Zwischen Klimawandel und Energiekrise zeichnet sich immer deutlicher ab, wie wichtig auch der klimaneutrale Betrieb von Wohngebäuden ist. Sie haben einen wesentlichen Anteil am Gesamtenergiebedarf und an den Treibhausgasemissionen in Deutschland. Den Energiebedarf von Wohngebäuden zu verringern, ist daher ein Schwerpunkt deutscher Klimaschutzpolitik. Wohngebäude bieten ein großes Potential zum Energiesparen. Wichtig sind hier die richtige Dämmung, damit wertvolle Wärmeenergie nicht verloren geht, sowie ein Heizsystem (kombiniert mit moderner Haustechnik), das den Bewohnern möglichst CO2-arme Wärme zur Verfügung stellt.
Geplante GEG-Anpassungen
Der Koalitionsausschuss hat im Frühjahr 2022 beschlossen, für den Neubau ab dem 1. Januar 2023 zunächst den Effizienzhaus(EH)-Standard 55 verbindlich festzulegen. Dieser soll dann ab 2025 vom EH-Standard 40 abgelöst werden. Die kommende Einführung des EH 55 stellt einen sinnvollen Baustein für die Erreichung der Ziele des Klimaschutzgesetzes für den Gebäudesektor für das Jahr 2030 dar. Außerdem sieht die Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) des Klimaschutz-Sofortprogramms 2022 entsprechend dem Koalitionsvertrag verpflichtend vor, dass ab 2024 jede neu eingebaute Heizung mit mindestens 65 % erneuerbaren Energien betrieben wird. Dies betrifft sowohl den Einbau von Heizungen in neuen als auch den Heizungsaustausch in bestehenden Gebäuden. Die genaue Definition dieses Deckungsanteils sowie mögliche Erfüllungsoptionen müssen von der Politik noch verbindlich definiert werden.
Was ist das „all electric house“?
Mit Blick auf diese Aspekte hat der Bundesverbandes Flächenheizungen und Flächenkühlungen die Studie „Energetische Effizienz der elektrischen Flächenheizung in den Jahren 2020, 2030 und 2050“ beim ITG Dresden in Auftrag gegeben. Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen auf,
Das untersuchte „all electric house“-Hauskonzept besteht aus einer intelligenten Kombination von baulichem Wärmeschutz, Anlagentechnik und Koppelung der Sektoren Strom und Gebäude. Es kommt ohne den Einsatz fossiler Energien innerhalb des Gebäudes aus, wobei der Primärenergiefaktor des Netzstroms berücksichtigt wird. Alle in der Studie untersuchten Varianten werden mit einer elektrischen Flächenheizung beheizt und unterscheiden sich nur in der Art der Warmwasserbereitung. In der Studie wurden das Effizienzhaus 55 sowie das Effizienzhaus 40 untersucht, jeweils mit einer realistischen Belegung der verfügbaren Dachflächen mit PV-Modulen und einem passenden Batteriespeicher. In allen Varianten wurde kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung eingesetzt.
Studie berücksichtigt Zukunft
Bereits im Jahr 2019 hat der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. eine Studie über die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der elektrischen Flächenheizung durch das Institut für Technische Gebäudeausrüstung (ITG) Dresden erstellen lassen. Diese belegt, dass die elektrische Flächenheizung die geforderten Effizienzstandards des GEG erfüllen kann und in sehr gut gedämmten Gebäuden eine Alternative als Vollheizung zu anderen gängigen Heizsystemen ist. Dabei steht die jeweils eingesetzte Heiztechnik nicht für sich allein: In Kombination mit einer Photovoltaikanlage und weiterer Anlagentechnik, wie z. B. einer zentralen Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung, kann das Effizienzpotential des Heizsystems voll ausgeschöpft werden.
In einer weiteren, im Jahr 2022 vom BVF beauftragten Studie wurden durch das ITG Dresden elektrische Flächenheizungen in Einfamilienhäusern unter anteiliger Nutzung von Photovoltaik(PV)-Strom untersucht und im Hinblick auf die energetische Effizienz und CO2-Emissionen bewertet. Mit dem Ausblick auf die Jahre 2030 bis 2050 wird ein Blick in die Zukunft geworfen und aufgezeigt, wie sich die THG-Emissionswerte in den kommenden Jahren entwickeln. Gleichzeitig zeigt die Studie die Erfüllungswege für die GEG- Vorgabe von 65 % erneuerbare Energien für die untersuchten Elektro-Heizvarianten auf und stellt die „vollständige Bilanzierung“ der untersuchten Gebäudetypen auf Basis der Energiebedarfsberechnungen nach DIN V 18599:2018-09 dar.
Bild: BVF
Dezentrale Elektro-Flächenheizung
Die Modellberechnungen der Studie erfolgten beispielhaft für folgende Gebäudetypen und Ausführungen der baulichen Hülle, die in Bild 1 dargestellt sind. Der Haustechnik-Vergleich (Bild 2) umfasst drei Versorgungsvarianten mit dezentraler Beheizung durch elektrische Flächenheizungen, jeweils kombiniert mit unterschiedlichen Optionen zur Trinkwassererwärmung (Trinkwasser-Wärmepumpe, elektrisch beheizter Trinkwasserspeicher oder elektrischer Durchlauferhitzer).
Alle elektrisch beheizten Varianten sind mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und einer PV-Anlage mit Batteriespeicher ausgestattet. Die Größe der PV-Anlage wurde für die vorliegende Betrachtung überschlägig anhand der verfügbaren Dachfläche (eine Satteldachhälfte) und üblicher Modulgrößen festgelegt.
Als Basis für den Vergleich wurde eine Versorgungsvariante gemäß Referenzgebäudeausführung nach GEG gewählt, die auf Gasbrennwerttechnik basiert.
Energetische Bilanzierung
Bild: BVF
Gegenwärtig hat der Gesetzgeber über die Berechnungsregeln und den Bilanzumfang die Berechnung des Endenergiebedarfs der Gebäudekonditionierung so vorgegeben, dass nicht alle Eigenverbräuche mitbilanziert werden, wie z.B. für den Haushaltsstrom. Für die Ermittlung der Gutschrift der abzugsfähigen Strommenge werden derzeit dabei nur der tatsächliche Strombedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Hilfsenergien gegenübergestellt. Es erfolgt gemäß GEG somit
Aus diesem Grund gibt die derzeitige, durch den Gesetzgeber vorgegebene Berechnungsregel zur Gutschrift nicht das reale Bild für die energetische Bewertung des Gebäudes wieder.
Eine „vollständige Bilanzierung“ des eigenerzeugten Stroms auf das Gebäude liefern jedoch die Ergebnisse der ITG-Studie 2022. Weil alle Eigenverbräuche des selbst produzierten Stroms berücksichtigt werden, ergibt sich somit eine umfassende und realistische energetische Bewertung des Gebäudes.
Die für das Konzept „all electric house“ vorgeschlagene Bilanzierung sollte in dieser Form für alle Wohngebäude mit eigenerzeugtem Strom und strombasierter Anlagentechnik im Rahmen des GEG sowie beim Austausch des Wärmeerzeugers angewendet werden können.
Bei der vollständigen Bilanzierung des eigenerzeugten Stroms kann ein Anteil von weit über 65% am Gebäudenutzwärmebedarf erreicht werden.
In Bild 3 sind die jeweiligen Bilanzierungsanteile dem Erzeugernutzwärmebedarf gegenübergestellt: hier beispielhaft für den Gebäudetyp freistehendes Einfamilienhaus mit Dämmstandard EH 55 und EH 40.
Bild: BVF
Zielgröße: Erzeugernutzwärmebedarf
Als Bezugsgröße wird der Energiebedarfskennwert herangezogen, den auch die gegenwärtigen Ausführungen zur Nutzung erneuerbarer Energien des GEG bemühen (Teil 2 Abschnitt 4 GEG -Nutzung von erneuerbaren Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung bei einem zu errichtenden Gebäude). Diese Größe entspricht dem Erzeugernutzwärmebedarf gemäß DIN V 18599 und stellt diejenige Menge an Wärme dar, die das Gebäude für Heizung und Trinkwassererwärmung benötigt. Es handelt sich also nicht um die Endenergiemenge eines bestimmten Energieträgers und auch nicht um den Stromverbrauch des Gebäudes. Die informativ angegebenen prozentualen Deckungsanteile durch PV-Strom geben daher auch keine unmittelbare Auskunft zum Grad der energetischen Selbstversorgung.
Beispielhaft sind im Folgenden die Bilanzierungsanteile für ein freistehendes Einfamilienhaus mit der Gebäudehülle EH 40 mit elektrischer Flächenheizung und Trinkwasserwärmepumpe erläutert (siehe rote Markierung in Bild 3. Es ergeben sich folgende Werte, die dem Erzeugernutzwärmebedarf von 45 kWh/m² und Jahr gegenüberstehen: Die Deckung dieses Erzeugernutzwärmebedarfs erfolgt
Damit würde dieses Haus rein rechnerisch 114 % des Erzeugernutzwärmebedarfs durch erneuerbare Energien decken, die durch eine eigene Photovoltaikanlage erzeugt werden. Das Konzept „all electric house“ würde also mehr erneuerbare Energien produzieren, als es für die Beheizung und Warmwasserbereitung benötigt. Dennoch wird Netzstrom weiterhin benötigt, was auch über den Primärenergiefaktor abgebildet wird.
Primärenergie und THG-Emissionen
Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt der Studie bildete der Aspekt der CO2-Emissionen über den Bezug von Netzstrom. In Bild 4 und Bild 5 sind der Primärenergiebedarf bzw. die Treibhausgasemissionen der betrachteten Modellgebäude und direktelektrisch beheizten Anlagenvarianten als Zeitreihe von 2020 bis 2050 dargestellt – informativ ergänzt um die Kennwerte der Referenzanlagenvariante nach GEG. Hierbei wurde unterstellt, dass einzig der Primärenergieaufwand und die Treibhausgasemissionen zeitlich variabel sind; die Eigenschaften von Erdgas (Referenzanlage) werden nicht variiert. Ebenfalls als gleichbleibend angenommen werden die energetisch relevanten Kennwerte von Gebäude und Anlagentechnik.
Die Bilder 4 und 5 visualisieren den prognostizierten Verlauf des Primärenergiebedarfs sowie den darauf basierenden prognostizierten Verlauf der Treibhausgasemissionen mit den ökologischen Kennwerten bis 2050 (hier am Beispiel eines freistehenden Einfamilienhauses als EH 55 mit Elektroflächenheizung und Durchlauferhitzer).
Bilder: BVF
Die zeitliche Entwicklung, in den Bildern als Linien dargestellt, beruht auf Energieträgerkennwerten, welche durch das Internationale Institut für Nachhaltigkeitsanalysen und -strategien (IINAS) für die Jahre 2020, 2030 und 2050 prognostiziert wurde. Seit 2010 untersucht das IINAS im Auftrag der HEA Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V. die Ressourcennutzung und Umwelteffekte der deutschen Stromerzeugung.
Aufgrund des steigenden Anteils erneuerbarer Energien im Strommix weist der Primärenergiefaktor für Strom eine hohe Dynamik auf. So führt der forcierte Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland dazu, dass der Primärenergiefaktor für den deutschen Strommix kontinuierlich sinkt. Die deutlich aktuelleren IINAS-Kennwerte geben bereits für 2020 eine merklich günstigere Ökobilanz des Netzstrommixes wieder als die entsprechenden Kennwerte des GEG, die ungefähr das Niveau der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2014/16 widerspiegeln und nicht mehr die realen Bedingungen abbilden.
Alle Elektroheizungsvarianten mit PV weisen deutlich geringere Primärenergiebedarfswerte und THG-Emissionen auf als die Referenzanlage nach GEG (gepunktete Linie). Bereits 2020 liegen die THG-Emissionen des Konzepts „all electric house“ mit der Variante Durchlauferhitzer für Warmwasser bei vollständiger Bilanzierung des eigenerzeugten Stroms beim EH 55 bei 2,2 kg je m² Gebäudenutzfläche und Jahr. Im Vergleich zum GEG-Referenzhaus (15 kg/m²a) entspricht dies einer Reduktion von 85 %. Diese Werte gelten in Bezug auf den Erzeugernutzwärmebedarf. Damit kann man sagen, dass das „all electric house“ ab Inbetriebnahme einen sehr großen Beitrag zur massiven Reduktion von THG-Emissionen leistet. Durch die Verbesserung des Primärenergiefaktors bis 2030 bzw. 2050 werden die THG-Emissionen noch weiter minimiert.
Vielfältige Investitionsanreize
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Rahmenbedingungen und aufgrund steigender Kreditzinsen sind Bauherren mit hohen Kosten belastet. Außerdem werden künftig nur noch Gebäude mit sehr hohem EE-Standard staatlich gefördert. Zusätzliche Anreize, in ein hochwärmegedämmtes Gebäude mit PV-Anlage zu investieren, bieten folgende Aspekte:
Die kapitalgebundenen Kosten sind geringer als bei allen anderen Heizsystemen und werden auch durch die Jahresgesamtkosten nicht aufgewogen, weil die Heizlasten in thermisch hocheffizienten Gebäuden gering sind. Weitere Vorteile:
Fazit
Niedrigenergiehäuser können schon heute ohne fossile Brennstoffe mittels einer elektrischen Flächenheizung behaglich, wirtschaftlich und mit großer Zukunftssicherheit beheizt werden – kombiniert mit einer Photovoltaikanlage und einer Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung.
Die ITG-Studie 2022 kann belegen, dass mit dieser Heizungstechnologie die untersuchten Gebäudetypen sehr emissionsarm beheizt werden – auch im Hinblick auf die Zukunft. Sie erfüllen auch die zukünftigen Anforderungen des politisch geforderten Erneuerbare-Energien-Anteils, unter der Voraussetzung, dass der eigengenutzte PV-Stroms innerhalb des Gebäudes angerechnet wird; bezogen auf die in der Studie vorgeschlagene vollständige Bilanzierung des eigenerzeugten Stroms.
Die elektrische Flächenheizung weist somit alle Voraussetzungen auf, um auch zukünftig in Niedrigenergiegebäuden eine sehr gute Alternative zu anderen Heizsystemen zu sein (Bild 6). Die in der Studie vorgeschlagene Bilanzierung im „all electric house“ sollte in dieser Form für alle Gebäude mit eigenerzeugtem Strom und strombasierter Anlagentechnik im Rahmen des reformierten GEG und beim Austausch des Wärmeerzeugers angewendet werden können.
Bild: BVF
Info
Ergebnisse der Studie im Überblick
Bild: AEG
Autor
Bild: BVF
