Erfolgreich sanieren

Als industrialisierte Volkswirtschaft besitzt Deutschland nur sehr begrenzte Ressourcen an fossilen Energieträgern. Die Importrate von Energie ist überproportional hoch und stellt damit für die Zukunft wirtschaftliche sowie politische Risiken dar. Aus diesem Grunde ist das Bestreben nach Energieeinsparung und Energieeffizienz auch eine Frage der zukünftigen volkswirtschaftlichen Stabilität. Neben dem Bestreben nach Umweltschutz sollten bestehende Abhängigkeiten gegenüber energieträgerexportierenden Ländern so weit als möglich abgebaut werden. Demgegenüber stehen eine geringe Neubaurate im Wohnungsbau und ein weiterer Wohnraumbedarf trotz demografischen Wandels, denn die Wohnfläche pro Kopf steigt weiter an. Die Tabelle in Bild 2 zeigt Zahlen aus der Shell BDH Hauswärmestudie und vom Statistischen Bundesamt.

Energetische Standards werden in Deutschland im Wesentlichen durch das Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz sowie die Energieeinsparverordnung rechtlich definiert. Der Hauptfokus liegt dabei auf dem Neubau. Mit dem Stand der Technik, wie beispielsweise der Einsatz moderner Gas- oder Ölbrennwertkessel in Verbindung mit solarthermischen Anlagen, ist dieser derzeit problemlos realisierbar. Das aktuelle Baugeschehen zeigt, dass der überwiegende Teil der Bauvorhaben sogar mit einem besseren energetischen Standard, als er gesetzlich gefordert ist, errichtet werden. Die novellierte EnEV sieht jedoch eine Verschärfung der energetischen Vorgaben ab 2016 vor. Die Motivation, energiesparende Technologien einzusetzen, resultiert häufig aus der wirtschaftlichen Überlegung, die Kosten für Energie auch in Zukunft niedrig zu halten. Einen finanziellen Anreiz zum Einsatz der neuen Technologien bieten verschiedene Fördermöglichkeiten. Bei überproportionaler Erfüllung der neuen technischen Standards können entweder Zuschüsse oder zinsgünstige Darlehen in Anspruch genommen werden. Selbst die Teil- oder Komplettfinanzierung über einen Kredit verursacht sehr oft gerin­gere Kosten als die ehemaligen Heizkosten.

Trends bei Energieträgern

Die Verknappungen und Verteuerungen sowie die negativen Randbedingungen in der Nutzung fossiler Energieträger sind hinreichend beschrieben. Sie weisen jedoch den weit domi­nierenden Anteil in der Versorgung von Heizungsanlagen auf, wobei insgesamt der Heizwärmebedarf in Deutschland durch die Verbesserung der energetischen Qualität der Gebäude sowie die Einbindung regenerativer Quellen langsam fällt. Heizöl und Erdgas allein versorgen etwa vier Fünftel aller Heizungs­anlagen. Dabei ist der Rückgang des Einsatzes von Heizöl prägnant. Hier bestehen durch die immens mannigfaltige Verwendung von Erdölprodukten starke Angebots- und Preisabhängigkeiten. Zu prognostizieren ist, dass Heizöl zukünftig eine weiter sinkende Bedeutung im Heizungsmarkt haben wird. Erdgas hingegen weist einen stabilen und leicht steigenden Anteil auf. Insgesamt ist die Anwendung von Gas im Vergleich zu Öl mit weniger Aufwand verbunden. Die Preisvorteile von Öl gegenüber Gas, die in der Vergangenheit entscheidend waren, bestehen nicht mehr.

Weiterhin hat Deutschland eine leistungsfähige Infrastruktur in der Gasversorgung, wobei auch noch Reserven zur Speicherung von in gasförmigen Brennstoffen gebundener Energie vorhanden sind. So sind auch die Voraussetzungen gegeben, regenerativ erzeugte gasförmige Brennstoffe infrastrukturell einzubinden, zu verteilen und zu speichern. Als Beispiel dazu sei Biogas oder synthetisch erzeugtes Erdgas (SNG) genannt. Weiterhin nimmt die Bedeutung von Gas in Hinblick auf die dezentrale Stromerzeugung durch Systeme zur Kraft-Wärme-Kopplung zu. Dies bedeutet, dass auch in mittelfristiger Zukunft gasförmige Brennstoffe weiterhin zum Einsatz kommen dürften.

Elektrischer Strom wird sowohl als direkter (Stromdirektheizung, Nach- oder Vorwärmer o.ä.) als auch indirekter (beispielsweise zum Antrieb von Wärmepumpen) Energieträger verwendet. Zudem hat er eine außerordentliche Bedeutung als nötige Hilfsenergie. Der Anteil regenerativ erzeugten Stroms steigt. Dies hat zur Folge, dass der Primärenergiefaktor entsprechend sinkt. Bei der energetischen Bewertung von mit Strom betriebenen oder angetriebenen Anlagen werden diese entsprechend und folgerichtig positiver beurteilt. Trotzdem gehen natürlich die Bestrebungen dahin, den Stromverbrauch durch optimierte Komponenten zu senken. Hohe Potenziale bieten zum Beispiel hocheffiziente Pumpen und Ventilatoren.

Alternative Energieträger gewinnen an Bedeutung

Die Substitution fossiler Energieträger durch Alternativen nimmt zu. Größere Bedeutung gewinnt die Nutzung solarthermischer Energie im Wesentlichen zur Trinkwassererwärmung aber auch zur Unterstützung des Heizsystems. Jeder dritte Wärmeerzeuger wird nach Erhebungen des BDH derzeit mit einer solarthermischen Anlage kombiniert. Nachwachsende feste Brennstoffe werden als Pellets, Scheitholz oder Hackschnitzel in entsprechenden Öfen oder Kesseln eingesetzt. Flüssige oder gasförmige Energieträger, die erneuerbaren Quellen entstammen, werden zunehmend durch Einspeisung ins Gasnetz oder Beimischung zum Heizöl genutzt.

Umweltwärme (Luft, Wasser, Erdreich) dient als Quelle für den Betrieb von Wärmepumpen. Sie kann aber auch direkt im Sommerfall zu Kühlzwecken genutzt werden. Als Energieträger kann weiterhin bereits erzeugte Wärme angesehen werden. Es schreitet beispielsweise die Nutzung des Energie­gehaltes der Abluft im Wohnbereich durch nötige Systeme zur kontrollierten Be- und Entlüftung weiter fort. Häufig werden diese Anlagen zur Vermeidung von Feuchte- und damit Schimmelschäden, zur Verbesserung der Behaglichkeit sowie zur Sicherstellung der Funktionalität der Bausubstanz eingesetzt, wobei sie zusätzlich Energie einsparen und die Heizlasten senken. Nur so ist der ab 2019 bzw. 2021 geforderte „Niedrigstenergie-hausstandard“ realisierbar.

Brennwerttechnik ersetzt immer mehr die alten Kessel

Wenn fossile Energieträger, wie Heizöl oder Erdgas zum Einsatz kommen, dann erfolgt die Verbrennung zunehmend in modernen optimierten Brennwertkesseln, die die höchste Effizienz aufweisen, die in der konventionellen Feuerungstechnik erreichbar sind. Bestmögliche Modulationsbereiche, Verträglichkeit gegenüber Bioöl- bzw. Biogasbeimischungen sowie eine ausgeklügelte Regelungstechnik mit stromsparenden Komponenten sollten immer als Standard verwendet werden.

Mithilfe der „Brötje-Energiematrix“ können beispielhaft die energetischen und finan­ziellen Einsparpotenziale aufgezeigt werden. Dieses Werkzeug erlaubt die Darstellung der energetischen und monetären Einsparungen von Sanierungsmaßnahmen anhand von repräsentativen Beispielgebäuden. So kann sehr anschaulich die Wirkung von unterschiedlichsten Methoden zur Verbesserung der Energieeffizienz aufgezeigt werden. Dies hilft bei der Entscheidungsfindung, welche Maßnahme ergriffen werden sollte.

Bild 6 zeigt Zahlen für ein typisches Einfamilienhaus aus dem Baujahr 1963. Der Jahresendenergiebedarf liegt vor einer Sanierung (roter Balken links) bei 58453 kWh, das entspricht 350 kWh/m². Der Jahresprimärenergiebedarf (roter Balken rechts) liegt bei 71778 kWh, das entspricht 430 kWh/m².

• Die gelbe Variante zeigt die Verringerung der Energiebedarfe durch eine Sanierung der Hülle (15 cm Außendämmung, Fenstertausch, Dachdämmung, Sanierung der Kellerdecke): Der Jahresendenergiebedarf geht dabei von 58453 kWh (350 kWh/m²) auf 37989 kWh (228 kWh/m²). Beim Jahresprimärenergiebedarf sinken die Werte hier von 71778 kWh (430 kWh/m²) auf 43376 kWh (260 kWh/m²).
• Die grüne Variante zeigt die Verringerung durch einen Kesseltausch hin zum Gasbrennwertkessel mit elektronischer Verbrennungsoptimierung, hoher Modula­tion und effizienten Pumpen: Der Jahresendenergiebedarf sinkt von 58453 kWh (350 kWh/m²) auf 44206 kWh (265 kWh/m²) und der Jahresprimärenergie­bedarf von 71778 kWh (430 kWh/m²) auf 50352 kWh (301 kWh/m²).

Es wird deutlich, dass die Bedarfe mit einer Hüllensanierung hier etwas mehr sinken im Vergleich zum Kesseltausch. Betrachtet man diese Maßnahmen jedoch wirtschaftlich (Bild 7), zeigt sich, dass ein Kesseltausch wesentlich geringerer Investitionskosten bedarf und damit eine deutlich kürzere statische Amortisation aufweist.

Zweites Beispiel für ein neueres Einfamilienhaus

Das zweite Beispiel (Bilder 8 und 9) zeigt die gleichen Betrachtungen für die energetische Sanierung eines typischen Einfamilienhauses aus dem Baujahr 1980.

• Die gelbe Variante zeigt wieder die Sanierung der Hülle (15 cm Außendämmung, Fenstertausch, Dachdämmung, Sanierung der Kellerdecke): Der Jahresendenergiebedarf sinkt von 43493 kWh (260 kWh/m²) auf 30878 kWh (185 kWh/m²) und der Jahresprimärenergiebedarf von 49505 kWh (296 kWh/m²) auf 35378 kWh (212 kWh/m²)
• Die grüne Variante entspricht wie oben dem Kesseltausch: Der Jahresendenergiebedarf sinkt von 43493 kWh (260 kWh/m²) auf 28237 kWh (169 kWh/m²) und der Jahresprimärenergiebedarf von 49505 kWh (296 kWh/m²) auf 32615 kWh (195 kWh/m²).

Auffällig ist, dass mit jüngeren Gebäuden ein Kesseltausch nicht nur die oben erwähnten wesentlich besseren wirtschaftlichen Randbedingungen aufweist, sondern in diesem Fall auch eine stärkere Senkung der Bedarfe ermöglicht.

Thermische Solaranlagen werden oft unterschätzt

Sie sind aus der heutigen und zukünftigen Heizungstechnik nicht mehr wegzudenken. Sie nutzen nicht nur die kostenfreie Strahlungsenergie der Sonne, sondern ersetzen häufig den konventionellen Wärmeerzeuger im Sommer, wenn dessen Effizienz zur reinen Trinkwassererwärmung nicht so hoch wie üblich ist. Häufig wird der Nutzen unterschätzt. Man liest die gewonnenen Kilowattstunden am Wärmemengenzähler der Solaranlage ab und setzt diesen Betrag mit der eingesparten Energie gleich. Dies ist jedoch ein Fehler, da man die Energie betrachten muss, die der Kessel aufwenden müsste, um die gleiche Energie dem Speicher zur Verfügung zu stellen. Wenn man dies so folgerichtig tut, wird man feststellen, dass die Effizienz weit höher und damit die Amortisationszeiten entsprechend kürzer sind.

Bild 10 zeigt Zahlen für einen Neubau, der nach EnEV 2009 gebaut wurde. Darunter kommen das Beispielgebäude aus dem Jahr 1980 mit verschiedenen Sanierungsvarianten und ganz unten das Haus von 1963.

Sanierungskonzepte mit Wärmepumpen

Wärmepumpen nutzen die Umweltwärme – Erdreich, Grundwasser oder Außenluft – als Quelle und heben das Temperaturniveau der gewonnenen Energie durch einen meist elektrisch angetriebenen Kältekreislauf auf ein Niveau, das die Versorgung der Heizungsanlage ermöglicht. Sehr wichtig ist die Differenz zwischen der Temperatur der Quelle und der Temperatur des Heizungssystems, der sogenannte Temperaturhub. Je geringer dieser ist, umso effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Aus diesem Grund ist ein monovalenter Betrieb mit einer stabilen Quelle anzustreben, wie er beispielsweise durch Sole-Wasser-Wärmepumpen, die erdreichgespeist arbeiten, erreicht wird. Dagegen arbeiten Luft-Wasser-Wärmepumpen unter Nutzung eines weiteren Energieträgers meist bivalent.

Auf der Abnehmerseite sind mit niedrigen Temperaturen zu betreibende Systeme anzustreben. Mit der steigenden Qualität des Wärmeschutzes im Neubau und in Sanierungsmaßnahmen ist davon auszugehen, dass der Marktanteil von Wärmepumpen weiter steigen wird. Auf eine kompetente Auslegung der Quelle ist zu achten, damit über die gesamte Nutzungsdauer ausreichende Potenziale der Umweltenergie nutzbar sind.

Wenn mittels der Erdsonden eine sommerliche Kühlung zusätzlich realisiert wird, steigt die Effizienz weiter, da dadurch auf energieaufwendige Kälteerzeugung verzichtet werden kann und Wärme dem Erdreich zur Regeneration zugeführt wird. Mit der steigenden Qualität des Wärmeschutzes im Neubau und in Sanierungsmaßnahmen ist davon auszugehen, dass der Marktanteil von Wärmepumpen steigen wird. Auf eine kompetente Auslegung der Quelle ist zu achten, damit über die gesamte Nutzungsdauer ausreichende Potenziale der Umweltenergie nutzbar sind.

Bild 11 zeigt wieder einen Vergleich zwischen Neubau nach EnEV 2009 und den beiden Bestandsgebäuden von 1980 und 1963 mit Sanierungsvarianten, bei denen eine Sole/­Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz kommen soll.

Bei Biomasse sinkt der Primärenergiebedarf erheblich

Feste Biomasse als Energieträger für zentrale Heizungsanlagen hat nach Erhebungen des BDH einen Marktanteil von etwa 4 %. Beim Einsatz sinkt der Primärenergiebedarf erheblich, der Endenergiebedarf steigt jedoch. Die Randbedingungen wie Verfügbarkeit, höhere Investitionskosten, höherer End- und Hilfsenergiebedarf, höherer Platzbedarf und aufwendigere Wartung lassen vermuten, dass der Anteil stabil bleibt, jedoch nicht überproportional steigt. Zudem ist zu beachten, dass durch die sehr günstige primärenergetische Bewertung nachwachsender Brennstoffe (auch in der Fern- und Nahwärmeversorgung) andere sinnvolle Maßnahmen primärenergetisch zunächst nicht sinnvoll erscheinen, obwohl sie endenergetisch hohe Potenziale aufweisen.

Kraft-Wärme-Kopplung vor allem im Altbau interessant

Ein Trend, vorwiegend in Sanierungsmaßnahmen, ist der Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung. Der verwendete Brennstoff wird zur gleichzeitigen Strom- und Wärmeproduktion verwendet. Ausgereifte Systeme stehen zur Verfügung. Voraussetzungen für einen optimalen Betrieb sind lange Laufzeiten sowie ein möglichst hoher Anteil der Selbstnutzung von Strom. Sind diese gegeben, sinkt der Primärenergiebedarf durch die Selbsterzeugung von Strom, der Brennstoffbedarf steigt jedoch leicht gegenüber der modernen Brennwerttechnik an. Dies wird durch die wesentlich geringeren Strombezugskosten mehr als kompensiert.

Gebäudelüftung gehört dazu

Mit der sich verbessernden Qualität der Gebäudehülle sowie deren Dichtheit steigt das Erfordernis einer ausreichenden Be- und Entlüftung der Gebäude. Ein geeigneter Luftwechsel ist die Grundvoraussetzung für Behaglichkeit, für das Funktionieren des Baukörpers sowie den sicheren Abtransport von Schadstoff- und Feuchtelasten. Ein Lüftungskonzept nach DIN 1946 Teil 6 ist zu erstellen. In den meisten Fällen ist eine mechanische Lüftung nötig und wenn dies so ist, sollte die Lüftungsanlage konsequenterweise mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet sein. Dies ist die einzige Möglichkeit, den gegenüber dem Transmissionswärmeverlust anteilsmäßig steigenden Lüftungswärmeverlust zu kompensieren. Neubauten und komplexe ­Sanierungsvorhaben sind ohne Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung kaum noch sinnvoll und vertretbar.

Bild 12 zeigt wieder Beispiele für die Sanierung unter anderem mit Anlagen zur kontrollierten Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung. Rein quantitativ betrachtet sind die zusätzlichen Energieeinsparungen nicht sehr hoch, dafür sind auf der Haben-Seite jedoch zusätzlich Bautenschutz und Komfortgewinn zu verbuchen.

Heizungstechnische und wirtschaftliche Aspekte

Neben den beispielhaft beschriebenen Varianten moderner Heizungstechnik schreitet die Kombination der Systeme weiter fort (Hybridisierung). Ein zukunftsträchtiges System besteht aus mehreren Energiequellen, häufig eine Kombination aus konventionellen und regenerativen Energieträgern. Geeignete Pufferspeicher sammeln und stellen die Wärme bereit.

Besonderes Augenmerk muss auf die Wärmeverteilung, Wärmespeicherung und Übergabe gerichtet werden. Ein hydraulischer Abgleich der Systeme ist genauso zwingend erforderlich wie der Einsatz hocheffizienter Pumpen bzw. Ventilatoren. Eine optimale Abstimmung der Komponenten muss ebenfalls gegeben sein. Der Regelungstechnik kommt eine steigende Bedeutung zu. Wärmebedarfe müssen dynamisch erfasst werden und es darf nur dann Wärme bereitgestellt werden, wenn auch ein Bedarf vorhanden ist. Den regenerativen Quellen ist Vorrang zu geben. Das bedeutet zum Beispiel, dass ein Speicher nicht mittels Kessel geladen wird, wenn Solarwärme zur Verfügung steht. So steigen die Anforderungen an die Steuerung und Regelung als Konsequenz moderner energetisch optimierter Heizungssysteme.

Neben dem Beitrag zum Umweltschutz durch Energie- und Ressourceneffizienz sollte sich eine Mehrinvestition auch wirtschaftlich darstellen lassen. Es ist wohl nicht zu erwarten, dass anspruchsvolle Heizungstechnik ein solches Image wie zum Beispiel Unterhaltungselektronik oder Autoausstattungen haben wird, bei dem eine Amortisation nicht zur Rede steht. Grundsätzlich ist jede Investition, die zu einer Senkung der Heiz- und Nebenkosten führt, ­eine sichere und strategische Geldanlage, die ihre Rendite durch eben jene geringeren Betriebskosten erreicht. Das bedeutet, dass die Erneuerung der Heizungsanlage oder deren Ergänzung kein verlorenes Kapital ist, sondern als renditeträchtige Geldanlage in die eigene Immobilie zu betrachten ist. Mit steigenden Energiekosten steigt auch der so erreichbare Profit.

Selbst die Teil- oder Komplettfinanzierung verursacht sehr oft geringere Kosten als die ehemaligen Heizkosten. Zudem wird der Wert der Immobilie erhalten und gesteigert. Hilfreich ist die Inanspruchnahme von Förderungen, wenn die Voraussetzungen dafür geschaffen werden können. Das derzeit niedrige Zinsniveau ist zudem vorteilhaft für Finanzierungen. Gegenüber den an den Kapitalmärkten erreichbaren Zinsgewinnen ist die Verzinsung des eingesetzten Kapitals durch Energieeinsparung meist deutlich höher. Genaue Beträge sind in individuellen Analysen zu ermitteln. Anschauliche und beispielhafte energetische wirtschaftliche Einsparpotenziale kann die Brötje-Energiematrix liefern.

Im Bestand sollten möglichst alle verfügbaren energetischen Potenziale durch Sanierung erschlossen werden. Nur unter Einbeziehung der Erneuerung der Anlagentechnik kann eine Gebäudedämmmaßnahme ihre Wirkung richtig entfalten – und umgekehrt.

Für die zukünftige Entwicklung ist eine weitere Hybridisierung der Systeme (Kombination mehrerer Energieträger) sowie der Austausch fossiler Energieträger anzustreben. Die Nutzung gasförmiger Brennstoffe wird mittel- und langfristig bestehen bleiben. Ein weiterer wichtiger Punkt für die Zukunft ist der Einbau von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung.

Burkhard Maier ist Bereichsleiter Marketing bei der August Brötje GmbH, 26180 Rastede, Telefon (0 44 02) 80-0, bmaier@broetje.de, https://www.broetje.de/

Prof. Dr. Thomas Juch lehrt an der Hochschule Bremerhaven im Studiengang Versorgungstechnik und Anlagenbetriebstechnik, 27568 Bremerhaven, (04 71) 48 23-1 65, tjuch@hs-bremer haven.de, https://www.hs-bremerhaven.de/