3. Das Auto also mobile Energiestation
3.2. Modell
Der Auftraggeber wünscht einen Vergleich für ein junges Paar / eine junge Familie die gleichzeitig ein Haus baut und ein Fahrzeug anschaffen muss. Es soll in der Folge geprüft werden, welches
Heiz-& Fahrzeugsystem sich am besten dafür eignet. Diese Prüfung erfolgt auf den drei Standbeinen technisch, ökologisch und wirtschaftlich.
Das Heiz-& Fahrzeugsystem soll in einem Neubau mit Minergie-Standard installiert werden. Zur Auswahl bei den Heizungssystemen stehen eine Luft-Wasser Wärmepumpe (WP) und das Blockheizkraftwerk (BHKW) des Auftraggebers. Als Fahrzeug ist der Renault Kangoo bestimmt worden (siehe „2. Theoretische Grundlagen“). Der Renault Kangoo wird bei den Varianten einmal als Dieselfahrzeug, das andere Mal als Elektrofahrzeug erworben. Dadurch entstehen 5 mögliche Varianten:
1. Elektroauto mit BHKW – das Auto als mobile Energiestation 2. Elektroauto mit BHKW im Gebäude fest eingebaut
3. Elektroauto mit WP im Gebäude fest eingebaut 4. Dieselauto mit WP im Gebäude fest eingebaut 5. Dieselauto mit BHKW im Gebäude fest eingebaut
Damit ein Vergleich möglich ist, müssen klare Rahmenbedingungen definiert werden. Dies geschieht hier über den Nutzen der jeweiligen Varianten. Die Rahmenbedingungen sind folgendermassen definiert:
o Jährlich zurückgelegte Distanz mit dem Fahrzeug
In der Projektarbeit wird davon ausgegangen, dass mit dem Fahrzeug jährlich 10‘000 km zurückgelegt werden. Laut einer Studie vom Bundesamt für Statistik legt ein(e) SchweizerInn pro Tag im Durchschnitt 24.4 km26 im motorisierten Individualverkehr zurück. Multipliziert mit 365 Tagen ergibt dies 8‘906 km pro Jahr. Dieser Wert wird auf 10‘000 km pro Jahr aufgerundet.
o Wohnfläche
Als Grösse für das Einfamilienhaus werden 140 m2 angenommen27. o Wärmebedarf Wohnung
Das Gebäude muss im Winter bei jeder Variante lückenlos mit Wärme versorgt werden können. Im Projekt wird von einem Minergie Gebäude ausgegangen, was laut Definition28 einen Wärmebedarf von 38 kWh/m2/a bedeutet. Weiter wird Angenommen, dass das Gebäude mit der Wärmeleistung des BHKWs von 2.5 kW ausreichend beheizt werden kann29.
o Warmwasserbedarf der Wohnung
Bei einer vorhergehenden Projektarbeit30 des Studierenden, welche sich mit
Wassererwärmern befasste, wurde ein Warmwasserbedarf von rund 10.6 kWh für einen durchschnittlichen Boiler am Tag (Wärmeverlust über Isolation sowie
Warmwasserverbrauch) errechnet. Dieser Wert wird auf ein Jahr hochgerechnet. Dies ergibt einen Wärmebedarf von 3‘869 kWh pro Jahr.
26 Vgl.(Bundesamt für Statistik, 2012)
27 Vgl. (hausinfo.ch, 2014)
28 Vgl. (Schwaller , 2013)
29 Vgl. (Ofenland, 2014)
30 Vgl. (Stebler & Degiampietro, 2014)
o BHKW / Gasheizung Leistungsteilung (Varianten 1, 2 & 5)
Rechnerisch wird die benötigte Energie für Warmwasser & Raumwärme folgendermassen auf BHKW und Gasheizung aufgeteilt:
Bei Variante 1 muss zuerst definiert werden, wie oft das Fahrzeug in der Garage steht. Es wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug zum Arbeiten benutzt wird. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug montags bis freitags von 07:00 Uhr bis 18:00 Uhr nicht in der Garage steht.
Folglich ist das Fahrzeug jeden Wochentagen jeweils elf Stunden unterwegs. Damit befindet es sich während 65 von 120 Stunden in der Garage. Am Wochenende wird das Auto am Samstag mehr (acht Stunden) und am Sonntag weniger (drei Stunden) gebraucht. Daraus ergibt sich, dass das Fahrzeug in der Woche 102 von 168 Stunden in der Garage steht, was einem Prozentsatz von rund 61% entspricht (Prozentsatz ist gerundet – in den Rechnungen wird die genaue Zahl verwendet!).
Befindet sich das Fahrzeug im Gebäude (Varianten 1, 2 & 5), wird das Warmwasser von der Gasheizung zur Verfügung gestellt (als Spitzenlast) und das BHKW liefert die Raumwärme.
o Betriebsstunden
Aus der oben festgelegten Aufteilung von Warmwasser- / Heizleistung lässt sich die
Betriebsdauer der Heizung festlegen. Aus der Fläche der Wohnung und dem Wärmebedarf pro m2 lässt sich der jährliche Wärmebedarf bestimmen:
Jahr
Aus diesem Wärmebedarf kann mit der Nennwärmeleistung des BHKW (2.5 kW) die Betriebszeit bestimmt werden:
Die Betriebszeit beträgt also 2‘128 Stunden in einem Jahr, was ungefähr 3.2 Monaten entspricht. Bei Heizungsbetrieb.de31 wird angegeben, dass ein optimal ausgelegter Brenner ca. 2‘000 bis 4‘000 Stunden im Jahr läuft. Die Annahme ist also durchaus realistisch.
o Winterreichweite
Im Winter büssen Elektrofahrzeuge an Reichweite ein. Auch hier muss ein Mass des Verlustes an Reichweite definiert werden. In der Literatur32 wird angegeben, dass die Reichweite im Sommer 30 % grösser ist, als im Winter. Mit dieser Zahl wird in der Projektarbeit weiter gearbeitet.
o Wirkungsgrad Gasbrennwertgerät ecoTec
Auf der Seite von Vaillant ist ein Wirkungsgrad für den ecoTec33 von 109 % angegeben. Da dies nicht möglich ist und nicht recherchiert werden konnte, wie dieser Wirkungsgrad genau zustande kommt, wird beim Gasbrennwertgerät ecoTec nach Absprache mit Herr Schulz ein Wirkungsgrad von 90 %34 angenommen. Dieser ist für Gasheizgeräte etwa üblich.
31 Vgl. (Heizungsbetriebe, 2014)
32 Vgl. (ecomento.tv, 2014)
33 Vgl. (Vaillant, 2014)
34 Vgl. (Energiesparen-im-Haushalt, 2014)
o Energiepreise
Bei der Projektarbeit wird angenommen, dass Diesel-, Strom- & Gaspreis konstant bleiben.
Dieselpreis = 1.83 CHF/Liter35
Strompreis = 0.16 Rp./kWh36
Gaspreis = 9.9 Rp./kWh37 o Lebensdauer der Komponenten
Für die Wärmepumpe kann, laut Angaben der Firma Vorburger, eine Lebensdauer von 20 Jahren angenommen werden. Das BHKW kann auf Anfrage bei der Firma Vaillant rund 10 Jahre betrieben werden. Danach ist eine Wartung nötig. Für die Fahrzeuge wird eine Lebensdauer von 15 Jahre angenommen, was in dieser Projektarbeit einer Reichweite von 150‘000 km entspricht. Aus Mangel an Erfahrungswerten wird die Lebensdauer für das Elektrofahrzeug gleich angenommen wie für das Dieselfahrzeug.
o Kapital & Zins
Das verwendete Kapital ist zu 100 % Eigenkapital. Für den Kalkulationszinssatz wurden 5%
angenommen. Dies auf Empfehlung von Herr Matthias Härri vom Institut für Finanzmanagement der FHNW.
o Verbrauch Elektrofahrzeug
Da es nicht möglich ist abzuschätzen, wie sich der Verbrauch des Elektrofahrzeugs ändert, wenn die Masse des BHKWs noch mittransportiert werden muss und der Strom vom BHKW in die Fahrzeugbatterie eingespiesen wird, wird der Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs mit und ohne BHKW als identisch angenommen. Eine sinnvolle Abschätzung wäre nur mit Erfahrungswerten möglich, da der Verbrauch auch sehr vom Fahrprofil des Fahrers abhängig ist. Die Ungenauigkeit, welche durch diese Annahme entsteht, dürfte aber auf das
Endergebnis einen vernachlässigbar kleinen Einfluss haben.
o Bauort
Als Bauort werden die beiden Kantone Aargau & Solothurn betrachtet. Weil dies der Standort von FHNW resp. der Wohnort des Auftraggeber ist.
o Umsetzung
In der Folge wird davon ausgegangen, dass es möglich ist, das BHKW ins Fahrzeug
einzubauen und die thermische und elektrische Energie zu nutzen. Für die Verwendung des elektrischen Stroms für die Fortbewegung des Fahrzeugs wird ein Wirkungsgrad von 80 % angenommen.
o Wärmepumpe
In der Projektarbeit wird eine Luft-Wasser WP betrachtet. Eine WP mit Erdwärme wird ausgeschlossen, da die Kosten sehr vom Standort und von der Beschaffenheit des Erdreichs abhängig sind. Nach Tabelle 1 wird eine JAZ von 3 für Berechnungen verwendet.
Die Varianten werden mit diesen Rahmenbedingungen in der Folge der Projektdokumentation verglichen.
35 Vgl. (TCS, 2014)
36 Vgl. (Eidgenössische Elektrizitätskommission ElCom, 2014)
37 Vgl. (Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF, 2014)