Entwicklung eines Bottom-up Szenariomodells für die energetische Stadtentwicklung im Gebäudesektor
Bearbeiter: Daniel Fischer
Betreuer: Wolfgang Streicher
Website: www.benesc.eu
Die Arbeit verwendet vom Gebäudebestand Innsbruck ermittelten Daten und evaluiert somit die Szenarien der für die energetische Stadtentwicklung im Gebäudesektor am Beispiel Innsbruck. Die Anwendbarkeit des Modells an anderen Städten ist mit entsprechender Aufarbeitung der zu implementierenden Daten möglich. Der Zeitrahmen der Modellierung ist bis zum Jahr 2050 definiert.
Anfangs bedarf es die Daten zum Gebäudebestand aus der Baseline Innsbruck (Pfeifer, 2017) zu evaluieren und entsprechend in das Programm einzuarbeiten. Dadurch ergibt sich eine detaillierte Genauigkeit. Die Grundlagendaten der Baseline werden in einer vorhandenen Datenbank gespeichert, welche Informationen aus AGWR Verwaltungsbericht, Naturbestand durch Polygone und Punkt-Adressen sowie durch Oberflächen-und Terrainmodell beinhalten (Pfeifer, 2017).
Aufbauend ist eine Simulation entwickelt worden, welche die verschiedenen Szenarien in Abhängigkeit der Sanierung am Gebäude auswertet. Die Sanierung betrifft zuerst Gebäudetechnik mit Auswahl des Energieträgers. Im Anschluss wird die Gebäudehülle beurteilt und ein Fenstertausch in Betracht gezogen.
Weitere Eingangsparameter stellen die Auswertungen des Potentials der Solarenergie und Umweltwärme an erneuerbaren Energien dar. Über die Informationen des Bestands an verwendeten Energieträgern sowie der Heizsysteme lassen sich auch hier die Auswirkungen am CO2-Gehalt beziehungsweise der Luftqualität evaluieren.
Das Modell soll schlussendlich anhand von politisch beeinflusster Potentiale und Szenarien (Förderung, fossiler Energiepreise, Energiepreise erneuerbarer Energien, Lohnsteigerungen, Preissteigerungen, Betriebskosten und anderer gesetzlicher Vorgaben) sowie exogenen Szenarien (wie Bevölkerungswachstum und Temperaturveränderungen) die relevanten Ergebnisse berechnen. Diese Ergebnisse sind Heizenergie- und Warmwassereinsparung, Investitions- und Fördervolumen und Treibhausgasemissionen. Das wesentliche Modell für die Szenarienberechnung ist ein Entscheidungsmodell, welches die Wahrscheinlichkeiten des Investors für die jeweilige Raumwärmeheiztechnik berechnet. Dadurch wird der Energieträger anhand verschiedener Preisszenarien und politischer Vorgaben (beispielsweise: Verbot von Öl, Förderungen) bestimmt.
In weiteren Berechnungsmodellen wird ein Entscheidungsmodell für die Dämmung, mit welcher die Entscheidung zur Installation bestimmt wird und die optimale Dämmstärke an der Gebäudefassade ermittelt. Dieses Modell erlaubt eine Simulierung mit verschiedenen Fördermöglichkeiten, welche auch zwischen Standardisolierung und einer Isolierung mittels nachwachsender Rohstoffe unterscheidet. Die Simulation ermittelt den jährlichen Energiepreis des Heizsystems und bewertet über eine Return-On-Investment-Entscheidung die Entscheidung zur Installation einer Wärmedämmung.
In einem weiteren Modell wird der Neubau an Wohngebäuden simuliert. Hierfür wird die von der ÖROK erstellte Bevölkerungsprognose verwendet. Zusätzlich erlaubt das Modell die verschiedenen Szenarien ohne den erwarteten Bevölkerungszuwachs miteinzurechnen. Dadurch können etwaige Änderungen am Endenergieeinsätzen zwischen 2016 und 2050 leicht verglichen werden.
Im Modell der Solarpotenziale wird jedem Gebäude das vorhandene Solarpotential aus der Dachfläche mit den bereits hinterlegten Wirkungsgraden der verschiedenen Systeme zugewiesen. Die Daten dieser Solarpotentiale entstammen aus dem Projekt Solar Tirol und wurden den einzelnen Objektnummern zugewiesen und in Datenbank integriert. Dadurch kann, wieder unter verschiedenen Förderszenarien, anhand der verschiedenen Preisentwicklungen der Energieträger eine Entscheidung zur Installation einer Photovoltaik- oder Solarthermieanlage gefällt werden.
Die Modellierung von Warmwasser ist aufgrund der fehlenden Datenlage hauptsächlich an die Entscheidung zur Raumwärmebereitstellung sowie den in der Baseline vorhanden Informationen gebunden.
Im letzten Modell, welches mit dem Modell des Heizsystems korreliert, wird die Entscheidung zum Anschluss an das Fernwärmenetz simuliert. In diesem wird zuerst die Entscheidung des Eigentümers abgefragt. Erfolgt die Entscheidung, wird der Ausbau zum jeweiligen Gebäude über den Betreiber des Fernwärmenetzwerks entschieden. Dadurch ergibt sich eine jährliche Netzwerkerweiterung anhand des bestehenden Fernwärmenetzwerks.
Mit den genannten 6 Modellen erlaubt BEneSc2050 eine auf Gebäude detaillierte Bewertung, wodurch in weiterer Folge das Bottom-up-Modell die relevanten Ergebnisse darstellen kann. Die Modelle beinhalten eine Vielzahl an unterschiedlichen Berechnungen. Die jeweiligen Eingabeparameter und Szenarienauswahlmöglichkeiten werden jeweils mit hohem Rechenaufwand durchgeführt und in der Datenbank abgespeichert. Alle Modelle sind zudem mit den verschiedenen Abhängigkeiten untereinander ausgewertet worden.
Das ausgearbeitete Modell wird in weiterer Folge mit dem GIS (geographisches Informationssystem) gekoppelt und ist dadurch auch für eine räumliche Analyse einsetzbar.
Literatur
Pfeifer, Dominik. 2017. Entwicklung, Untersuchung und Bewertung von Berechnungsmodellen zur Erstellung von kommunalen Energiebilanzen im Gebäudebereich.Innsbruck: Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, Dissertation, 2017.