Wärmebedarf:<br />
ca. 2,4 MWh/a<br />
Wärmeverbrauch: ca. 90 MWh/a<br />
Nutzenergie<br />
Bereitschaftsverluste<br />
0% 25% 50% 75% 100%<br />
97,3%<br />
Anteil der Bereitschaftsverluste <strong>an</strong> der TWW-Erzeugung im Gebäude Ing 1 (TWW-Speicher bis Verbraucher)
Zentrale TWW-Zirkulation in Technikgebäuden<br />
Gebäude: Ing 1<br />
Bezugszeitraum: 1 Jahr<br />
Nutzenergie: TWW + Klimageräte<br />
Bezug: Gebäude-Wärmeübergabestation<br />
Quelle: Biechele et al. (2011). Energy Saving Potential in University Buildings – „Low H<strong>an</strong>gig Fruit“,<br />
Proceedings Solar World Congress, Kassel<br />
34
Sommerlicher Wärmeverbrauch am Campus<br />
Fernwärmetrasse am Campus<br />
ca. 500 m<br />
Kaum Wärmebedarf während der Sommermonate η = 16%<br />
35<br />
35
Bisher identifizierte Potenziale<br />
∑ 250 k€<br />
(Schätzung)<br />
∑ 115 k€/a<br />
+ 70 k€ einmalig
Inhalt<br />
• Hochschull<strong>an</strong>dschaft aus energetischer Sicht<br />
• Uni Kassel und Uni Marburg<br />
• Projektstudium “solarcampus”<br />
• Lösungs<strong>an</strong>sätze<br />
37 / 42
Sonstige Aktivitäten in DE<br />
• U Göttingen: Budgetierung und Nutzerbeteiligung<br />
• U Bochum: Interventionsprojekt Ch<strong>an</strong>ge (→ Verhaltensänderungen)<br />
• U Osnabrück: Energiesparkampagne<br />
• U Lüneburg: „Klim<strong>an</strong>eutrale Leuph<strong>an</strong>a“<br />
• FU Berlin, U Freiburg: Monetäre Anreizmodelle<br />
• …<br />
Quelle: Liers & Person (2012). Energiem<strong>an</strong>agement in <strong>Hochschulen</strong>. H<strong>an</strong>dbuch zur Unterstützung<br />
bei der Einführung eines Energiem<strong>an</strong>agements in <strong>Hochschulen</strong>. HIS:Forum Hochschule 13/2012
Bisherige Motivation der beteiligten Akteure<br />
• Professoren (Mitarbeiter, Studierende)<br />
• kümmern sich um Forschung (und Lehre)<br />
• Energiekosten aus Allgemeinhaushalt<br />
kein Anreiz zum Energiesparen<br />
• Präsidium<br />
• kümmert sich primär um Forschung und Lehre („Kerngeschäft“)<br />
• SFB ist wichtiger als Energieverbrauch<br />
kein Problembewusstsein<br />
• Technische Mitarbeiter<br />
• bemerken m<strong>an</strong>chmal unsinnige Installationen und Betrieb<br />
• haben nur d<strong>an</strong>n keinen Ärger, wenn alles funktioniert<br />
• bei Effizienzüberlegungen drohen Zusatzarbeit und Risiken<br />
halten die überholten Versorgungsstrukturen aufrecht<br />
• L<strong>an</strong>d<br />
• Unis haben (inzwischen) Globalhaushalte<br />
sollten Problem selbst lösen 39<br />
39
Zukünftige Motivation der beteiligten Akteure<br />
Akteure<br />
Uni‐Verwaltung<br />
Fachbereiche,<br />
Fachgebiete<br />
Studenten,<br />
Mitarbeiter<br />
Betriebstechnik<br />
Anreize<br />
Externe Anreize<br />
über Zielvereinbarungen<br />
Verursachergerechte<br />
Kostenzuordnung<br />
und<br />
Abrechnung<br />
Kampagnen zum<br />
bewussten<br />
Umg<strong>an</strong>g mit<br />
Energie<br />
Betriebliches<br />
Vorschlagswesen<br />
Belohnungssysteme<br />
40
2 do Energieeffiziente <strong>Hochschulen</strong><br />
• CO 2 -neutrale L<strong>an</strong>desverwaltung<br />
– sehr (sehr) <strong>an</strong>spruchsvolles Ziel, Schlüsselrolle für Universitäten<br />
• Integration von Energiesparzielen in Zielvereinbarungen<br />
• Aufbau von Energiem<strong>an</strong>agement-Abteilungen<br />
3<br />
Mitarbeiter für Energiem<strong>an</strong>agement [VZÄ]<br />
2<br />
1<br />
Fach- und<br />
Kunsthochschulen<br />
Empfehlungen aus dem kommunalen Energiem<strong>an</strong>agement:<br />
1 Mitarbeiter pro 2‒3 Mio. € Energiekosten<br />
Universitäten<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Energiekosten [Mio. €/a]<br />
Quelle: CO 2 -Bil<strong>an</strong>z <strong>an</strong> hessischen <strong>Hochschulen</strong><br />
– Qu<strong>an</strong>titative und qualitative Fortschreibung 2010. HIS GmbH, Kassel, 5.10.2011<br />
41
2 do Energieeffiziente <strong>Hochschulen</strong><br />
• CO 2 -neutrale L<strong>an</strong>desverwaltung<br />
– sehr (sehr) <strong>an</strong>spruchsvolles Ziel, Schlüsselrolle für Universitäten<br />
• Integration von Energiesparzielen in Zielvereinbarungen<br />
• Aufbau von Energiem<strong>an</strong>agement-Abteilungen<br />
• Umsetzung (und Fin<strong>an</strong>zierung) des neuen hessischen Baust<strong>an</strong>dards<br />
• Wo immer möglich: Erneuerbare Energien und KWK<br />
• Systematische Erschließung von Energieeinsparpotenzialen,<br />
vor allem in Best<strong>an</strong>dsgebäuden<br />
• Nutzermotivation (z.B. verursachergerechte Energiekostenzuordnung)<br />
• Bürgerbeteiligung und Contracting<br />
für Energiesparmaßnahmen entwickeln<br />
=> Dringender H<strong>an</strong>dlungsbedarf, <strong>aber</strong> auch Übertragbarkeit<br />
auf <strong>an</strong>dere Bereiche der öffentlichen Verwaltung<br />
42
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