Energiewende im Gebäude

Kompakt informieren

• In der mittelfristigen Betrachtung haben die ­Eigentümer von Immobilien nicht die Wahl ob sie diese (sukzessive) energetisch optimieren, ­sondern nur, mit welcher Rendite sie diese ener­getisch optimieren.
• Gebäude mit hohem Energieverbrauch werden analog zur Energiepreisentwicklung an Wert verlieren, weil steigende Energiepreise auch die Kosten für eine energetische Optimierung erhöhen.
• Für die Gebäudehülle und die Anlagentechnik stehen ausgereifte Komponenten und Systeme zu Verfügung, um den Energieverbrauch einer Immobilie signifikant und wirtschaftlich zu senken.

Aus der global steigenden Energienachfrage, der schnellen Verteuerung von Energie sowie den Folgen für das Klima durch die Verbrennung von Erdöl-, Erdgas- und Kohleprodukten ergibt sich die dringende Notwendigkeit, fossile Energieträger sparsam (mit höchster Effizienz) zu verwenden und ihren Einsatz durch eine Senkung des Energiebedarfs und die Verwendung regenerativer Quellen kontinuierlich zu verringern. Nur so kann den ökologischen und vor allem den ökonomischen Auswirkungen einer zu starken Klimaänderung sowie den weltweiten Verteilungskämpfen um Ressourcen entgegengewirkt werden. Immer deutlicher wird, dass die Teuerungsraten durch Energie und Rohstoffe nicht nur Heizung, Mobilität, Elektrizität etc., sondern sämtliche Lebensbereiche betreffen. Wohlstand und Arbeitsplätze sind heute mehr denn je an die Energiepreise gekoppelt.

Im Vordergrund des Engagements der Bundesregierung stehen Strategien zur Verminderung der Treibhausgasemissionen. Für Deutschland sind diese Bestrebungen extrem bedeutsam, weil der überwiegende Teil der verwendeten Energieträger importiert wird Abb. 2. Wenn es also gelingt, die CO₂-Emissionen durch einen geringeren Einsatz fossiler Energieträger zu senken, wird Deutschland auch unabhängiger von Importen, die Wirtschaftskraft wird weniger beeinflusst und der Energiekostenanstieg für die Verbraucher wird gedämpft. Außerdem hat Deutschland bereits eine weltweit führende Stellung bei der Entwicklung und Umsetzung regenerativer Energiesysteme, was sich volkswirtschaftlich mit vielen direkten und indirekten Effekten auszahlt. Bei der Absenkung der CO₂-Emissionen spielen folgende Aspekte die wichtigste Rolle:

• vorrangig muss der Energiebedarf/­-verbrauch verringert werden,
• ein Umsteuern bei der Energieerzeugung muss erfolgen und
• Solar- und Windenergie sowie andere ­regenerative Quellen müssen intensiver genutzt und bei begrenztem Potenzial der Quelle, diese nachhaltig bewirt­schaftet werden.

Auch biogene Kraft- und Brennstoffe gehören zu den Strategien. Auf der Hand liegt aber, dass der heutige (und künftige) Ener­giebedarf für Kraftfahrzeugverkehr, Wärme­erzeugung, Stromerzeugung etc. nicht über Biomasse gedeckt werden kann. Ihrer energe­tischen Nutzung sind enge ökologische und ökonomische Grenzen gesetzt. Land- oder forstwirtschaftliche Nutzflächen stehen in Deutschland nicht uneingeschränkt zur Ver­fügung und die Folgen eines verstärkten ­Energiepflanzenanbaus (Monokulturen, Schadstoffeintrag ins Grundwasser, Flächenkon­kurrenz mit der Nahrungs- und Futtermittel­produktion) sind zu beachten.

Angesichts steigender Energiepreise Abb. 3 werden die Verbraucher immer sensibler, denn das Verhältnis von Kaufkraft und Ener­giekosten entwickelt sich sehr ungünstig, was sowohl im privaten als auch im gewerblichen Umfeld gravierend ist. Gleichzeitig steigt dadurch aber auch die Attraktivität für ener­getische Optimierungen: In der Immobilienwirtschaft machen sich der flache Anstieg bei den Kaltmieten und die steile Entwicklung bei den Nebenkosten bereits in den Regionen mit geringer Nachfrage bemerkbar: Es besteht ein „Wettbewerb um die zweite Miete“, der In­vestitionsanreize schafft, um Mieter zu binden und zu gewinnen.

Umsetzung der energiepolitischen Ziele

Die Umsetzung der energiepolitischen Ziele soll im Wesentlichen durch drei Instrumente erfolgen: Förderprogramme, die Schaffung von Marktanreizen durch verbesserte Rahmenbedingungen und die Ordnungspolitik. Um die beste Lösung zur Senkung des Energieverbrauchs von Gebäuden zu finden, müssen die drei Ins­trumente im Zusammenhang gesehen werden. Die komplexen Abhängigkeiten des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) und der Energieeinsparverordnung (EnEV) scheinen in der Praxis allerdings inzwischen eher ein Hindernis beim Finden der besten Lösung zu sein.

Momentan ist noch nicht klar, wie weit sich die Novellierung der EnEV 2012 verzögert und in welchem Umfang die energetischen Anforderungen mit dem Inkrafttreten verschärft werden, der mittel- und langfristige Trend ist aber über die Umsetzungspflicht der Europäischen Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EU-Gebäuderichtlinie), das Energiekon­zept der Bundesregierung und die Schlüsselstellung des Gebäudesektors bei der Energiewende eindeutig vorgezeichnet. Eine wesentliche Vorgabe der EU-Gebäuderichtlinie ist die Erstellung von Plänen durch die Mitgliedstaaten, wie sie die Anzahl von Niedrigstenergiegebäuden (siehe Infokasten) erhöhen. Niedrigstenergiegebäude stellen zunächst hohe Anforderungen an die Dämmung der Gebäude, wodurch der Anteil des Lüftungswärmeverlusts am Gesamtwärmeverlust steigt. Aus Sicht des Verfassers lässt sich somit dieser Standard ausschließlich in Verbindung mit Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung realisieren.

Das Ziel eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestands bis 2050 im Energiekonzept der Bundesregierung lässt sich nur verwirklichen, wenn schon heute entsprechende Standards festgelegt und im Planungs-, Bau- und Modernisierungsprozess etabliert werden. Gebäude mit einem sehr geringen Energiebedarf bieten auch die beste Voraussetzung, verstärkt erneuerbare Quellen (beispielsweise mithilfe von Wärmepumpen und Solarthermie-Anlagen) zu nutzen. Laut Energiekonzept der Bundesregierung sollen von 2020 bis 2050 alle bestehenden Gebäude (freiwillig) zu Niedrigstenergiegebäuden saniert werden.

Modernisierung oder Wertverlust

Die Transformation des Gebäudebestands erfordert hohe Investitionen. Betrachtet man diese jedoch als Geldanlage, werden die erwirtschafteten Renditen durch die Einsparung von Brennstoffen sehr oft überproportional ausfallen, vor allem bei steigenden Energiepreisen. Verstärkt wird dieser Effekt durch die Entwicklung der Baukosten, denn für die Herstellung und den Transport von Bauprodukten wird in nicht unerheblichem Umfang Energie eingesetzt. Immobilien mit hohem Energieverbrauch werden in normalen Lagen mit jeder Energiepreissteigerung schwerer zu vermieten sein und an Wert verlieren, weil potenzielle Käufer die Kosten für eine energetische Modernisierung berücksichtigen müssen.

Mit einem Sanierungsfahrplan will die Bundesregierung den Eigentümern eine Handlungsempfehlung zur Orientierung geben, mit welchen Sanierungsmaßnahmen der Niedrigst­energiegebäude- bzw. Nahezu-klimaneutral-Standard bis 2050 erreicht werden kann. Umstritten ist die Freiwilligkeit, allerdings soll die Sanierungsförderung künftig am vorzeitigen Erreichen besserer Standards sowie einem höheren Anteil erneuerbarer Energien ausgerichtet werden. Änderungen im Mietrecht, in der Steuerpolitik sowie die Rahmenbedingungen für Contracting sollen ebenfalls angepasst werden.

Die Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes hängt vom Jahresheizwärmebedarf und vom gesamten Nutzungsgrad der Anlagentechnik ab. Um ein Gebäude energetisch bestmöglich zu gestalten, gelten drei Prämissen:

Die Gebäudehülle muss wärme- und ­lüftungstechnisch optimale Eigenschaften haben (bzw. erhalten).

Die Anlagentechnik (Heizungsanlage, ­Klimaanlage, Lüftungsanlage, Trinkwasser­erwärmung) muss unter Berücksichtigung des Hilfsenergiebedarfs (als Gesamtsystem) einen höchstmöglichen Nutzungsgrad ­gewährleisten.

Zur weiteren Absenkung des Primär­energiebedarfs sind regenerative Energien einzubinden.

Die Gebäudehülle

Der Transmissionswärmeverlust lässt sich durch die hochgradige Dämmung alle wärmeübertragenden Komponenten der Gebäudehülle (Wände, Fenster, Decken, Türen, Dach…) verringern. Die zweite wesentliche Komponente des Jahresheizwärmebedarfs ist der Lüftungswärmeverlust. Da Gebäude eine Mindestlüftung benötigen, werden Systeme zur kontrollierten Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung künftig zum Standard werden, auch weil sie einen deutlichen Komfortgewinn ermöglichen. In Passivhäusern wird häufig auch der Transmissionswärmeverlust ganz oder teilweise über das Lüftungssystem ausgeglichen.

Die Anlagentechnik

Bei der Anlagentechnik spielt der Nutzungsgrad der Energieumwandlung, der Wärmeerzeugung, der Wärmeverteilung, der Wärmespeicherung und der Wärmeübergabe die entscheidende Rolle. Rohrleitungen und Apparate sind bestmöglich gegen Wärmeverluste zu dämmen, Pumpen und Ventilatoren müssen Hocheffizienzkrite­rien erfüllen. Insbesondere in Ein- und Zweifamilienhäusern hat die Erneuerung des Wärmeerzeugers ein hohes Energieeinsparpotenzial. Durch den Austausch eines alten Heizkessels gegen einen neuen Öl- oder Gas-Brennwertheizkessel können in Verbindung mit einem Hydraulischen Abgleich und der richtigen Einstellung der Regelung durchaus 30 % des bisherigen Brennstoff­einsatzes vermieden werden.

Die trotzdem nur selten vorgezogene Heizkesselmodernisierung ist symptomatisch für die Verunsicherung der durchaus zur energetischen Sanierung bereiten Verbraucher. Die Lösungsvielfalt, schwer kalkulierbare Energiepreise in der Zukunft, die Versorgungssicherheit der einzelnen Energieträger, vielschichtige Diskussionen um die Energiewende (die im Gebäudebereich schon lange vor dem Ausstieg aus der Kernenergie ein Thema ist), die Erwartung, dass der Staat künftig Energiesparen stärker belohnt und die Unsicherheit, ob eine heute getätigte Investition nicht schon morgen technisch überholt oder viel günstiger ist, blockieren Entscheidungen und vergrößern den Modernisierungsstau.

Bei vielen Hausbesitzern ist die Heizkessel­modernisierung zudem nur eine von mehreren anstehenden Maßnahmen – woraus sich zwangsläufig die Frage nach der richtigen Reihenfolge ergibt. Auch wenn Gebäudehülle- und Anlagentechnik-Vertreter die Umsetzungspriorität für sich beanspruchen, lässt sich die bestmögliche Reihenfolge nur vor Ort und unter Berücksichtigung vieler Kriterien und dem Zustand der Immobilie und der Lebensplanung der Modernisierer seriös beantworten. Häufig wird eine spätere Überdimensionierung des Heizkessels angeprangert, wenn sein Austausch der energetischen Sanierung der Gebäudehülle vorgezogen werden soll. Bei den meisten Einfamilienhäusern ist aber die zentrale Trinkwassererwärmung für die Dimensionierung ausschlaggebend, sodass die Argumentation dann gar nicht greift. Da zwischen den Maßnahmen normalerweise mehrere Jahre liegen, ist zudem eine dynamische Betrachtung erforderlich. Wichtiger wäre es, wenn darauf hingewiesen wird, dass eine Heizungsanlage nach einer wärmebedarfsmindernden Sanierungsmaßnahme über regelungstechnische und hydraulische Einstellungen angepasst werden muss, damit die Energieeinsparung überhaupt realisiert werden kann.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Gesamtnutzungsgrad der Energieversorgung durch Kraft-Wärme-Kopplung zu erhöhen. Unter den aktuellen Rahmenbedingungen ist ein rentabler Betrieb mit heute verfügbareren Mikro-/Mini-KWK-Anlagen im Einfamilienhaus Abb. 4 jedoch nur gegeben, wenn ein größerer Anteil des erzeugten Stroms selbst genutzt werden kann und der Wärmebedarf lange Laufzeiten gewährleistet. Ob dies gesichert ist, muss im Vorfeld sorgfältig analysiert werden. Und eine vorgesehene energetische Modernisierung der Gebäudehülle während der Amortisationszeit der KWK-Anlage muss bei ihrer Wirtschaftlichkeitsberechnung unbedingt berücksichtigt werden. Zudem stehen in „normalen“ Einfamilienhäusern eine KWK-Anlage und eine Solarthermieanlage in einem gewissen Widerspruch, da sich beide nur über ihre Nutzung refinanzieren können.

Einbindung regenerativer Energien

Marktübliche Varianten zur Einbindung regenerativer Energie sind die Solarthermie, die direkte oder indirekte Nutzung von Umweltwärme sowie die Verwendung biogener Brennstoffe.

Die Randbedingungen zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie durch Solaranlagen verbessern sich stetig. Zum einen steigt der Anteil der Trinkwassererwärmung am Wärmebedarf mit dem Dämmstandard, zum anderen sinken die Temperaturen für die Wärmeübergabe im Gebäude, sodass mit dieser Entwicklung die solare Deckungsrate (auch unter Berücksichtigung der geänderten Heizgrenze) steigt und die Amortisationszeit verkürzt wird. Positiv macht sich auch bemerkbar, dass durch effizientere Umwälzpumpen und bessere Regelstrategien der Hilfsenergiebedarf von neuen Solaranlagen viel geringer als noch vor wenigen Jahren ist.

Die Umwelt an sich stellt ebenfalls ein ­bedeutendes Potenzial zur Nutzung regenera­tiver Energie zur Verfügung, welches direkt, beispielsweise zur Vorwärmung der dem Gebäude zugeführten Außenluft, oder aber indirekt mittels Wärmepumpen genutzt werden kann. Für eine energetische Rentabilität muss eine Wärmepumpe eine hohe Mindestjahresarbeitszahl erreichen, was eine besonders sorgfältige Planung und Ausführung der gesamten Anlage von der Wärmequelle bis zur Wärmeübergabe im Raum erfordert.

Biogene Brennstoffe, beispielsweise als Stückholz, Hackgut, (Holz)Pellets, Biogas(anteil) und Bioöl(anteil), ermöglichen relativ einfach und mit hohem Komfort eine Einbindung regenerativer Energien; bei Biogas über die Beimischung im Erdgasnetz und bei Bioöl über die Beimischung zum Heizöl sogar unter weitgehender Nutzung vorhandener Infrastrukturen ohne (größere) Anpassungen bei den Endkunden. Wenngleich Biomasse zu den erneuerbaren Energien gehört, ist sie nur in begrenztem Umfang verfügbar. Deswegen sind auch bei der Nutzung von Biomasse möglichst geringe Wärmeverluste über die Gebäudehülle und ein hoher Nutzungsgrad der Anlagentechnik sicherzustellen. Zu beachten ist, dass künftig bei der Verwendung der begrenzten Biomasse eine Konkurrenzsituation entstehen könnte, weil sich je nach Nutzungsgrad sehr unterschiedliche Werte bezüglich der Primärenergieeinsparungen und der CO₂-Minderungen ergeben.

Energiematrix als Entscheidungshilfe

Das Marktangebot entwickelt sich zwar beständig weiter, es stehen aber bereits heute ausreichend Komponenten und Systeme zur Verfügung, mit denen sich Gebäude und Anlagen mit höchster Energieeffizienz – besser geringem Energiebedarf/-verbrauch – realisieren lassen. Die wichtigste Aufgabe besteht darin, aus der Fülle der Möglichkeiten den besten primär- und endenergetischen, technischen und wirtschaftlichen Kompromiss für ein konkretes Objekt und seine Eigentümer bzw. Nutzer zu finden. Dabei sind Sanierungsobjekte aufgrund der zu berücksichtigenden Wechselwirkungen einzelner Maßnahmen komplexer und individueller.

Da es nicht immer sofort überschaubar ist, welche Maßnahme in unterschiedlichen Konstellationen welche Wirkung hat, wurden vielfältige Berechnungen seitens der Hochschule Bremerhaven mit Unterstützung der Firma Brötje angestellt. Um die Fülle an Daten hinreichend übersichtlich darzustellen, erfolgte eine Umsetzung in ein Softwareprogramm mit dem Titel Energiematrix Abb. 5. Es zeigt energetische und wirtschaftliche Einsparpotenziale anhand von Beispielgebäuden im Neubau sowie im Sanierungsfall auf.

Auf Basis variierbarer Energiepreise können fast alle marktgängigen Varianten der Anlagensanierung exemplarisch gewählt werden Abb. 6. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Hüllensanierungen sowie Lüftungsanlagen mit oder ohne Wärmerückgewinnung zu vereinbaren und diese mit den Anlagenvarianten zu kombinieren. Nach diesem ersten Schritt sind die primär- sowie endenergetischen Einsparpotenziale für das Beispielgebäude ablesbar Abb. 7.

Auf Basis dieser Daten kann eine Prognose der Heizkosten gestellt werden Abb. 8, um die Kosteneinsparung der Optimierungsvarianten transparent zu machen. Verknüpft mit veränderbaren Investitionskosten sind Aussagen zur Amortisa­tionszeit möglich. So lässt sich schnell und übersichtlich im Beratungsgespräch mit dem Auftraggeber herausfinden, welche Maßnahmen im konkreten Fall sinnvoll und realisierbar sind.

Fazit

Begründet durch wirtschaftliche und gesetzliche Randbedingungen wachsen die Anforderungen und die Eigentümeransprüche an die Energieeffizienz von Gebäuden stetig. Mit marktverfügbaren Komponenten und Systemen lassen sich stimmige Konzepte im Neubau und im Sanierungsfall mit überdurchschnitt­lichen Renditen durch Energieeinsparungen realisieren. Damit kann steigenden Energie­kosten vorgebeugt und der Wert der Immo­bilien erhalten bzw. gesteigert werden. Wo ­immer möglich, sollte es nicht heißen „Heiz­anlagentechnik oder Dämmstandard verbessern“, sondern „Heizanlagentechnik und Dämmstandard optimieren“. •

Niedrigstenergiegebäude

Gemäß der Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden ( Webcode 296893) ist ein „Niedrigstenergiegebäude“ ein Gebäude, das eine sehr hohe Gesamtenergieeffizienz aufweist. Der fast bei Null liegende oder sehr geringe Energiebedarf sollte zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen – einschließlich Energie aus erneuerbaren Quellen, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird – gedeckt werden. Die Mitgliedstaaten der EU müssen gewährleisten, dass bis 31. Dezember 2020 alle neuen Gebäude Niedrigstenergiegebäude sind und nach dem 31. Dezember 2018 neue Gebäude, die von Behörden als Eigentümer genutzt werden, Niedrigstenergiegebäude sind.

lehrt an der Hochschule ­Bremerhaven im Studiengang ­Versorgungstechnik und ­Anlagenbetriebstechnik mit den Schwerpunkten HLK, ­Gastechnik, Planung und ­Optimierung gebäudetechnischer Anlagen, ­Strömungstechnik und Thermodynamik, tjuch@hs-bremerhaven.de, https://www.hs-bremerhaven.de/