Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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In der Branche ist bekannt, dass beim Austausch von Heizungsanlagen in Altbauten oft unnötig hohe Heizleistungen installiert werden, was zu erhöhten Kosten führt. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die maximal benötigte Leistung nicht aus dem in der Regel gemessenen Wärmebedarf abgeleitet werden kann. Die bestehende Methode nach SIA 384/1 führt zu einer Überdimensionierung von 30-70% im Vergleich zu ersten Untersuchungen. Im vorgeschlagenen Projekt wird eine breite Auswahl von Schweizer Gebäudedaten von verschiedenen Energieversorgern gesammelt. Zusätzlich werden weitere Gebäudeinformationen wie z.B. Energiebezugsfläche, Baujahr oder Fenster-/Aussenwandverhältnis erfasst. Basierend auf der Analyse dieses kombinierten Datensatzes wird eine neue Methode entwickelt und einem Methodenvergleich mit heutigen Standardwerkzeugen unterzogen. übergeordnetes Ziel ist es, die Überdimensionierung neuer Wärmeerzeuger beim Austausch von Heizungsanlagen in bestehenden Gebäuden zu vermeiden. Basierend auf den gesammelten Daten wird auch eine Methode zur Trennung von Warmwasser und Raumheizung untersucht und gegebenenfalls angepasst.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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It is well known in the industry that unnecessarily high heating capacities are often installed when heating systems are replaced in old buildings, which leads to increased costs. One of the main reasons for this is that the maximum required output cannot be derived from the heat demand, which is usually measured. The existing method according to SIA 384/1 leads to an oversizing of 30-70% compared to initial investigations. In the proposed project, a wide range of Swiss building data from various energy suppliers will be collected. In addition, further building information such as energy reference area, year of construction or window/external wall ratio will be recorded. Based on the analysis of this combined data set, a new method will be developed and compared with current standard tools. The overall goal is to avoid the oversizing of new heat generators when replacing heating systems in existing buildings. Based on the collected data, a method for separating hot water and space heating will also be investigated and adapted if necessary.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Dans le secteur, il est bien connu que lors du remplacement d'installations de chauffage dans des bâtiments anciens, des puissances de chauffage inutilement élevées sont souvent installées, ce qui entraîne une augmentation des coûts. L'une des principales raisons est que la puissance maximale nécessaire ne peut pas être déduite des besoins en chaleur généralement mesurés. La méthode existante selon la norme SIA 384/1 conduit à un surdimensionnement de 30 à 70% par rapport aux premières études. Dans le projet proposé, une large sélection de données sur les bâtiments suisses est collectée auprès de différents fournisseurs d'énergie. En outre, d'autres informations sur les bâtiments sont collectées, telles que la surface de référence énergétique, l'année de construction ou le rapport fenêtres/murs extérieurs. Sur la base de l'analyse de cet ensemble de données combinées, une nouvelle méthode est développée et soumise à une comparaison de méthode avec les outils standard actuels. L'objectif général est d'éviter le surdimensionnement des nouveaux générateurs de chaleur lors du remplacement des installations de chauffage dans les bâtiments existants. Sur la base des données collectées, une méthode de séparation de l'eau chaude et du chauffage des locaux sera également étudiée et adaptée si nécessaire.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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In naher Zukunft werden viele bestehende Gebäude des Schweizer Gebäudeparks von fossilen auf erneuerbare Heizsysteme umgerüstet, um die angestrebte Dekarbonisierung der Wärmeversorgung zu erreichen. Damit dieser Heizungsersatz kosteneffizient ist, muss die maximal benötigte Wärmeleistung für ein Gebäude hinreichend genau bestimmt werden, um eine Überdimensionierung so weit wie möglich zu vermeiden. Das Projekt Optipower (Bosshard et al., 2023) hat gezeigt, dass eine Überdimensionierung bei Neubauten häufig vorkommt, was die Installation neuer erneuerbarer Heizungsanlagen dann unnötig teuer macht. Im Optipower-Projekt wurden nur 15 % der insgesamt 309 untersuchten Gebäude vor dem Jahr 2000 gebaut. Die Ergebnisse gelten daher hauptsächlich für neuere Gebäude und es ist nicht klar, ob und wie die Ergebnisse auf bestehende Gebäude mit Baujahr vor 2000 übertragen werden können. Die Problematik der Überdimensionierung der Wärme-/Kälteversorgung ist auch für Altbauten bekannt. Auch hier wird beim Heizungsersatz oft eine unnötig hohe Wärmeleistung installiert. Dies kann insbesondere bei Erdsonden-Wärmepumpen oder bei der Dimensionierung des Fernwärmeanschlusses und der -zuleitung zu hohen Mehrkosten führen. Wenn eine Überdimensionierung zu teuren Angeboten für den Heizungsersatz führt, kann dies vermutlich auch zu einer energie- und umweltpolitisch unerwünschten Verschiebung des Ersatzes führen. Ein wesentlicher Grund für die Tendenz zur Überdimensionierung ist, dass die im Gebäude benötigte maximale Wärmeleistung nicht aus dem üblicherweise erfassten Jahreswärmebedarf (Endenergie) ermittelt werden lässt. In manchen Fällen wird beim Heizungsersatz die gleiche Leistung installiert, die das alte Gerät hat, und damit eine Überdimensionierung weitergegeben. Mit aktuellen Tools wie der SIA 384/1 (Anhang C) kann die maximal benötigte Heizlast eines Gebäudes anhand des Heizenergiebedarfs abgeschätzt werden (Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (SIA), 2022). Ein Vergleich mit einer Studie der Universität Genf, die auf einer Analyse bestehender Fernwärmeanschlüsse in der Stadt Genf beruht, zeigt, dass die SIA 384/1-Methode zu einer Überdimensionierung von 30 - 70 % führt. Diese Einschätzung wird auch durch eine aktuelle Studie des IES der Fachhochschule Ostschweiz gestützt. Die Studie zeigt, dass etwa 16 von 23 untersuchten Wärmepumpensystemen bei Anwendung der SIA384-1-Methode überdimensioniert sind (Anhang C). Das Tool wurde mit einer Handvoll von Gebäuden entwickelt, zeigt aber bereits, dass es möglich ist, mit geeigneten Auslegehilfen die Überdimensionierung zu reduzieren (Abbildung 1). In diesem Projekt geht es darum, für eine grössere Anzahl von Mehrfamilienhäusern älteren Baujahrs (< Jahr 2000) den Energieverbrauch und leicht zugängliche gebäudespezifische Parameter zu ermitteln, mit Hilfe derer die maximal benötigte Wärmeleistung für einen Heizungsersatz mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden kann. Die neu zu erstellende Methode wird im Projekt mit aktuell verfügbaren Methoden verglichen. Datengrundlage für die Analysen werden Messdaten des Gas- bzw. Fernwärmeverbrauchs älterer Bestandsgebäude sein, die von verschiedenen Energieversorgungsunternehmen (EVU) zur Verfügung gestellt werden. Da viele EVU aktuell bei ihren Kunden Smart-Meter installieren, deren Infrastruktur auch für die Übermittlung zeitlich hochaufgelöster Messdaten des Gas- oder Fernwärmebezugs verwendet werden, ist die Übermittlung der Messdaten an das Projekt-Team aktuelle teils verzögert. Wir gehen davon aus, dass wir eine Datenbank mit etwa 500 Gebäuden aufbauen können, sobald alle Daten von den Unternehmen zur Verfügung gestellt werden. Es wird dabei angestrebt, möglichst Daten aus verschiedenen Klimaregionen der Schweiz einzubeziehen.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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In the near future, many existing buildings in Switzerland will be converted from fossil fuel to renewable heating systems in order to achieve the desired decarbonization of heat supply. To ensure that this heating replacement is cost-effective, the maximum heat output required for a building must be determined with sufficient accuracy to avoid oversizing as far as possible. The Optipower project (Bosshard et al., 2023) has shown that oversizing is common in new buildings, which then makes the installation of new renewable heating systems unnecessarily expensive. In the Optipower project, only 15% of the total 309 buildings examined were built before 2000. The results therefore mainly apply to newer buildings, and it is not clear whether and how the results can be transferred to existing buildings constructed before 2000. The problem of oversizing heating/cooling systems is also known to exist in older buildings. Here, too, unnecessarily high heat output is often installed when replacing heating systems. This can lead to high additional costs, particularly in the case of geothermal heat pumps or when dimensioning district heating connections and supply lines. If oversizing leads to expensive offers for heating replacement, this can presumably also lead to a shift in replacement that is undesirable in terms of energy and environmental policy. A major reason for the tendency toward oversizing is that the maximum heat output required in the building cannot be determined from the annual heat demand (final energy) that is usually recorded. In some cases, the same output as the old appliance is installed when replacing the heating system, thus passing on the oversizing. With current tools such as SIA 384/1 (Appendix C), the maximum heating load required for a building can be estimated on the basis of the heating energy demand (Swiss Society of Engineers and Architects (SIA), 2022). A comparison with a study by the University of Geneva, based on an analysis of existing district heating connections in the city of Geneva, shows that the SIA 384/1 method leads to oversizing of 30-70%. This assessment is also supported by a recent study by the IES at the University of Applied Sciences of Eastern Switzerland. The study shows that around 16 of the 23 heat pump systems examined are oversized when the SIA 384-1 method is applied (Appendix C). The tool was developed using a handful of buildings, but it already shows that it is possible to reduce oversizing with suitable design aids (Figure 1). This project aims to determine the energy consumption and easily accessible building-specific parameters for a large number of older multi-family houses (< 2000), which can be used to determine the maximum heat output required for a heating replacement with a high degree of reliability. The new method to be developed will be compared with currently available methods in the project. The data basis for the analyses will be measurement data on gas and district heating consumption in older existing buildings, which will be provided by various energy supply companies. Since many ESCOs are currently installing smart meters for their customers, whose infrastructure is also used to transmit high-resolution measurement data on gas or district heating consumption, the transmission of measurement data to the project team is currently delayed in some cases. We expect to be able to build a database of around 500 buildings as soon as all the data has been made available by the companies. The aim is to include data from different climate regions in Switzerland as far as possible.
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Dans un avenir proche, de nombreux bâtiments existants en Suisse passeront des combustibles fossiles à des systèmes de chauffage renouvelables afin d'atteindre l'objectif de décarbonisation de l'approvisionnement en chaleur. Pour garantir la rentabilité de ce remplacement, la puissance thermique maximale requise pour un bâtiment doit être déterminée avec suffisamment de précision afin d'éviter autant que possible tout surdimensionnement. Le projet Optipower (Bosshard et al., 2023) a montré que le surdimensionnement est courant dans les nouveaux bâtiments, ce qui rend l'installation de nouveaux systèmes de chauffage renouvelables inutilement coûteuse. Dans le projet Optipower, seuls 15 % des 309 bâtiments examinés ont été construits avant 2000. Les résultats s'appliquent donc principalement aux bâtiments plus récents, et il n'est pas clair si et comment ils peuvent être transposés aux bâtiments existants construits avant 2000. Le problème du surdimensionnement des systèmes de chauffage/refroidissement est également connu dans les bâtiments plus anciens. Là aussi, une puissance thermique inutilement élevée est souvent installée lors du remplacement des systèmes de chauffage. Cela peut entraîner des coûts supplémentaires élevés, en particulier dans le cas des pompes à chaleur géothermiques ou lors du dimensionnement des raccordements au chauffage urbain et des conduites d'alimentation. Si le surdimensionnement entraîne des devis coûteux pour le remplacement du chauffage, cela peut également conduire à un report du remplacement, ce qui n'est pas souhaitable du point de vue de la politique énergétique et environnementale. L'une des principales raisons de cette tendance au surdimensionnement est que la puissance calorifique maximale requise dans le bâtiment ne peut être déterminée à partir des données habituelles sur la demande annuelle de chaleur (énergie finale). Dans certains cas, la même puissance que l'ancien appareil est installée lors du remplacement du système de chauffage, perpétuant ainsi le surdimensionnement. Avec les outils actuels tels que la norme SIA 384/1 (annexe C), la charge thermique maximale requise pour un bâtiment peut être estimée sur la base de la demande en énergie de chauffage (Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA), 2022). Une comparaison avec une étude de l'Université de Genève, basée sur une analyse des raccordements existants au chauffage urbain dans la ville de Genève, montre que la méthode SIA 384/1 conduit à un surdimensionnement de 30 à 70 %. Cette évaluation est également corroborée par une étude récente de l'IES de la Haute école spécialisée de Suisse orientale. L'étude montre qu'environ 16 des 23 systèmes de pompes à chaleur examinés sont surdimensionnés lorsque la méthode SIA 384-1 est appliquée (annexe C). L'outil a été développé à partir d'un petit nombre de bâtiments, mais il montre déjà qu'il est possible de réduire le surdimensionnement grâce à des aides à la conception appropriées (figure 1). Ce projet vise à déterminer la consommation d'énergie et les paramètres spécifiques aux bâtiments facilement accessibles pour un plus grand nombre d'immeubles collectifs anciens (< 2000), qui peuvent être utilisés pour déterminer la puissance calorifique maximale requise pour un remplacement du chauffage avec un degré de fiabilité élevé. La nouvelle méthode à développer sera comparée aux méthodes actuellement disponibles dans le cadre du projet. La base de données pour les analyses sera constituée de données de mesure sur la consommation de gaz et de chauffage urbain dans des bâtiments anciens existants, qui seront fournies par diverses entreprises d'approvisionnement en énergie (EVU). Étant donné que de nombreux fournisseurs d'énergie installent actuellement des compteurs intelligents pour leurs clients, dont l'infrastructure est également utilisée pour transmettre des données de mesure à haute résolution sur la consommation de gaz ou de chauffage urbain, la transmission des données de mesure à l'équipe du projet est actuellement retardée dans certains cas. Nous espérons pouvoir constituer une base de données d'environ 500 bâtiments dès que toutes les données auront été mises à disposition par les entreprises. L'objectif est d'inclure autant que possible des données provenant de différentes régions climatiques de Suisse.
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