Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude

Hürlimann, Merlin

doi:10.21256/zhaw-28035

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Publication type:	Bachelor thesis
Title:	Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude
Authors:	Hürlimann, Merlin
Advisors / Reviewers:	Hunziker, Manuel
DOI:	10.21256/zhaw-28035
Extent:	82
Issue Date:	2023
Publisher / Ed. Institution:	ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Publisher / Ed. Institution:	Winterthur
Language:	German
Subjects:	Elektroheizung; Nachtspeicherheizung; Elektroheizungsersatz; Dezentrale Wärmeerzeugung; Klimagerät zur Raumwärmeerzeugung; Nachrüsten einer Zentralheizung
Subject (DDC):	333.79: Energy 620: Engineering
Abstract:	Dezentrale Elektroheizungen verursachen einen hohen Primärenergieverbrauch und müssen daher im Rahmen der Energiewende ersetzt werden. Da in den damit beheizten Gebäuden kein Wärmeverteilsystem vorhanden ist, gestaltet sich der Heizungsersatz komplexer als bei Gebäuden mit Zentralheizung. Weiterhin auf dezentrale Wärmeerzeuger zu setzen, und damit die Investition in ein Wärmeverteilsystem einzusparen, ist eine prüfenswerte Alternative zur Nachrüstung einer Zentralheizung. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Vor- und Nachteile der einzelnen Ersatzmöglichkeiten gegenüberzustellen. Dabei wurden energetische, wirtschaftliche und Komfort-Aspekte berücksichtigt. Ein konkretes Altbaugebäude diente als Referenzobjekt. Bei der dezentralen Ersatz-Variante kommen Pelletöfen und dezentralen Luft/Luft-Wärmepumpen (reversible Klimageräte) in Frage. Häufig genutzten Räume sollten bevorzugt mit Pelletöfen ausgestattet werden, denn diese erzeugen Strahlungswärme, welche im Vergleich zu Konvektion zu einer höheren Behaglichkeit führen. Nachteile von Pelletöfen sind der Betriebsaufwand – die Pellets müssen händisch zum Ofen befördert werden – und die relativ hohen Investitionskosten. Für die dezentralen Luft/Luft-Wärmepumpen sprechen in erster Linie die tiefen Investitionskosten. Nachteile sind allerdings die Lärmemissionen im Innenraum, das Nichtvorhandensein von Strahlungswärme und der – im Vergleich zu Zentralheizung-Wärmepumpen – höhere Stromverbrauch. Letzteres führt zu vergleichsweise hohen Energiekosten. Werden sie allerdings in wenig genutzten Räume eingesetzt, überwiegen die Vorteile der niedrigen Investitionskosten. Die Kombination von Pelletöfen in oft genutzten und reversiblen Klimageräten in wenig genutzten Räumen bietet sich daher an. Verglichen mit der Variante, ein Wärmeverteilsystem und eine Zentralheizung nachzurüsten, ist die dezentrale Lösung bezogen auf die Lebenszykluskosten nicht konkurrenzfähig. Bei Zentralheizungen können im Vergleich zu Luft/Luft-Wärmepumpen stromeffizientere Wärmepumpen-Technologien eingesetzt werden. Klimageräte sind bezogen auf die Effizienz prinzipiell mit Luft/Wasser-Wärmepumpen vergleichbar. Luft/Wasser-Wärmepumpen können aber – bei passender Wärmeabgabe-Einrichtungen – mit Vorlauftemperaturen von unter 35°C betrieben werden, was sich positiv auf die Jahresarbeitszahl auswirkt. Zwar sind auch bei Klimageräten Austrittstemperaturen von 35°C möglich, dafür ist bei einem hohen Wärmebedarf allerdings ein hoher Luftdurchsatz erforderlich. Die damit einhergehenden Geräuschemissionen der Gebläse (bis zu 60 dB) würden kaum toleriert werden. Es ist also davon auszugehen, dass der Betrieb mehrheitlich mit höheren Austrittstemperaturen und tieferen Gebläse-Drehzahlen erfolgen wird. Aufgrund des damit einhergehenden, höheren Temperaturhubes sind die Klimageräte auch inneffizienter als Luft/Wasser-Wärmepumpen, zumindest wenn diese nur tiefe Vorlauftemperaturen erzeugen müssen. Weiter bietet die Zentralheizung mit hydraulischer Wärmeverteilung und -Abgabe verglichen mit der Beheizung durch dezentralen Klimageräte auch komfortvorteile: Je nach Wärmeabgabe-Einrichtung sind hohe Strahlungswärme-Anteil möglich. Strahlungswärme ist die Form von Wärmezufuhr, welche zu der höchsten Behaglichkeit führt. Ausserdem treten bei den meisten Wärmeabgabe-Systemen keine Geräuschemissionen im Innenraum auf und es kommt weniger zu Luftströmungen. Decentralised electric heating systems cause high primary energy consumption and must therefore be replaced as part of the energy transition. As there is no heat distribution system in the buildings heated by these systems, the replacement of the heating system is more complex than in buildings with central heating. Continuing to rely on decentralised heat generators, and thus saving the investment in a heat distribution system, is an alternative worth considering to retrofitting a central heating system. The aim of this study was therefore to compare the advantages and disadvantages of the individual replacement options. In doing so, energetic, economic and comfort aspects were taken into account. A specific old building served as a reference object. Pellet stoves and decentralised air/air heat pumps (reversible air-conditioning units) were considered for the decentralised variant. Frequently used rooms should preferably be equipped with pellet stoves, because they generate radiant heat, which leads to a higher level of comfort compared to convection. The disadvantages of pellet stoves are the operating - the pellets have to be transported to the stove by hand - and the relatively high investment costs. The low investment costs are the main advantage of decentralised air/air heat pumps. However, the disadvantages are the noise emissions in the interior, the absence of radiant heat and the higher electricity consumption compared to central heating heat pumps. The latter leads to comparatively high energy costs. However, if they are used in little-used rooms, the advantages of low investment costs outweigh the disadvantages. The combination of pellet stoves in frequently used rooms and reversible air-conditioning units in rooms that are not used very often is therefore a good idea. Compared to the variant of retrofitting a heat distribution system and central heating system, the decentralised solution is not competitive in terms of life cycle costs. In the case of central heating, more electricity-efficient heat pump technologies can be used compared to air-to-air heat pumps. Air conditioners are in principle comparable to air-to-water heat pumps in terms of efficiency. However, air-to-water heat pumps can be operated with flow temperatures below 35°C, which has a positive effect on the annual performance factor. Although outlet temperatures of 35°C are also possible with air-conditioning units, this requires a high air flow rate for a high heat demand. The as-sociated noise emissions of the fans (up to 60 dB) will hardly be tolerated. It can there-fore be assumed that the majority of operation will take place with higher outlet temperatures and lower fan speeds. Due to the associated higher temperature lift, the air-conditioning units are also more inefficient than air-to-water heat pumps, at least if they only have to generate low flow temperatures. Furthermore, central heating with hydraulic heat distribution and delivery also offers comfort advantages compared to heating with decentralised air-conditioning units: De-pending on the heat output device, high proportions of radiant heat are possible. Radiant heat is the form of heat supply that leads to the highest level of comfort. In addition, with most heat dissipation systems there are no noise emissions in the interior and there are fewer air streams.
URI:	https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/28035
License (according to publishing contract):	CC BY 4.0: Attribution 4.0 International
Departement:	Life Sciences and Facility Management
Appears in collections:	Bachelorarbeiten Umweltingenieurwesen

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Hürlimann, M. (2023). Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude [Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften]. https://doi.org/10.21256/zhaw-28035

Hürlimann, M. (2023) Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude. Bachelor’s thesis. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Available at: https://doi.org/10.21256/zhaw-28035.

M. Hürlimann, “Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude,” Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Winterthur, 2023. doi: 10.21256/zhaw-28035.

HÜRLIMANN, Merlin, 2023. Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude. Bachelor’s thesis. Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

Hürlimann, Merlin. 2023. “Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude.” Bachelor’s thesis, Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. https://doi.org/10.21256/zhaw-28035.

Hürlimann, Merlin. Ersatz von dezentralen Elektroheizungen : Möglichkeiten und Konzepte für ein konkretes Altbaugebäude. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, 2023, https://doi.org/10.21256/zhaw-28035.