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Möglichkeiten zur Mitigation des Klimawandels und einer
synchronen Adaptation an Klimafolgen im Bedürfnisfeld
Bauen und Wohnen
Abschlussarbeit zur Erlangung des akademischen Grades
Master of Science (M.Sc.)
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Möglichkeiten zur Abmilderung des Klimawandels
und zur Anpassung an steigende Temperaturen im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen. Der
Schwerpunkt liegt auf Maßnahmen, die an Bestandgebäuden zur gleichzeitigen Realisierung
beider Ziele durchführbar sind. Den Einstieg stellte eine Literaturrecherche hinsichtlich der
Zusammensetzung sowie der energetisch relevanten Eigenschaften
des
deutschen
Wohngebäudebestands dar. Im Anschluss stand die Durchführung einer „Ab-initioRechnung“. Diese diente der Auseinandersetzung mit den Grundlagen zur Bewertung der
energetischen Gebäudequalität und des baulichen Wärmeschutzes. Anschließend erfolgte die
Anwendung des Programms „Sanierungskonfigurator“ des BMVBS sowie des BMWi.
Hierdurch wurde die Arbeit um den Aspekt der nachträglichen energetischen Sanierung von
Bestandsgebäuden
erweitert.
Es
kam
zur
Ermittlung
der
mit
einzelnen
Modernisierungsmaßnahmen verbundenen Effekte und Kosten.
Erkenntnisse aus der „Ab-initio-Rechnung“ waren, dass Geometrie, Anbausituation und
Baualtersklasse eines Gebäudes wesentlichen Einfluss auf seinen Heizwärmebedarf haben.
Zudem wurde deutlich, dass auch die Temperaturdifferenz zwischen dem Gebäudeinneren
und seiner äußeren Umgebung hierfür maßgeblich sind. Ein wichtiges Ergebnis aus der
Nutzung des Sanierungskonfigurators war, dass insbesondere für Gebäude mit Baujahr bis
1978 das beste Verhältnis zwischen den Kosten einer Sanierungsmaßnahme und den hiermit
erzielbaren Energieeinsparungen vorliegt. Zudem wurde deutlich, dass auf der Ebene der
Einzelmaßnahmen große Unterschiede hinsichtlich ihrer Eignung zum Klimaschutz, zur
Klimaanpassung und ihres Verhältnisses zwischen Kosten und Nutzen bestehen.
Insgesamt zeigt sich, dass im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen mindestens drei Optionen
bestehen, um zum Klimaschutz beizutragen. Eine Möglichkeit ist es, die Energieeffizienz der
Gebäudehülle durch baulichen Wärmeschutz zu steigern. Dies ist zudem die einzige Strategie,
mittels derer gleichzeitig eine Anpassung an künftige Klimaänderung erfolgen kann. Eine
weitere Option stellt die Entscheidung eines Gebäudenutzers dar, die Raumtemperatur um
wenige Grad abzusenken. Mit dieser Strategie der Suffizienz ist es ohne weitere Kosten
möglich, im Winter den Heizwärmeverbrauch zu reduzieren. Anzumerken ist jedoch, dass
niemand dazu gezwungen werden sollte, bei Temperaturen zu leben, die einen Bereich
unterschreiten, der als unkomfortabel empfunden wird. Die dritte Möglichkeit ist der Einsatz
erneuerbarer
Energieträger.
Hierbei
ist
die
Bereitstellung
von
Heizwärme
bei
gleichbleibendem Verbrauch mit einer verminderten Treibhausgasemission verbunden. Der
Aspekt der Heizwärme- und Energieeinsparung rückt bei dieser Strategie in den Hintergrund.
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................................... 6
Glossar..................................................................................................................................................... 8
2. Einleitung .......................................................................................................................................... 10
3. Grundlagen ........................................................................................................................................ 13
3.1. Das Element Kohlenstoff und seine Kompartimente ................................................................. 13
3.2. Der globale Kohlenstoffkreislauf ............................................................................................... 14
3.3. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ..................................................................................... 18
3.4. Die Strahlungsbilanz der Erde .................................................................................................... 20
3.5. Anthropogener Treibhauseffekt und Klimawandel .................................................................... 23
3.6. Ursachen steigender Kohlenstoffdioxidemissionen: Energieverbrauch und
Bevölkerungsentwicklung ................................................................................................................. 24
3.7. Energie: Formen und Nutzung. Mit Referenz zum Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen ............. 25
3.8. Baulicher Wärmeschutz ............................................................................................................. 32
3.9. Historische Entwicklung des Wärmeschutzes und der Energieeffizienz von Gebäuden ........... 35
3.10. Der deutsche Wohngebäudebestand ......................................................................................... 40
3.11. Anpassung an den Klimawandel im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen ................................. 42
4. Methode............................................................................................................................................. 47
4.1. Analyse des deutschen Wohngebäudebestands .......................................................................... 47
4.2. Ab-initio-Rechnung .................................................................................................................... 54
4.2.1. Annahmen und Definition wichtiger Parameter .................................................................. 58
4.2.2. Vorgehensweise in der Ab-initio-Rechnung ....................................................................... 68
4.3. Sanierungskonfigurator .............................................................................................................. 72
4.3.1. Einführung ........................................................................................................................... 73
4.3.2. Gebäudebeschreibung und Simulation von Sanierungsmaßnahmen ................................... 74
4.4. Weiterführende Rechnungen auf Grundlage der Ergebnisse ..................................................... 81
4.4.1. Bewertung und Aufbereitung der Daten.............................................................................. 82
4.5. Ermittlung von Maßnahmen zur Klimaanpassung ..................................................................... 90
5. Ergebnisse ......................................................................................................................................... 92
5.1. Ab-initio-Rechnung .................................................................................................................... 92
5.2. Sanierungskonfigurator und weiterführende Rechnungen ....................................................... 101
5.3. Maßnahmen zur Anpassung an steigende Temperaturen an bestehenden Wohngebäuden...... 116
6. Diskussion ....................................................................................................................................... 118
7. Literaturverzeichnis ......................................................................................................................... 131
Anhang ................................................................................................................................................ 137
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Energie- und Gebäudeenergieverbrauch in deutschen Wohn- und Nichtwohngebäuden im
Jahr 2012 ............................................................................................................................................... 29
Tabelle 2: Gebäudeenergiestandards und ihr Heizwärmebedarf ........................................................... 39
Tabelle 3: Wohnungen und Wohnflächen im deutschen Wohngebäudebestand................................... 50
Tabelle 4: Charakteristische Fenstertypen im deutschen Wohngebäudebestand .................................. 52
Tabelle 5: Beheizungsarten in Wohngebäuden der Kategorien EFH und MFH ................................... 52
Tabelle 6: Wärmeerzeuger und Energieträger für die Block-/Zentralheizung ...................................... 53
Tabelle 7: U-Werte bei typischen Wärmeleitfähigkeiten und Schichtdicken von Materialien ............. 54
Tabelle 8: U-Werte nicht nachträglich gedämmter Bauteile im Ursprungszustand ............................. 56
Tabelle 9: A/V-Verhältnis für unterschiedliche geometrischer Körper ................................................ 57
Tabelle 10: Vergleich der Gradtagzahlen des Jahres 2013 mit dem langjährigen Mittel ...................... 63
Tabelle 11: Eigenschaften der Bauteile eines Modellgebäudes ............................................................ 66
Tabelle 12: Jährliche Transmissionswärmeverluste bei unterschiedlichen Gradtagzahlen ................... 67
Tabelle 13: Beschreibung eines Gebäude-Ist-Zustands mit dem Sanierungskonfigurator .................... 75
Tabelle 14: Simulation einer energetischen Sanierung mit dem Sanierungskonfigurator .................... 79
Tabelle 15: Stationäre Temperaturen auf einem unbeheizten Dachgeschoss ........................................ 92
Tabelle 16: A/V-Verhältnis und H‘T für Gebäude der Baualtersklasse „1958 bis 1968“..................... 94
Tabelle 17: H‘T für Gebäude der Kategorie EFH in acht Baualtersklassen.......................................... 96
Tabelle 18: Transmissionswärmeverluste für Wohngebäude der Kategorie EFH in acht
Baualtersklassen .................................................................................................................................... 97
Tabelle 19: Transmissionswärmeverlust, Primärenergiebedarf und CO2-Emissionenen für
verschiedene Gebäudetypen der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ ....................................................... 98
Tabelle 20: Prozentuale Anteile unterschiedlicher Bauteile am Transmissionswärmeverlust ............ 100
Tabelle 21: Endenergiebedarf für Wohngebäude der Kategorie EFH vor und nach einer energetischen
Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen .................................................................................... 103
Tabelle 22: Investitionskosten einer energetischen Sanierung und erreichte Endenergieeinsparungen
für unterschiedliche Wohngebäudekategorien .................................................................................... 105
Tabelle 23: Verhältnis von Kosten zu Einsparungen aufgrund geringeren Endenergiebedarfs einzelner
Sanierungsmaßnahmen ........................................................................................................................ 107
Tabelle 24: Kosten einzelner Sanierungsmaßnahmen in der Kategorie EFH ..................................... 109
Tabelle 25: Relative Anteile einzelner Bauteile an der Endenergieeinsparung nach einer energetischen
Sanierung............................................................................................................................................. 111
Tabelle 26: Anpassungsmaßnahmen an Bestandsgebäuden an steigende Temperaturen ................... 116
Tabelle 27: Prioritäten der Sanierung unterschiedlicher Bauteile zur Realisierung verschiedener Ziele
............................................................................................................................................................. 125
Tabelle 28: Szenario Komfort - energetische Sanierung des Gebäudebestands.................................. 126
Tabelle 29: Szenario Suffizienz - Absenkung der Gebäudeinnentemperatur um 3 °C ....................... 127
Tabelle 30: Szenario Komfort - energetische Sanierung der obersten Geschossdecke ....................... 129
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Globaler Kohlenstoffkreislauf für die Jahre 2000 bis 2009 ............................................ 15
Abbildung 2: charakteristische Zeitskalen des globalen horizontalen Transports in der Troposphäre 19
Abbildung 3: Mittlere monatliche Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre nach C.D.
Keeling, gemessen an der Station Mauna Loa, Hawaii ........................................................................ 19
Abbildung 4: Strahlungsbilanz der Erde ............................................................................................... 22
Abbildung 5: Energieflussbild 2012...................................................................................................... 28
Abbildung 6: Auswertung der Gebäude und Wohnungszählung 2011 ................................................. 47
Abbildung 7: Beziehung der Parameter Lambda, d und U.................................................................... 55
Abbildung 8: Geschätzte Investitionskosten für eine Sanierung der Wohngebäude der Baualtersklassen
„bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis 1978 ........................................................................................ 114
Abbildung 9: Mögliche Einsparungen an Endenergie durch energetische Sanierung der Wohngebäude
der Baualtersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis 1978 ...................................................... 115
Abkürzungsverzeichnis
A
A
AN
ARGE
BMVBS
BMWi
°C
CaCO3
CaSiO3
°Cd
CO2
d
DIN
EFH
EnEV
GEMIS
GMH
GJ
Gt
GTZ
GX/Y
h
𝐻𝑇´
IPCC
IWU
K
KF
KfW
kWh
kWh/(m²a)
m²
m³
MFH
PJ
ppm
Q
R
RH
RCP
SiO2
SRES
U
VDI
Fläche
Jahr
Gebäudenutzfläche
Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V.; Kiel
Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung;
Aktuell: Bundesministerium für Verkehr und digitale
Infrastruktur
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Aktuell:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Grad Celsius
Calciumcarbonat
Wollastonit
Wärmesumme
Kohlenstoffdioxid
Je nach Kontext Tag oder Schichtdicke
Deutsches Institut für Normung e.V.
Freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus
Energieeinsparverordnung
Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme
Großes Mehrfamilienhaus
Gigajoule
Gigatonnen
Gradtagzahl
Gradtagzahl bei einer Innentemperatur von X °C und einer
Heizgrenze von Y °C
Stunde
Spezifischer, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche
bezogener Transmissionswärmeverlust
Intergovernmental Panel on Climate Change
Institut für Wohnung und Umwelt GmbH (IWU); Darmstadt
Kelvin
Temperaturkorrekturfaktor
Kreditanstalt für Wiederaufbau
Kilowattstunde
Kilowattstunde pro Quadratmeter und Jahr
Quadratmeter
Kubikmeter
Mehrfamilienhaus
Petajoule
Parts per million
Wärme
Widerstand
Ein-/Zweifamilienhaus als Doppelhaushälfte, Reihenhaus oder
sonstiger Gebäudetyp
Representative Concentration Pathway
Siliciumdioxid
Special Report on Emissions Scenario
Wärmedurchgangskoeffizient
Verein Deutscher Ingenieure
Ve
WLG
W/(m²K)
W/(mK)
Beheiztes Gebäudevolumen
Wärmeleitfähigkeitsgruppe
Watt pro Quadratmeter und Kelvin
Watt pro Meter und Kelvin
Glossar
A/V-Verhältnis
Beheiztes Gebäudevolumen
Ve
Endenergie
Energieeinsparverordnung
Regenerative Energien
Energiebedingte Mehrkosten
einer Sanierung
Gebäudenutzfläche
Gradtagtagzahl
Kreditanstalt für
Wiederaufbau
Nutzenergie
Primärenergie
Sanierungskonfigurator
Relation der Oberfläche eines Körpers zu seinem Volumen.
Gebäude: Verhältnis der wärmeübertragenden Hüllfläche
zum beheizten Gebäudevolumen.
Gesamter Raum eines Gebäudes, der von der
wärmeübertragenden Hüllfläche umschlossen wird.
Unter Verlusten aus der Primärenergie umgewandelt. Im
Gebäudebereich die Energie, die dem Nutzer an der
Bilanzgrenze Gebäudehülle zur Beheizung, zur Lüftung und
zur Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt wird.
Durch Zusammenführung der Wärmeschutzverordnung und
der Heizungsanlagenverordnung entstanden. Erstmalig 2002
in Kraft getreten und 2004, 2007 sowie 2013 novelliert
worden. In 2009 trat die bislang letzte Änderung in Kraft.
Sollte und soll jeweils zur weiteren Senkung des
Energiebedarfs im Gebäudebereich beitragen.
Energie, die in die solarer Strahlung, Wasserkraft, Wind und
Biomasse gespeichert ist. Erneuert sich innerhalb
menschlicher Zeitmaßstäbe von selbst.
Differenz von Gesamtkosten und Investitionen für die
sowieso notwendige Instandsetzung eines Bauteils.
Mehrkosten, die beispielsweise ausschließlich auf den Kauf
des reinen Dämmaterials oder die professionelle Verlegung
eines Dämmstoffs entfallen.
Nutzbare Fläche innerhalb des beheizten Gebäudevolumens.
Abzüglich der Flächen von Innen- und Außenbauteilen und
zuzüglich quasi beheizter Flure, Treppenhäuser etc.
Generell größer als die Wohnfläche.
Im Allgemeinen auf einen Monat in einem vorgegebenen
Jahr bezogen. Produkt aus den Heiztagen mit der Differenz
zwischen der Innentemperatur und der Außentemperatur an
Heiztagen.
Fördert über Kredite unter anderem die Durchführung von
Maßnahmen zur Energieeinsparung und zur Verminderung
des CO2-Ausstoßes bei Bestandsgebäuden.
Unter Anlagenverlusten aus der Nutzenergie umgewandelt.
Kommt beispielsweise in Form von Wärme oder
mechanischer Energie vor.
Ist im Gebäudebereich die Energie, die dem Nutzer an der
Bilanzgrenze Raumhülle von der Anlagentechnik
beispielsweise zur Beheizung zur Verfügung gestellt wird.
Ursprüngliche, technisch nicht aufbereitete Energie. Sie ist in
den fossilen, nuklearen und erneuerbaren Energieträgern
enthalten.
Ermöglicht die Bewertung der energetischen Qualität von
Wohngebäuden und die Simulation energetischer
Sanierungsmaßnahmen. Informiert über damit verbundene
Energieeinspar- und CO2-Minderungspotentiale sowie über
Kosten und Fördermittel. Programm des BMVBS/BMWi.
Investitionskosten, die bei der Instandsetzung eines
Gebäudes auch ohne zusätzliche energetische
Modernisierungsmaßnahmen zu tätigen sind.
Sowieso-Kosten einer
Beispielsweise bei der Putzsanierung einer Außenwand oder
Sanierung
der Neueindeckung eines Dachs.
Wärmestrom durch die Außenbauteile eines Gebäudes bei
Spezifischer, auf die
einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin. Durch Bezug auf
wärmeübertragende
die wärmeübertragende Umfassungsfläche wird aus dem
Umfassungsfläche bezogener Wert 𝐻𝑇´ eine energetische Eigenschaft der Gebäudehülle. Er
Transmissionswärmeverlust
entspricht dem mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten; in
W/K beziehungsweise W/(m²K) bei Bezug auf die Fläche
𝐻𝑇´
Wärmestrom vom Inneren eines beheizten Wohngebäudes
durch Bauteile, die an kalte Außenluft, kältere Räume oder
Transmissionswärmeverlust
an das Erdreich grenzen. Entsteht infolge der Wärmeleitung.
Wärmestrom in Watt bei einer Temperaturdifferenz von
1 Kelvin über die Fläche von 1 m² eines Bauteils innerhalb
von einer Stunde. Abhängig von der Wärmeleitfähigkeit und
Wärmedurchgangskoeffizient der Stärke eines Materials.
(U-Wert)
Maß für den Wärmeschutz eines Bauteils; in W/(m²K).
Kehrwehrt des Wärmedurchgangskoeffizienten, setzt sich
aus den Wärmeübergangswiderständen an der Innen- und
Außenluft eines Bauteil sowie den
Wärmedurchlasswiderständen der einzelnen Bauteilschichten
Wärmedurchgangswiderstand zusammen; Gesamtwiderstand den ein Bauteil und die
(RT)
Luftschichten dem Wärmestrom entgegensetzen; in (m²K)/W
Der Wärmedurchlasswiderstand einer Bauteilschicht. Sie
stellt den Quotient seiner Dicke in Metern sowie seiner
Wärmedurchlasswiderstand
Wärmeleitfähigkeit in W/(mK) dar. Widerstand, den die
der Bauteilsicht i (Ri)
Bauteilschicht dem Wärmestrom entgegensetzt, in (m²K)/W
Wärmeübergangswiderstände der Luft an der äußeren
Bauteilschicht (Rse) sowie an der inneren Bauteilschicht Rsi,
stellt den Widerstand dar den die Luftschichten dem
Wärmeübergangswiderstand Wärmestrom entgegensetzen in (m²K)/W
Wärmestrom in Watt bei einer Temperaturdifferenz von
1 Kelvin durch eine 1 m dicke Materialschicht über eine
Wärmeleitfähigkeit λ
Fläche von 1 m² im Zeitraum von einer Stunde; in W/(mK).
Vom Bundestag im Jahr 1976 erlassen und anschließend
zweimal novelliert worden. Jeweils 1977, 1984 und 1995 in
Kraft getreten. Hatte zum Ziel, durch bauliche Maßnahmen
Wärmeschutzverordnung
den Energiebedarf im Gebäudebereich zu reduzieren.
Generell kleiner als die Gebäudenutzfläche. Abzüglich quasi
beheizter Flure, Treppenhäuser etc. Umfasst nur die
Wohnfläche
tatsächlich in der Wohnung genutzten Flächen.
2. Einleitung
Noch immer basiert das Energiesystem unserer Gesellschaft überwiegend auf der
Umwandlung fossiler Primärenergieträger. Diese sind zur Deckung von etwa 80 Prozent des
globalen Energiebedarfs verantwortlich
(Schabbach, et al., 2012)
. Damit verbunden sind eine
kontinuierliche Emission des Treibhausgases Kohlendioxid und eine fortwährende
Veränderung der atmosphärischen Zusammensetzung. Hierdurch wird die Strahlungsbilanz
der Erde nachhaltig beeinflusst. Dies hat wiederum eine stetige Zunahme der mittleren
globalen Oberflächentemperatur zur Folge. Diese Entwicklung ist bereits seit Einsetzen des
Industriezeitalters zu beobachten. Sie wird sich höchstwahrscheinlich auch in Zukunft weiter
fortsetzen. So ist bis zum Jahr 2100 mit einem Temperaturanstieg zu rechnen, der im
Verhältnis zum vorindustriellen Zustand zwischen deutlich unter 2 °C und etwa 4,8 °C liegen
könnte (DKRZ, 2014). Ein Verfehlen des international angestrebten Ziels, die weltweite Erhöhung
der Temperatur gegenüber vorindustriellen Zeiten auf weniger als 2 °C zu begrenzen, scheint
vor diesem Hintergrund nicht ausgeschlossen. Die einzige Möglichkeit, um dieses Vorhaben
noch zu realisieren, stellt eine kurzfristige Umkehr der globalen Kohlendioxidemissionskurve,
eine mittelfristige jährliche Abnahme der Emissionen um drei Prozent und ein langfristiger
Eintritt in einen Zustand negativer Netto-CO2-Emissionen dar (GCPa, 2012). Das Potential hierfür
birgt nur noch eine wirksame Klimaschutzpolitik in großem Maßstab (WBGU, 2009).
Auch in Deutschland sind aktuell etwa 80 Prozent aller Treibhausgasemissionen auf den
Energieverbrauch zurückzuführen. Um diese zu vermindern und somit einen Beitrag zum
Klimaschutz zu leisten, wurde von der deutschen Bundesregierung im September 2010 ein
Energiekonzept für die kommenden Jahrzehnte beschlossen. Mit diesem werden ein Wandel
im
deutschen Energiesystem
und eine künftig sowohl
wirtschaftliche
als
auch
umweltverträgliche Energieversorgung angestrebt. Hierdurch soll Deutschland langfristig zu
einer der energieeffizientesten und umweltschonendsten Volkswirtschaften der Welt werden.
Großes Potential zur Einsparung von Energie und zur Steigerung der Umweltverträglichkeit
sieht die Bundesregierung diesbezüglich im Einsatz von Energieeffizienzmaßnahmen im
Gebäudebereich. Diese sollten künftig im Idealfall mit dem Einsatz erneuerbarer Energien für
die Wärmeversorgung kombiniert werden. Die Relevanz des Gebäudesektors begründet sich
damit, dass dieser für einen Großteil des Endenergieverbrauchs in Deutschland verantwortlich
ist (BMWi/BMU, 2010).
Deutlich
wird
dieser
Sachverhalt
bei
Betrachtung
des
nach
Sektoren
und
Anwendungsbereichen gegliederten Endenergieverbrauchs.
10
So wurden im Jahre 2012 in Deutschland insgesamt etwa 8.998 Petajoule Endenergie
verbraucht. Die Industrie und der Verkehrssektor hatten hieran mit jeweils etwa 29 % die
größten Anteile, gefolgt von dem Endenergieverbrauch in privaten Haushalten mit 27 % und
der Nutzung im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistungen mit ungefähr 16 %. Betrachtet
man jedoch unabhängig von den Sektoren die Wohn- und Nichtwohngebäude, liegt der Anteil
der hier verbrauchten Endenergie annähernd bei 40 Prozent. Im Hinblick auf die
Gebäudeenergie, also die Energiemenge, die zur Bereitstellung von Warmwasser und
Raumwärme sowie zur Beleuchtung genutzt wird, ist der Verbrauch in Wohngebäuden mit
65 % fast doppelt so hoch wie in Nichtwohngebäuden. Die Raumwärme hat in
Wohngebäuden einen Anteil von 85 % gefolgt von Warmwasser mit 13 % und Beleuchtung
mit 2 % (AGEB, 2013) (Bigalke, et al., 2012).
Es wird deutlich, dass ein großes Potential zur Einsparung von Energie und Kohlenstoffdioxid
im Gebäudebereich und insbesondere bei Wohngebäuden vorliegt. Dieses kann vor allem
durch die Minderung des Bedarfs an Raumwärme genutzt werden. Hierfür bestehen
mindestens zwei Möglichkeiten. So können einerseits alte Bestandsgebäude, die sich in
energetisch schlechtem Zustand befinden, abgerissen und durch Neubauten mit hohen
Energiestandards ersetzt werden. Andererseits kann eine energetische Sanierung alter
Bestandgebäude vorgenommen werden. Diesbezüglich ist jedoch anzumerken, dass die
Neubauraten die Abrissraten in Deutschland insgesamt übersteigen. Zudem liegen beide Raten
bei unter einem Prozent
(Bigalke, et al., 2012)
. Im Verhältnis dazu beträgt der Bestand in
Deutschland rund 18,2 Millionen Wohngebäude. Von diesen wurden zudem etwa 64 Prozent
vor der ersten Wärmeschutzverordnung erbaut
(Diefenbach,
2013).
Weiterhin sind im
überwiegenden Teil dieser Gebäude energetische Sanierungsmaßnahmen bisher noch gar
nicht oder nur in geringem Maße durchgeführt worden (BMWi/BMU, 2010). Es lässt sich ableiten,
dass im Vergleich beider Optionen das wesentlich größere Potential zur Einsparung von
Energie und zum Schutz des Klimas in der energetischen Sanierung des Altbaubestands liegt.
Das Ziel der Bundesregierung ist es in diesem Zusammenhang, den Raumwärmebedarf in
einem Ausmaß zu senken, dass bis 2050 ein nahezu klimaneutraler Gebäudebestand erreicht
wird. Anforderungen werden diesbezüglich sowohl an Neubauten als auch an Sanierungen im
Bestand gestellt
(BMWi/BMU, 2010)
. Maßnahmen zur Minimierung des Energieverbrauchs durch
Raumwärme beziehen sich dabei insbesondere auf die Umsetzung eines bestmöglichen
baulichen Wärmeschutzes der Gebäudehülle. Die bisherigen Instrumente, anhand derer diese
Anforderungen und die Ziele der Bundesregierung verwirklicht werden sollen, sind das
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz
(BMWi/BMU, 2010)
(EEWärmeG)
und
die
Energieeinsparverordnung
.
11
Der globale Klimawandel kann effektiv jedoch nicht alleine durch Bemühungen in
Deutschland vermindert werden. Und auch wenn das 2 °C-Ziel durch einen global wirksamen
Klimaschutz realisiert wird, sind sich Klimaforscher einig, dass künftig mit nicht mehr
abwendbaren Folgen für Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft zu rechnen ist (WBGU, 2009). An
diese gilt es sich anzupassen. Neben globalen Auswirkungen kann auch in einzelnen Ländern
und regional unterschiedlich mit spürbaren Veränderungen gerechnet werden. In Deutschland
sind diesbezüglich neben im Allgemeinen ansteigenden Jahresmitteltemperaturen auch eine
Häufung von Extremereignissen wie Hitze- und Kältewellen sowie Starkniederschlägen und
Überschwemmungen denkbar. Es ist davon auszugehen, dass sich diese künftigen
Klimafolgen auch verstärkt auf den Bereich öffentlicher und privater Gebäude auswirken
werden (DAS, 2008). Angesichts dieser Tatsache könnte die Gebäudehülle zunehmend vor neue
Herausforderungen gestellt werden. Damit Gebäude auch in Zukunft ihre schützende
Funktion aufrechterhalten und Gefahren sowohl von sich selbst als auch von den
Gebäudenutzern abwenden können, müssen bevorstehende Klimaänderung künftig sowohl
bei der Erstellung von Gebäudenormen als auch bei der Planung und Durchführung baulicher
Maßnahmen mitberücksichtigt werden (DAS, 2008).
Vor dem beschriebenen Hintergrund wird deutlich, dass ein sinnvoller Umgang mit dem
Klimawandel sowohl einer Minderung von Treibausgasemissionen als auch einer Anpassung
an die unvermeidbaren Folgen des Klimawandels bedarf. Auch im Bereich Bauen und
Wohnen besteht eine Relevanz im Hinblick auf beide Ziele. Zudem bietet sich hier eine Reihe
von Optionen, um jeweils dem einen oder dem anderen Aspekt gerecht zu werden.
Maßnahmen sollten jedoch nicht gesondert entweder dem Klimaschutz oder der
Klimaanpassung Rechnung tragen. Vielmehr ist es wichtig die Frage zu stellen, welche
Möglichkeiten bestehen, um die Anforderungen zu erfüllen, die gleichzeitig zur Realisierung
beider Ziele beitragen.
12
3. Grundlagen
3.1. Das Element Kohlenstoff und seine Kompartimente
Kohlenstoff gehört zusammen mit Silicium, Germanium, Zinn und Blei zur vierten
Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente (Hollemann, et al., 2007). Der insgesamt auf der Erde
verfügbare Kohlenstoff ist auf die vier Sphären Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und
Lithosphäre verteilt
(Kappas,
2009).
Diese unterschiedlichen Bereiche können auch als
Kohlenstoffkompartimente oder Reservoire bezeichnet werden.
In der Natur kommt Kohlenstoff elementar in Gestalt von Diamant und Graphit vor. Daneben
tritt es in chemisch gebundener Form als Komponente einer Vielzahl organischer und
anorganischer Verbindungen in Erscheinung. Von Kompartiment zu Kompartiment
unterscheidet sich dabei, in welcher Art von Verbindung das Element gespeichert wird
(Hollemann, et al., 2007) (Munk, 2008)
99,9 % des insgesamt auf der Erde zur Verfügung stehenden Kohlenstoffs sind in der
Lithosphäre gespeichert. Vertreten ist es dort größtenteils in Form von Carbonaten und
beispielsweise Bestandteil des Calciumcarbonats Calcit, des Magenesiumcarbonats Magnesit
oder des Calciummagnesiumcarbonats Dolomit. Fossile polymere organische Materialien
stellen die zweithäufigste Form des Kohlenstoffs in der Lithosphäre dar. Sie werden als
Kerogene bezeichnet und sind beispielsweise als Komponente in Ölschiefern enthalten.
Zudem ist Kohlenstoff in Gestalt von Gashydraten vorzufinden. Weitere wichtige
Speicherformen sind die polymeren Gemische Kohle, Erdgas und Erdöl. Diese Verbindungen
werden auch als fossile Energieträger bezeichnet und sind im erdgeschichtlichen Verlauf unter
Luftabschluss, bei hohen Temperaturen und unter dem Druck der über ihnen lagernden
Sedimentschichten entstanden. Sie gehen aus der abgestorbenen Biomasse terrestrischer und
aquatischer sowie pflanzlicher und tierischer Organismen hervor. Da die Bildung der
Biomasse auf den Prozess der Photosynthese zurückgeführt werden kann, stellen fossile
Energieträger letztendlich gespeicherte Strahlungsenergie der Sonne dar
(Hollemann, et al., 2007)
(Kappas, 2009) (Malberg, 2007) (Schabbach, et al., 2012) (Munk, 2008)
.
In der Atmosphäre kommt Kohlenstoff hauptsächlich als Kohlenstoffdioxid vor. Die
Konzentration dieser Verbindung betrug 2012 im Jahresmittel 393 ppm
(GCPb, 2013)
. Dies
entspricht bei einem Umrechnungsfaktor von 2,12 einem Wert von etwa 833 Gt Kohlenstoff.
Wesentlich größer ist der Vorrat in den Ozeanen der Erde mit ungefähr 38000 Gigatonnen.
Hier ist Kohlenstoff im Wesentlichen in drei unterschiedlichen Formen aufzufinden. Eine
hiervon ist gelöster anorganischer Kohlenstoff in Gestalt von Kohlendioxid, Kohlensäure,
13
Carbonat-Ionen sowie Bicarbonat-Ionen. Zudem liegt es als gelöster organischer Kohlenstoff
und als Bestandteil der aquatischen Organismen vor
(Kappas, 2009) (Paeger, 2006-2013)
. Von großer
Bedeutung ist das Element Kohlenstoff mit seinen Verbindungen zudem in der terrestrischen
Biosphäre. Diese stellt den mit Leben erfüllten Raum auf der festen Erde dar. Seine
Hauptbestandteile sind Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen in ihren systemischen
Verflechtungen sowie die Bodenbestandteile des jeweiligen Standorts. Kohlenstoff wird hier
vor allem als Cellulose und Hemicellulose gespeichert. Aus dieser sind zusammen mit Lignin
die holzigen Bestandteile der Pflanzen aufgebaut. Zudem als Stärke, einem wichtigen
Speicherstoff für Pflanzen und Tiere. Weiterhin als Kohlenhydrate, Fette und Proteine, die
unter anderem Nährstoffe für den Menschen darstellen. Zudem ist Kohlenstoff als
Komponente biologischer Makromoleküle wie beispielsweise Nukleinsäuren ein wesentliches
Element aller Organismen. Auch Carbonate bilden in der Biosphäre eine Speicherform des
Kohlenstoffs. Zudem ist es in Böden mit Humus und Torfauflagen zu finden (Jaussi, 2005) (Kappas,
2009) (Hollemann, et al., 2007)
3.2. Der globale Kohlenstoffkreislauf
Zwischen den unter Abschnitt 3.1. beschriebenen Kohlenstoffkompartimenten finden
kontinuierlich natürliche Austauschvorgänge statt, die ihre Ursache sowohl in geochemischen
Prozessen als auch in biologischen Mechanismen haben. Das System der chemischen
Umwandlungen und des Austauschs der kohlenstoffhaltigen Verbindungen im Erdsystem
wird unter der Bezeichnung „globaler Kohlenstoffkreislauf“ zusammengefasst.
(Kappas, 2009)
(Munk, 2008)
. Dieser Zyklus wird in der Abbildung 1 für den Zeitraum von 2000 bis 2009
dargestellt
14
Abbildung 1: Globaler Kohlenstoffkreislauf für die Jahre 2000 bis 2009 (IPCC, 2013)
Erkennbar sind die zuvor beschriebenen Kompartimente, mit Ausnahme einer detaillierten
Darstellung
der
Lithosphäre.
Angegeben
sind
die
jeweiligen
Größen
ihrer
Kohlenstoffvorkommen in Gt sowie die zwischen den Kompartimenten bestehenden Flüsse
und Umsetzungsraten von Kohlenstoff in Gigatonnen pro Jahr. In der Abbildung 1 stehen die
schwarzen Pfeile und Zahlen für die Austauschvorgänge des ungestörten, natürlichen
Kohlenstoffkreislaufs, wie sie schätzungsweise auf die Zeit vor Beginn des Industriezeitalters
im Jahr 1750 beziffert werden können. Die roten Pfeile und Zahlen repräsentieren hingegen
die über die Jahre 2000 bis 2009 gemittelten jährlichen Kohlenstoffflüsse, die durch
menschliche Aktivitäten verursacht werden und eine zusätzliche Last an Kohlenstoff
darstellen. (IPCC, 2007) (IPCC, 2013).
Der natürliche Kohlenstoffkreislauf
Die natürlichen Austauschprozesse zwischen den verschiedenen Kompartimenten innerhalb
des Kohlenstoffkreislaufes können qualitativ folgendermaßen beschrieben werden.
Zwischen der Atmosphäre und der terrestrischen Biosphäre findet der Austausch vor allem
über zwei entgegengesetzte Prozesse statt. Auf der einen Seite steht der Aufbau von
15
organischer Materie durch die Photosynthese. So wird durch die Stoffwechselaktivität
Photosynthese betreibender Organismen Kohlendioxid zunächst unter Beteiligung von
Wasser und Strahlungsenergie aus der Atmosphäre aufgenommen und daraufhin in Form
organischen Kohlenstoffs in Biomasse umgewandelt. Im Anschluss erfolgt die weitere
Differenzierung im sekundären Pflanzenstoffwechsel und der daran anschließenden
Nahrungskette durch Herbivore, Carnivore und Übercarnivore. Auf der anderen Seite steht
der Abbau organischer Materie durch die heterotrophe Atmung von Kleinlebewesen, Pilzen
und Mikroorganismen. Hierdurch wird Kohlenstoff letztendlich wieder in die Atmosphäre
zurückgeführt. Es kann jedoch auch geschehen, dass Kohlenstoff, das in organischem
Material enthalten ist, auf Dauer gebunden wird. Dies gilt für den Fall, dass ein Abbau der
Biomasse infolge von Sauerstoffmangel nicht möglich ist. Auch Brände können einen
Mechanismus darstellen, über den Kohlenstoff von der terrestrischen Biosphäre in die
Atmosphäre überführt wird. Durch Nachwachsen der Vegetation besteht jedoch die
Möglichkeit, dass es zu einer erneuten Aufnahme des auf diese Weise emittierten
Kohlenstoffdioxids durch die terrestrische Biomasse kommt (IPCC, 2007) (Paeger, 2006-2013) (Munk, 2008).
Zwischen der Atmosphäre und den Ozeanen findet der Austausch von Kohlenstoff an den
Oberflächenschichten der Ozeane statt. Sobald Kohlendioxid in den Ozean eintritt, reagiert es
dort mit Wasser zu physikalisch gelöstem Kohlendioxid, dass sofort über die Bildung von
Kohlensäure in ein Bicarbonat- und Hydronium-Ion weiterreagiert und abhängig vom
pH-Wert weiter zum Carbonat-Ion reagiert. Zudem ist Phytoplankton dazu in der Lage,
Kohlenstoffdioxid durch Photosynthese aufzunehmen und es somit in Biomasse
umzuwandeln. Stirbt Phytoplankton ab, können die toten Organismen zunächst zum gelösten
organischen Kohlenstoff in der Oberflächenschicht beitragen und dann durch Absinken in die
Tiefe als biologische Kohlenstoffpumpe wirken. Hierdurch wird ein Teil des gebundenen
Kohlenstoffs in tiefere Ozeanschichten transportiert. Sinkt organisches Material auf diese
Weise bis in das Sediment der Ozeane ab, kann es langfristig zu einer Umwandlung in
Sedimentgestein kommen (IPCC, 2007) (Paeger, 2006-2013)
Der Austausch von Kohlenstoff zwischen der Atmosphäre und der Lithosphäre kann über die
Silikatverwitterung geschehen. Hierbei wird Kohlenstoffdioxid unter Einwirkung von
Regenwasser langfristig gebunden. Vereinfacht kann dieser Prozess folgendermaßen
wiedergegeben werden: CaSiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2 (Paeger, 2006-2013).
16
Der anthropogene Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf
Über den natürlichen Kreislauf hinaus wird der Atmosphäre und letztendlich auch den
anderen Sphären durch anthropogene Aktivitäten zusätzlich Kohlenstoff zugeführt. Hierdurch
kommt es zu einer Zunahme der atmosphärischen Kohlenstoffkonzentration und einer
Beeinflussung der bereits seit langer Zeit bestehenden Gleichgewichtsflüsse. Als Ursachen
hierfür können drei unterschiedliche Prozesse genannt werden.
An erster Stelle steht die Verbrennung fossiler Energieträger. Hierdurch werden jährlich etwa
10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff beziehungsweise etwa 36,7 Milliarden Tonnen
Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Darin enthalten ist mit einem Anteil von etwa 5 % die
Zementherstellung. Mit ungefähr 10 % beziehungsweise einer Milliarde Tonnen Kohlenstoff
tragen Landnutzungsänderungen zusätzlich zur Emission von Kohlenstoffdioxid bei (GCPb, 2013).
Zu den Landnutzungsänderungen zählen hauptsächlich die Prozesse der Entwaldung und der
anschließenden Umwandlung ehemaliger Waldflächen zum Zwecke landwirtschaftlicher
Nutzung
(IPCC, 2007)
. Das Problem bei der Freiwerdung des Kohlenstoffs, der in fossilen
Energieträgern und in pflanzlicher Biomasse der Wälder gespeichert ist, kann folgendermaßen
verdeutlicht werden. Durch die Entwaldung wird der Atmosphäre kurzfristig Kohlenstoff
zugeführt, welcher dort zuvor für Jahrzehnte oder Jahrhunderte gespeichert und dem
Kohlenstoffkreislauf entzogen war. Landwirtschaftliche Nutzpflanzen, die auf ehemaligen
Waldflächen angebaut werden, sind außerdem nicht dazu in der Lage, den Kohlenstoff in
gleichem Umfang zu speichern, wie es zuvor ein Wald in Form von Holz imstande war.
Gleiches gilt für den Kohlenstoff, der in fossilen Energieträgern gespeichert ist. Die Teile der
Lithosphäre, in der die fossilen Energieträger lagern, gehören dem langfristigen
Kohlenstoffkreislauf
an.
Der
hier
gespeicherte
Kohlenstoff
weist
normalerweise
Verweilzeiten auf, die von Tausenden bis zu Milliarden Jahren reichen können. Über die
Verbrennung der fossilen Energieträger wird somit Kohlenstoff, der zuvor über lange
Zeiträume geologisch gespeichert war, der Atmosphäre verhältnismäßig kurzfristig wieder
zugeführt
(IPCC, 2007) (Paeger, 2006-2013)
. Der anthropogene Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf
macht sich verstärkt seit Beginn der Industrialisierung bemerkbar. Waren menschliche
Aktivitäten im Vergleich zur natürlichen Variabilität des Kohlenstoffkreislaufs zunächst nicht
von Bedeutung, ist ab dem Jahr 1750 eine starke Zunahme der Kohlendioxidemissionen und
seiner atmosphärischen Konzentration zu verzeichnen
(IPCC, 2007)
. Die Auswirkungen dieser
Veränderungen auf die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und die Energiebilanz der Erde
werden in den folgenden Abschnitten thematisiert.
17
3.3. Die Zusammensetzung der Atmosphäre
Die Erdatmosphäre setzt sich aus unterschiedlichen Gasen zusammen. Ihre Volumenanteile in
trockener Luft sind konstant und können wie folgt beziffert werden.
Den weitaus größten Anteil nimmt Stickstoff mit 78,08 Vol.-% ein. Es folgt Sauerstoff, der
einen Wert von 20,95 Vol.-% aufweist. An dritter Stelle steht das Edelgas Argon mit einem
deutlich geringeren Anteil von 0,93 Vol.-%. Für Kohlenstoffdioxid, das bereits an vierter
Stelle steht, lag die Konzentration im Jahr 2012 im Mittel bei 0,0393 Vol.-%, dies entspricht
393 ppm. Die Abkürzung ppm steht für „parts per million“ und gibt das Verhältnis der
Kohlendioxidmoleküle zu der gesamten Anzahl an Molekülen trockener Luft an. Der Wert
393 ppm bedeutet demnach, dass in einer Millionen Molekülen trockener Luft 393 Moleküle
Kohlenstoffdioxid enthalten sind. Die übrigen Anteile entfallen auf weitere Spurenstoffe wie
Methan, Wasserstoff, Distickstoffmonoxid, Ozon sowie viele andere Elemente und
Verbindungen (IPCC, 2007) (Malberg, 2007) (GCPb, 2013) (Bliefert, 1994).
Die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration war im erdgeschichtlichen Verlauf jedoch
nicht konstant. Vor allem im Zeitraum der zurückliegenden 260 Jahre unterlag sie einigen
gravierenden Veränderungen. Zur Veranschaulichung werden in Abbildung 3 die mittlere
monatliche Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre und ihre Entwicklung
im zeitlichen Verlauf dargestellt. Angegeben werden die Werte in parts per million für den
Zeitraum von März 1958 bis heute. Grundlage für die Daten sind Messungen an der sich bei
etwa 19,5° nördlicher Breite befindlichen Station Mauna Loa in Hawaii
(ESRL)
beachten,
atmosphärischen
dass
die
dargestellten
Werte
die
Verhältnisse
der
. Es ist zu
Kohlenstoffdioxidkonzentration auf der nördlichen Hemisphäre widerspiegeln. Grund hierfür
ist aber nicht nur, dass sich die Station auf der Nordhalbkugel befindet. Ein zusätzlicher
Einflussfaktor ist, dass es rund ein Jahr dauert, bis es durch Luftströmung zur gleichmäßigen
Verteilung emittierten Kohlenstoffdioxids zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre
kommt. Kohlendioxid, das auf der Südhemisphäre abgegeben oder aufgenommen wird, hat
daher auf die jahreszeitlichen Messungen an der Station Mauna Loa keinen Einfluss.
Innerhalb der Nordhemisphäre kommt es hingegen bereits innerhalb von Wochen zu einer
Gleichverteilung, weshalb die dort vorherrschenden Konzentrationen durch die Messungen in
Mauna Loa gut abgebildet werden
(Klöpffer, 2012)
. Abbildung 2 stellt die vorangehend
beschriebenen Verhältnisse dar.
18
Abbildung 2: charakteristische Zeitskalen des globalen horizontalen Transports in der
Troposphäre (Bentzen, et al., 2010)
Die Aufzeichnungen an der Station Mauna Loa wurden durch C. David Keeling im Jahre
1958 begonnen. Heute stellen sie die längste Dokumentation direkter Messungen von CO2 in
der Atmosphäre dar. In der Abbildung 3 werden durch die rote Linie die monatlichen
Mittelwerte der Kohlendioxidkonzentration dargestellt. Die schwarze Linie beschreibt
dieselben Werte, nachdem sie um jahreszeitliche Einflüsse bereinigt wurden (Tans, et al., 2014)
Abbildung 3: Mittlere monatliche Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre
nach C.D. Keeling, gemessen an der Station Mauna Loa, Hawaii (Tans, et al., 2014)
Erkennbar ist, dass die Konzentration des atmosphärischen Kohlenstoffdioxids von Beginn
der Messungen bis heute insgesamt deutlich zugenommen hat. Betrachtet man die rote Linie,
sind jedoch auch jährliche Maxima und Minima zu erkennen. Sie kommen aufgrund der
jahreszeitlichen Einflüsse auf der Nordhalbkugel zustande und sind eine Folge der unter
Abschnitt 1.2. erläuterten gegenläufigen Prozesse der Photosynthese und der Atmung. So
19
dominiert im Frühling und im Sommer, während der Vegetationsperiode, der Prozess der
Photosynthese. Da Landpflanzen hierbei verstärkt Kohlenstoffdioxid in Biomasse binden,
sinkt sein Anteil in der Atmosphäre im Verlauf dieser Jahreszeiten kontinuierlich ab. Am
Ende der Wachstumsperiode resultiert hieraus schließlich ein jährlicher Minimalwert in der
atmosphärischen
CO2-Konzentration.
Umgekehrt
überwiegt
in
den
Herbst-
und
Wintermonaten der Prozess der Respiration. Aufgrund des Abbaus von Biomasse wird in
dieser Zeit Kohlenstoffdioxid wieder an die Atmosphäre abgegeben, weshalb auf der
Nordhalbkugel
am
Ende
des
Winterhalbjahres
ein
jährlicher
atmosphärischen Kohlenstoffkonzentration gemessen werden kann
(Tans, et al., 2014)
Maximalwert
der
(Kohlmaier, et al., 1989) (CDIAC)
.
Die Werte der mittleren atmosphärischen Kohlenstoffdioxidkonzentration können zu Beginn
im März 1958 mit 315,71 ppm und im Januar 2014 schließlich mit 397,8 ppm angegeben
werden. Die Zunahme lag in den zurückliegenden 56 Jahren somit bei knapp 82 ppm
beziehungsweise etwa 1,5 ppm pro Jahr. Um diesen Wert besser einordnen zu können hilft es,
in der zeitlichen Betrachtung etwas weiter zurück zu gehen. So lag die Konzentration
atmosphärischen Kohlenstoffdioxids vor dem Jahre 1750 für einen Zeitraum von zehntausend
Jahre bei ungefähr 277 ppm. Über den Zeitraum der nachfolgenden einhundert Jahre stieg sie
um 13 ppm auf 290 parts per million an. Dies entspricht einer jährlichen Zunahme von
lediglich 0,13 ppm. Im direkten Vergleich überschreiten also sowohl die heute messbaren
Werte der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration als auch die Geschwindigkeit, mit der
diese zunimmt, die historischen Werte deutlich (Tans, et al., 2014) (IPCC, 2007) (Paeger, 2006-2013) (GCPb, 2013).
Im nachstehenden Abschnitt sollen die natürlichen Effekte des Kohlenstoffdioxids in der
Atmosphäre und seine Auswirkungen auf das globale Klima erläutert werden. Im Anschluss
daran folgt eine Betrachtung dessen, welche Konsequenzen in diesem Zusammenhang von
zusätzlichen anthropogenen Kohlendioxidemissionen ausgehen.
3.4. Die Strahlungsbilanz der Erde
Kohlenstoffdioxid ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, dessen Molekül aus einem
Kohlenstoff- sowie zwei Sauerstoffatomen zusammengesetzt und linear aufgebaut ist (Latscha, et
al., 2011)
. In der Atmosphäre und für das globale Klima spielt Kohlendioxid eine wichtige
Rolle, weil es zusammen mit anderen atmosphärischen Spurengasen wie Wasserdampf,
bodennahem
Ozon,
Distickstoffmonoxid
und
Methan
direkten
Einfluss
auf
die
Strahlungsbilanz der Erde nimmt. Da diese Stoffe hierdurch den natürlichen Treibhauseffekt
verantworten, werden sie zusammenfassend auch als Treibhaushase bezeichnet. Mit einem
20
Anteil von etwa 62 Prozent ist Wasserdampf das wichtigste aller am natürlichen
Treibhauseffekt beteiligten Spurengase. An zweiter Stelle steht Kohlenstoffdioxid, das für
etwa 22 Prozent verantwortlich ist. Sieben Prozent entfallen auf bodennahes Ozon sowie
jeweils weitere vier Prozent auf Distickstoffmonoxid und Methan
(Malberg, 2007)
. Was der
natürliche Treibhauseffekt ist, welche Rolle Kohlendioxid hierbei spielt sowie die
Auswirkungen anthropogener Kohlenstoffdioxidemissionen auf diesen Effekt werden im
Folgenden Abschnitt unter Zuhilfenahme der Abbildung 4 erläutert.
Der Erde wird über die Sonne kontinuierlich Energie in Form eingehender Solarstrahlung
zugeführt. Die Energiemenge, die infolgedessen zunächst den Außenrand der Atmosphäre
erreicht, wird als Solarkonstante bezeichnet. Sie beträgt am Tag ungefähr 1360 Watt pro
Sekunde und pro Quadratmeter der Erdoberfläche, die der Sonne zugewandt ist. Die über die
gesamte Erde gemittelte eingehende Energiemenge pro Sekunde liegt hingegen bei einem
Wert von etwa 340 Watt/m². Ursache hierfür ist, dass die Erde eine Gesamtoberfläche
aufweist, die durch 4 ∙ Pi ∙ R² beschrieben wird, wobei R für den Radius der Erde steht. Die
Oberfläche des Teils der Erde, der durch die Sonne angestrahlt wird, weist im Vergleich dazu
einen Wert von
Pi ∙ R² auf
(Kohlmaier, 2012)
. Da dieser Teil im Verhältnis zur gesamten
Erdoberfläche somit nur ein Viertel ausmacht, muss auch der Wert der Solarkonstante durch
vier dividiert werden, um den Wert für die über die gesamte Erdoberfläche gemittelte
eingehende Energiemenge zu erhalten (Kappas, 2009) (IPCC, 2007) (IPCC, 2013).
Von den ankommenden 340 Watt/m² werden von der Atmosphäre 76 W/m² größtenteils durch
Wolken und Aerosole reflektiert. Helle Erdoberflächen, hauptsächlich in Gestalt von Schnee,
Eis und Wüsten werfen weitere 24 W/m² in den Weltraum zurück. Insgesamt werden somit
etwa 100 Watt/m² reflektiert. Übrig bleiben 240 Watt/m², von denen die Erdatmosphäre
wiederum 79 W/m² und die Erdoberfläche weitere 161 W/m² absorbiert (IPCC, 2007) (IPCC, 2013)
21
Abbildung 4: Strahlungsbilanz der Erde (IPCC, 2013)
Zum Ausgleich dieser ins System eingehenden Energie muss die Erde 240 W/m² in Form
langwelliger Wärmestrahlung zurück in den Weltraum emittieren. Wie man Abbildung 4
entnehmen kann, ist dies mit einem Wert von 239 W/m² auch nahezu der Fall. Um dies zu
leisten, müsste die Oberfläche der Erde normalerweise eine Temperatur von minus 19 °C
aufweisen. Dass dies nicht der Fall ist, begründet sich durch die Zusammensetzung der
Atmosphäre und durch die Wege, über welche die Abgabe der langwelligen Wärmestrahlung
von der Erdoberfläche in den Weltraum erfolgt. So kann ein geringer Anteil direkt durch das
atmosphärische Fenster in den Weltraum entweichen. Für den größten Teil der
Wärmestrahlung ist das hingegen nicht möglich. Diese wird, nachdem sie von der
Erdoberfläche abgegeben wurde, durch Wolken und Treibhausgase in der Atmosphäre
absorbiert und anschließend erneut in sämtliche Richtungen abgestrahlt. Dies bedeutet, dass
die Wärmestrahlung sowohl zu einem Teil in den Weltraum als auch teilweise in Form
atmosphärischer Gegenstrahlung zurück in Richtung Erdoberfläche ausgesendet wird.
Insgesamt ist die Menge an Wärmestrahlung, die in den Weltraum emittiert wird, aus diesem
Grund geringer als sie es in Abwesenheit von Wolken und Treibhausgasen gewesen wäre.
Dieser Vorgang, der auch als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet wird, ist für das globale
Klima von elementarer Bedeutung, da er zur Reduktion der effektiven terrestrischen
Ausstrahlung führt. Folge hieraus ist, dass sich die Oberflächentemperatur der Erde von
minus 19 °C auf im Mittel plus 15 °C erhöht (Malberg, 2007) (BMBF, 2003) (IPCC, 2007) (IPCC, 2013).
22
3.5. Anthropogener Treibhauseffekt und Klimawandel
Seit Beginn des Industriezeitalters steigen die anthropogenen Einträge klimarelevanter
Spurengase in die Atmosphäre. Durch die sich hieraus ergebende Veränderung ihrer
chemischen
Zusammensetzung
kommt
es
zu
einer
Verstärkung
des
natürlichen
Treibhauseffekts. Grund hierfür ist, dass sich aufgrund der erhöhten atmosphärischen
Treibhausgaskonzentration der Anteil der langwelligen Wärmestrahlung, die von der Erde in
den Weltraum emittiert wird, zunehmend verringert. Den Größten Einfluss auf diese
Ausweitung des natürlichen Treibhauseffekts hat dabei die hohe Konzentration von
Kohlenstoffdioxid. Die Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts zieht eine Zunahme der
durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur nach sich, die als anthropogener
Treibhaueffekt bezeichnet wird (BMBF, 2003) (IPCC, 2007) (IPCC, 2013).
Insbesondere in den zurückliegenden Jahrzehnten hat der anthropogene Treibhauseffekt zu
einem deutlich beobachtbaren Wandel des weltweiten Klimas geführt
(Kropp, et al., 2009)
. Aus
Daten der vergangenen Jahre wird ein Anstieg der globalen Jahresmitteltemperatur seit
Beginn des 20. Jahrhunderts um etwa 0,7 °C erkennbar. Als Folgen dieser
Temperaturerhöhung können der weltweite Rückgang der Schneebedeckung und der
Gebirgsgletscher genannt werden. Zudem hat der beschriebene Temperaturanstieg durch
Ausdehnung des Wassers der Ozeane sowie durch das Schmelzen von Gletschern, Eiskappen
und Eisschilden auf dem Festland im Verlauf des 20. Jahrhunderts zu einem Anstieg des
Meeresspiegels geführt. Dieser betrug im globalen Mittel bisher ungefähr 17 Zentimeter und
könnte auch künftig noch weiter voranschreiten
(DAS, 2008)
. In welchem Ausmaß sich die
globale Mitteltemperatur in Zukunft verändern könnte, lässt sich aus den neuen
RCP-Szenarien des fünften Sachstandsberichts des IPCC ableiten. Eine Untersuchung hierzu
wurde durch das Deutsche Klimarechenzentrum unter Berücksichtigung der Szenarien RCP
2.6, RCP 4,5 und RCP 8.5 durchgeführt. Demnach könnte bis zum Jahr 2100 im Vergleich
zum vorindustriellen Zustand ein Anstieg der mittleren globalen Temperatur zwischen
deutlich unter 2 °C und etwa 4,8
erfolgen
(DKRZ, 2014)
.
Gleichzeitig ist infolge des
Klimawandels auch einer Veränderung in der Niederschlagsverteilung möglich. Zudem kann
auch erwartet werden, dass in Zukunft vermehrt Extremwetterereignisse wie Hitzewellen oder
Starkniederschläge auftreten. Neben der globalen Veränderung kann auch speziell für
Deutschland ein Klimawandel beobachtet werden. So hat sich die mittlere Lufttemperatur im
Zeitraum von 1901 bis 2006 um etwa 0,9 °C erhöht. Zudem war es in den Jahren 2000 bis
2006 deutlich wärmer als im Durschnitt des vieljährigen Mittels der Jahre 1961 bis 1990.
Noch auf Basis der SRES-Emissionsszenarien des vierten Sachstandsberichts des IPCC aus
23
dem Jahre 2007 könnte es in Deutschland, je nach Entwicklung der anthropogenen
Treibhausgasemissionen, innerhalb der Jahre 2021 bis 2050 im Vergleich mit der Periode
1961 bis 1990 zu einem Anstieg der mittleren jährlichen Temperatur von 0,5 °C bis 1,5 °C
kommen. Für den Zeitraum 2071 bis 2100 könnte der Anstieg der durchschnittlichen
Jahrestemperatur in Relation zum langjährigen Mittel sogar zwischen 1,5 °C und 3,5 °C
betragen. Zudem hat das Gebietsmittel des jährlichen Niederschlags in Deutschland im
Vergleich zum Anfang des 20 Jahrhunderts um ungefähr neun Prozent zugenommen. Künftig
kann erwartet werden, dass die Niederschlagsmengen über den Zeitraum eines Jahres
betrachtet annähernd gleich bleiben. Im Hinblick auf die Jahreszeiten ist es jedoch denkbar,
dass die Niederschläge im Sommer bundesweit um bis zu 40 % abnehmen, wohingegen sie
im Winter umgekehrt um bis zu 40 % zunehmen könnten. Weiterhin ist denkbar, dass die
Stärke und Häufigkeit von Extremereignissen in Deutschland künftig zunehmen könnte. So ist
es beispielsweise vorstellbar, dass sich die Anzahl an Sommertagen mit Temperaturen über
25 °C bis zum Ende des Jahrhunderts verdoppelt, während sich die Anzahl der heißen Tage
mit Temperaturen über 30 °C sogar verdreifachen könnte. Zudem ist es möglich, dass sich die
Intensität von Starkniederschlägen erhöht. Im Hinblick auf Sturmtage kann für die Zukunft im
Vergleich zu heute noch kein Unterschied ausgemacht werden (DAS, 2008).
3.6. Ursachen steigender Kohlenstoffdioxidemissionen: Energieverbrauch und
Bevölkerungsentwicklung
Den wichtigsten Einfluss auf den vergangenen und künftig möglichen Klimawandel hat die
Verbrennung von Kohle, Erdgas und Erdöl. Grund hierfür ist, dass bei ihrer Verbrennung
neben Wärme auch Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird, welches sich infolgedessen in der
Atmosphäre anreichert. Ursache dafür, dass diese fossilen Stoffe fortwährend verbrannt
werden ist, dass sie als Energieträger über 80% des weltweiten Energiebedarfs decken (Kausch, et
al., 2011) (Schabbach, et al., 2012)
. Benötigt wird die aus ihnen erzeugte Energie beispielsweise im
Transportwesen, für die Herstellung von Zement sowie für die Heizung und die Kühlung von
Gebäuden. Einher geht der zunehmende Energiebedarf
mit einer wachsenden
Bevölkerungszahl. Dieser Zusammenhang kann schon parallel zum Anstieg der
Weltbevölkerung seit der Industrialisierung beobachtet werden. In den zurückliegenden 60
Jahren hat die Bevölkerung der Erde einen weiteren rasanten Zuwachs erfahren. So hat sich
die Anzahl an Menschen laut Daten der United Nations im Zeitraum von 1950 bis 2010 von
ungefähr 2,5 Milliarden auf etwa 7 Milliarden erhöht. Auch für die nächsten Jahrzehnte wird
ein kontinuierliches Wachstum der Weltbevölkerung prognostiziert. Für das Jahr 2100 könnte
ein Anstieg auf knapp 11 Milliarden („Medium variant“) beziehungsweise etwa 16,6
24
Milliarden Menschen („High variant“) erfolgen. Eine schwächere Entwicklung wird von den
UN hingegen speziell für Deutschland prognostiziert. Demnach könnte die deutsche
Bevölkerung von heute etwa 81 Millionen Menschen auf ungefähr 57 Millionen Menschen im
Jahr 2100 abnehmen („Medium variant“) oder auch leicht auf 89,5 Millionen Menschen
anwachsen („High Variant“) (UN, 2014). Mit dem global insgesamt prognostizierten Anstieg der
Bevölkerung kann auch in den nächsten Jahrzehnten ein kontinuierlich steigender Bedarf an
Energie angenommen werden. Aber nicht alleine die steigende Bevölkerung ist Grund hierfür.
Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist das weltweite Wirtschaftswachstum. Dieses war in
den zurückliegenden Jahren vor allem in den Schwellenländern China und Indien zu
verzeichnen. Es bedingen demnach sowohl die globale Bevölkerungsentwicklung als auch der
vermehrte Wohlstand einen zunehmenden Energiebedarf. Zudem kann bei steigenden
Bevölkerungszahlen auch eine wachsende Nachfrage nach Nahrung angenommen werden.
Um diese zukünftig zu decken, könnten weitere Landnutzungsänderungen erforderlich
werden. Einhergehend mit all diesen Faktoren sind ein Anstieg der atmosphärischen
Kohlenstoffdioxidkonzentrationen und eine weitere Verstärkung des anthropogenen
Treibhauseffekts, mit entsprechenden Auswirkungen auf die globale Oberflächentemperatur
und das Klima denkbar. (BMBF, 2003) (Malberg, 2007) (IPCC, 2007) (Kappas, 2009) (Kausch, et al., 2011).
Die Grundlagen der Energie ihre unterschiedlichen Formen und ihre Erzeugung, insbesondere
aus den fossilen Rohstoffen Kohle, Erdgas und Erdöl, sollen im nachfolgenden Abschnitt
erläutert werden. Zudem wird die mit erheblichen Verlusten verbundene Generierung der für
die menschliche Gesellschaft in erster Linie relevanten Nutzenergieformen Wärme und
mechanische Energie thematisiert. Im Anschluss erfolgt eine Betrachtung der Nutzung von
Energie in unterschiedlichen Sektoren und Anwendungsbereichen in Deutschland. Eine
gesonderte Betrachtung erfolgt zudem für den Bereich der Wohn- und Nichtwohngebäude.
3.7. Energie: Formen und Nutzung. Mit Referenz zum Bedürfnisfeld Bauen und
Wohnen
Die Bezeichnung „Energie“ charakterisiert die physikalische Größe, durch die gemeinhin die
Fähigkeit eines Systems beschrieben wird, Arbeit zu leisten. Energie kommt in
unterschiedlichen Formen vor. Diese können alle in der gleichen Grundeinheit Joule
angegeben werden. Veranschaulicht entspricht ein Joule einem Newtonmeter. Das ist genau
die Energie die benötigt wird, um auf der Erde eine Masse von etwa 0,102 Kilogramm um
einen Meter anzuheben. Zudem kommt ein Joule einer Wattsekunde gleich. Sie stellt somit
die Energie dar, die bei einer Leistung von einem Watt über einen Zeitraum von einer
Sekunde umgesetzt wird. Zu den unterschiedlichen Formen, in denen Energie in Erscheinung
25
treten
kann,
gehören
beispielsweise
mechanische
Energie,
elektrische
Energie,
Strahlungsenergie, Kernenergie, Wärmeenergie und chemische Energie. Energie ist nach dem
ersten Hauptsatz der Thermodynamik eine Erhaltungsgröße. In einem geschlossenen System
kann sie demnach ebenso wenig verloren gehen, wie es möglich ist, sie zu erzeugen. Denkbar
sind
jedoch
Umwandlungen
von
einer
Energieform
in
eine
andere.
Für
Umwandlungsprozesse gilt dabei, dass sie in einigen Fällen vollständig, teils aber auch nur
unter Verlusten vollzogen werden können. Unter dem Begriff „Verlust“ kann in diesem
Zusammenhang, laut erstem Hauptsatz der Thermodynamik, jedoch keine dauerhafte
Vernichtung von Energie verstanden werden. Was hiermit tatsächlich ausgedrückt werden
soll, kann anhand der Begriffe Exergie und der Anergie erläutert werden. Exergie und
Anergie sind die beiden Anteile, aus denen sich jede Form der Energie zusammensetzt.
Exergie ist der Energieanteil, der anhand eines geeigneten Wandlers in eine andere
Energieform umgewandelt werden kann. Anergie hingegen ist der Teil der Energie, die nicht
mehr umwandel- beziehungsweise nutzbar ist. Mit jedem Umwandlungsprozess schwindet
der Anteil der Exergie, die dabei in Anergie transformiert wird. Es kommt somit zwar bei
jeder Umwandlung fortwährend zu einer thermodynamischen Abwertung sämtlicher
Energieformen, letztendlich wird die Energie aber weder vernichtet, noch geht sie vollständig
verloren. Anders ausgedrückt, entsteht bei jeder Umwandlung von Energie in eine
gewünschte Form auch immer ein gewisser Anteil an Energie in einer unerwünschten Form,
die für den vorgesehenen Zweck nicht mehr nutzbar ist. Der Anteil der nutzbaren Energie
wird in jedem Umwandlungsschritt zunehmend geringer und tritt für den Anwender als
Verlust in Erscheinung. Verlorene Energie entspricht somit nicht mehr nutzbarer Energie
(Schabbach, et al., 2012) (Paschotta)
.
Für die menschliche Gesellschaft sind insbesondere zwei Energieformen von Bedeutung. Dies
ist zum einen mechanische Energie, die beispielsweise im Verkehrssektor und in der Industrie
zum Antrieb von Fahrzeugen und Maschinen benötigt wird. Zum anderen ist es die Wärme,
die als Raumwärme und Prozesswärme sowohl zur Beheizung von Wohn- und
Nichtwohngebäuden als auch zum Ablauf industrieller Prozesse bei hohen Temperaturen
erforderlich ist. Da diese Energieformen in der Natur jedoch nicht in ausreichender Menge
vorkommen, müssen sie aus verschiedenen Energieträgern gewonnen werden. In den
unterschiedlichen Energieträgern liegt die Energie in der Regel wiederum nicht in den für den
Menschen wichtigen Nutzenergieformen vor. Diese müssen daher erst anhand technischer
Prozesse durch Umwandlung generiert werden. Die Energienutzung in unserer Gesellschaft
basiert daher auf der ständigen Umwandlung der ursprünglichen, in den Primärenergieträgern
26
enthaltenen Energieformen in andere Formen der Energie, die für die gesellschaftliche
Nutzung besser geeignet sind. Mit den Umwandlungsprozessen gehen auch die bereits
beschriebenen „Energieverluste“ in großem Maßstab einher. Sehr hohe Verluste treten dabei
insbesondere in Kraftwerken auf (Lucas, 2009) (Schabbach, et al., 2012) (Paschotta).
Energieformen
Die ursprüngliche, technisch nicht aufbereitete Energie, wird als Primärenergie bezeichnet.
Sie ist in sogenannten Primärenergieträgern enthalten. Hierzu zählen beispielsweise die
fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle, die regenerativen Energieträger Wasserkraft,
Windenergie, solare Strahlungsenergie und Biomasse sowie die nuklearen Energieträger
Uran, Plutonium und Thorium. Die fossilen Energieträger bilden, wie bereits herausgestellt
wurde, die wesentliche Grundlage des menschlichen Energiesystems. In diesen Stoffen ist
Energie in Form chemischer Energie enthalten. Die Nutzung der fossilen, primären
Energieträger
beruht
grundsätzlich
immer
auf
demselben
Prinzip.
Durch
Verbrennungsprozesse wird ihre chemische Energie freigesetzt. Hierbei entstehen sowohl
Kohlendioxidemissionen als auch Wärme, die anschließend entweder direkt genutzt oder zur
Umwandlung in andere Energieformen herangezogen werden kann. Werden die fossilen,
primären Energieträger zur Nutzung ihrer Energie umgewandelt, kann dies auf zwei Wegen
geschehen. Eine Möglichkeit ist es, Primärenergieträger zunächst in Sekundärenergieträger zu
transformieren. Hierbei entstehen Verluste bei der Umwandlung und ihrer Verteilung. Aus
diesem Grund nimmt der Energiegehalt der Sekundärenergieträger im Vergleich zum
Energiegehalt der Primärenergieträger ab. Vorliegen können Sekundärenergieträger
beispielsweise als Heizöl, als Strom oder als Fernwärme. Im nächsten Schritt kann
Sekundärenergie in Endenergie umgewandelt werden, also in die Energieform, die dem
Nutzer zur Verfügung gestellt wird. Zudem ist bei entsprechenden Umwandlungs- und
Verteilungsverlusten auch eine direkte Umwandlung von Primärenergie in Endenergie
möglich. Vorkommen kann die Endenergie beispielsweise in Gestalt von Heizöl im Tank.
Aufgrund der an verschiedenen Stellen auftretenden Verluste, ist der Energiegehalt der
Endenergie im Vergleich mit dem Energiegehalt der Primär- und Sekundärenergieträger
wesentlich geringer. Um Endenergie für ihren vorgesehenen Anwendungsbereich nutzen zu
können, ist eine letzte Umwandlung zur Nutzenergie erforderlich. Hierbei kommt es erneut zu
Verlusten, die in einem Wohngebäude zum Beispiel von der Anlagentechnik ausgehen
können. Im Anschluss an diesen Prozess kann die Nutzenergie schließlich beispielsweise in
Form von Wärme oder mechanischer Energie zur Beheizung von Gebäuden oder zum Antrieb
von Fahrzeugen und Maschinen genutzt werden. Die Nutzenergie weist von allen
27
beschriebenen Energieformen den geringsten Energiegehalt auf
(Paschotta) (Weglage, et al., 2010)
(Lucas, 2009) (Schabbach, et al., 2012),
.
Die vorangehend beschriebenen Formen der Primär- und der Endenergie sowie die unter
Verlusten
vollzogenen
Umwandlungsprozesse
können
anhand
der
Abbildung
5
veranschaulicht werden. In dieser wird das Energieflussbild für die Bundesrepublik
Deutschland in Petajoule für das Jahr 2012 dargestellt. Zudem kann der Abbildung
entnommen werden, wie sich der Endenergieverbrauch in Deutschland auf die vier
unterschiedlichen Sektoren Industrie, Verkehr, Haushalte sowie Gewerbe, Handel und
Dienstleistungen aufteilt
Endenergieverbrauch nach Sektoren und Anwendungsbereichen für Deutschland
Abbildung 5 ist zu entnehmen, dass das
gesamte Energieaufkommen im Inland
im Jahr 2012 etwa 15.709 Petajoule
betrug. Hiervon wurde der größte Teil
importiert und ein kleinerer Anteil im
Inland gewonnen. Abzüglich des Exports
und der Bunkerung von Energie lag der
Primärenergieverbrauch in Deutschland
2012 bei 13.745 PJ. Nach ungefähr 35
Prozent Umwandlungsverlusten ergibt
sich ein Endenergieverbrauch von 8.998
Petajoule. Gegliedert nach den vier
unterschiedlichen
Sektoren
entfallen
jeweils Anteile von rund 29 Prozent auf
die Sektoren Verkehr und Industrie. Etwa
27 Prozent werden in den privaten
Abbildung 5: Energieflussbild 2012 (AGEB, 2013)
Haushalten verbraucht. Den geringsten
Anteil hat der Bereich Gewerbe, Handel
und Dienstleistungen mit ungefähr 16 Prozent (AGEB, 2013).
Gliedert man nach Anwendungsbereichen hatte im Jahr 2012 die mechanische Energie mit
etwa 37 Prozent den größten Anteil am Endenergieverbrauch. Dieser entfällt wiederum
überwiegend auf den Verkehrssektor sowie zu einem kleineren Teil auf Nichtwohngebäude,
in denen die Energie zur Nutzung von Maschinen verwendet wird. An zweiter Stelle steht die
28
Raumwärme mit etwas mehr als 28 % gefolgt von Prozesswärme mit knapp 21 Prozent. Die
restlichen etwa 13 Prozent entfallen auf die Anwendungsbereiche Warmwasser, Beleuchtung,
Klimakälte, Prozesskälte sowie auf Informations- und Kommunikationstechnologie (AGEB, 2014).
Etwa 38 Prozent des Endenergieverbrauchs wurden in Deutschland gemäß prozentualer
Verteilung des Jahres 2010 für die Beheizung, die Warmwasserbereitung, die Kühlung sowie
für die Beleuchtung von Wohn- und Nichtwohngebäuden genutzt (Bigalke, et al., 2012). Dies würde
bezogen auf das Jahr 2012 etwa 3.419 PJ entsprechen. Durch die deutsche Energie-Agentur
(dena) wird der Energieverbrauch in diesen vier Anwendungsbereichen als Gebäudeenergie
bezeichnet. Der Verbrauch von Gebäudeenergie ist nach dena in Wohngebäuden mit einem
Anteil von 65 Prozent deutlich höher als der Anteil in Nichtwohngebäuden, in denen die
restlichen 35 Prozent genutzt werden.
Tabelle 1: Energie- und Gebäudeenergieverbrauch in deutschen Wohn- und
Nichtwohngebäuden im Jahr 2012 (gemäß prozentualer Verteilung des Jahres 2010)
Deutschland
Wohngebäude
Nichtwohngebäude
Gebäudeenergieverbrauch
3.419 PJ
2.250 PJ
1.197 PJ
Verbrauch für Raumwärme
2.738 PJ
1.889 PJ
849 PJ
Unter Berücksichtigung der vier genannten Anwendungsbereiche hat die Raumwärme in
Nichtwohngebäuden
mit
71
Prozent
wiederum
den
größten
Anteil
am
Gebäudeenergieverbrauch gefolgt von dem Verbrauch für Beleuchtung, Warmwasser und
Klimakälte. In Wohngebäuden hat der Anwendungsbereich Raumwärme mit 85 % sogar
einen noch höheren Anteil am Energieverbrauch gefolgt von Warmwasser mit 13 Prozent und
Beleuchtung mit zwei Prozent. Insgesamt haben Wohngebäude demnach einen mehr als
doppelt so hohen Anteil am Energieverbrauch für Raumwärme als Nichtwohngebäude
(Bigalke,
et al., 2012)
.
Energie im Bereich der Wohn- und Nichtwohngebäude
Im Gegensatz zur Betrachtung ganzer Sektoren oder Anwendungsbereiche erfolgt die Angabe
von Energie bezüglich des Bedarfs an Primärenergie und Endenergie einzelner Gebäude
abweichend von Joule, Newtonmeter oder Wattsekunden überwiegend in der Einheit
Kilowattstunden. Eine Kilowattstunde ist dabei die Energie, die bei einer Leistung von einem
Kilowatt in einer Stunde umgesetzt wird. Sie entspricht somit einem Wert von
3.600.000 Joule. Bezogen wird die Angabe zumeist auf einen Quadratmeter beheizter Fläche
pro Jahr
(Paschotta) (Schabbach, et al., 2012)
. Überträgt man die in den vorigen Abschnitten erläuterten
29
Energieformen auf den Bereich Bauen und Wohnen, können diese folgendermaßen dargestellt
werden.
Durch den Primärenergiebedarf wird die berechnete Energiemenge gekennzeichnet, die über
das ganze Jahr hinweg zur Belüftung sowie zur Deckung des Heizenergiebedarfs eines
Gebäudes, also zur Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser, benötigt wird. Es wird
somit der Energiegehalt des Brennstoffs berücksichtigt, der vom Nutzer an der Bilanzgrenze
„Gebäudehülle“ abgenommen wird, einschließlich der während der Nutzenergiegewinnung
innerhalb der Anlagentechnik entstehenden Verluste. Zudem werden die zuvor in der
vorgelagerten Prozesskette außerhalb der Bilanzgrenze „Gebäudehülle“ aufgetretenen
Energieverluste mit eingeschlossen. Der Primärenergiebedarf eines Gebäudes ist vor allem
aus dem ökologischen Blickwinkel interessant. Grund hierfür ist, dass er die gesamte für den
Gebäudebetrieb benötigte Energiemenge berücksichtig. Hiervon lässt sich auf die Menge an
Kohlenstoffdioxid schließen, die bei der Erzeugung der Energie entstanden ist (Weglage, et al., 2010)
(Schild, et al., 2010) (Schild, et al., 2011)
.
Durch den Endenergiebedarf beziehungsweise Heizenergiebedarf eines Gebäudes wird
hingegen nur die berechnete Energiemenge umfasst, die dem Nutzer an der Bilanzgrenze
„Gebäudehülle“ zur Beheizung, zur Lüftung sowie zur Warmwasserbereitung über das ganze
Jahr zur Verfügung gestellt werden muss, Mit eingeschlossen sind auch die Verluste der
Heizungsanlage
Energieverluste
(Schild, et al., 2011)
werden
. Die innerhalb der vorgelagerten Prozesskette entstanden
hier
jedoch
nicht
mehr
berücksichtigt.
Der
Wert
des
Endenergiebedarfs ist vor allen bei einer ökonomischen Betrachtungsweise von Relevanz, da
er die vom Gebäudenutzer letztendlich zu bezahlende Energiemenge abbildet. Da die Preise
für unterschiedliche Energieträger variieren, wird der Endenergiebedarf immer nach
Energieträgern angegeben
(Schild,
et
al.,
2010)
(Weglage,
et
al.,
2010)
. Es ist möglich, über
Primärenergiefaktoren den Primärenergiebedarf aus dem Endenergiebedarf zu ermitteln.
Der Nutzenergiebedarf ist schließlich die berechnete Energiemenge, die durch den Nutzer an
der Bilanzgrenze „Raumhülle“ von der Anlagentechnik beispielsweise zur Beheizung und zur
Warmwasserbereitung angefordert wird. Den Nutzenergiebedarf, der zur Aufrechterhaltung
der Raumwärme benötigt wird, bezeichnet man auch als Heizwärmebedarf. Er ergibt sich aus
der Gegenüberstellung der Energie- beziehungsweise Wärmeverluste des Gebäudes sowie
seiner inneren und äußeren Wärmegewinne. Die Wärmeverluste entstehen beispielsweise
aufgrund von Wärmeleitung durch die wärmeübertragende Hüllfläche eines beheizten
Gebäudes in die kühlere Umgebung oder durch Luftaustausch mit der äußeren Umgebung.
30
Sie werden entsprechend als Transmissionswärme- beziehungsweise Lüftungswärmeverluste
bezeichnet. Die Wärmegewinne treten hingegen entweder als externe Gewinne in Gestalt
eingehender solarer Strahlung oder als interne Gewinne, beispielsweise in Form von
Abwärme betriebener Elektrogeräte in Erscheinung. (Schild, et al., 2010) (Schild, et al., 2011) (Loga, et al., 1997).
Wie aus Abschnitt 3.7. deutlich wird, hat der Verbrauch an Raumwärme in Wohn- und
Nichtwohngebäuden einen erheblichen Anteil am gesamten Endenergieverbrauch in
Deutschland. Der Verbrauch dieser Nutzenergieform kann wiederum zu einem großen Teil
auf Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle zurückgeführt werden
(Loga, et al., 1997)
. Der
Gebäudebereich birgt daher ein großes Potential, den Energieverbrauch für Raumwärme zu
verringern, indem die Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle reduziert werden.
Dieses Potential ist wiederum für Wohngebäude etwa doppelt so hoch wie für
Nichtwohngebäude. Insbesondere Wohngebäuden wird daher eine wichtige Rolle zuteil,
wenn es darum geht, den Heizwärmeverbrauch zu senken. Gleichzeitig wird hierdurch der
Verbrauch der Endenergie vermindert, der unter Berücksichtigung der Umwandlungs- und
Verteilungsverluste noch erheblich größer ist als der Energieverbrauch für die Raumwärme.
Da die Endenergie vom Verbraucher bezahlt werden muss, ist die Verminderung der
Transmissionswärmeverluste generell auch mit finanziellen Einsparungen verbunden. Wird
der Endenergieverbrauch zudem durch die Verbrennung fossiler Energieträger gedeckt, kann
durch
seine
Reduktion
ebenso
der
noch
bedeutend
größere
Verbrauch
an
Primärenergieenergie vermindert werden. Dies hat gleichzeitig eine Senkung des Ausstoßes
von
Kohlenstoffdioxidemissionen
zur
Folge
und
wirkt
einer
Verstärkung
der
Umweltproblematik entgegen.
Durch die Verringerung von Transmissionswärmeverlusten ist es demnach möglich,
gleichzeitig sowohl Geld zu sparen als auch einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
Möglich wird eine Verminderung der Transmissionswärmeverluste und somit des Verbrauchs
an Energie für Raumwärme, indem die Energieeffizienz der Gebäudehülle gesteigert wird.
Erreicht werden kann dies durch einen gesteigerten baulichen Wärmeschutz in Form einer
verbesserten Wärmedämmung. Die Grundlagen der Transmissionswärmeverluste, des
baulichen Wärmeschutzes und seiner konkreten Anwendung sollen im nächsten Abschnitt
erläutert werden. Der Fokus liegt hierbei auf Wohngebäuden im Bestand. Im Anschluss
erfolgt ein Überblick über die historische Entwicklung des Wärmeschutzes und der
Energieeffizienz von Gebäuden in Deutschland sowie über seinen aktuellen Stand und
mögliche Entwicklungen.
31
3.8. Baulicher Wärmeschutz
Maßnahmen des baulichen Wärmeschutzes ermöglichen es, den Austausch von Wärme
zwischen beheizten Gebäuden und der kühleren Außenluft beziehungsweise zwischen
Räumen mir unterschiedlichen Temperaturen erheblich zu vermindern
(Weglage, et al., 2010)
. Da
hierdurch im Winter die Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes erheblich reduziert
werden, stellen sie die Grundlage für energieeffiziente Gebäude dar. Aus verringerten
Transmissionswärmverlusten resultieren neben finanziellen Einsparungen und dem Schutz
des Klimas noch weitere Vorteile für den Gebäudenutzer. So kühlen im Winter die Räume
eines Gebäudes langsamer aus. Neben dem Auskühlen im Winter wird gleichzeitig aber auch
ihr Aufheizen im Sommer reduziert. Durch beides erhöht sich das Wohlbefinden der
Gebäudenutzer merklich
(Loga, et al., 2007)
. Während heute neu errichtete Gebäude bereits über
gute energetische Eigenschaften verfügen, muss für die Verbesserung des Wärmeschutzes von
Bestandsgebäuden die Gebäudehülle nachträglich gedämmt werden
(Weglage, et al., 2010)
. Bevor
die Möglichkeiten der nachträglichen Dämmung einzelner Bauteile der Gebäudehülle
beschrieben werden, erfolgt zunächst eine kurze Vermittlung der Grundlagen des baulichen
Wärmeschutzes.
Wie bereits beschrieben, resultiert der jährliche Bedarf an Raum- beziehungsweise
Heizwärme (QH) eines Gebäudes aus der Differenz seiner Wärmeverluste (Q V) sowie seiner
als Heizwärme nutzbaren Gewinne (QG)
(Loga, et al., 1997)
Angegeben wird der Heizwärmebedarf
in Kilowattstunden pro Jahr.
𝑄𝐻 = 𝑄𝑉 − 𝑄𝐺 ,
𝑖𝑛 𝑘𝑊𝑕/𝑎
Die Wärmeverluste des Gebäudes äußern sich einerseits als Lüftungswärmeverluste (QL)
aufgrund des Austausches von
Luft zwischen dem Inneren des Gebäudes und seiner
Umgebung sowie andererseits als Transmissionswärmeverluste QT der Hüllflächen infolge
von Wärmeleitung (Loga, et al., 1997).
𝑄𝑉 = 𝑄𝐿 + 𝑄𝑇 ,
𝑖𝑛 𝑘𝑊𝑕/𝑎
Die Transmissionswärmeverluste ermitteln sich für jedes Bauteil der Gebäudehülle aus dem
Produkt seiner Fläche Ai in m², seinem Temperaturkorrekturfaktor KFi sowie seinem
Wärmedurchgangskoeffizienten
Ui
in
W/(m²K).
Zur
Ermittlung
der
jährlichen
Transmissionswärmeverluste über die gesamte Hülle wird die Summe aus den Verlusten
sämtlicher Bauteile gebildet und mit der mittleren jährlichen Temperaturdifferenz zwischen
32
dem Inneren des Gebäudes und seiner Umgebung sowie den 8766 Stunden des Jahres
multipliziert (Loga, et al., 1997).
𝑄𝑇 =
𝐴𝑖 ∙ 𝑈𝑖 ∙ 𝐾𝐹𝑖
∙ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑧𝐼𝑛𝑛𝑒𝑛 −𝐴𝑢 ß𝑒𝑛 ∙ 8766 𝑕,
𝑖𝑛 𝑘𝑊𝑕/𝑎
Der Wärmedurchgangskoeffizient beziehungsweise U-Wert, angegeben in W/(m²K), ist der
Kehrwert
des
Wärmedurchgangswiderstands
RT.
Dieser
stellt
die
Summe
der
Wärmeübergangwiderstände von der Luft an der Innenseite (Rsi) und der Außenseite (Rse) des
Materials sowie des Wärmedurchlasswiderstands R des Bauteils dar und wird in (m²K)/W
angegeben. Der Widerstand R ist die Summe der Einzelwiderstände, die alle Schichten, aus
denen sich ein
Bauteil zusammensetzt, einem
Wärmestrom entgegensetzen. Ein
Einzelwiderstand RX einer Bauteilschicht X ist wiederum der Quotient aus der Dicke dX des
Materials in Metern sowie seiner Wärmeleitfähigkeit λX, in W/(mK). Der Wert der
Wärmeleitfähigkeit Lambda beschreibt diesbezüglich, in welchem Maße ein Feststoff dazu in
der Lage ist, Energie durch Wärmeleitung von einem Bereich höherer zu einem Bereich
kälterer Temperatur zu transportieren. Dabei gibt sie konkret die Wärmemenge in Watt an, die
innerhalb einer Stunde bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin in Richtung des
Wärmestroms durch eine einen Meter dicke Stoffschicht über eine Fläche von 1 m²
transportiert wird (Weglage, et al., 2010; Schild, et al., 2011) (Fischer, et al., 2008).
𝑈=
1
1
1
=
=
𝑑
𝑑
𝑅𝑇 𝑅𝑠𝑖 + 𝑅 + 𝑅𝑠𝑒
𝑅𝑠𝑖 + 1 + 2 + … + 𝑅𝑠𝑒
𝜆1
𝜆2
Mit zunehmender Anzahl an Schichten eines Bauteils steigt auch der Wert R an. Weiterhin
kann eine Vergrößerung des Widerstands R bei gleicher Anzahl an Schichten durch verstärkte
Schichtdicken oder geringere Wärmeleitfähigkeiten der Materialien erreicht werden. Je größer
der Widerstand R ist, umso niedriger ist auch der Wärmedurchgangskoeffizient U und
infolgedessen bei sonst gleichbleibenden Parametern auch der Transmissionswärmeverlust
und der Bedarf an Raum- beziehungsweise Heizwärme. Betrachtet man lediglich die Hülle
eines Gebäudes, sind vor allem die einzelnen Bauteilflächen und ihre U-Werte für den
Transmissionswärmeverlust von Bedeutung. Bei der Errichtung von Neubauten ist es
möglich, die Gebäudegeometrie so zu wählen, dass die wärmeübertragenden Flächen eines
Gebäudes gezielt vermindert werden. Ebenso kann die Anzahl der Bauteilschichten und ihre
Dicke im vornherein beeinflusst und zudem auf die Verwendung von Materialien mit
niedriger Wärmeleitfähigkeit geachtet werden. Es bietet sich im Neubau somit eine Reihe von
Möglichkeiten, um die Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle zu reduzieren. Bei der
33
Modernisierung von Bestandgebäuden besteht im Hinblick auf die Hülle nur die Möglichkeit
des nachträglichen Aufbringens zusätzlicher Schichten von Wärmedämmmaterialien. Ein
hierfür verwendetes Material wird diesbezüglich als Wärmedämmstoff bezeichnet, wenn
seine Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,1 W/(mK) ist. Eine typische Wärmeleitfähigkeit von
Dämmstoffen in Deutschland liegt bei 0,035 W/(mK)
(Michael, 2008)
. Wird ein Bauteil
nachträglich gedämmt, kann sein ursprünglicher U-Wert anschließend angepasst werden,
indem der Durchlasswiderstand der Dämmschicht ermittelt und anschließend der neue
Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils berechnet wird (Weglage, et al., 2010).
Für die verschiedenen Bauteile eines Gebäudes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten der
nachträglichen Dämmung. Bei Außenwänden ist das an der Außenseite angebrachte
Wärmedämmverbundsystem am häufigsten anzutreffen. Liegt ein zweischaliges Mauerwerk
vor, kann auch eine Kerndämmung in Betracht gezogen werden. Ist eine Dämmung an der
Außenwand bei erhaltenswerten Fassaden eines Gebäudes nicht möglich, ist auch eine
Innendämmung der Außenwände denkbar. Beim Einbau von zusätzlichen Dämmschichten an
den Außenwänden müssen die Anforderungen an eine Sanierung gemäß gesetzlicher
Anforderungen nach der Energieeinsparverordnung eingehalten werden. Gleiches gilt
beispielsweise, wenn bei einer Wand mit einem U-Wert größer als 0,9 W/(m²K) eine
Erneuerung des Außenputzes vorgenommen wird. Für die nachträgliche Dämmung von
Dächern müssen zwei Fälle unterschieden werden. Liegt ein Schrägdach vor und wird das
Dachgeschoss beheizt und bewohnt, muss eine Dämmung der Dachschräge erfolgen. Hierbei
ist die Zwischensparrendämmung die am häufigsten anzutreffende Methode. Weitere
Möglichkeiten stellen die Auf- und die Untersparrendämmung dar. Werden Dämmplatten an
die Dachschräge angebracht oder erfolgt eine neue Dacheindeckung, sind die Anforderungen
der Energieeinsparverordnung an eine energetische Sanierung einzuhalten. Dies gilt auch bei
der Erneuerung von Flachdächern. Der zweite denkbare Fall bei einem Schrägdach ist, dass
das Dachgeschoss unbeheizt und unbewohnt vorliegt. In diesem Fall muss lediglich die
oberste Geschossdecke eines Bestandsgebäudes nachträglich gedämmt werden. Hiermit sind
im Allgemeinen wesentlich weniger Kosten verbunden. Die Energieeinsparverordnung
fordert, dass bisher nicht gedämmte, nicht begehbare aber dennoch zugängliche oberste
Geschossdecken beheizter Dachräume nachträglich gedämmt werden. Im Falle von
Wohngebäuden mit nicht mehr als zwei Wohnungen, muss diese nachträgliche Dämmung
jedoch erst im Falle eines Eigentümerwechsels innerhalb einer Frist von zwei Jahren
vorgenommen werden. Hinsichtlich des Kellers stellt das unbeheizte Kellergeschoss im
deutschen
Wohngebäudebestand
den
Durchschnitt
dar.
Zur
Verminderung
der
34
Transmissionswärmeverluste in den Keller können Dämmstoffplatten von unten an die
Kellerdecke
angebracht
werden.
Hierbei
müssen
die
Anforderungen
der
Energieeinsparverordnung eingehalten werden. Bei der Modernisierung der Fenster kann
beispielsweise ein Austausch alter Kasten- und Verbundfenster oder der ab den 1970er Jahren
häufig eingebauten Isolierverglasungen erfolgen. Geeignet für den Wechsel sind moderne
Fenster mit 2-Scheiben oder 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung. Die Anforderungen gemäß
Energieeinsparverordnung müssen beim Einbau neuer Fenster und bei einem Ersatz der
Verglasung
in
vorhandenen
(Energieeinsparverordnung, 2009)
Fensterrahmen
eingehalten
werden
(Loga,
et
al.,
2007)
.
3.9. Historische Entwicklung des Wärmeschutzes und der Energieeffizienz von
Gebäuden
Das Thema Energieeffizienz stellt einen geschichtlich relativ neuen Gegenstand der
Bauforschung dar. Dennoch bestehen gewisse Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz
und
die
Energieeffizienz
von
Gebäuden
nicht
erst
seit
Inkrafttreten
der
Energiesparverordnung im Jahr 2002 oder der vorangegangenen, erstmalig 1977 in Kraft
getretenen Wärmeschutzverordnung. So kam es im Deutschen Reich bereits Ende des
19. Jahrhunderts zur Einführung von Bauordnungen, beispielsweise am 30. August 1877 im
Königreich Bayern. Der Begriff „Mindestwärmeschutz“ wurde jedoch erst etwa 40 Jahre
später um 1920 eingeführt. Weitere 30 Jahre später wurde der Begriff auch in der DIN-Norm
4108
„Wärmeschutz
im
Hochbau“
festgelegt
(Weglage,
et
al.,
2010)
.
Zweck
des
Mindestwärmeschutzes war es in erster Linie, die bestimmungsgemäße Nutzung von
Gebäuden sicherzustellen. Es sollte einerseits ein hygienisches Raumklima als auch
andererseits ein kontinuierlicher Schutz der Baukonstruktion gegen klimabedingte
Feuchtewirkungen gewährleistet werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die Einhaltung
gewisser, an einzelne Bauteile gestellte Mindestanforderungen verlangt. Aufgrund der
verfolgten
Intention
kann
dieser
Mindestwärmeschutz
auch
als
„hygienischer
Mindestwärmeschutz bezeichnet werden (Schild, et al., 2011).
Einen Einschnitt in die Entwicklung des baulichen Wärmeschutzes stellte schließlich die
„Erste Ölkrise“ in den Jahren 1973 und 1974 dar. Sie hatte zur Folge, dass den
Industrieländern erstmalig ins Bewusstsein gerufen wurde, dass fossile Energieträger nicht
unbegrenzt verfügbar sind. Weiterhin wurde ihnen ihre hohe Abhängigkeit von den Nationen
verdeutlicht, in denen diese Stoffe gefördert wurden. Einher mit der Ölkrise ging zudem ein
starker Anstieg des Energiepreises. All diese Faktoren führten schließlich dazu, dass der
künftigen Einsparung von Energie in der deutschen Gesetzgebung einen höherer Stellenwert
35
als zuvor beigemessen wurde. Als Folge kam es im Jahre 1976 durch den deutschen
Bundestag
zum
Beschluss
Rechtsgrundlage für den Staat,
des
Energieeinsparungsgesetzes.
Dieses
bildete
die
Anforderungen an einen energiesparenden Wärmeschutz
stellen zu können. Für den Bereich „Bauen und Wohnen“ war demnach die wesentliche
Folge, dass es auf dieser Basis zum Erlass der ersten Wärmeschutzverordnung kam. Diese trat
schließlich 1977 in Kraft. Weg vom Ziel der bestimmungsgemäßen Gebäudenutzung durch
den Mindestwärmeschutz
wurden
durch den hiermit
etablierten energiesparenden
Wärmeschutz nun vornehmlich ökonomische Ziele verfolgt. Diese sollten mit der
Reduzierung des Energiebedarfs im Gebäudebereich infolge der Durchführung baulicher
Maßnahmen entsprechend der gestellten Anforderungen realisiert werden. (Schild, et al., 2011) (Schild,
et al., 2010) (Weglage, et al., 2010)
.
Die in der Wärmeschutzverordnung von 1977 festgelegten Anforderungen wurden an die
Begrenzung der Transmissionswärmeverluste für Neubauten
(Weglage, et al., 2010)
mit normalen
Innentemperaturen gestellt. Sie richteten sich somit an die Wärmedämmung eines Gebäudes
und im Speziellen an die Einhaltung maximaler mittlerer Wärmedurchgangskoeffizienten der
Gebäudehülle.
Die
Maximalwerte
der
damals
noch
als
k-Werte
bezeichneten
Wärmedurchgangskoeffizienten variierten diesbezüglich in Abhängigkeit des Verhältnisses
der Wärmeübertragenden Umfassungsfläche F eines Gebäudes zu seinem Volumen V. Die
Werte lagen zwischen k = 1,4 W/(m²K) für Gebäude mit F/V = ≤ 0,24 und k = 0,77 W/(m²K)
für Gebäude mit F/V ≥1,20. Weiterhin galten die Anforderungen zur Begrenzung des
Transmissionswärmeverlusts auch als erfüllt, wenn maximale Wärmedurchgangskoeffizienten
für einzelne wärmeübertragende Bauteile von beheizten Räumen nicht überschritten wurden.
Diese Lagen beispielsweise für Außenwände einschließlich Fenster und Fenstertüren
zwischen k ≤ 1,45 W/(m²K) und k ≤ 1.75 W/(m²K). Weitere Werte waren k ≤ 0,45 W/(m²K)
für Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen und k ≤ 0,80 W/(m²K) für Kellerdecken
(WärmeschutzV, 1977)
.
Die erste Novellierung der Wärmeschutzverordnung von 1982 trat im Jahr 1984 in Kraft. In
diesem Zusammenhang wurde sowohl das Nachweisverfahren verfeinert als auch die
Ansprüche an die Wärmedämmung deutlich verschärft
(Schild, et al., 2010) (Weglage, et al., 2010)
. Die
Anforderungen an den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle variierten
weiterhin in Abhängigkeit des Verhältnisses der wärmeübertragenden Umfassungsfläche
eines Gebäudes zum hiervon eingeschlossenen Volumen. Das Verhältnis wurde im Gegensatz
zur ersten Wärmeschutzverordnung in A/V-Verhältnis umbenannt. So betrug der
Maximalwert des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten für Gebäude mit F/V ≤ 0,22 nun
36
k = 1,2 W/(m²K), für Gebäude mit F/V ≥ 1,10 hingegen k = 0,60 W/(m²K). Für einzelne
Bauteile lagen die einzuhaltenden Werte für Außenwände einschließlich Fenster und
Fenstertüren nun zwischen k ≤ 1,20 W/(m²K) und k ≤ 1,50 W/(m²K). Bei Decken unter nicht
ausgebauten Dachräumen betrug der Wert k ≤ 0,30 W/(m²K), für Kellerdecken
k ≤ 0,55 W/(m²K). Zusätzlich zu den Anforderungen an Neubauten wurden erstmalig
Anforderungen bei baulichen Veränderungen an Bestandsgebäuden festgelegt (Weglage, et al., 2010).
Diese bezogen sich auf Außenwände, Decken, Kellerdecken, Decken gegen Erdreich, Wände
und Decken an unbeheizte Räume sowie Fenster. Beim Fensteraustausch wurden Doppeloder Isolierverglasungen vorgeschrieben. Für die Dämmung der Gebäudehülle mussten
entweder
erforderliche
Mindestdämmstoffdicken
bei
einer
Wärmeleitfähigkeit
von
0,04 W/(mK) des Dämmstoffs oder maximale Wärmedurchgangskoeffizienten eingehhalten
werden. Für Kellerdecken lagen diese beispielsweise bei k = 0,70 W/(m²K) (WärmeschutzV, 1982).
Eine weitere Novellierung trat 1995 mit der dritten Wärmeschutzverordnung in Kraft. Einher
ging diese erneut mit Verfeinerungen des Nachweisverfahrens
und verschärften
Anforderungen an den Wärmeschutz. Zudem wurden neben der Begrenzung der maximalen
Wärmedurchgangskoeffizienten
auch
Forderungen
an
den
maximalen
Jahres-Heizwärmebedarf von neu zu errichtenden Gebäuden und bei Erweiterungen von
Bestandsgebäuden gestellt. Weiterhin wurden nun auch Lüftungsverluste und solare sowie
interne Wärmegewinne in den Nachweisen berücksichtigt (Schild, et al., 2010) (Weglage, et al., 2010).
Im Jahr 2002 wurde die Wärmeschutzverordnung mit der Heizungsanlagenverordnung zur
neuen Energiesparverordnung zusammengeführt. Infolge der Zusammenlegung erfolgte
erstmalig eine gemeinsame Betrachtung baulicher und anlagentechnischer Anforderungen an
Neubauten und Bestandsgebäude
(Bigalke, et al., 2012)
. Erneut wurden zudem sowohl die
Nachweisverfahren verfeinert als auch die Anforderungen an den Wärmeschutz erhöht. Als
Ziel galt es hierbei, den Energiebedarf von Gebäuden im Durschnitt ein weiteres Mal um 30%
zu senken. Eine weitere Änderung in der Energieeinsparverordnung war, dass mit ihrer
Einführung der vormals noch als k-Wert bekannte Wärmedurchgangskoeffizient in den
U-Wert umbenannt wurde. Eine Novellierung der Energieeinsparverordnung erfolgte jeweils
in den Jahren 2004 und 2007. Mit der zweiten Novelle wurden neben weiteren Änderungen
auch die Anforderungen an den Dämmstandard abermals erhöht. Zudem kam es zur
Einführung von Energieausweisen, anhand derer die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden
dokumentiert werden sollte. Im Jahre 2009 trat die bislang letzte Änderung der
Energieeinsparverordnung in Kraft. In diesem Zusammenhang wurde für Wohngebäude ein
neues Referenzmodellverfahren eingeführt. Zudem kam es zu einer Verschärfung der
37
Anforderungen gegenüber der Energieeinsparverordnung aus dem Jahr 2007. So wurde der
zulässige Jahres-Primärenergiebedarf für Neubauten im Mittel um 30% gesenkt. Bei den
Anforderungen an den Dämmstandard der Gebäudehülle kam es hingegen zu einer Erhöhung
um 15%. Für die Modernisierung im Gebäudebestand musste entweder eine um 30% höhere
Dämmqualität der Bauteile erreicht oder der jährliche Primärenergiebedarf um 30% gesenkt
werden.
Insgesamt
sollte
Modernisierungsmaßnahme
die
Gebäudehülle
gedämmt
sein.
um
15%
Weiterhin
besser
als
wurde
vor
mit
der
der
Energieeinsparverordnung 2009 eine Nachrüstpflicht eingeführt, durch welche die
Gebäudeeigentümer zum Austausch alter Heizkessel und zur Dämmung ungedämmter
Rohrleitungen und der obersten Geschossdecke verpflichtet wurden. Diese Pflichten wurden
teilweise schon im vorangehenden Abschnitt erläutert (Schild, et al., 2010) (Weglage, et al., 2010) (Bigalke, et al.,
2012)
.
Die Energieeinsparverordnung wurde und wird zudem durch KfW-Effizienzhaus Programme
begleitet. Hiermit fördert die Kreditanstalt für Wiederaufbau über Zuschüsse und günstige
Kredite die Umsetzung von Gebäudeenergiestandards, die über die gesetzlichen Vorgaben
hinausgehen. Ziel hiervon ist es, den Energiebedarf sowie die Umweltwirkungen von
Wohngebäuden noch weiter herabzusenken. Dies soll mittels der Effizienzhausstandards KfW
40, 55, 70, 85, 100 und 155 realisiert werden, deren Definition anhand der
Mindestanforderungen an Neubauten gemäß Energieeinsparverordnung erfolgt. Die Zahlen
40 bis 115 geben daher an, in welchem Verhältnis der Primärenergiebedarf eines
KfW-Effizienzhauses zum Primärenergiebedarf eines gemäß Energieeinsparverordnung
errichteten Neubaus stehen muss. So darf ein KfW-Effizienzhaus 85 beispielsweise maximal
85
Prozent
des
Primärenergiebedarfs
eines
EnEV-Neubaus
aufweisen.
Das
KfW-Effizienzhaus 40 ist der höchste Standard und richtet sich ausschließlich an die
Errichtung von Neubauten. Weitere geförderte Standards sind die KfW-Effizienzhäuser 55
und 70, die sowohl im Neubau als auch in der Bestandssanierung angestrebt werden können.
Die niedrigsten Standards 85 bis 115 richten sich hingegen nur an die energetische Sanierung
von Bestandsgebäuden
(Hegger, et al., 2013) (KfW, 2013)
. Für die Zukunft wurde am 16. Oktober 2013
eine erneute Änderung der Energieeinsparverordnung beschlossen. Diese wird am 1. Mai des
Jahres 2014 in Kraft treten. Ziel der Änderungen ist es, die energetischen Anforderungen an
Neubauten ab dem 1. Januar 2016 um durchschnittliche 25 % des bisher zulässigen JahresPrimärenergiebedarfs anzuheben. Die Anforderungen an den Dämmstandard in Gestalt der
Wärmedurchgangskoeffizienten sollen zudem um 20 % erhöht werden. Bei der
38
Modernisierung im Gebäudebestand sind hingegen keine zusätzlichen Verschärfungen der
bereits heute gültigen Anforderungen vorgesehen (BMVI, 2014).
Auswirkungen eines verbesserten Wärmeschutzes auf den Heizenergiebedarf von
Wohngebäuden
Die Verbesserungen des Wärmeschutzes im zeitlichen Verlauf können anhand konkreter
Daten des Heizwärmebedarfs von Wohngebäuden belegt werden. Dies soll anhand der
folgenden Tabelle 2 geschehen, in welcher jeweils die unterschiedlichen gesetzlichen
Energiestandards für Gebäude sowie zusätzlich die geförderten Standards der staatlichen
Kreditanstalt für Wiederaufbau und die daraus resultierenden Werte des Heizwärmebedarfs
aufgeführt werden.
Tabelle 2: Gebäudeenergiestandards und ihr Heizwärmebedarf (ARGE) (Walberg, et al., 2012)]
Heizwärmebedarf
Energiestandard
1. Wärmeschutzverordnung 1977
2. Wärmeschutzverordnung 1982
3. Wärmeschutzverordnung 1995
Energieeinsparverordnung 2002/2007
Energieeinsparverordnung 2009 (Bestandssanierung)
Energieeinsparverordnung 2009 (Neubau)
KfW-Effizienzhaus 115
KfW-Effizienzhaus 100
KfW-Effizienzhaus 85
KfW-Effizienzhaus 70
KfW-Effizienzhaus 55
KfW-Effizienzhaus 40
𝒌𝑾𝒉
𝒎𝟐 𝒂
130 – 180
85 – 150
54 - 100
50 – 80
60 – 110
40 – 75
50 – 95
45 - 85
39 – 70
35 – 65
25 – 45
15 – 30
Neben den aufgeführten Gebäudeenergiestandards gibt es noch eine Reihe weiterer
Gebäudekonzepte und Energiestandards, die im Folgenden kurz vorgestellt werden sollen.
Dies ist zum einen das 1987 entwickelte Passivhauskonzept. Ziel der Entwicklung des
Passivhauses war es, die Wärmebilanz eines Gebäudes unter anderem durch eine äußerst
starke Dämmung zu verbessern. Aus diesem Grund können bei Passivhäusern je nach Qualität
des Dämmstoffs in den Wand- und Dachflächen Dämmstoffdicken von über 20 bis zu 50 cm
vorgefunden werden. Fenster verfügen generell über eine Dreischeibenverglasung. Aufgrund
einer qualitativ hochwertigen Gebäudehülle, kann sich das Gebäudeinnere alleine durch
interne sowie externe Wärmegewinne aufheizen. Aus diesem Grund müssen Passivhäuser im
Winter nur selten beheizt werden. Insgesamt dürfen Passivhäuser einen jährlichen
Heizwärmebedarf von 15
𝑘𝑊𝑕
𝑚2𝑎
nicht überschreiten. Eine Förderung des Passivhauses zu den
39
Kriterien des KfW-Effizienzhaus 55 oder 40 ist möglich. Das Nullenergie-Haus ist ein
weiteres Konzept, nach dem Gebäude die Energie, welche zu ihrem Betrieb benötigt wird,
selber genieren sollen. In der EU sollen nach der EU-Gebäuderichtlinie zur Energieeffizienz
von Häusern ab dem Jahr 2021 sämtliche Gebäude annähernd diesem oder mindestens dem
Standard eines Niedrigstenergiehauses entsprechen. In diesem Zusammenhang ist der Begriff
„Niedrigstenergie“ jedoch bisher nicht eindeutig definiert worden. Ein ähnliches
Gebäudekonzept ist das Effizienzhaus Plus, dass im Jahre 2011 vom BMVBS vorgestellt
wurde. Merkmal dieses Gebäudetyps ist, dass es insgesamt mehr Energie erzeugen soll, als es
selber verbraucht.
Aktuell wird dieses Konzept innerhalb des Förderprogramms der
Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ als Modellvorhaben untersucht und ausgewertet (Hegger, et
al., 2013)
.
3.10. Der deutsche Wohngebäudebestand
Im Folgenden soll die Beschaffenheit des deutschen Wohngebäudebestands mit seinen
energetischen Eigenschaften vor dem Hintergrund des zuvor beschriebenen zeitlichen
Verlaufs der Anforderungen im Wärmeschutz beschrieben werden.
Laut dem Institut für Wohnen und Umwelt (IWU) besteht der deutsche Wohngebäudebestand
aus insgesamt etwa 39,2 Millionen Wohnungen mit einer Fläche von insgesamt knapp 3,5
Milliarden Quadratmetern in ungefähr 18,2 Millionen Wohngebäuden. Das IWU hat den
deutschen
Wohngebäudebestand
Ein-/Zweifamilienhaus“
(EFH),
zudem
in
die
„Ein-/Zweifamilienhaus
Kategorien
in
„freistehendes
Reihenbauweise“
(RH),
„Mehrfamilienhaus“ (MFH) sowie „großes Mehrfamilienhaus“ (GMH) untergliedert (Diefenbach,
2013)
. Diese Unterteilung ergab sich dabei aus den unterschiedlichen A/V-Verhältnissen der
Wohngebäude
des
jeweiligen
Transmissionswärmeverlusten
Typs
sowie
(Weglage, et al., 2010).
den
damit
verbundenen
variierenden
Analysiert man die Daten, kann festgehalten
werden, dass etwa 60 % der gesamten Wohnfläche Deutschlands in freistehenden
Ein-/Zweifamilienhäusern und Ein-/Zweifamilienhäusern in Reihenbauweise vorzufinden ist.
Die restlichen 40 % der Wohnfläche entfallen auf Wohngebäude der Kategorien
Mehrfamilienhaus und großes Mehrfamilienhaus. Demgegenüber machen Wohngebäude der
Kategorien EFH und RH insgesamt 82 % des Bestands aus, im Verhältnis zu Gebäuden der
Kategorien MFH und GMH, auf die lediglich 18 % entfallen. Weiterhin unterteilt das Institut
für Wohnen und Umwelt den deutschen Wohngebäudebestand in zehn Baualtersklassen über
einen Zeitraum von „bis 1860“ bis „2002 bis 2009“ (Diefenbach, 2013). Im Zusammenhang mit der
energetischen Beschaffenheit eines Gebäudes stellt das Baualter ein bedeutendes Merkmal
dar. Grund hierfür ist, das Gebäude jeder Baualtersklasse durch typische Konstruktionsarten
40
und Flächen ihrer einzelnen Bauteile sowie durch weitere spezifische Eigenschaften
charakterisiert werden können. Knapp zwei Drittel aller Wohngebäude im deutschen Bestand
sind vor der ersten Wärmeschutzverordnung erbaut worden und müssen dementsprechend als
energietechnisch unzureichend eingestuft werden
(Enseling, et al., 2013)
. Die erste Bauperiode bis
etwa 1860 kann diesbezüglich als vorindustrielle Phase beschrieben werden, in der kaum
gesetzliche Regelungen vorherrschten. Die Bautechniken für Häuser dieser Zeit waren
überwiegend handwerklich geprägt und basierten auf der Erfahrung ihrer Konstrukteure. Die
Fachwerkbauweise war führend in dieser Baualtersklasse. Der nachfolgende Zeitraum bis
1918 wird als Gründerzeit bezeichnet. In diesem erfolgten bereits Normungen und
Standardisierungen der Bauweisen, die jedoch noch stark regional geprägt waren.
Mauerwerksbauten waren in dieser Zeit vorherrschend. Nationale Standards und Normen
wurden erstmalig auf Gebäude der Baualtersklasse 1919 bis 1948 angewendet. Wohngebäude
aus diesem Zeitraum sind überwiegend ein- und zweischalige Mauerwerksbauten, die durch
einen gehäuften Einsatz von Bauelementen mit Luftkammern bereites einen im Verhältnis zu
vorher verbesserten Wärmeschutz aufweisen. Der Zeitraum von 1949 bis 1957 war stark
durch die Folgen der Nachkriegszeit geprägt. Die Bauweise wurde einfach gehalten und es
wurde
zudem
oftmals
mit
Trümmermaterialien
gebaut.
Dennoch
kam
es
zur
Weiterentwicklung der Normung im Bauwesen. Das Mauerwerk war die dominante Bauweise
dieser Zeit. In der Baualtersklasse 1958 bis 1968 galten für Wohngebäude bei der Erbauung
erstmalig Mindestanforderungen an den Wärmeschutz gemäß DIN-Norm 4108. Diese wurden
auch größtenteils eingehalten. Die Entwicklungen infolge der ersten Ölkrise zeigten ihre
Wirkung bereits in der Baualtersklasse von 1969 bis 1978. Dies hatte zur Folge, dass beim
Bau von Wohngebäuden der Wärmeschutz größere Bedeutung gewann und die
Bestimmungen der DIN-Norm 4108 in dieser Zeit meist übertroffen wurden (Enseling, et al., 2013)
(Loga, et al., 2011)
.
Ab 1977 galten für neu errichtete und später auch für bestehende Gebäude fortan die immer
weiter steigenden Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz gemäß der ersten, zweiten
und dritten Wärmeschutzverordnung sowie der Energieeinsparverordnung. Diese wurden
bereits im vorangehenden Abschnitt ausführlich beschrieben. Die Wohngebäude, die ab
diesem
Zeitpunkt
erbaut
Wohngebäudebestands aus
wurden,
machen
(Diefenbach, 2013)
.
etwa
ein
Drittel
des
deutschen
Neben den unterschiedlichen energetischen
Eigenschaften sind die verschiedenen Baualtersklassen auch durch variierende Bauaktivitäten
gekennzeichnet. Dementsprechend sind auch Gebäude bestimmter Baualtersklassen im
Bestand häufiger vertreten als andere (Loga, et al., 2011). Die Baualtersklassen, die mit den
41
meisten Wohngebäuden im deutschen Wohngebäudebestand vertreten sind, stellen die
Perioden „1958 bis 1968“ sowie „1969 bis 1978“ dar. Diese haben zusammen einen Anteil
von etwa 30% am deutschen Wohngebäudebestand
(Diefenbach,
2013)
. Hinsichtlich der
Nachbarbebauung für unterschiedliche Wohngebäudekategorien können folgende Angaben
gemacht werden. Etwa 68 Prozent der Ein-und Zweifamilienhäuser sind freistehend. Als
Doppelhaushälfte kommen ungefähr 16% der Häuser vor. Die restlichen 15 Prozent entfallen
auf Ein-/Zweifamilienhäuser in Reihenbauweise. Hiervon treten wiederum etwa 62 % als
Reihenmittelhaus und 38 % als Reihenendhaus in Erscheinung (Loga, et al., 2011). Fasst man
für energetische Betrachtungen Doppelhaushälften mit Reihenendhäusern in einer Kategorie
als Reihenendhäuser zusammen, ergibt sich eine neue Aufteilung der Anbausituation für
Reihenhäuser. Reihendendhäuser haben nun einen Anteil von etwa 70 Prozent, wohingegen
Reihenmittelhäuser ungefähr 30 % ausmachen. In der Kategorie Mehrfamilienhaus sind mit
etwa 40 % wesentlich weniger Häuser freistehend als in der Kategorie „Ein/Zweifamilienhaus“. Ungefähr drei Prozent entfallen auf Mehrfamilienhäuser in komplizierter
Bebauung. Den größten Anteil haben mit 57% die Mehrfamilienhäuser in Zeilenbebauung.
Hiervon sind wiederum 47 % Mehrfamilienmittelhäuser und 53% Mehrfamilienendhäuser.
Weitere
detaillierte
Informationen
hinsichtlich
energierelevanter
Eigenschaften
für
Wohngebäude der Kategorien EFH, RH und MFH finden sich in Abschnitt 4.1. „Analyse des
deutschen Wohngebäudebestands“ und im Anhang in der Tabelle VII.
3.11. Anpassung an den Klimawandel im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen
Thema der vorangehenden Abschnitte war die gesteigerte Energieeffizienz der Gebäudehülle
durch Maßnahmen des baulichen Wärmeschutzes. Da hiermit Energieeinsparungen und
verringerte CO2-Emissionen einhergehen, sind diese zunächst primär mit dem Aspekt des
Klimaschutzes verknüpft. Trotz solcher Maßnahmen im Gebäudebereich und ähnlicher
Bemühungen in anderen Sektoren ist eine vollständige Vermeidung des Klimawandels heute
nicht mehr möglich. Denkbar ist bestenfalls noch eine Verminderung beziehungsweise
Mitigation klimatischer Veränderungen. Es ist somit trotz allem mit Folgen des Klimawandels
zu rechnen, an die es sich anzupassen gilt. Daher ist auch die Anpassung beziehungsweise
Adaptation an den Klimawandels ein Thema, das immer mehr in den Fokus von Wissenschaft
und Öffentlichkeit gerät (Mahammadzadeh, et al., 2009) (Schulze, 2010). Mit diesem Aspekt beschäftigt sich
auch der nachstehende Abschnitt. Der Fokus liegt hierbei auf dem Gebäudebereich, da dieser
laut Klimaforschern in Zukunft in immer stärkerem Maße vom Klimawandel betroffen sein
könnte
(DAS, 2008)
. Zunächst wird erläutert, auf welche Weise sich der Klimawandel in
Deutschland auf Wohn- und Nichtwohngebäude auswirkt und in welcher Form eine
42
Adaptation an unterschiedliche Klimafolgen stattfinden könnte. Zudem wird ein Ausblick auf
mögliche Synergien und Konflikte zwischen Klimaschutz und Klimaanpassung im Bereich
Bauen und Wohnen gegeben.
Folgen des Klimawandels für den Bereich Bauen und Wohnen
Die Adaptation an mögliche Folgen des Klimawandels kann im Gebäudebereich generell auf
drei Ebenen geschehen. So ist es zum einen möglich, im Kontext der Raumordnung ganze
Siedlungsgebiete anzupassen. Die zweite Ebene bezieht sich hingegen auf die Anpassung
einzelner Gebäude sowohl im Neubau als auch im Zuge einer Bestandssanierung. Die dritte
Ebene umfasst schließlich die Anpassung von Verhaltensweisen der Menschen, die in Wohnund Nichtwohngebäuden leben oder arbeiten (Wittig, et al., 2012). Der folgende Abschnitt fokussiert
sich auf die Ebene der baulichen Anpassung und dabei wiederum insbesondere auf die
Anpassung von Bestandsgebäuden an im Zuge des Klimawandels möglicherweise steigende
Durchschnittstemperaturen.
In Abschnitt 3.5 wurde beschrieben, dass in Deutschland künftig mit einem Anstieg der
Jahresdurchschnittstemperaturen gerechnet werden kann. Auch vermehrtes Auftreten von
Hitzewellen und zunehmende Trockenheit sind in Zukunft denkbar. Diese möglichen
Veränderungen haben konkrete Auswirkungen auf Wohn- und Nichtwohngebäude und auf die
Menschen, die sich darin aufhalten. Grund hierfür ist, dass die vom Mensch als angenehm
empfundene Innentemperatur eines Gebäudes in einem Bereich zwischen 20 °C und 30 °C
liegt
(Grothmann, et al., 2009; Wittig, et al., 2012)
. Durch die Gebäudehülle muss somit gewährleistet
werden, dass Wärme möglichst daran gehindert wird, in das Gebäude einzudringen, sodass
keine übermäßige Hitze entsteht und die Gebäudenutzer vor zu hohen Temperaturen geschützt
werden. Vor dem Hintergrund, dass in Zukunft extrem hohe Temperaturen in den
Sommermonaten denkbar sind, könnte es für die Gebäudehülle immer schwerer werden, diese
Schutzfunktion aufrechtzuerhalten (Grothmann, et al., 2009). Sollten die Gebäudeinnentemperaturen
aus diesem Grund künftig über den als komfortabel wahrgenommenen Temperaturbereich
ansteigen, ist dies mit Hitzestress für die Menschen verbunden, die sich in dem Gebäude
aufhalten. Dieser Faktor wird dadurch verstärkt, dass mit einem Anstieg der Temperaturen
auch ihre Verschiebung im Tagesverlauf verknüpft ist. Folge hieraus ist, dass es auch in den
Abendstunden länger warm im Gebäude bleibt und eine Abkühlung in der Nacht reduziert
wird. Sehr hohe Innentemperaturen sowohl am Tag als auch in der Nacht könnten künftig
vermehrt zum Hitzetod von Menschen führen, so wie es auch während der Hitzewelle im
Sommer 2003 beobachtet werden konnte (Grothmann, et al., 2009). Es wird ersichtlich, dass Gebäude
43
zusätzlich zum winterlichen auch einen effektiven sommerlichen Wärmeschutz leisten
müssen. Während dieser in Neubauten meistens schon gut ausgeprägt ist, muss er bei
bestehenden Gebäuden durch nachträgliche bauliche Maßnahmen gewährleistet werden.
Möglich wird dies beispielsweise durch eine nachträgliche Isolierung der Gebäudehülle. Eine
verbesserte Wärmedämmung im Winter trägt dazu bei, dass der Wärmverlust an die
Umgebung vermindert wird. Im Sommer reduziert sie gleichzeitig den Eintrag von Wärme
aus der Umgebung in das Gebäudeinnere. Gelangen aber Sonnenstrahlen durch Fenster ins
Gebäude, kommt es hierdurch zu einer Wärmeentwicklung. Die Abgabe dieser Wärme an die
Umgebung wird durch eine effektive Dämmung auch im Sommer vermindert. Dies kann
wiederum eine Erhitzung des Gebäudes nach sich ziehen. Zur zusätzlichen Aufheizung eines
Gebäudes im Sommer kann weiterhin die Abwärme von elektrischen Geräten und Personen
beitragen. Daher sollte zur Anpassung eines bestehenden Gebäudes an steigende
Temperaturen im Sommer die Dämmung der Gebäudehülle mit weiteren Maßnahmen wie
beispielsweise der Nutzung energieeffizienter Geräte und Beleuchtung, verschiedenen
Sonnenschutzvorrichtungen und der Verwendung von Klimaanlagen kombiniert werden.
Zudem müssen die Bewohner eines Gebäudes ihr Verhalten an steigende Temperaturen
anpassen, indem sie beispielsweise tagsüber die Fenster geschlossen halten und diese erst
nachts zur Durchlüftung öffnen (Grothmann, et al., 2009).
Im Winter kann in Deutschland im Zuge des Klimawandels generell mit höheren
Niederschlagsmengen gerechnet werden, auch in Form von Starkregen. Infolgedessen ist
wiederum eine wachsende Hochwassergefahr denkbar. Um die Untergeschosse bestehender
Bauten
künftig
vor
Überschwemmungen
zu
schützen,
können
beispielsweise
Lichtschachteinfassungen nachträglich erhöht werden. Zudem ist es möglich, durch den
Einbau von Rückstauklappen den Rückfluss von Wasser durch Kanalisationsleitungen und
somit die Überschwemmungen von Wohngebäuden zu verhindern. Auch ein vermehrtes
Aufkommen von Stürmen ist in Deutschland künftig vorstellbar. Hierdurch könnte es vor
allem zur Schädigung stark exponierter sowie alter oder windanfällig gebauter
Bestandsgebäude kommen. Für Menschen, die sich in unmittelbarer Nähe solcher Gebäude
aufhalten, ergeben sich hierdurch Gefahren durch herabfallende Ziegel oder andere
Gebäudeteile. Der Schutz von Bestandsgebäuden vor Stürmen kann während einer Sanierung
durch eine Verstärkung der Konstruktion von Dach und Fassaden erfolgen. Durch
regelmäßigen Unterhalt dieser Bauteile kann zudem ihre langfristige Widerstandsfähigkeit
gewährleistet werden (Wittig, et al., 2012) (Grothmann, et al., 2009).
44
Generell sollten mögliche Folgen des Klimawandels im Gebäudebereich rechtzeitig beim Bau
und bei der Sanierung von Wohngebäuden eingeplant werden, um hierdurch Schäden für
Gebäude und Menschen zu verhindern beziehungsweise zu minimieren. Besonders wichtig ist
dies bei Neubauten vor dem Hintergrund, dass ihre Nutzung durchschnittlich über einen
Zeitraum von 50 bis 100 Jahren und in vielen Fällen sogar noch darüber hinaus erfolgt. Hier
müssen insbesondere langfristige Klimaveränderungen bei der Errichtung eingeplant werden.
Gleiches gilt bei der Sanierung von Bestandsgebäuden. Dies steht jedoch im Gegensatz zur
vergangenen und gegenwärtigen Praxis im Bauwesen. In diesem werden die jeweils
angewendeten
Normen
nicht
nach
künftigen
Entwicklungen,
sondern
nach
Durchschnittswerten zurückliegender Beobachtungsperioden ausgerichtet. Angesichts der
beschriebenen potentiellen Klimafolgen in Deutschland, sollte sich das Bauwesen in
Deutschland jedoch stärker an der Zukunft orientieren und eine Anpassung von Normen an
bevorstehende Entwicklungen erfolgen. Hierdurch könnten klimabedingte Schäden bereits
von vornherein vermindert, zusätzliche Kosten späterer Maßnahmen vermieden sowie die
Sicherheit und der Komfort der Gebäudenutzer erhöht werden (DAS, 2008) (Grothmann, et al., 2009).
Es kann jedoch nicht verallgemeinert werden, dass der Klimawandel für Deutschland im
Gebäudebereich nur mit negativen Folgen verbunden ist. So ist es beispielsweise denkbar,
dass der Bedarf an Heizwärme im Winter mit zunehmenden Temperaturen langfristig
abnimmt.
Hiermit
würden
ein
sinkender
Energieverbrauch
und
verringerte
Kohlenstoffdioxidemissionen in die Atmosphäre einhergehen (DAS, 2008) Im Sommer könnte ein
wärmeres Klima jedoch genau den gegenteiligen Effekt bewirken. Verlängert sich die
Kühlperiode und erhöhen sich die Temperaturen, kann dies zu den bereits beschriebenen
Belastungen durch Hitze im Inneren eines Gebäudes führen. Erfolgt die Anpassung hieran mit
Klimaanlagen, die ihre Energie aus fossilen Energieträgern beziehen, steht dies im Konflikt
zum Klimaschutz
(Grothmann, et al., 2009)
. An diesem Beispiel wird deutlich, dass nicht jede
Maßnahme, die zur Anpassung an den Klimawandel geeignet ist, auch den Anforderungen an
den Klimaschutz genügt. Es sollte jedoch generell bei der Umsetzung von Maßnahmen darauf
geachtet werden, dass diese nicht einem der beiden angestrebten Ziele entgegenstehen
2008).
(DAS,
Ein weiteres Beispiel für einen Konflikt zwischen Klimaschutz und Klimaanpassung
stellt die Entfernung von Bäumen in der unmittelbaren Umgebung von Gebäuden dar. Im
Hinblick auf vermehrtes Auftreten von Stürmen ist diese Maßnahme sinnvoll für die
Klimaanpassung, da umstürzende Bäume sowohl für die Gebäude als auch für die Menschen
eine Gefahr darstellen können. Aus dem Blickwinkel steigender Temperaturen widerspricht
die Maßnahme jedoch dem Ziel der Adaptation, da die Bäume im Sommer eine gewünschte
45
Beschattung
während
Hitzeperioden
gewährleisten
würden.
Zudem
speichern
sie
Kohlendioxid in ihrer Biomasse und sind somit auch dem Klimaschutz zuträglich (Grothmann, et
al., 2009)
. Somit stehen in diesem Beispiel sowohl die Klimaanpassung aus unterschiedlichen
Blickwinkeln als auch der Klimaschutz in Konflikt miteinander.
Ein Beispiel für eine Synergie, also eine Maßnahme, die sowohl die Aspekte des
Klimaschutzes als auch der Klimaanpassung kombiniet, ist die effiziente Isolierung der
Gebäudehülle aus bereits beschriebenen Gründen. Im Winter vermindert sie die
Wärmeverluste der Gebäudehülle und im Sommer reduziert sie gleichzeitig den
Wärmeeintrag. Weitere Maßnahmen, die sowohl zum Klimaschutz als auch zur
Klimaanpassung dienen sind die Verwendung von Verschattungselementen, die Nutzung
erneuerbarer Energien zur Gebäudekühlung
(Grothmann, et al., 2009)
oder das Pflanzen von
Schattenbäumen, wenn nur der Aspekt steigender Temperaturen betrachtet wird.
46
4. Methode
4.1. Analyse des deutschen Wohngebäudebestands
Den Einstieg in den methodischen Teil der Arbeit stellte die Analyse eines Segments des
deutschen Wohngebäudebestands dar. Hierfür wurde eine Reihe unterschiedlicher
Literaturquellen nach energierelevanten Eigenschaften von Wohngebäuden in ihrem
Ursprungszustand untersucht. Ziel der Bestandsanalyse war es Merkmale herauszuarbeiten,
die als charakteristisch für Gebäude bestimmter Altersklassen und Kategorien eingestuft
werden können. Hierfür wurden auf Grundlage der ausgewerteten Literatur entweder
Durchschnittswerte ermittelt oder Eigenschaften ausgemacht, die in einem bestimmten
Bereich prozentual am häufigsten vertreten sind. Die Untersuchung diente sowohl als Basis
der
anschließenden
„Ab-initio-Rechnung“
als
auch
der
Anwendung
des
Sanierungskonfigurators. Im Rahmen dieser Arbeitsschritte wurden die herausgearbeiteten
Merkmale in unterschiedlichem Ausmaß kombiniert, um Wohngebäude verschiedener
Kategorien und Baualtersklassen simulieren und auf ihre energetische Qualität hin
untersuchen zu können. Wesentlicher Ansatzpunkt der Recherche war die Auswertung der
Gebäude und Wohnungszählung 2011 des Instituts für Wohnen und Umwelt in Darmstadt
(IWU). Diese liefert wertvolle Informationen hinsichtlich der Anzahl von Wohngebäuden und
Wohnungen sowie der Wohnfläche für unterschiedliche Wohngebäudekategorien und
Baualtersklassen. Die Zusammenfassung der durch das IWU erhobenen Daten wird in
Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6: Auswertung der Gebäude und Wohnungszählung 2011 (Diefenbach, 2013), modifiziert
47
Der Wohngebäudebestand des IWU umfasst Gebäude der Kategorien EFH, RH, MFH und
GMH. Zum Typ EFH zählen freistehende Ein- und Zweifamilienhäuser. In die Kategorie RH
fallen hingegen Ein- und Zweifamilienhäuser, die als Doppelhaushälfte, als Reihenhaus oder
als
sonstiger
Gebäudetyp
vorkommen.
Durch
die
Bezeichnung
MFH
werden
Mehrfamilienhäuser zusammengefasst, die über mindestens drei und maximal 12 Wohnungen
verfügen. Alle Wohngebäude dieser drei Kategorien können zusammen auch als „kleiner
Wohnungsbau“ Deutschlands bezeichnet werden
(Walberg, et al., 2011)
. Zu der Kategorie GMH
gehören große Mehrfamilienhäuser, die über mehr als 13 Wohnungen verfügen (Diefenbach, 2013).
Vom IWU werden die Wohngebäude darüberhinaus in zehn Altersklassen zwischen den
Baujahren „bis 1860“ und „2002 bis 2009“ unterteilt. In der Abbildung 6 werden einzeln für
jede mögliche Kombination von Wohngebäudekategorien und Baualtersklassen die Anzahl an
Wohngebäuden und Wohnungen sowie die Wohnfläche angegeben. In den Spalten werden
diese
Werte
zudem
separat
für
jede
einzelne
Baualtersklasse
in
allen
vier
Wohngebäudekategorien aufgeführt. Im unteren Teil jeder Spalte erfolgt die Angabe der
Summe dieser Werte und ihre jeweiligen Anteile an der Gesamtheit der Wohngebäude,
Wohnungen und Wohnfläche im deutschen Bestand. Analog dazu werden in den Zeilen der
Tabelle
die
Werte
separat
für
einzelne
Wohngebäudekategorien
in
allen
zehn
Baualtersklassen angegeben. Im rechten Teil der Zeilen werden schließlich die Summen über
alle Baualtersklassen und die jeweiligen Anteile am Gesamtbestand aufgeführt. Die insgesamt
verfügbaren Wohngebäude und Wohnungen sowie die gesamte Fläche werden in der
Abbildung unten rechts dargestellt. Demnach sind im deutschen Wohngebäudebestand etwa
18,2 Millionen Wohngebäude, 3,6 Milliarden Quadratmeter Wohnfläche und 39,2 Millionen
Wohnungen vorzufinden
(Diefenbach, 2013)
. Von allen Wohnungen in Deutschland wurden laut
statistischem Bundesamt im Jahre 2010 mit etwa 45,7 Prozent etwas weniger als die Hälfte
von ihren Eigentümern bewohnt. 54,3 Prozent der Wohnungen wurden hingegen vermietet
(Destatis, 2012)
.
Für die vorliegende Arbeit wurden vom benannten Bestand nur Wohngebäude der Kategorien
EFH, RH und MFH berücksichtigt. Dies liegt daran, dass an einigen Stellen mit dem
Sanierungskonfigurator gearbeitet wurde. Große Mehrfamilienhäuser können angesichts ihrer
typischen Wohnfläche mit Hilfe dieses Programms jedoch nicht simuliert werden. Grund
hierfür ist, dass ihre Wohnfläche in den meisten Baualtersklassen die Fläche übersteigt, die im
Programm
maximal
angeben
werden
kann.
Auf
die
nicht
berücksichtigte
Wohngebäudekategorie der großen Mehrfamilienhäuser entfallen über alle Baualtersklassen
hinweg knapp 210 Tausend Wohngebäude, 4,7 Millionen Wohnungen und 288 Millionen
48
Quadratmeter Wohnfläche
(Diefenbach, 2013)
. Aus den Kategorien EFH, RH und MFH wurden
wiederum die Wohngebäude der Baualtersklassen „1861 bis 1918“ bis „2002 bis 2009“ mit in
die Betrachtung eingeschlossen. Der Zeitabschnitt „bis 1860“ wurde nicht beachtet, da zu
den Wohngebäuden vor dem Baujahr 1860 oft Fachwerk- sowie teilweise unter
Denkmalschutz stehende Häuser gehören
(Loga,
et
al.,
2011)
. Die nicht berücksichtigte
Baualtersklasse „bis 1860“ umfasst über alle Wohngebäudekategorien etwa 532 Tausend
Wohngebäude, 805 Tausend Wohnungen und 82 Millionen Quadratmeter Wohnfläche
[Diefenbach, 2013]
. Insgesamt gehen in die Betrachtungen somit zunächst ungefähr 17,5 Millionen
Wohngebäude, 33,8 Millionen Wohnungen und 3,2 Milliarden Quadratmeter Wohnfläche ein.
Hiervon wurde mit ungefähr 60 Prozent der überwiegende Teil der Wohngebäude vor der
ersten Wärmeschutzverordnung erbaut. Aufgrund des Ausschlusses der Baualtersklasse „bis
1860“ aus der Betrachtung, wurden die Wohngebäude mit den Baujahren vor 1919 unter der
Kennzeichnung „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)“ zusammengefasst. Die beiden aktuellsten
Altersklassen der Abschnitte „1995 bis 2001“ und „2002 bis 2009“ wurden hingegen zur
gemeinsamen Baualtersklasse „ab 1995“ zusammengeführt. Dies geschah in Anlehnung an
(Schild, et al., 2010), durch die pauschale U-Werte einzelner Bauteile ebenfalls für die
Perioden von „bis 1918“ bis „ab 1995“ aufgelistet werden. Auch die vom BMVBS und
BMWi im Programm „Sanierungskonfigurator“ verwendeten Baualtersklassen beginnen mit
dem Zeitraum „bis 1918“ und enden mit den aktuellsten Altersklassen gegliedert in die
Zeitabschnitte „1995 bis 2004“ und „ab 2005“. Auch diese beiden Perioden wurden für
spätere Berechnungen in der Arbeit als Altersklasse „ab 1995“ zusammengeführt. Der Grund
hierfür und die dabei eingehaltene Vorgehensweise werden in Abschnitt 4.4.1. beschrieben.
Die restlichen Gebäude mit Baujahren zwischen 1919 und 1994 werden in allen drei
Veröffentlichungen in identische Zeitabschnitte unterteilt.
Informationen über den deutschen Wohngebäudebestand
Im Folgenden soll ein Auszug von Informationen über den deutschen Wohngebäudebestand
dargestellt werden, die für die Durchführung der „Ab-initio-Rechnung“ und der Anwendung
des Sanierungskonfigurators von Relevanz waren. Für Angaben, die sich auf die
Baualtersklasse „ab 1995“ beziehen gilt, dass diese zusammengefasste Werte für die beiden
Baualterslassen „1995 bis 2001“ und „2002 bis 2009“ des Instituts für Wohnen und Umwelt
darstellen.
49
Tabelle 3 liefert Informationen bezüglich der mittleren Anzahl an Wohnungen pro
Wohngebäude und der durchschnittlichen Fläche je Wohnung in Quadratmetern im deutschen
Wohngebäudebestand. Sie basieren auf den in Abbildung 6 dargestellten Werten.
Tabelle 3: Wohnungen und Wohnflächen im deutschen Wohngebäudebestand
Eigene Darstellung nach (Diefenbach, 2013)
bis 1918
(ohne
Fachwerkhäuser)
1919
bis
1948
1949
bis
1957
1958
bis
1968
1969
bis
1978
1979
bis
1983
1984
bis
1994
ab
1995
1,3
1,2
1,2
1,3
1,3
1,3
1,2
1,1
111,3
108,0
109,4
111,9
121,7
124,9
127,4
134,3
1,3
1,2
1,2
1,2
1,1
1,1
1,1
1,1
100,5
97,6
95,2
101,5
115,3
120,3
117,7
121,9
4,9
4,9
5,6
5,7
5,6
5,8
5,9
5,6
74,9
67,5
62,4
67,2
73,1
75,1
72,8
77,3
EFH
Wohnungen pro
Wohngebäude
Wohnfläche pro
Wohnung in m ²
RH
Wohnungen pro
Wohngebäude
Wohnfläche pro
Wohnung in m ²
MFH
Wohnungen pro
Wohngebäude
Wohnfläche pro
Wohnung in m ²
Bildet man Durchschnittswerte aus den Angaben in Abbildung 6 ergibt sich, dass in
Wohngebäuden der Kategorien EFH und RH in allen Baualtersklassen im Mittel eine Anzahl
von knapp einer Wohnung pro Wohngebäude vorhanden ist. Die durchschnittliche
Wohnfläche pro Wohnung variiert in jeder Baualtersklasse. Sie liegt für freistehende
Ein-/Zweifamilienhäuser
zwischen
etwa
111
Quadratmetern
im
Zeitabschnitt
„bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)“ und ungefähr 134 m² in der Periode „ab 1995“. Bei
Reihenhäusern nimmt die Wohnfläche zwischen denselben Altersklassen insgesamt von
knapp 100 m² auf etwa 122 m² zu. In der Kategorie MFH weisen die Wohngebäude in den
Altersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)“ und „1919 bis 1948“ im Mittel eine Anzahl
von fünf Wohnungen pro Wohngebäude auf. Ab dem Jahr 1949 erhöht sich dieser Wert in
allen Altersklassen auf sechs. Die Wohnfläche pro Wohngebäude fällt deutlich geringer aus
als bei freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern und Reihenhäusern. Den
kleinsten Wert
weisen Mehrfamilienhäuser der Baualtersklasse „1949 bis 1957“ mit durchschnittlich 62 m²
auf. Demgegenüber steht ein Maximalwert von 77 m² Wohnfläche in der Baualtersklasse
„ab 1995“. Insgesamt steigt somit die Wohnfläche pro Wohnung in allen drei Kategorien von
älteren hin zu aktuelleren Baualtersklassen an.
Weiterhin weisen Wohngebäude der Kategorien EFH und RH in nahezu sämtlichen
Baualtersklassen ein bis zwei Geschosse auf. Ab 1984 können bei Reihenhäusern auch zwei
50
bis drei Geschosse prägend sein. Für Mehrfamilienhäuser sind in allen aufgeführten
Baualtersklassen drei bis fünf Geschosse charakteristisch. Möglicherweise vorhandene Keller
und Dachböden sind dabei nicht mit eingeschlossen
(Loga, et al., 2011)
. Im Hinblick auf
Gebäudegrundrisse ist der kompakte Grundriss bei allen Wohngebäudekategorien und
Baualtersklassen am häufigsten vorzufinden. Ermittelt wurden die Daten anhand der
Veröffentlichung „Deutsche Gebäudetypologie. Systematik und Datensätze“ des Instituts für
Wohnen und Umwelt (IWU, 2005). In dieser wird allen Gebäudekategorien und Baualtersklassen
ein tatsächlich bestehendes Gebäude als Repräsentant mit typischen Merkmalen zugeordnet.
Sämtliche Stellvertreter der Gebäudekategorien EFH und RH weisen dort einen kompakten
Grundriss
auf. Auch
bei
der Gebäudekategorie MFH überwiegt
der kompakte
Gebäudegrundriss. Für die Bauweise der vier Bauteile Kellerdecke, Außenwände, oberste
Geschossdecke und Dach wird zwischen den Ausführungen „Holzkonstruktion“ und
„Massivbauweise“ unterschieden. Den Bauteilen Keller und Mauerwerk kann in sämtlichen
Altersklassen und Gebäudekategorien die Konstruktionsart der Massivbauweise als
charakteristisch zugeordnet werden. Auch die oberste Geschossdecke liegt in sämtlichen
Wohngebäudekategorien und Baualtersklassen meistens in Massivbauweise vor. Die
Ausführung als Holzkonstruktion ist in den Kategorien EFH und RH noch für Wohngebäude
mit Baujahr bis 1957 denkbar. Für Gebäude der Kategorie MFH gilt dies nur bis zum Jahr
1948
(Loga, et al., 2011)
. Anders stellt sich die Situation für das Dach dar. Dieses liegt in den
Gebäudekategorien EFH und RH über alle Baualtersklassen hinweg als Holzkonstruktion vor.
Umgekehrt verhält es sich bei Mehrfamilienhäusern. Hier kann das Dach mit Ausnahmen in
den Baualtersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerk)“ und „1969 bis 1978“ fast immer sowohl als
Holzkonstruktion als auch in Massivbauweise vorliegen. Bei den Formen des Dachs kann
grundsätzlich zwischen den schrägen Dachformen Satteldach, Walmdach und Pultdach sowie
flachen Dächern unterschieden werden. Schräge Dächer dominieren dabei eindeutig den
deutschen Wohngebäudebestand. In den Kategorien EFH und RH weisen die Gebäude in
allen Baualtersklassen am häufigsten Schrägdächer auf. Eine Ausnahme bildet die Periode
„1969 bis 1978“ in der bei freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern auch die Ausprägung
eines Flachdachs
häufiger vorzufinden ist. Beim
Typ Mehrfamilienhaus
weisen
Wohngebäude neben Schrägdächern fast ebenso oft auch Flachdächer auf.
Informationen
über
charakteristische,
im
deutschen
Wohngebäudebestand
zu
unterschiedlichen Zeiten verbaute Fenstertypen können der Tabelle 4 entnommen werden.
51
Tabelle 4: Charakteristische Fenstertypen im deutschen Wohngebäudebestand
Nach (VFF/BF, 2014)
Fenstertyp
Hauptsächlich verbaut
Durchschnittlicher UW-Wert
[W/(m²K)]
bis 1978
bis 1978
4,7
2,4
1978-1995
2,7
1995-2008
1,5
ab 2005
1,1
Fenster mit Einfachglas
Verbund- und Kastenfenster
Fenster mit unbeschichtetem
Isolierglas
Fenster mit ZweischeibenWärmedämmglas
Fenster mit DreischeibenWärmedämmglas
In nur sehr wenigen Fällen sind bei Bestandsgebäuden mit Baujahren vor 1977 noch die
ursprünglichen Fenster vorhanden
(OPTIMUS)
. Bei dem bis zum Jahre 1978 am häufigsten
nachträglich verbauten Fenstertyp handelt es sich um das einfachverglaste Fenster sowie das
Verbund- und Kastenfenster mit zwei Einzelscheiben. Aus der Tabelle wird weiterhin
erkennbar, dass von 1978 bis 1995 hauptsächlich Fenster mit unbeschichtetem Isolierglas
verbaut wurden. Von 1995 bis 2008 ist der charakteristische Fenstertyp das Fenster mit
Zweischeiben-Wärmedämmglas. Ab dem Jahr 2005 sind zusätzlich Ausführungen mit
Dreischeiben-Wärmedämmglas vertreten.
Ein Teil der Beheizungsstruktur in unterschiedlichen Gebäudekategorien des deutschen
Wohngebäudebestands wird in den Tabellen 5 und 6 abgebildet. Tabelle 5 stellt zunächst die
Verteilung der unterschiedlichen Beheizungsarten, sowohl für Ein- und Zweifamilienhäuser,
als auch für Mehrfamilienhäuser dar.
Tabelle 5: Beheizungsarten in Wohngebäuden der Kategorien EFH und MFH
modifiziert nach (Diefenbach, et al., 2010)
Beheizungsart
Block-/Zentralheizung
Wohnungsheizung
Fernwärme
Einzelraumbeheizung
EFH
88,6 %
1,7 %
2,1 %
7,7 %
MFH
62,4 %
19,4 %
12,7 %
5,5 %
Es ist erkennbar, dass in der Kategorie EFH die Beheizungsart Block-/Zentralheizung mit ca.
89% am dominantesten vertreten ist. Kaum von Bedeutung ist die Einzelraumheizung, die in
ungefähr 8% der Wohngebäude dieser Kategorie vorzufinden ist. Ebenso von geringer
Relevanz sind die Beheizungsarten Fernwärme und die Wohnungsheizung. Diese sind mit
jeweils knapp 2% anzutreffen. Auch in Mehrfamilienhäusern ist der Anteil der
Block-/Zentralheizung mit circa 62% am höchsten, jedoch deutlich geringer als bei Ein- und
52
Zweifamilienhäusern. Die Wohnungsheizung ist in dieser Gebäudekategorie deutlich stärker
vertreten und lässt sich in knapp 19% der Gebäude finden. Ungefähr 13% der
Mehrfamilienhäuser weisen die Beheizungsart Fernwärme auf. Der geringste Anteil entfällt
mit
ca.
6%
auf
die
Einzelraumheizung.
In
allen
Gebäudekategorien
ist
die
Block-/Zentralheizung somit am häufigsten vorzufinden. Aus der Tabelle 6 werden die
unterschiedlichen Wärmeerzeuger und Energieträger ersichtlich, die innerhalb dieser
Beheizungsart wiederum überwiegend Verwendung finden.
Tabelle 6: Wärmeerzeuger und Energieträger für die Block-/Zentralheizung
modifiziert nach (Diefenbach, et al., 2010)
Wärmeerzeuger Energieträger
Heizkessel
Gas
Öl
Biomasse
Kohle
Wärmepumpe
Strom
Gas
Direkt-elektrisch Strom
EFH
47,8 %
34,8 %
3,3 %
0,2 %
2,0 %
0,1 %
0,5 %
MFH
38,4 %
21,8 %
1,6 %
0,4 %
0,1 %
Zu erkennen ist, dass mit 48% in ungefähr der Hälfte der Ein- und Zweifamilienhäuser ein
Heizkessel als Wärmeerzeuger in Verbindung mit dem Energieträger Gas genutzt wird. Für
Gebäude der Kategorie Mehrfamilienhaus liegt dieser Anteil bei ca. 38%. Am zweihäufigsten
ist in beiden Gebäudekategorien die Kombination eines Heizkessels zusammen mit Heizöl,
die in ungefähr 35% Gebäude der Kategorie EFH und in 22% der Mehrfamilienhäuser in
Deutschland anzutreffen ist. Weitere Energieträger fallen in diesem Zusammenhang kaum ins
Gewicht. Auch die Wärmepumpe und die direkt-elektrische Wärmeerzeugung sind bisher nur
von geringer Bedeutung. Die übrigen Anteile entfallen auf die Wärmeerzeuger
Blockheizkraftwerk, Wohnungsheizung, Einzelraumheizung sowie auf die Fernwärme.
Aufgrund ihrer relativ geringen Bedeutung sind diese in der Tabelle 6 jedoch nicht abgebildet.
Im Hinblick auf die Warmwasserbereitung im deutschen Wohngebäudebestand ist zu sagen,
dass diese in etwa 77% im weitaus größten Teil der Wohngebäude in Kombination mit der
Heizung geschieht. Wichtig in Zusammenhang mit der Beheizungsstruktur ist zudem die
Frage nach der Nutzungsform, in welcher sowohl das Dachgeschoss als auch das
Kellergeschoss im deutschen Wohngebäudebestand am häufigsten vorliegen. In Betracht
kommen hierbei unbeheizte, teilweise beheizte und vollbeheizte Geschosse. Im Hinblick auf
Dach- und Kellertypen im Altbau bis zum Baujahr 1978 kann diese Frage folgendermaßen
beantwortet werden. Die Dachgeschosse sind in 48,5 % der Altbauten unbeheizt, womit diese
53
Nutzungsform am häufigsten vorzufinden ist. Voll beheizte und teilweise beheizte
Dachgeschosse kommen hingegen in 33,6 beziehungsweise 17,9 % der Altbauten vor. Auch
das Kellergeschoss ist im Altbau mit 61,9 % am häufigsten unbeheizt. Auf teilweise beheizte
und vollständig beheizte Keller entfallen jeweils etwa 22 % und 3 %. Der fehlende Anteil
entfällt auf Wohngebäude, die nicht unterkellert sind (Loga, et al., 2011).
4.2. Ab-initio-Rechnung
Im Anschluss an die Teilanalyse des deutschen Wohngebäudebestands wurde ein Programm
erstellt, das eine Reihe unterschiedlicher Berechnungsvorlagen für Microsoft Excel enthält.
Zusammengefasst unter der Bezeichnung „Ab-initio-Rechnung“ sollen diese dazu dienen, die
physikalischen Grundlagen zur energetischen Bewertung von Wohngebäuden zu schaffen.
Der Fokus lag hierbei auf der Ermittlung der Transmissionswärmeverluste über die
Gebäudehülle. Durch diese wird der Heizwärmebedarf eines Gebäudes zu einem bedeutenden
Teil mitbestimmt. Die Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes werden wiederum
wesentlich von den Wärmedurchgangskoeffizienten beziehungsweise U-Werten seiner
einzelnen Bauteile bestimmt. Die U-Werte eines Bauteils sind dagegen von den Werten der
Schichtdicke und der Wärmeleitfähigkeit Lambda des Materials oder der Materialien
abhängig,
aus
denen
es
sich
zusammensetzt.
Für
die
Ermittlung
von
Transmissionswärmeverlusten ist somit ein Verständnis für die Beziehungen zwischen den
drei Parametern Wärmeleitfähigkeit Schichtdicke und U-Wert erforderlich. In Tabelle 7
werden U-Werte dargestellt, die vereinfacht anhand einiger charakteristischer Schichtdicken d
und Wärmeleitfähigkeiten λ berechnet wurden.
Tabelle 7: U-Werte bei typischen Wärmeleitfähigkeiten und Schichtdicken von
Materialien
Schichtdicke d [m]
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)]
0,040
0,035
0,032
0,025
Wärmedurchgangskoeffizient U [W/[m²K)]
0,80
0,70
0,64
0,50
0,40
0,35
0,32
0,25
0,27
0,23
0,21
0,17
0,20
0,18
0,16
0,13
0,16
0,14
0,13
0,10
0,13
0,12
0,11
0,08
Die Wärmeleitfähigkeit Lambda wird in Watt pro Meter und Kelvin angegeben. Die Angabe
der Schichtdicke erfolgt in Meter, die des U-Werts in Watt pro Quadratmeter und Kelvin.
54
Die vereinfachte Berechnung des U-Werts soll im Folgenden kurz anhand eines
beispielhaften Materials mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,035
𝑊
𝑚𝐾
und mit einer Stärke
von 0,20 Metern dargestellt werden:
𝑈=
λ
𝑑
0,035
𝑈=
W
(mK)
0,2 𝑚
𝑈 ≈ 0,18
𝑊
𝑚2 𝐾
Tabelle 7 ist zu entnehmen, dass bei gleichbleibender Schichtdicke eines Materials der
U-Wert mit sinkender Wärmeleitfähigkeit geringer wird. Anderseits verringert sich der UWert bei gleichbleibender Wärmeleitfähigkeit, wenn die Schichtdicke zunimmt. In beiden
Fällen bedeutet der abnehmende U-Wert, dass die Wärmeleitung durch das entsprechende
Bauteil verringert wird. Ein geringerer U-Wert resultiert daher in einem besseren
Wärmeschutz. Die Verhältnisse, in denen diese drei Parameter zueinander stehen und wie die
U-Werte aus Tabelle 7 berechnet werden, kann anhand der Abbildung 7 verdeutlicht werden.
Abbildung 7: Beziehung der Parameter Lambda, d und U
So wird der Wärmedurchgangskoeffizient U berechnet, indem der Quotient aus der
Wärmeleitfähigkeit Lambda und der Schichtdicke d gebildet wird. Die Schichtdicke d
resultiert aus der Bildung des Quotienten aus Lambda und U. Das Produkt aus U und d ergibt
wiederum die Wärmeleitfähigkeit Lambda. Der Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizienten
U ist der Wärmedurchgangswiderstand R, der in
𝑚2𝐾
𝑊
angegeben wird. Ist der Wert des
Wärmedurchgangswiderstands gegeben, kann U direkt aus seinem Kehrwert ermittelt werden.
55
Die Erläuterung dieser Beziehungen geschieht vor dem Hintergrund, dass im weiteren Verlauf
der
„Ab-initio-Rechnung“
nur
noch
ein
Rückgriff
auf
bereits
vorgegebene
Wärmedurchgangskoeffizienten verschiedener Bauteile erfolgt. Diese werden in der Tabelle 8
dargestellt.
Tabelle 8: U-Werte nicht nachträglich gedämmter Bauteile im Ursprungszustand
nach (Schild, et al., 2010)
Bauteil
Dach
Oberste
Geschossdecke
Außenwand
Decke
zum unbeheizten
Keller
Fenster
Konstruktion
Massiv
Holz
Massiv
Bis 1919 1949 1958 1969 1979
1918 bis
bis
bis
bis
bis
1948 1957 1968 1978 1983
2,1
2,1
2,1
2,1
0,6
0,5
2,6
1,4
1,4
1,4
0,8
0,5
2,1
2,1
2,1
2,1
0,6
0,5
1984
bis
1994
0,4
0,4
0,4
ab
1995
0,3
0,3
0,3
Holz
Massiv
Holz
Massiv
1,0
1,7
2,0
1,2
0,8
1,7
2,0
1,2
0,8
1,4
1,4
1,5
0,8
1,4
1,4
1,0
0,6
1,0
0,6
1,0
0,4
0,8
0,5
0,8
0,3
0,6
0,4
0,6
0,3
0,5
0,4
0,6
Holz
1,0
0,8
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
-
-
2,7
2,7
2,7
2,7
2,7
2,7
2,7
1,8
-
-
-
3,0
3,0
3,0
3,0
1,8
-
-
-
4,3
4,3
4,3
4,3
1,8
Holz,
einfach verglast
Holz,
zwei Scheiben
Kunststoff,
Isolierverglasung
Alu- oder Stahl
Isolierverglasung
Die in Tabelle 8 enthaltenen Wärmedurchgangskoeffizienten stellen pauschale U-Werte für
die Bauteile Dach, oberste Geschossdecke, Decke zum unbeheizten Keller und Fenster dar.
Sie sind gültig für nicht nachträglich gedämmte Bauteile von Wohngebäuden im
Ursprungszustand. Aufgeführt werden sie für acht Baualtersklassen von „bis 1918“ bis
„ab 1995“ Verbleiben die Werte bis zum Baujahr 1968 auf einem ähnlichen Niveau,
verringern sie sich ab der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ zunehmend. Die Auswirkungen
der Wärmeschutzverordnung und ihrer Novellierungen werden durch die Veränderung der
U-Werte in Tabelle 8 widergespiegelt.
Basierend auf der Kenntnis über die U-Werte, werden in der Ab-initio-Rechnung
Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle und einzelner Bauteile berechnet. Aus ihnen
lässt sich darauf schließen, wie viel Heizwärme zum Ausgleich dieser Verluste benötigt wird.
Diesbezüglich werden die Einflüsse variierender Gebäudegrundrisse und Anbausituationen
56
auf die Verluste veranschaulicht. Diese basieren im Wesentlichen auf unterschiedlichen
Verhältnissen des beheizten Gebäudevolumens zur seiner wärmeübertragenden Hüllfläche,
Dieses wird auch als A/V-Verhältnis bezeichnet. Im Allgemeinen bezeichnet das A/VVerhältnis die Relation der Oberfläche eines beliebigen Körpers zu seinem Volumen. Bei
gleichem Volumen, kann sich das Verhältnis für unterschiedliche Körper erheblich
unterscheiden. Dies soll anhand der beiden geometrischen Formen der Kugel und des Würfels
sowie an zwei unterschiedlichen hypothetischen Häusern verdeutlicht werden. Hierfür werden
in der Tabelle 9 die Formeln zur Ermittlung von Oberfläche, Volumen und A/V-Verhältnis
der unterschiedlichen Körper aufgeführt. Zudem werden die ermittelten Ergebnisse
angegeben.
Tabelle 9: A/V-Verhältnis für unterschiedliche geometrischer Körper
Kugel
Würfel
𝒓 ≈ 𝟔, 𝟐 𝒎 𝒂 = 𝟏𝟎 𝒎
Oberfläche A [m²]
Volumen V [m³]
A/V
A/V
4 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟2
4 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟3
3
3
𝑟
0,48
6𝑎1 2
Kleines Haus
𝒂 = 𝟓𝒎
𝒃 = 𝟐𝟎 𝒎
𝒄 = 𝟏𝟎 𝒎
2∙𝑎∙𝑐+4∙𝑏∙𝑐
Großes Haus
𝒂 = 𝟏𝟎 𝒎
𝒃 = 𝟐𝟎 𝒎
𝒄 = 𝟏𝟎 𝒎
2∙𝑎∙𝑐+4∙𝑏∙𝑐
𝑎1 3
𝑎∗𝑏∗𝑐
𝑎∗𝑏∗𝑐
6
𝑎1
0,60
2∙𝑎+ 4∙𝑏
𝑎∙𝑏
0,90
2∙𝑎+ 4∙𝑏
𝑎∙𝑏
0,50
Sowohl die Kugel mit einem Radius r von ungefähr 6,2 m, als auch der Würfel mit einer
Kantenlänge von a = 10 m sowie das kleine Haus mit Seitenlängen von 5, 10 und 20 Metern
weisen ein Volumen von 1000 m³ auf. Die Kugel verfügt mit einer Fläche von etwa 482 m²
über ein A/V-Verhältnis von 0,48. Der Würfel mit der Kantenlänge 10 m hat hingegen eine
Oberfläche von 600 m² und somit ein etwas höheres A/V -Verhältnis. Bedeutend höher ist die
Fläche mit 900 m² beim kleinen Haus mit den Seitenlängen von 5 m und 20 m sowie einer
Höhe von 10 m. Dementsprechend hoch ist sein Verhältnis von Fläche zu Volumen. Es ist zu
erkennen, dass sich die A/V-Verhältnisse innerhalb der drei Körper erkennbar unterscheiden.
Von allen drei Körpern weist die Kugel das geringste Verhältnis auf. Sie hat somit bezogen
auf ihr Volumen die geringste Fläche, über die Wärme verloren gehen könnte. Ein anderer
Effekt wird deutlich, wenn man das kleine mit dem großen Haus vergleicht. So nimmt das
A/V-Verhältnis vom kleinen Haus zum großen Haus von 0,9 auf 0,5 fast um die Hälfte ab.
Dies ist der Fall, obwohl sie über dieselbe Form verfügen und sich lediglich in der Länge der
Seite a unterscheiden. Diese ist beim großen Haus doppelt so lang, wie beim kleinen Haus.
Dies hat zur Folge, dass sich auch das Volumen des großen Hauses im Vergleich zum kleinen
57
Haus auf 2000 m³ verdoppelt. Seine Hüllfläche ist hingegen nur um 100 m² größer und
beträgt insgesamt 1000 m². Es ist somit zu entnehmen, dass bei größeren Körpern gleicher
Form das A/V-Verhältnis abnimmt. Grund hierfür ist, dass die Oberfläche quadratisch, das
Volumen jedoch in der dritten Potenz zunimmt.
Zudem wird im Kontext der „Ab-initio-Rechnung“ das für die Ermittlung der
Transmissionswärmeverluste wesentliche Konzept der Gradtagzahlen eingeführt. Diese
stellen ein Maß für die Differenz zwischen der Innentemperatur eines Gebäudes und seiner
Umgebungstemperatur dar. Für die Ermittlung des Heizenergiebedarfs sind sie daher eine
essentielle Kenngröße
(DWD, 1996 - 2014)
. Auf Grundlage der Transmissionswärmeverluste der
Endenergien wird in der „Ab-initio-Rechnung“ weiterhin näherungsweise versucht, Werte des
resultierenden Primärenergiebedarfs, beispielsweise über die Datenbasis GEMIS, und der
zugehörigen Kohlenstoffdioxidemissionen zu ermitteln.
4.2.1. Annahmen und Definition wichtiger Parameter
Bevor die „Ab-initio-Rechnung“ durchgeführt werden konnte, war es zunächst notwendig,
einige wichtige Gebäudeeigenschaften und Umweltparameter zu definieren. Diese werden im
Folgenden erläutert.
In der „Ab-initio-Rechnung“ werden Wohngebäude im Ursprungszustand aus den
Baualtersklassen „bis 1918“ bis „ab 1995“ simuliert. Die Kategorisierung ergibt sich dabei in
erster Linie aus den U-Werten, die den einzelnen Bauteilen der beschriebenen Gebäude
zugeordnet werden. Diese können der Tabelle 8 entnommen werden. Ob den einzelnen
Bauteilen der beschriebenen Gebäude die Wärmedurchgangskoeffizienten für massive
Konstruktionen oder Holzkonstruktionen zugeordnet werden sollten, kann aus Abschnitt 4.1.
und der Tabelle VII im Anhang abgeleitet werden. Zudem erfolgt die Simulation von
Wohngebäuden, die in etwa den Kategorien „freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“ und
„Reihenhaus“ entsprechen. Für Reihenhäuser werden zudem auch die unterschiedlichen
Anbausituationen „Reihenendhaus“ und „Reihenmittelhaus“ berücksichtigt.
Grundriss und Anbausituation
Einbezogen wurden kompakte Gebäudegrundrisse mit einem Verhältnis 1:1 von Länge zu
Breite und langgestreckte Grundrisse mit einem Verhältnis 3:1 von Länge zu Breite. Zur
Simulation von einseitig oder beidseitig angebauten Wohngebäuden wurde die Annahme
getroffen, dass durch die angebauten Gebäude jeweils eine Außenwand des simulierten
Gebäudes vollständig verdeckt wird. Zudem verfügen die angebauten Gebäude über dieselbe
58
mittlere
Raumtemperatur
wie
das
simulierte
Gebäude.
In
Orientierung
an
der
Energieeinsparverordnung, werden die auf diese Weise angebauten Außenwände als nicht
mehr
an
den
Transmissionswärmeverlusten
(Energieeinsparverordnung, 2009)
des
Gebäudes
beteiligt
angesehen
.
Um bei freistehenden Gebäuden mit kompaktem Grundriss alle Außenwände bei der
Berechnung der Transmissionswärmeverluste zu berücksichtigen, wird die Fläche einer Wand
mit dem Faktor vier multipliziert. Im Falle, dass das Gebäude einseitig oder beidseitig
angebaut ist, fallen die Transmissionswärmeverluste über eine beziehungsweise zwei der
Außenwände weg. Aus diesem Grund wird der zu multiplizierende Faktor auf drei respektive
zwei reduziert. Da es bei einem kompakten Grundriss keinen Einfluss hat, welche
Außenwand verdeckt wird, müssen keine zusätzlichen Differenzierungen vorgenommen
werden.
Für freistehende Wohngebäude mit langgestrecktem Grundriss werden zur Berücksichtigung
aller vier Außenwände die Flächen der kurzen und der langen Seite jeweils mit dem Faktor
zwei multipliziert. Neben dem freistehenden Gebäude ergeben sich für die Reihenbauweise
vier weitere Anbausituationen. Bei einem Reihenendhaus kann entweder die kurze oder die
lange Seite durch ein weiteres Gebäude verdeckt werden. Hierfür muss entsprechend der
Multiplikationsfaktor für die kurzen oder langen Außenwände auf eins reduziert werden. Bei
einem Reihenmittelhaus ist hingegen jeweils der Anbau an beide langen oder an beide kurzen
Seiten denkbar. In diesem Fall wird einer der Multiplikationsfaktoren entsprechend auf null
vermindert.
Gebäude und Bauteilflächen
Eine typische Grundfläche der beschriebenen Einfamilienhäuser beträgt 100 m². Zur
Ermittlung der Dachfläche wird ein Verhältnis zur Grundfläche von 1,3 zu 1 angesetzt. Dieser
Faktor kann jedoch in Abhängigkeit davon variieren, welche Art und Form eines Daches
simuliert werden soll. Bei einem Flachdach ergibt sich beispielsweise ein Verhältnis von 1:1.
Für die Höhe des Gebäudes wurde stets ein Wert von 6 Metern ohne Dach angenommen. Die
Flächen der Bauteile „oberste Geschossdecke“, „Außenwände“ und „Kellerdecke“ lassen sich
aus den Seitenlängen und der Gebäudehöhe berechnen. Die Flächen der Außenwände
unterscheiden sich dabei je nach Gebäudegrundriss und Anbausituation. Bei langgestrecktem
Grundriss variieren sie zudem bei gleicher Grundfläche in Abhängigkeit von der jeweiligen
Länge der Breit- und Längsseiten. In der „Ab-initio-Rechnung“ wurde für sämtliche Häuser
mit kompaktem, quadratischem Grundriss eine Seitenlänge von 10 Metern angenommen. Für
59
den langgestreckten Grundriss basieren die einhundert Quadratmeter Grundfläche stets auf
Längsseiten von 17,3 Metern und Breitseiten von 5,8 Metern. Für den Anteil der
Fensterflächen wurde ein Wert von 36 m² angenommen. Für die oberste Geschossdecke und
die Kellerdecke ergeben sich jeweils Flächen von 100 m².
Beheiztes Volumen, Nutzfläche und Wohnfläche
Vom beheizten Volumen Ve eines Gebäudes wird der gesamte Raum umfasst, der von der
wärmeübertragenden Hüllfläche umbaut wird. Seine Größe ist davon abhängig, ob das ganze
Gebäude oder lediglich einzelne Räume darin beheizt werden. Ermittelt wird es je nach
Situation entweder anhand der Außenmaße des gesamten Gebäudes oder mittels der Maße der
beheizten Gebäudebestandteile
(Weglage, et al., 2010)
. Für die Kalkulationen der „Ab-initio-
Rechnung“ wurde unterstellt, dass sowohl das Dachgeschoss, als auch das Kellergeschoss
unbeheizt sind. Grundlage hierfür bilden die in Abschnitt 4.1. aufgeführten Daten zum
Wohngebäudebestand. Die dortigen Angaben zur Beheizungsstruktur von Keller- und
Dachgeschossen im Altbau wurde hierfür auch auf Wohngebäude späterer Baualtersklassen
übertragen. Ihr Raum geht daher nicht mit in das beheizte Gebäudevolumen ein. Dieses ergibt
sich somit vereinfacht aus dem Produkt der Seitenlängen des Gebäudes und seiner Höhe. Für
alle in der „Ab-initio-Rechnung“ beschriebenen Wohngebäude beläuft sich das beheizte
Volumen somit auf etwa 600 Kubikmeter. Für die Wohnfläche wurde ein Wert von ungefähr
145 m² angenommen. Ist die Wohnfläche des Gebäudes bekannt, erlaubt es eine vereinfachte
Methode, die Gebäudenutzfläche AN aus der Wohnfläche zu berechnen, indem letztere mit
dem Faktor 1,2 multipliziert wird. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Nutzfläche des
Gebäudes durch Multiplikation des beheizten Gebäudevolumens mit dem Faktor 0,32 m-1 zu
ermitteln
(Energieeinsparverordnung, 2009)
In der „Ab-initio-Rechnung wurde die Nutzfläche gemäß
letztgenannter Methode berechnet. Durch eine Multiplikation des Volumens mit diesem
Faktor ergibt sich somit eine Gebäudenutzfläche von
𝐴𝑁 = 0,32 𝑚−1 ∙ 𝑉𝑒
𝐴𝑁 = 0,32 𝑚−1 ∙ 600 𝑚3
𝐴𝑁 = 192 𝑚2
Durch die Gebäudenutzfläche wird die nutzbare Fläche beschrieben, die innerhalb des
beheizten Gebäudevolumens zur Verfügung steht. Abgezogen werden die Flächen von Innenund Außenbauteilen des Gebäudes
(Weglage, et al., 2010)
. Kellerräume und Dachgeschosse werden
der Gebäudenutzfläche zugerechnet, wenn sie beheizt vorliegen. Da diese Geschosse jedoch
60
in Annahme für alle in der „Ab-initio-Rechnung“ beschriebenen Gebäude unbeheizt sind,
werden sie nicht zur Gebäudenutzfläche gezählt. Unabhängig davon ist die Nutzfläche eines
Gebäudes im Allgemeinen größer als seine Wohnfläche. Die Ursache hierfür lässt sich darin
finden, dass von der Nutzfläche des Gebäudes auch quasi beheizte Flure und Treppenhäuser
mit eingeschlossen werden. Die Wohnfläche umfasst hingegen nur die tatsächlich in der
Wohnung genutzten Flächen und ist daher prinzipiell kleiner als die Gebäudenutzfläche
(Weglage, et al., 2010)
. Der Fläche des Wohngebäudes kommt eine wesentliche Bedeutung zu, da
hierauf einige energetische Kennwerte bezogen werden, die mit der „Ab-initio-Rechnung“
berechneten wurden. Eine Konsequenz aus dem Bezug zur Nutzfläche ist, dass ermittelte
Kennwerte aus zuvor genannten Gründen geringer sind, als bei einem Bezug auf die
Wohnfläche. Zur Gewährleistung der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Wohngebäude ist es
wichtig, sich auf eine der beiden Flächen als Referenz festzugelegen. In der
Ab-Initio-Rechnung werden die Werte aller beschriebenen Gebäude bezogen auf beide
Flächen ermittelt.
Das Volumen sowie die Nutz- und die Wohnfläche sind für alle simulierten Wohngebäude
identisch. Dies begründet sich dadurch, dass die bereits beschriebenen Gebäudeparameter
stets einheitlich gehalten wurden. Aus Abschnitt 4.1. wird deutlich, dass sich
Gebäudeeigenschaften wie beispielsweise die Wohnfläche oder die Anzahl an Stockwerken in
den unterschiedlichen Baualtersklassen und Gebäudekategorien normalerweise unterscheiden
können. Der Vorteil einer gleichbleibenden Wahl dieser Größen liegt jedoch darin, dass die
Auswirkungen
variierender
Grundrisse,
Anbausituationen
und
Wärmedurchgangskoeffizienten leichter erkannt und die resultierenden Ergebnisse gut
miteinander verglichen werden können.
Voraussetzung zur Berechnung der Transmissionswärmeverluste
Zur Berechnung der Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes sind unterschiedliche
Informationen erforderlich. Dies sind einerseits Angaben zu den Flächen seiner
unterschiedlichen
Bauteile.
Weiterhin
werden
ihre
jeweiligen
U-Werte
und
Temperaturkorrekturfaktoren sowie ein Wert für die Temperaturdifferenz zwischen dem
Inneren des Gebäudes und seiner Umgebung benötigt.
Die für die Berechnung notwendigen U-Werte können Tabelle 8 entnommen werden. Eine
Quelle für die Differenzwerte zwischen der durchschnittlichen Innentemperatur des beheizten
Gebäudes und seiner mittleren Umgebungstemperatur stellt die Excel-Tabelle „Klimadaten
deutscher Stationen“ dar
(IWU, 2014)
. In dieser Tabelle des Instituts für Wohnen und Umwelt
61
werden auf Basis von Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes für unterschiedliche
Wetterstationen in Deutschland und für verschiedene Jahre eine Reihe nützlicher Klimadaten
kostenlos zur Verfügung gestellt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die
Gradtagzahlen, die für eine gewünschte Gebäudeinnentemperatur und für eine bestimmte
Heizgrenztemperatur nach VDI 3807 berechnet werden. Auch durch den Deutschen
Wetterdienst selbst werden Gradtagzahlen ermittelt und können aktuell kostenlos für den
Februar 2014 eingesehen werden. Daten aus vergangen Jahren stehen hier jedoch nur gegen
Bezahlung zur Verfügung. In der Tabelle des IWU werden abhängig von der Ausgewählten
Innen- und Heizgrenztemperatur die Gradtagzahl als Wärmesumme, die Heiztage, die
Außentemperatur, und die Außentemperatur an Heiztagen für das gewählte Jahr und seine
einzelnen Monate angegeben. Im Allgemeinen, auf einen bestimmten Monat in einem
vorgegebenen Jahr bezogen, stellt die Gradtagzahl das Produkt aus den Heiztagen mit der
Differenz zwischen der Innentemperatur und der Außentemperatur an Heiztagen dar. Heiztage
sind
standardmäßig
Tage,
an
denen
die
mittlere
Außentemperatur
unter
die
Heizgrenztemperatur von 15 °C fällt. Weitere wählbare Heizgrenztemperaturen sind 12 °C
und 10 °C. Die Innentemperatur ist in der Tabelle des IWU frei wählbar. Typische Werte
liegen zwischen 18 °C und 25 °C wobei eine Temperatur von 20 °C den Standard darstellt.
Für den Monat Mai des Jahres 2013 liegen bei einer Innentemperatur von 20°C und einer
Heizgrenztemperatur von 15 °C insgesamt 24 Heiztage vor. Die mittlere Außentemperatur an
Heiztagen beträgt 12,1°C. Die Gradtagzahl G20/15 ergibt sich somit zu:
𝐺20/15,
𝑀𝑎𝑖
= 𝐼𝑛𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 °𝐶 − 𝐴𝑢ß𝑒𝑛𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑎𝑛 𝐻𝑒𝑖𝑧𝑡𝑎𝑔𝑒𝑛 °𝐶
𝐺20/15,
𝑀𝑎𝑖
∙ 𝐻𝑒𝑖𝑧𝑡𝑎𝑔𝑒 [𝑑]
= 20 °𝐶 − 12,1 °𝐶 ∙ 24 𝑑
𝐺20/15,
𝑀𝑎𝑖
≈ 190 °𝐶𝑑
Auf diese Weise kann jedem Monat eine Gradtagzahl zugeordnet werden. Die Summe dieser
Daten über 12 Monate ergibt anschließend die Jahresgradtagzahl. Sowohl die monatlichen als
auch die jährlichen Werte der Gradtagzahlen eines bestimmten Jahres können in der Tabelle
des IWU mit den langjährigen Mittelwerten der Periode 1970 bis 2013 verglichen werden.
Führt man den Vergleich für unterschiedliche Jahre durch fällt auf, dass die Jahresgradtagzahl
zwar von Jahr zu Jahr schwanken kann, dass aber bis jetzt noch kein klares Treibhaussignal
herauszulesen ist. Ein solcher Vergleich mit dem langjährigen Mittel wird in Tabelle 10
beispielhaft für das Jahr 2013 aufgeführt.
62
Tabelle 10: Vergleich der Gradtagzahlen des Jahres 2013 mit dem langjährigen Mittel
nach (IWU, 2014)
Gradtagzahl
G20/15 Heiztage
[Kd]
[d]
564
31
529
28
534
31
271
23
190
24
48
8
0
0
0
0
117
17
219
24
426
30
479
31
3376
247
2013
Außentemperatur
[°C]
1,8
1,1
2,8
10,3
13,0
17,8
22,3
19,9
15,4
12,0
5,8
4,5
10,6
Außentemp.
an Heiztagen
[°C]
1,8
1,1
2,8
8,2
12,1
14,0
13,1
10,9
5,8
4,5
6,3
langjähriges Mittel *
Gradtagzahl
Außentemperatur
G20/15 Heiztage
Monat
[Kd]
[d]
[°C]
Januar
572
31
1,6
Februar
497
28
2,4
März
426
31
6,2
April
290
27
10,0
Mai
140
17
14,6
Juni
52
8
17,7
Juli
15
3
19,6
August
15
2
19,3
September
111
15
15,1
Oktober
298
29
10,1
November
437
30
5,4
Dezember
541
31
2,5
Jahr
3396
251
10,4
* von 1970 - 2013
Außentemp.
an Heiztagen
[°C]
1,6
2,4
6,2
9,1
11,8
13,2
13,9
13,8
12,6
9,6
5,4
2,5
6,5
Zu sehen ist, dass sich die Werte für die Gradtagzahl G20/15, die Heiztage, die
Außentemperatur und die Außentemperatur an Heiztagen kaum voneinander unterscheiden.
Mit einem Wert von 3376 °Cd ist die Gradtagzahl im Jahre 2013 um 20 °Cd geringer als im
langjährigen Mittel, verbunden mit einem etwas geringeren Bedarf zur Heizung.
Indem die Gradtagzahl durch die Anzahl an Heiztagen dividiert wird, erhält man die mittlere
Temperaturdifferenz pro Heiztag. Dividiert durch die Anzahl an Tagen im Jahr erhält man
wiederum die mittlere Differenz der Außentemperatur und der Innentemperatur im
Wohngebäude pro Tag. Für das Jahr 2013 ergibt sich hierfür bei einer Innentemperatur von
20 °C und einer Heizgrenztemperatur von 15 °C ein Wert von
𝐺𝑟𝑎𝑑𝑡𝑎𝑔𝑧𝑎𝑕𝑙𝐽𝑎 𝑕𝑟 [°𝐶𝑑]
= 𝑚𝑖𝑡𝑡𝑙𝑒𝑟𝑒 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑧 [°𝐶]
356 𝑇𝑎𝑔𝑒 [𝑑]
3376 °𝐶𝑑
≈ 9,2 °𝐶
365 𝑑
Dieser Wert kann im Folgenden zur Berechnung der jährlichen Transmissionswärmeverluste
und zum Heizwärmebedarf im Jahre 2013 herangezogen werden.
Als weitere Bedingung gehen die Temperaturkorrekturfaktoren für einzelne Bauteile in die
Berechnung
der
Transmissionswärmeverluste
ein.
Im
Allgemeinen
kann
der
Transmissionswärmeverlust vereinfacht aus dem Produkt der Fläche A eines Bauteils, seinem
Wärmedurchgangskoeffizienten U und der Temperaturdifferenz ermittelt werden:
63
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝐵𝑎𝑢𝑡𝑒𝑖𝑙 = 𝐴𝐵𝑎𝑢𝑡𝑒𝑖𝑙 ∙ 𝑈𝐵𝑎𝑢𝑡𝑒𝑖𝑙 ∙ 𝐺𝑇𝑍
Diese Beziehung ist gültig für Bauteile, die direkt an die Außenluft angrenzen. Grund hierfür
ist, dass ihre Transmissionswärmeverluste direkt von der Temperaturdifferenz zwischen dem
Gebäudeinneren und seiner Umgebung bestimmt werden. Bauteile, auf die dieser Sachverhalt
zutrifft, sind beispielsweise die Fenster und die Außenwände. Für die Berechnung der
Transmissionswärmeverluste von Bauteilen, die nicht direkt an die Außenluft angrenzen,
werden jedoch Temperaturkorrekturfaktoren benötigt. Durch diese wird berücksichtigt, dass
der Transmissionswärmeverlust dieser Bauteile in Räume stattfindet, deren Temperatur zu
einem gewissen Grad über der Temperatur der äußeren Umgebung liegt. Bauteile, auf die
dieser Sachverhalt zutrifft, sind beispielsweise Decken zu unbeheizten Keller- und
Dachgeschossen. Für das Bauteil „Kellerdecke“ wird ein Temperaturkorrekturfaktor von 0,6
angenommen (Elsland, et al., 2013). Der Faktor der obersten Geschossdecke wird in der „Ab-initioRechnung“ automatisch unter Annahme eines „Steady-State“ berechnet. Er unterscheidet sich
je nach Verhältnis, in dem die U-Werte der Bauteile „oberste Geschossdecke“ und
“Dachgeschoss“ zueinander stehen.
Die
Ermittlung
der
Temperatur
auf
dem
Dachgeschoss
und
somit
des
Temperaturkorrekturfaktors für den Transmissionswärmeverlust soll im Folgenden an einem
Beispiel veranschaulicht werden. Die Berechnung erfolgt dabei für ein Dachgeschoss mit
𝑊
einer Fläche von 130 m² und einem U-Wert von 0,4 𝑚 2 𝐾 . Die obere Geschossdecke weist
𝑊
hingegen eine Fläche von 100 m² und ebenso einen U-Wert von 0,4 𝑚 2 𝐾 auf. Die
Innentemperatur des Gebäudes beträgt 19°C und die mittlere Temperaturdifferenz zwischen
Innen und Außen liegt bei etwa 8,8 °C.
Findet zunächst ein Transmissionswärmeverlust vom beheizten Gebäudevolumen über die
oberste Geschossdecke und von dort weiter über das Dach in die Umgebung statt, werden
beide Verluste von Temperaturunterschieden bestimmt, die geringer als die vollständige
Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Gebäudes und seiner Umgebung sind. Dies
liegt daran, dass auf dem Dachgeschoss eine Temperatur vorherrscht, die zwischen diesen
beiden Temperaturen liegt. Der Transmissionswärmeverlust über die oberste Geschossdecke
(OG) ist von der Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Gebäudes und der
Temperatur X auf dem Dachgeschoss abhängig.
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑂𝐺 = 𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝑋
64
Da die vorherrschende Temperatur X nicht bekannt ist, kann der Transmissionswärmeverlust
nicht berechnet werden. Gleiches gilt für den Verlust über das Dach (D). Dieser wird von
einer Temperaturdifferenz bestimmt, die als Gradtagzahl weniger X beziffert werden kann.
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝐷 = 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝐷 ∙ (𝐺𝑇𝑍 − 𝑋)
Setzt man die Transmissionswärmeverluste über beide Bauteile gleich, ist es hierdurch jedoch
möglich, nach X aufzulösen und somit die Temperaturdifferenz zwischen der Innentemperatur
des Gebäudes und dem Dachgeschoss zu berechnen.
Gleichsetzen der Transmissionswärmeverluste:
𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝑋 = 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝐷 ∙ (𝐺𝑇𝑍 − 𝑋)
Auflösen nach X:
𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝑋 = 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝐷 ∙ 𝐺𝑇𝑍 − 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝐷 ∙ 𝑋
𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 + 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝑋 = 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝐺𝑇𝑍
𝑋=
𝑋=
𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝐺𝑇𝑍
𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 + 𝐴𝐷 ∙ 𝑈𝑂𝐺
130 𝑚2 ∙ 0,4
100 𝑚2 ∙ 0,4
𝑊
𝑚2 𝐾
𝑊
𝑊
+ 130 𝑚2 ∙ 0,4 2
𝑚2 𝐾
𝑚 𝐾
∙ 8,759 𝐾
𝑋 = 0,565 ∙ 8,759 𝐾
𝑋 = 4,95 𝐾
Zwischen
dem
Gebäudeinneren
und
dem
Dachgeschoss
herrscht
demnach
eine
Temperaturdifferenz von fast 5 °C. Bei einer Innententemperatur von 19 °C ergibt sich auf
dem Dachgeschoss somit eine Temperatur von knapp 14 °C.
Zur Berechnung des Transmissionswärmeverlusts der obersten Geschossdecke muss also mit
einem Temperaturunterschied von 5 °C gerechnet werden. Der Temperaturkorrekturfaktor in
Bezug auf die gesamte mittlere Differenz beträgt in diesem Fall etwa 0,57.
65
Berechnung von Transmissionswärmeverlusten
Mit der mittleren Temperaturdifferenz, den U-Werten und den Temperaturkorrekturfaktoren
kann nun der jährliche Transmissionswärmeverlust von Modellgebäuden und ihren einzelnen
Bauteilen berechnet werden. Im Detail kann dies mit dem „Ab-initio-Programm“ für Gebäude
unterschiedlicher
Baualtersklassen
und
Anbausituationen
sowie
bei
Gradtagzahlen
verschiedener Jahre durchgeführt werden. Anhand des Programms ist es somit unter anderem
möglich zu verdeutlichen, dass die Transmissionswärmeverluste jedes Jahr mit den
verschiedenen Temperaturdifferenzen schwanken. Anzumerken ist jedoch, dass die
Abweichungen bisher von Jahr zu Jahr nur im Bereich weniger Prozente liegen. Im Folgenden
soll eine solche Berechnung beispielhaft für das Jahr 2013 dargestellt werden. Berechnet
werden die jährlichen Transmissionswärmeverluste für ein Wohngebäude, dessen Bauteile die
in Tabelle 11 aufgeführten Eigenschaften aufweisen. Die mittlere Temperaturdifferenz
zwischen dem Gebäudeinneren beträgt bei einer Gradtagzahl G20/15 etwa 9,2 °C.
Tabelle 11: Eigenschaften der Bauteile eines Modellgebäudes
Bauteil
Fläche A [m²]
U-Wert
[W/(m²K)]
Temperaturkorrekturfaktor
KF
100
0,3
0,6
240
36
100
0,5
1,8
0,6
0,6
Oberste Geschossdecke
(OG)
Außenwände(AW)
Fenster (F)
Kellerdecke (KD)
Der Transmissionswärmeverlust der einzelnen Bauteile kann auf die zuvor erläuterte Art
berechnet werden. Der vollständige Transmissionswärmeverlust über sämtliche Bauteile
ergibt sich aus der Summe der einzelnen Bauteilverluste:
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡 =
𝐴𝑂𝐺 ∙ 𝑈𝑂𝐺 ∙ 𝐾𝐹𝑂𝐺 +
(𝐴𝐴𝑊 − 𝐴𝐹 ) ∙ 𝑈𝐴𝑊 +
∙ 9,2 °C
𝐴𝐹 ∙ 𝑈𝐹 +
𝐴𝐾𝐷 ∙ 𝑈𝐾𝐷 ∙ 𝐾𝐹𝐾𝐷
Nach diesem Schritt sind zunächst die bei der gegebenen Temperaturdifferenz auftretenden
Transmissionswärmeverluste
in
Watt
ermittelt.
Für
die
jährlichen
Transmissionswärmeverluste muss dieser Wert noch mit der Anzahl der Stunden eines Jahres
multipliziert werden. In einem gewöhnlichen Jahr liegt diese bei etwa 8766 Stunden.
66
𝑊
100𝑚2 ∙ 0,3 𝑚 2 𝐾 ∙ 0,6 +
𝑊
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡 =
240𝑚2 − 36𝑚2 ∙ 0,5 𝑚 2 𝐾 ∙ 1 +
𝑊
36𝑚2 ∙ 1,8 𝑚 2 𝐾 ∙ 1 +
∙ 9,2 °C * 8766 h
𝑊
100𝑚² ∙ 0,6 𝑚 2 𝐾 ∙ 0,6
𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑣𝑒𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝐽𝑎 𝑕𝑟 = 17.832.244
𝑊𝑕
𝑘𝑊𝑕
= 17.832
𝑎
𝑎
Man erhält die Transmissionswärmeverluste beziehungsweise die Energie in Wattstunden pro
Jahr. Zur Umrechnung in Kilowattstunden muss anschließend durch den Faktor 1000 dividiert
werden. Der Transmissionswärmeverlust über alle Bauteile beträgt somit im Jahre 2013 bei
einer Gradtagzahl G20/15 etwa 17.832 Kilowattstunden pro Jahr. In der Tabelle 12 wird
beispielhaft aufgeführt, wie sich der jährliche Transmissionswärmeverlust in Abhängigkeit
von der Temperatur unterscheiden kann, die ein Nutzer für das Innere eines Wohngebäudes
wählt. Hierzu wird der Wert des Verlusts aufgeführt, der sich jeweils bei Innentemperaturen
von 23 °C und 20 °C bei einer gleichbleibenden Heizgrenztemperatur von 15 °C ergibt.
Tabelle 12: Jährliche Transmissionswärmeverluste bei unterschiedlichen Gradtagzahlen
Gradtagzahl
G20/15 – 3376 °Cd G23/15 – 4117 °Cd
Mittlere jährliche Temperaturdifferenz –
9,24 °C
11,28 °C
Innentemperatur Gebäude und Außentemperatur
Jährlicher Transmissionswärmeverlust
17.832
𝑘𝑊𝑕
21.746
𝑎
𝑘𝑊𝑕
𝑎
Im Vergleich zur Gradtagzahl G20/15 mit 3376 °Cd weist die Gradtagzahl G23/15 einen Wert
von 4117 auf. Die mittlere jährliche Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des
Gebäudes beträgt in diesem Fall etwa 11,2 °C. Der jährliche Transmissionswärmeverlust
beläuft sich auf 21.746
𝑘𝑊𝑕
𝑎
. Es ist zu erkennen, dass mit einer Innenraumtemperatur von
23 °C gegenüber eine Innenraumtemperatur von 20 °C ein um 22 Prozent höherer
Transmissionswärmeverlust verbunden ist. Dies geht gleichzeitig mit einem höheren Bedarf
an Heizwärme einher.
In
der
„Ab-initio-Rechnung
wurden
Kalkulationen
für
unterschiedliche
Temperaturdifferenzen angestellt, um ihre Auswirkungen auf die Wärmeverluste untersuchen
zu können. Herrühren können diese beispielsweise von sich ändernden Umweltbedingungen,
oder aber auch von variierenden Ansprüchen der Wohngebäudenutzer an die Innentemperatur
eines Wohngebäudes. Standardmäßig wird in der „Ab-initio-Rechnung“ eine mittlere
jährliche
Temperaturdifferenz von etwa 8,8 °C pro Tag zwischen dem Inneren des
67
Wohngebäudes und seiner Umgebung angenommen. Dies entspricht der mittleren
Temperaturdifferenz aus der Außentemperatur und der Innentemperatur eines Wohngebäudes
innerhalb des Jahres 2012 (IWU, 2014).
4.2.2. Vorgehensweise in der Ab-initio-Rechnung
Vorlage zur Berechnung der U-Werte
Zunächst steht eine Vorlage zur Verfügung, mit welcher der U-Wert eines Bauteils
standardmäßig für einen horizontalen Wärmestrom ermittelt wird. In diesem Schritt sind die
Werte der Wärmeübergangswiderstände, die an der Luft der Innenseite und der Außenseite
des Bauteils bestehen, vorgegeben. Frei gewählt werden können hingegen die Schichtdicke
des Materials, aus dem sich das Bauteil zusammensetzt, sowie dessen Wärmeleitfähigkeit
Lambda. Indem der Wert für die Schichtdicke durch den Wert der Wärmeleitfähigkeit
dividiert wird, erhält man den Wärmedurchlasswiderstand des Materials. Der gesamte
Wärmedurchgangswiderstand von Bauteil und Luftschichten ergibt sich anschließend aus der
Summe
des
Wärmedurchlasswiderstands
des
Materials
und
den
Wärmeübergangswiderständen der Außen- und Innenluft. Der Wärmedurchgangskoeffizient
oder auch U-Wert, eines Materials oder Bauteils ergibt sich schließlich aus der Bildung des
Kehrwerts des Wärmedurchgangswiderstands. In einer anderen Vorlage wird der
Ausgangspunkt
der
Betrachtung
verändert
und
mit
dem
Wert
des
Wärmedurchgangskoeffizienten eines Bauteils begonnen, den man zu erreichen wünscht. Man
erhält nach Angabe des angestrebten U-Werts und der Wärmeleitfähigkeit des einzusetzenden
Materials
den
Wert
der
Schichtdicke,
die
zum
Erreichen
des
veranschlagten
Wärmedurchgangskoeffizienten eingehalten werden muss. In der Vorlage wird berücksichtigt,
dass der U-Wert eines Bauteils neben der Stärke seines Materials und seiner
Wärmeleitfähigkeit noch von weiteren Faktoren beeinflusst werden kann. Betrachtet man ein
Bauteil gegen Außenluft, so müssen beispielsweise neben diesen Parametern zusätzlich die
vom Wärmestrom abhängigen Wärmeübergangswiderstände der Innen- und Außenluft
beachtet werden. Zudem kann sich ein Bauteil auch aus vielen verschiedenen Schichten mit
unterschiedlicher Stärke und verschiedenen Wärmedurchgangskoeffizienten zusammensetzen.
Bei gleichbleibenden Wärmeübergangswiderständen der Luft fällt der U-Wert jedoch
weiterhin umso niedriger aus, je dicker seine Materialschicht beziehungsweise je geringer die
Wärmeleitfähigkeit ist.
68
Vorlage zur Berechnung weiterer energierelevanter Kenngrößen
Mit der „Ab-initio-Rechnung“ kann eine Reihe weiterer energierelevanter Kenngrößen
berechnet werden. Hierbei handelt es sich um die Wärmeübertragende Hüllfläche eines
simulierten
Wohngebäudes,
dessen
A/V-Verhältnis,
den
spezifischen
auf
die
wärmeübertragende Hüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust (mittlerer U-Wert), die
jährlichen Transmissionswärmeverluste der gesamten Gebäudehülle und einzelner Bauteile,
sowie
näherungsweise
den
jährlichen
Primärenergiebedarf
sowie
die
jährlichen
Kohlenstoffdioxidemissionen. Die wärmeübertragende Hüllfläche wird hierbei durch das
Programm ausgegeben, sobald Angaben zu den grundlegenden Gebäudeparametern wie
beispielsweise der Grundfläche, der Höhe und den Seitenlängen gemacht werden. Da von
einem unbeheiztem Dach- und Kellergeschoss ausgegangen wird, bilden die Flächen der
obersten Geschossdecke, der Außenwände, der Fenster und der Kellerdecke die Grundlage für
den Wert der Wärmeübertragenden Hüllfläche. Gleiches gilt für das Volumen und die
Nutzfläche des simulierten Gebäudes. Das A/V-Verhältnis wird schließlich als Quotient der
wärmeübertragenden Hüllfläche zu dem Gebäudevolumen errechnet.
Die Ermittlung der jährlichen Transmissionswärmeverluste über die Wärmeübertragende
Hüllfläche kann auf zwei Arten erfolgen. Von Grund auf geschieht dies zunächst über die
Flächen der einzelnen, am Transmissionswärmeverlust beteiligten Bauteile. Ihre Berechnung
erfolgt durch das Programm bereits bei der Bestimmung der elementaren Gebäudeparameter.
Zusätzlich von Bedeutung sind U-Werte einzelner Bauteile. Diese können Tabelle 8
entnommen und in die dafür vorgesehenen Zellen der Excel-Vorlage kopiert werden. Zur
Orientierung, ob an entsprechender Stelle die Wärmedurchgangskoeffizienten für Bauteile in
Massivbauweise oder als Holzkonstruktion gewählt werden müssen, kann auf die
Informationen in Abschnitt 4.1. zurückgegriffen werden. Letze Bedingung zur Berechnung
der Transmissionswärmeverluste ist ein Wert für die Differenz zwischen der mittleren
Innentemperatur des Gebäudes und seiner durchschnittlichen Umgebungstemperatur. In der
„Ab-initio-Rechnung“ kann diese durch den Nutzer beliebig angepasst werden. Realistische
Werte können auch aus der bereits beschriebenen, die Gradtagzahlen enthaltenden Tabelle des
Instituts für Wohnen und Umwelt abgeleitet werden.
Sobald alle notwendigen Angaben gemacht sind, werden die Transmissionswärmeverluste
durch das Programm automatisch auf folgende Weise berechnet. Zunächst kommt es zur
Multiplikation der Fläche des Bauteils mit dem Wert seines Wärmedurchgangskoeffizienten
und
seinem
Temperaturkorrekturfaktor.
Ergebnis
ist
die
Größe
des
69
Transmissionswärmeverlusts angegeben in Watt pro Kelvin. Eine weitere Multiplikation
dieses Werts mit der mittleren Temperaturdifferenz ergibt den beim entsprechenden
Temperaturunterschied vorliegenden Transmissionswärmeverlust des Bauteils in Watt. Um
schließlich den jährlichen Transmissionswärmeverlust in Kilowattstunden zu ermitteln,
erfolgt die Multiplikation des erhaltenen Werts mit der Anzahl der Stunden eines Jahres und
die Division mit dem Faktor 1000. Diese Schritte werden durch das Programm gleichzeitig
für sämtliche Bauteile durchgeführt. Durch Summation der einzelnen Ergebnisse ergibt sich
der gesamten Transmissionswärmeverlust der Gebäudehülle in Kilowattstunden und Jahr. Da
die Werte für jedes Bauteil separat vorliegen, können auch ihre Anteile am gesamten
jährlichen Transmissionswärmeverlust bestimmt werden.
Eine weitere Möglichkeit, den Transmissionswärmeverlust über die Gebäudehülle pro Jahr zu
bestimmen, ergibt sich durch den spezifischen, auf die wärmeübertragene Hüllfläche
bezogenen Transmissionswärmeverlust 𝐻𝑇´ . In der „Ab-initio-Rechnung“ wird dieser
folgendermaßen
berechnet.
Zunächst
wird
das
Produkt
aus
der
Fläche,
des
Wärmedurchgangskoeffizienten und des Temperaturkorrekturfaktors für jedes einzelne, am
Transmissionswärmeverlust beteiligte Bauteil berechnet. Diese Produkte werden aufsummiert
und anschließend durch die Summe der Flächen derselben Bauteile dividiert. Aufgrund dieser
Berechnungsweise und der Dimension des Werts in Watt pro Quadratmeter und Kelvin
kennzeichnet
er,
entgegen
Wärmedurchgangskoeffizient
seiner
der
Bezeichnung,
Gebäudehülle
vielmehr
als
den
einen
gewichteten
tatsächlichen
Transmissionswärmeverlust. Für 𝐻𝑇´ gelten hierbei dieselben Regeln wie für die
Wärmedurchgangskoeffizienten einzelner Bauteile. Je niedriger der Wert ist, desto geringer
sind auch die Transmissionswärmeverluste über die wärmeübertragende Hüllfläche. Einmal
ermittelt, ist es somit möglich, die gesamten Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes
anstatt über die Werte der einzelnen Bauteile auch anhand des Werts 𝐻𝑇´ zu berechnen. In
diesem Fall wird der Wert H‘T mit der gesamten wärmeübertragenden Hüllfläche, der
Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außen sowie den Stunden eines Jahres multipliziert
und durch den Faktor 1000 dividiert. Diese Vorgehensweise ist ausreichend, wenn man sich
nicht für die Werte einzelner Bauteile sondern lediglich für den Gesamtwert interessiert.
Weitere Bedeutung kommt dem Wert in der Energieeinsparverordnung zu. In dieser stellen
Grenzwerte an H‘T eine Nebenanforderungen für Wohngebäude dar. Ihre Höhen sind
abhängig von der jeweiligen Gebäudekategorie und der Anbausituation
(Energieeinsparverordnung,
2009)
.
70
In der „Ab-initio-Rechnung“ werden beide vorgestellten Verfahren berücksichtigt, um
gleichzeitig den Wert 𝐻𝑇´ , den gesamten Transmissionswärmeverlust sowie die Anteile, die
einzelne Bauteile hieran haben, zu berechnen. Zur Ermittlung des auf den Quadratmeter
bezogenen jährlichen Transmissionswärmeverlusts über die Gebäudehülle, wird dieser durch
die Nutzfläche beziehungsweise die Wohnfläche dividiert.
Abschließend wird in der „Ab-initio-Rechnung“ der sich ergebende jährliche Bedarf an
Primärenergie auf Basis der Transmissionswärmeverluste berechnet. Grundlage hierfür ist,
dass Transmissionswärmeverluste den Bedarf an Raumwärme und hierdurch auch den
Energiebedarf eines Wohngebäudes zu einem wesentlichen Teil mitbestimmten (Loga, et al., 2011).
Die Berechnung erfolgt vereinfacht durch Multiplikation des Transmissionswärmeverlusts mit
einem Primärenergiefaktor. Dieser Faktor ist davon abhängig davon, welcher Energieträger
zur
Beheizung
verwendet
wird.
Analog
hierzu
werden
die
jährlichen
Kohlenstoffdioxidemissionen durch die Multiplikation der Transmissionswärmeverluste mit
einem energieträgerspezifischen CO2-Emissionsfaktor ermittelt. Durch diesen werden die pro
Kilowattstunde erzeugten Kohlenstoffdioxidemissionen in Kilogramm pro Quadratmeter
Wohn- oder Nutzfläche und Jahr ausgegeben
(Großklos, 2009)
. Normalerweise müsste zur
Berechnung des Primärenergiebedarfs der jeweilige Primärenergiefaktor jedoch nicht mit dem
Transmissionswärmeverlust, sondern mit der die Erzeugeraufwandszahl multipliziert werden.
Diese ist spezifisch für jede Heizungsanlage, durch welche die Transmissionswärmeverluste
ausgeglichen werden, und gibt das Verhältnis der bereitgestellten Endenergie zu der
letztendlich tatsächlich erzeugten Raumwärme an. Hierdurch werden somit die innerhalb der
Heizungsanlage entstehenden energetischen Verluste bei der Umwandlung von Endenergie in
Nutzenergie mitberücksichtigt. Durch weitere Multiplikation mit dem Primärenergiefaktor
werden schließlich auch die in der Vorkette entstehenden Verluste mit umfasst und man
erhält den zur Erzeugung der Raumwärme notwendigen Primärenergiebedarf
(Paschotta)
. Auch
die CO2-Emissionen müssten normalerweise durch Multiplikation des CO2-Emissionsfaktors
mit dem Wert der eingesetzten Endenergie erfolgen. Die beschriebene Vorgehensweise bildet
die Werte des Primärenergiebedarfs und der Kohlenstoffdioxidemissionen somit nicht
vollständig ab, stellt aber eine erste Näherung dar.
Der wesentliche Vorteil der „Ab-initio-Rechnung“ ist es, dass sie Zusammenhänge von Grund
auf verdeutlicht, die im Programm „Sanierungskonfigurator“ als Grundwissen vorausgesetzt
werden. Sie leistet somit wichtige theoretische Vorarbeit für das Verständnis des eher
Anwendungsorientierten Sanierungskonfigurators. Sie ermöglicht es, Resultate aus der
71
Nutzung dieses Programms besser verstehen oder überhaupt erst nachvollziehen und auf ihre
Plausibilität hin prüfen zu können.
4.3. Sanierungskonfigurator
Der Sanierungskonfigurator ist ein Programm, das gemeinsam vom Bundesministerium für
Verkehr, Bau und Stadtentwicklung sowie dem Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie entwickelt wurde. Das Programm kam im Zuge der vorliegenden Arbeit zur
Anwendung um, ähnlich der „Ab-initio-Rechnung“, die energetische Qualität von
Wohngebäuden unterschiedlicher Baualtersklassen, Kategorien und Anbausituationen zu
untersuchen. Im Gegensatz zur theoretischen „Ab-initio-Rechnung“, in welcher zunächst
wichtige Grundlagen erklärt werden, wird dem Nutzer des Sanierungskonfigurators nicht
erläutert wie Daten zustande kommen, die im Verlauf seiner Nutzung generiert werden. Der
Sanierungskonfigurator stellt die Grundlagen somit in den Hintergrund und ist eher als
Anwendungsorientiert einzustufen. Geeignet ist das Programm, um neben der auf dem
Endenergiebedarf
basierenden
energetischen
Bewertung
von
Wohngebäuden
auch
Maßnahmen zu analysieren und zu bewerten, mittels derer die energetische Qualität von
Wohngebäuden und einzelnen Gebäudebauteilen nachträglich verbessert werden kann. Im
Rahmen der Arbeit wurden hierbei sowohl die Effekte umfassender energetischer
Sanierungsmaßnahmen als auch die Auswirkungen verschiedener Einzelmaßnahmen
untersucht.
Dies
geschah,
indem
die
Kennwerte
des
Endenergiebedarfs,
des
Primärenergiebedarfs und der Kohlenstoffdioxidemissionen möglicher Wohngebäude vor und
nach einer simulierten energetischen Sanierung miteinander verglichen wurden. Zusätzlich
wurde das Programm dazu herangezogen, die geschätzten Investitionskosten in Euro zu
ermitteln, die zur Umsetzung der simulierten Modernisierungsmaßnahmen zu erbringen sind.
Eine Anleitung, in der die Nutzung des Programms detailliert beschrieben wird, ist auf dem
der
Arbeit
beiliegenden
Datenträger
zu
finden.
Bei
der
Anwendung
des
Sanierungskonfigurators fanden im Rahmen der Arbeit Baualtersklassen Berücksichtigung,
die mit denen des IWU und (Schild, et al., 2010) vergleichbar sind. Sie beginnen mit dem
Zeitraum „bis 1918“. Da Fachwerkhäuser nicht berücksichtigt werden, lautet die Bezeichnung
für Wohngebäude mit Baujahr vor 1919 in der vorliegenden Arbeit „bis 1918 (ohne
Fachwerkhäuser)“. Die aktuellsten Baualtersklassen im Sanierungskonfigurator decken die
Baujahre „1995 bis 2004“ sowie „ab 2005 ab. Für weiterführende Rechnungen, aufbauend auf
Ergebnissen, die mit dem Programm generiert wurden, werden diese zu der Klasse „ab 1995“
zusammengefasst. Zudem wird besondere Aufmerksamkeit auf Wohngebäude der
Baualtersklassen von „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)“ bis „1969 bis 1978“ gelegt. Mit
72
Bezug auf Gebäudetypen werden neben den freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern und
Reihenhäusern auch Wohngebäude der Kategorie „Mehrfamilienhaus“ mit einbezogen. Bei
diesem Teil der Arbeit bezieht sich die Wohngebäudebeschreibung in den entsprechenden
Baualtersklassen und Gebäudekategorien nahezu vollständig auf die Angaben aus Abschnitt
4.1. Detaillierte Informationen zu bestimmten Merkmalskombinationen können zudem der
Tabelle VII im Anhang entnommen werden. Die Beschreibung möglicher Gebäudezustände
unter Berücksichtigung dieser energierelevanten Eigenschaften wird im Abschnitt 4.3.2.
detailliert erläutert.
4.3.1. Einführung
Die Nutzung des Sanierungskonfigurators beginnt mit der Beschreibung des Ist-Zustands
simulierter Wohngebäude. Hierbei kann eine Reihe unterschiedlicher Gebäudeeigenschaften
ausgewählt und auf vielfältige Weise miteinander kombiniert werden. Ist die Beschreibung
abgeschlossen, gibt das Programm die aus den Gebäudeeigenschaften abgeleiteten Kennwerte
des
End-
und
Primärenergiebedarfs
sowie
der
daraus
resultierenden
Kohlenstoffdioxidemissionen aus. Möchte man im Folgenden untersuchen, in welchem
Ausmaß die energetische Qualität von Wohngebäuden durch Sanierungsmaßnahmen
verbessert werden kann, muss im Anschluss an die Zustandsbeschreibung eine Simulation
unterschiedlicher energetischer Sanierungsszenarien durchgeführt werden. Auch hier hat der
Nutzer die Möglichkeit, zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher Maßnahmenkategorien zu
wählen. Einen Schwerpunkt bildet die nachträgliche Dämmung der Gebäudehülle. Hierzu
zählen die Bauteile „Außenwand“, „Dach“, „oberste Geschossdecke“ und „Kellerdecke“. Der
Austausch der Fenster und die Modernisierung der Anlagentechnik stellen weitere
Vorkehrungen dar, die berücksichtigt werden können. Die simulierten energetischen
Sanierungsmaßnahmen können dabei individuell oder nach vorgegebenen Standards
ausgerichtet werden. Hierbei handelt es sich zum einen um die Mindeststandards einer
Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen (Energieeinsparverordnung) und zum anderen
gemäß technischer Mindestanforderungen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). Die
Vorgaben betreffen insbesondere den Fensteraustausch, die Dämmung der Gebäudehülle
sowie die Dämmung der Rohrleitungen und der Wärmeverteilung. Innerhalb des Programms
gibt es für den Wechsel des Energieträgers sowie für die Modernisierung der Heizungsanlage,
der Warmwasserbereitung und der Warmwasserverteilung hingegen keine Vorgaben. Sobald
die erste Sanierungsmaßnahme simuliert ist, gibt das Programm bereits die geänderten
Angaben im Hinblick auf Energiebedarf und Kohlenstoffdioxidemissionen aus. Zudem wird
die Differenz der Werte vor und nach der Sanierungsmaßnahme in Prozent angegeben.
73
Weiterhin werden die geschätzten Investitionskosten aufgeführt, die für jede einzelne
Maßnahme notwendig sind. Hierdurch wird direkt erkenntlich, in welchem Ausmaß
Veränderungen von jeder einzelnen Maßnahme ausgehen und wie viel Geld hierfür investiert
werden muss. Es ist somit fortlaufend möglich, die Effekte und die Kosten der
unterschiedlichen energetischen Sanierungsmaßnahmen detailliert zu analysieren. Ist dieser
Prozess abgeschlossen, sind einer Übersicht die Summen sämtlicher Einsparungen und die
Kosten zu entnehmen, die sich aufgrund aller berücksichtigten Modernisierungsmaßnahmen
ergeben.
Aufgrund der sich bietenden Vielfalt sowohl bei der Beschreibung der Ist-Zustände als auch
bei der Auswahl der energetischen Sanierungsmaßnahmen, konnten im Rahmen der
vorliegenden Arbeit nicht alle möglichen Kombinationen berücksichtigt werden. Im
Folgenden sollen die Entscheidungen begründet und erläutert werden, die bei der
Zustandsbeschreibung unterschiedlicher Wohngebäude und im Verlauf der Simulation
verschiedener Sanierungsmaßnahmen vorgenommen wurden.
4.3.2. Gebäudebeschreibung und Simulation von Sanierungsmaßnahmen
Um die Kosten und Effekte von Sanierungsmaßnahmen anhand des Sanierungskonfigurators
ermitteln zu können ist es zunächst notwendig, den Ist-Zustand eines Bestandsgebäudes zu
beschreiben. Dies geschieht, indem an den entsprechenden Stellen im Programm unter dem
Punkt
„Erfassung
eingetragen
Gebäudezustand“
werden.
Um
dies
für
die
jeweils
abgefragten
Wohnhäuser
der
Gebäudeeigenschaften
Kategorien
„freistehendes
Ein-/Zweifamilienhaus“, „Reihenhaus“ und „Mehrfamilienhaus“ aller berücksichtigten
Baualtersklassen durchführen zu können, wird die Datengrundlage aus Abschnitt 4.1. und aus
Tabelle VII im Anhang mit dem Sanierungskonfigurator kombiniert. Es werden dabei stets
klar definierte Beschreibungen der Ist-Zustände vorgenommen, basierend auf einer
Kombination der Merkmale, die bei deutschen Bestandsgebäuden am häufigsten vorzufinden
sind. Nicht berücksichtigt wurden bei dem Beschreibungsvorgang eventuell bereits
vorgenommene Dämmungen der Gebäudehülle. Beschrieben wurden somit Gebäude, die
nach den Standards ihrer jeweiligen Baualtersklasse errichtet und an denen seitdem noch
keine nachträglichen Modernisierungsmaßnahmen vorgenommen wurden. Durch diese
Vorgehensweise wird der Ist-Zustand von Wohngebäuden in diesem Schritt mit ihrem
Ursprungszustand
gleichgesetzt.
Anschließend
gilt
es,
realistische
energetische
Modernisierungsmaßnahmen zu simulieren und die daraus resultierenden Einsparungen an
Energie
und
Kohlenstoffdioxidemissionen
sowie
die
zu
tätigenden
geschätzten
Investitionskosten zu ermitteln. Hierbei wurden in zwei Schritten jeweils die Standards
74
berücksichtigt, die Modernisierungen gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV) oder gemäß
technischer Mindestanforderungen der KfW erfüllen müssen. Es ist möglich, die
Mindeststandards sowohl der Energieeinsparverordnung, als auch verschiedenen Merkblättern
der KfW zu entnehmen. In Bezug auf die Dämmung verschiedener Bauteile kann auch direkt
auf durch das Programm vorgegebene Werte zurückgegriffen werden.
Beschreibung eines Gebäude-Ist-Zustands mit dem Sanierungskonfigurator
Für die vorliegende Arbeit wurden für freistehende Ein-/Zweifamilienhäuser, freistehende
Mehrfamilienhäuser sowie für Reihenhäuser und Mehrfamilienhäuser in Reihenbauweise aller
berücksichtigten Baualtersklassen ein möglicher Ist-Zustand ermittelt und tabellarisch
festgehalten. Das Vorgehen hierbei soll im Folgenden anhand der Tabelle 13 erläutert werden.
Tabelle 13: Beschreibung eines Gebäude-Ist-Zustands mit dem Sanierungskonfigurator
Erfassung des Gebäude-Ist-Zustands
1. Gebäude
Direkt angrenzendes Nachbargebäude
Keins (freistehend)
Grundriss
Kompakt
Baujahr
1969 bis 1978
Anzahl Vollgeschosse
2
Anzahl Wohneinheiten
1
Beheizte Wohnfläche [m³]
122
2. Gebäudehülle
Dach
Form
Nutzung
Aufbauten (Gauben)
Schrägdach
Dachgeschoss nicht beheizt
Vorhanden
Keller
Nutzung
Kellergeschoss nicht beheizt
Fenster
Einbaujahr
Typ
1969 bis 1978
Fenster, einfach verglast
3. Baukonstruktion
Dach
Oberste Geschossdecke
Außenwände
Fußboden zum Keller oder Erdreich
Holzkonstruktion
Massivbauweise
Massivbauweise
Massivbauweise
4. Heizung
Art der Heizungsanlage
Brennstoff
Baujahr
Wärmeverteilung
Kessel/Therme (zentral)
Erdgas/Flüssiggas
Bis 1986
60er/70er (nachträglich gedämmt)
5. Warmwasserbereitung
Warmwasserbereitung
Baualter/Dämmstandard
Kombiniert mit Zentralheizung
ohne Warmwasserzirkulation
50er bis 70er Jahre
75
In der voranstehenden Tabelle wird der beschriebene Ist-Zustand eines freistehenden Ein/Zweifamilienhauses der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ dargestellt. Die Auswahl „keins
(freistehend)“ zur Anbausituation ergibt sich aus der Tatsache, dass ein freistehendes Ein/Zweifamilienhaus simuliert werden soll. Der kompakte Grundriss wurde gemäß den
Informationen aus Abschnitt 4.1 gewählt. Für das Baujahr wird der Abschnitt „1969 bis
1978“
bestimmt,
der
sowohl
in
der
Datengrundlage
des
IWU
als
auch
im
Sanierungskonfigurator übereinstimmt. Bei der Angabe der Vollgeschosse basierend auf
Tabelle VII stellt sich die Situation folgendermaßen dar. Zunächst schließen die dort
aufgeführten Werte möglicherweise vorhandene Dach- und Kellergeschosse nicht mit ein. Da
diese Geschosstypen bei der Angabe der Vollgeschosse im Sanierungskonfigurator jedoch
auch nicht berücksichtigt werden sollen, ist die Kombination der Datengrundlage mit dem
Programm prinzipiell möglich. Die sich für die meisten Gebäudetypen und Baualtersklassen
ergebende Schwierigkeit ist jedoch, dass Tabelle VII keine konkrete Anzahl an
Vollgeschossen zu entnehmen ist. Vielmehr liegt diese meist zwischen zwei Werten. Bei
freistehenden Einfamilienhäusern der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ schwankt sie
beispielsweise zwischen ein bis zwei Vollgeschossen. Sie liegt demnach bei einem nicht
gewichteten Mittelwert von 1,5. Bei der Nutzung des Sanierungskonfigurators ist es jedoch
nicht möglich, die Vollgeschossanzahl mit Kommastellen anzugeben. Für diese Fälle wurde
für die Gebäudebeschreibung stets auf den gerundeten Mittelwert der typischen Anzahl an
Vollgeschossen zurückgegriffen. In der Kategorie EFH ergeben sich dadurch stets zwei
Vollgeschosse pro Wohngebäude in allen Altersklassen. Wohngebäude der Kategorie RH
weisen nach dieser Vorgehensweise bis zum Baujahr 1983 ebenso zwei Vollgeschosse auf. In
späteren Baualtersklassen erhöht sich die Anzahl hingegen auf drei. Mehrfamilienhäuser
weisen über alle Baualtersklassen eine
mittlere Anzahl von vier Vollgeschossen pro
Wohngebäude auf. Ebenso verhält es sich bei der Angabe der Wohnungen pro Wohngebäude
und der Wohnfläche pro Wohnung, Die Werte hierfür können der Tabelle 3 entnommen
werden.
Bei den Angaben zur Gebäudehülle ist es nicht immer möglich, sich direkt auf die in der
Datengrundlage dargestellten Informationen in Abschnitt 4.1. und auf Tabelle VII im Anhang
zu beziehen. Für die Angabe zur Dachform eines Wohngebäudes wird dort für freistehende
Ein-/Zweifamilienhäuer der Altersklasse „1969 bis 1978“ sowohl die Möglichkeit eines
Flachdachs als auch eines Satteldachs aufgeführt. Im Fall des in Tabelle 13 beschriebenen
Gebäudes fiel die Wahl willkürlich auf das Sattel- und somit auf ein Schrägdach. Zum
Aspekt, ob ein Wohngebäude einer bestimmten Kategorie und Baualtersklasse Gauben
76
aufweist oder nicht, konnten keine allgemeinen Werte während der Untersuchung des
Wohngebäudebestands ausgemacht werden. Teilweise können die Angaben auf Basis der in
(IWU, 2005) aufgeführten repräsentativen Gebäudevertreter gemacht werden. So weist der
Vertreter eines in Tabelle 13 beschriebenen Gebäudes der Kategorie EFH und der
Baualtersklasse 1969 bis 1978 tatsächlich Gauben auf. Bei der Gebäudebeschreibung wurden
diese daher mit berücksichtigt. In der genannten Veröffentlichung wird jedoch nicht zu allen
repräsentativen Gebäuden eine eindeutige Angabe im Hinblick auf dieses Merkmal gemacht.
Für die Fälle, in denen die Angaben fehlen, wird angenommen, dass keine Gauben vorhanden
sind. Ähnlich verhält es sich bei Aussagen bezüglich der Nutzung des Dachs und möglicher
Kellergeschosse. Auf Grundlage des Abschnitts 4.1. können Aussagen darüber getroffen
werden, welche Nutzungsform dieser Geschosse am häufigsten in Altbauten bis zu den Jahren
1978 vorzufinden ist. Diese wurden in der Arbeit auch für Wohngebäude aktuellerer
Baualtersklassen übernommen. Für ein in Tabelle 13 beschriebenes
Wohngebäude der
Baualtersklasse „1969 bis 1978“ sind die häufigsten Nutzungsformen dieser beiden
Geschosstypen das unbeheizte Dach- und Kellergeschoss. Weniger kompliziert stellt sich die
Lage bei der Angabe des Einbaujahrs der Fenster dar. Hier kann auf denselben Zeitrahmen
zurückgegriffen werden, der bereits für die Baualtersklasse des Gebäudes gewählt wurde. Für
den Typ wurde entsprechend Tabelle 4 ein einfachverglastes Fenster gewählt. Angenommen
wird für die Gebäudebeschreibung zudem stets ein Kunststoffrahmen.
Die Angaben zur Konstruktionsart des Dachs, der obersten Geschossdecke, der Außenwände
sowie des Fußbodens zum Keller oder zum Erdreich können auf Basis der in Abschnitt 4.1.
aufgeführten Angaben und der Tabelle VII im Anhang vorgenommen werden. Ein
Wohngebäude der Kategorie EFH und der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ weist demzufolge
ein Dach in Holzkonstruktion auf, wohingegen die restlichen Bauteile in Massivbauweise
vorliegen. Bezüglich der Art der Heizungsanlage sowie des Brennstoffs ist es möglich, sich
auf die Daten in den Tabellen 5 und 6 zu stützen. Für ein Wohngebäude aus Tabelle 13 ist
demnach eine Block-/Zentralheizung mit einem Kessel als Wärmeerzeuger, verbunden mit
Gas als Energieträger typisch. Es werden bei der Gebäudebeschreibung dementsprechend die
Optionen
„Kessel/Therme
(zentral)
für
die
Heizungsart
und
die
Brennstoffart
„Erdgas/Flüssiggas“ gewählt. Für das Baujahr der Heizung und die Wärmeverteilung werden
eigene Zuordnungen der zur Verfügung stehenden Optionen vorgenommen, die sich an dem
Baujahr des zu beschreibenden Gebäudes orientieren. Da es sich um ein Wohngebäude der
Baualtersklasse „1969 bis 1978“ handelt, wird für das Heizungsbaujahr die Kategorie „bis
1986“ gewählt. Für die Dämmung der Wärmeverteilung kommen die beiden Optionen
77
„60er/70er (nachträglich gedämmt)“ und „70er Jahre und davor (ungedämmt) in Frage. Die
Wahl fällt bei dem in Tabelle 13 beschriebenen Gebäude auf den erstgenannten Standard. Bei
den Angaben zur Warmwasserbereitung wird ähnlich wie zuvor bei der Heizung verfahren.
Die Angaben zur Warmwasserbereitung finden sich ebenso in Abschnitt 4.1. Im größten Teil
der Wohngebäude liegt die Warmwasserbereitung demnach in Kombination mit der Heizung
vor. Für das Baualter wurde in Anlehnung an die Baualtersklasse des Gebäudes die Kategorie
„50er bis 70er Jahre (nachträglich gedämmt)“ gewählt.
Auf die im vorigen Abschnitt dargelegte Weise wurden Beschreibungen für Wohngebäude
der Kategorien EFH, RH und MFH aller neun im Sanierungskonfigurator möglichen
Baualtersklassen durchgeführt. Die Merkmale der beiden aktuellsten Baualtersklassen wurden
dabei für spätere Rechnung zusammengefasst. Zusätzlich wurden jeweils alle denkbaren
Anbausituationen vom freistehenden Haus über das Reihenendhaus bis zum Reihenmittelhaus
berücksichtigt. Auf diese Weise wurden somit typische Ist-Zustände von insgesamt 54
Wohngebäudetypen beschrieben. In Anschluss hieran wurde für alle so generierten Gebäude
jeweils eine energetische Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen sowie gemäß
technischer Mindestanforderungen der KfW simuliert. Im folgenden Abschnitt soll Anhand
der Tabelle 14 erläutert werden, welche Maßnahmen bei der vollständigen Simulierung einer
Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV) für das in der Tabelle 13 beschriebene
Gebäude berücksichtigt wurden.
Simulation energetischer Sanierungsmaßnahmen mit dem Sanierungskonfigurator
Zunächst muss die Art der Dämmung der Gebäudehülle bestimmt werden. Bei der
Beschreibung des Wohngebäudes wurde für die Nutzung des Dachs die Option
„Dachgeschoss unbeheizt“ gewählt. Aufgrund dieser Angabe muss eine Dämmung des Dachs
in diesem Fall nicht berücksichtigt werden. Infrage kommen hingegen eine verbesserte
Isolierung der obersten Geschossdecke, der Außenwände und der Kellerdecke. Zur Dämmung
jedes Bauteils müssen hierbei drei Angaben gemacht werden. Diese betreffen den zu
dämmenden Flächenanteil des Bauteils, die Dämmstoffqualität des hierzu verwendeten
Materials sowie die angestrebte Dämmstärke. Für die simulierten Wohngebäude wurde stets
die
Annahme
getroffen,
dass
an
ihnen
bisher
keine
nachträglichen
Modernisierungsmaßnahmen vorgenommen wurden. Der Anteil der zu dämmenden
Bauteilfläche wurde aus diesem Grund immer auf 100 Prozent gesetzt.
78
Tabelle 14: Simulation einer energetischen Sanierung mit dem Sanierungskonfigurator
Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen
1. Dämmung der Gebäudehülle
Oberste Geschossdecke
Gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV)
Dämmstoffqualität (WLG)
035
Stärke [cm]
6
Flächenanteil [%]
100
Außenwände
Gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV)
Dämmstoffqualität (WLG)
035
Stärke [cm]
12
Flächenanteil [%]
100
Kellerdecke
Gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV)
Dämmstoffqualität (WLG)
035
Stärke [cm]
8
Flächenanteil [%]
100
2. Fenster
Art der Sanierung
Gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV)
Fenstertyp
Kunststofffenster, 2-fach Wärmeschutzverglasung
3. Heizung
Heizungsanlage
Kessel/Therme (zentral)
Kessel/Therme
Brennstoff
Erdgas, Flüssiggas
Wärmeverteilung (Rohrleitungen)
Dämmen nach Energieeinsparverordnung
4. Warmwasserbereitung/-verteilung
Warmwasserbereitung
kombiniert mit Zentralheizung
Baualter/Dämmstandard Wärmeverteilung
Dämmen nach Energieeinsparverordnung
Im Hinblick auf die Stärke des Dämmstoffs, der eingesetzt werden soll, muss zuvor eine
Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Zunächst ist es wichtig zu klären, welches Ziel
mit der zusätzlichen Dämmung erreicht werden soll. Je dicker die zusätzliche Dämmschicht
ist, umso besser werden zukünftige Transmissionswärmeverluste der wärmeübertragenden
Hüllfläche bei gleicher Wärmeleitfähigkeit des Materials vermindert. Ein weiterer wichtiger
Einflussfaktor auf den Wärmedurchgangskoeffizienten ist die Wärmeleitfähigkeit des zur
Dämmung eingesetzten Materials. Welche Wärmeleitfähigkeit die im Sanierungskonfigurator
gewählten
Materialen
aufweisen,
wird
innerhalb
des
Programms
durch
die
Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) gekennzeichnet. Ein Material der WLG 035 weist dabei
eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/(mK) auf. Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit ist, umso
effektiver ist die nachträgliche Dämmstärke bei gleicher Schichtdicke.
Möchte man die Sanierungsstandards gemäß gesetzlicher Anforderungen oder gemäß
technischer Mindestanforderungen der KfW erfüllen, müssen hierfür gewisse Mindestwerte
der Wärmedurchgangskoeffizienten einzelner Bauteile eingehalten werden. Da die
Anforderungen
der
Kreditanstalt
für
Wiederaufbau
schärfer
sind
als
die
der
Energieeinsparverordnung, müssen für nachträgliche Dämmungen nach diesem Standard stets
79
entweder höhere Dämmstärken oder Materialen mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit verwendet
werden. Ein weiterer Faktor von Bedeutung ist die Qualität der unterschiedlichen Bauteile des
Gebäudes in seinem Ursprungszustand. Je näher der Wärmedurchgangskoeffizient im
Ursprungszustand an dem Standard ist, der durch die energetische Sanierung angestrebt wird,
umso geringer fallen die Anforderungen an eine nachträgliche Dämmung aus. Wie in
Tabelle 8
gezeigt, vermindern sich die Werte der Wärmedurchgangskoeffizienten
unterschiedlicher Bauteile von älteren zu aktuelleren Baualterskassen. Bei der nachträglichen
Dämmung von Wohngebäuden aktuellerer Baualtersklassen können die angebrachten
Dämmschichten demnach im Vergleich zur energetischen Sanierung älterer Gebäude bei
gleicher Wärmeleitfähigkeit tendenziell dünner ausfallen.
Als Dämmstoffqualität wird in dem in Tabelle 14 aufgeführten Beispiel sowie in sämtlichen
in der Ausarbeitung simulierten Sanierungsmaßnahmen die übliche Dämmstoffqualität
WLG 035
(Michael, 2008)
angenommen. Da dieser Faktor festgesetzt ist wird die erforderliche
Dämmstoffdicke nur noch von den Wärmedurchgangskoeffizienten im Ursprungszustand
sowie dem angestrebten Sanierungsstandard beeinflusst. Da das simulierte Wohngebäude in
diesem Beispiel der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ entstammt, sind auch die
Ursprungswerte der Wärmedurchgangskoeffizienten festgelegt. Als letzter Faktor bleibt somit
der angestrebte Sanierungsstandard. Dieser wird hier auf den Standard einer Sanierung gemäß
gesetzlicher Anforderungen festgelegt. Die unter Punkt 1 in Tabelle 14 angegeben
Dämmstoffdicken sind somit die Werte, die zur Erfüllung gesetzlicher Vorgaben bei
Wohngebäuden der Baualtersklassen „1969 bis 1978“ unter Verwendung von Dämmstoffen
der WLG 035 zusätzlich anzubringen sind. Bei der Sanierung der Fenster wird zur Erfüllung
desselben Standards stets der Austausch der alten Fenster durch Kunststofffenster mit 2facher Wärmeschutzverglasung simuliert. Sollte hingehen eine Sanierung gemäß technischer
Mindestanforderungen der KfW dargestellt werden, wurde immer ein Wechsel der alten
Fenster mit Kunststofffenstern mit 3-facher Wärmeschutzverglasung gewählt. Unter Punkt 2
in Tabelle 14 wird das Vorgehen bei der Simulierung der Heizungsmodernisierung
dargestellt. Sowohl bei Sanierungen gemäß technischer Mindestanforderungen der KfW als
auch gemäß gesetzlicher Anforderungen wurden stets die Beheizungsart, der Wärmeerzeuger
und der Energieträger beibehalten. Grundlage hierfür ist die Veröffentlichung (Diefenbach, et
al., 2010). Dieser ist zu entnehmen, dass in der Beheizungsstruktur deutscher Wohngebäude
auch nach einer Modernisierung die Block-/Zentralheizung mit dem Heizkessel als
Wärmeerzeuger und Gas als Energieträger in dem überwiegenden Teil der Wohngebäude
vorzufinden ist. Zudem wird bei einer Modernisierung gemäß beider Standards eine
80
Dämmung der Wärmeverteilung (Rohrleitungen) nach Energieeinsparverordnung gewählt.
Auch
die
Warmwasserbereitung
wird
während
der
Simulierung
beider
Modernisierungsstandards als mit der Zentralheizung kombiniert belassen und eine Dämmung
nach Energieeinsparverordnung simuliert. Bei einer Sanierung gemäß technischer
Mindestanforderung der KfW wurden zudem die förderfähigen Einzelmaßnahmen „Einbau
Hocheffizienzpumpe“ und „Durchführung hydraulischer Abgleich“ mit eingeschlossen. Wenn
eine Sanierungsmaßnahme keinen Effekt aufweisen würde, wurde sie für die simulierte
Modernisierung nicht berücksichtigt. Dies trifft zum Beispiel für den Fall zu, dass eine
nachträgliche Dämmung der Rohrleitungen nach Energieeinsparverordnung überflüssig ist, da
diese bereits im Ursprungszustand des beschriebenen Gebäudes diesen Dämmstandard
aufweisen. Dies kann beispielsweise auf Gebäude aus der Baualtersklasse “ab 2005“
beziehungsweise der zusammengeführten Baualtersklasse „ab 1995“ zutreffen.
4.4. Weiterführende Rechnungen auf Grundlage der Ergebnisse
Die im vorangehenden Abschnitt beschriebene Vorgehensweise wurde analog für simulierte
Wohngebäude
aller
berücksichtigten
Kategorien
und
Baualtersklassen
beibehalten.
Untersucht wurden hierbei für jedes Wohngebäude jeweils die Werte des Endenergiebedarfs,
des
Primärenergiebedarfs
und
der
Kohlenstoffdioxidemissionen
pro
Quadratmeter
Wohnfläche und Jahr jeweils vor und nach einer energetischen Modernisierung sowie die
entstehenden Investitionskosten. In diesem Zusammenhang wurden sowohl umfassende
Sanierungen als auch einzelne Maßnahmen betrachtet. Zielwerte
der simulierten
energetischen Modernisierungsmaßnahmen waren jeweils die Sanierungsstandards gemäß
gesetzlicher Anforderungen und gemäß technischer Mindestanforderungen der Kreditanstalt
für Wiederaufbau. Im Folgenden wird erläutert, auf welche Weise die mit dem
Sanierungskonfigurator generierten Daten aufbereitet und anschließend für weiterführende
Rechnungen genutzt wurden.
Zunächst wurde eine Reihe von Excel-Vorlagen erstellt. In diesen sind alle zur Beschreibung
der Gebäudezustände und zur Simulation der energetischen Modernisierungsmaßnahmen
gemachten Angaben dokumentiert. Unter Verwendung dieser Vorlagen ist es möglich
sämtliche Daten zu reproduzieren, die den Ergebnissen im Abschnitt 5.2. zugrunde liegen.
Die Anleitung zur Nutzung des Sanierungskonfigurators auf dem der Arbeit beiliegenden
Datenträger bietet hierfür eine weitere Hilfestellung. Für alle nach Maßgabe der Vorlage
beschriebenen Gebäude enthalten die Vorlagen darüber hinaus auch erste Ergebnisse. Hierbei
handelt es sich um die Werte des Energiebedarfs und der Kohlenstoffdioxidemissionen vor
und nach einer simulierten energetischen Gebäudemodernisierung. Zusätzlich werden die
81
durch die umfassende Sanierung gegenüber dem Ausgangswert erzielten prozentualen
Einsparungen und die notwendigen geschätzten Investitionskosten aufgeführt. Diese grobe
Unterteilung der Ergebnisse erlaubt noch keine Rückschlüsse darauf, welche Kosten und
Einsparungen von der Umsetzung einzelner energetischer Modernisierungsmaßnahmen
ausgehen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde jedoch deutlich, dass eben diese detailliert
aufgeschlüsselten Werte für weiterführende Rechnungen benötigt wurden.
Den nächsten Schritt stellte daher die Analyse einzelner energetischer Sanierungsmaßnahmen
dar. Berücksichtigt wurden hierbei die nachträgliche Dämmung der Bauteile „Außenwände“,
„Oberste Geschossdecke“ und „Kellerdecke“, der Austausch der Fenster sowie die
Modernisierung der Heizungsanlage und der Warmwasserbereitung. Um die Kosten und
Einsparungen einzelner Maßnahnahmen zu ermitteln, wurden zunächst erneut nach Maßgabe
der Excel-Vorlagen die Wohngebäude sämtlicher Kategorien, Baualtersklassen und
Anbausituationen mit dem Sanierungskonfigurator beschrieben. Anschließend wurde Schritt
für Schritt jede energetische Sanierungsmaßnahme separat simuliert, um ihre spezifischen
Kosten und Effekte zu ermitteln. Die auf diese Weise neu gewonnenen, detaillierten Daten
wurden tabellarisch festgehalten und für unterschiedliche Verwendungszwecke weiter
aufbereitet.
4.4.1. Bewertung und Aufbereitung der Daten
Ab diesem Zeitpunkt waren Werte des Endenergiebedarfs, des Primärenergiebedarfs und der
Kohlenstoffdioxidemissionen vor und nach jeder einzeln simulierten energetischen
Sanierungsmaßnahme verfügbar. Zudem lagen die Werte der prozentualen Einsparungen und
die absoluten Einsparungen an Endenergie im Vergleich zum Ausgangswert sowie die
geschätzten Investitionskosten für jede Einzelmaßnahme vor. Unbearbeitet erlaubten die
Daten einen Vergleich der Kosten der sechs Modernisierungsmaßnahmen sowie eine
Beurteilung des Verhältnisses, in dem diese Vorkehrungen im Hinblick auf Einsparungen an
End- und Primärenergiebedarf sowie im Bezug auf die Kohlenstoffdioxidemissionen
zueinander stehen. Im weiteren Verlauf der Arbeit verlagerte sich der Fokus jedoch weg von
der Betrachtung aller sechs bisher berücksichtigten Modernisierungsmaßnahmen hin zu einer
isolierten Betrachtung der Kosten und Effekte der nachträglichen Dämmung der
Außenwände, der obersten Geschossdecke, der Kellerdecke sowie des Fensteraustauschs. Aus
diesem Grund wurden in weiterführenden Berechnungen nur noch diese Maßnahmen
berücksichtigt. Die Zuvor durch den Sanierungskonfigurator ausgegebene Gewichtung dieser
Maßnahmen im Hinblick auf Einsparungen im Endenergiebedarf, Primärenergiebedarf und
82
Kohlenstoffdioxidemissionen musste im Zuge dessen unter Berücksichtigung nur dieser vier
Maßnahmen neu berechnet werden.
Sowohl die ursprünglichen als auch die neu gewichteten Daten besaßen aufgrund der
gewählten
Vorgehensweise
nur
für
charakteristische
Wohngebäude
bestimmter
Anbausituationen in einzelnen Baualtersklassen Gültigkeit. Für weitere Zwecke war es jedoch
notwendig, diese Daten auch über alle Baualtersklassen gemittelt, sowie gemittelt für die
einzelnen Wohngebäudekategorien und den gesamten Wohngebäudebestand zu berechnen.
Berechnung der gewichteten Mittelwerte
Die Vorgehensweise, anhand der für alle Wohngebäude in einer bestimmten Anbausituation
gewichtete Mittelwerte über sämtliche Baualtersklassen berechnet wurden, wird nachstehend
erläutert. Dies erfolgt am Beispiel der Kategorie „freistehende Ein-/Zweifamilienhaus“.
Zunächst wurde die Summe aller freistehenden Einfamilienhäuser im deutschen
Wohngebäudebestand sowie ihre Anzahl in einzelnen Baualtersklassen aus Abbildung 6
entnommen. Der Anteil, den die freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser einer Baualtersklasse
an der Gesamtsumme aller freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser im Gebäudebestand haben,
wurde ermittelt, indem die Gebäudeanzahl in einer Baualtersklasse durch die Gesamtsumme
aller freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser dividiert wurde. Für freistehende Wohngebäude
der Baualtersklasse „1969 bis 1978“ ergibt sich beispielsweise mit einem Wert 1.507.000
Wohngebäuden gegenüber insgesamt 9.646.000 freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern
(ohne Fachwerkhäuser) ein Anteil von 15,6 Prozent. Diese Vorgehensweise wurde für alle
Baualtersklassen wiederholt. Um nun beispielsweise die gewichteten Anteile an der
Einsparung im Endenergiebedarf zu berechnen, die gemittelt über alle Baualtersklassen von
der energetischen Modernisierung der Außenwände eines Gebäudes ausgehen, muss
folgendermaßen vorgegangen werden. Zu erst muss der Anteil an der Einsparung ermittelt
werden, der durch die Sanierung des Bauteils in der entsprechenden Baualtersklasse erreicht
wird. So bewirkt beispielsweise eine energetische Sanierung der Außenwände gemäß
gesetzlicher
Anforderungen
bei
einem
freistehenden
Ein-/Zweifamilienhaus
der
Baualtersklasse „1969 bis 1978“ im Verhältnis zu den übrigen Maßnahmen etwa 45,6 % der
Einsparungen am Endenergiebedarf des gesamten Gebäudes. Multipliziert mit dem Wert
15,6 %, was dem Anteil der Wohngebäude dieser Baualtersklasse an allen freistehenden
Einfamilienhäusern entspricht, ergibt dies einen Wert von ungefähren 7,1 %. Dies ist der Wert
des Bauteils, der von typischen Gebäuden dieser Altersklasse in die Gewichtung über alle
Baualtersklassen eingeht. Diese Vorgehensweise wurde für alle Baualtersklassen wiederholt
83
und anschließend die Summe aus allen Einzelwerten gebildet. Der über alle Baualtersklassen
gewichtete Mittelwert im Hinblick auf den Anteil an der Einsparung am Endenergiebedarf des
gesamten
Gebäudes
durch
eine
Sanierung
der
Außenwände
gemäß
gesetzlicher
Anforderungen beläuft sich nach dieser Methode auf etwa 50 %.
Eine Besonderheit bei der Berechnung der gewichteten Mittelwerte tritt für Wohngebäude ab
dem Baujahr 1995 auf. Durch den Sanierungskonfigurator werden die Werte in Bezug auf
Kosten und Einsparungen einzelner Bauteile für die Baualtersklassen „1995 bis 2004“ und
„ab 2005“ separat angegeben. Das IWU bietet für diesen Zeitraum jedoch nur die Anzahl an
Wohngebäuden der Baualtersklassen „1995 bis 2001“ und 2002 bis 2009“. Um die
Berechnung nach beschriebener Vorgehensweise auch für die einzelnen Bauteilwerte und
Gebäude ab diesen Baujahren durchführen zu können, wurde folgendermaßen vorgegangen.
Aus der Anzahl der Wohngebäude beider Baualtersklassen des IWU wurde die Summe
gebildet und diese anschließend unter der Altersklasse „ab 1995“ zusammengefasst.
Schließlich wurde der Anteil an Wohngebäuden dieser „neuen“ Baualtersklasse an allen
Wohngebäuden im berücksichtigten Bestand berechnet. Ebenso wurde die Summe der
einzelnen Bauteilwerte für beide Baualtersklassen des Sanierungskonfigurator berechnet und
hieraus am Ende ein arithmetischer Bauteilmittelwert über beide Baualtersklassen gebildet.
Dieser wurde ebenso unter der Bezeichnung „ab 1995“ zusammengefasst. Im Anschluss
hieran wurden die einzelnen Bauteilwerte wie beschrieben mit dem Anteil der Wohngebäude
am Gesamtbestand multipliziert um den Wert zu erhalten, der in die mittlere Gewichtung
einfließt.
Da durch den Typ des freistehenden Einfamilienhauses sowohl eine Anbausituation als auch
eine Gebäudekategorie abgedeckt wird, bildet der über alle Baualtersklassen gewichtete
Mittelwert der Anbausituation auch gleichzeitig den gewichteten Mittelwert für die gesamte
Gebäudekategorie. Anders stellt sich die Situation hingegen bei Wohngebäuden der
Kategorien „Reihenhaus“ und „Mehrfamilienhaus“ dar. So setzt sich beispielsweise die
Wohngebäudekategorie Reihenhaus aus den beiden Anbausituationen „Reihenendhaus“ und
„Reihenmittelhaus“ zusammen. Möchte man den gewichteten Mittelwert für diese
Gebäudekategorie berechnen, müssen die auf die beschriebene Weise kalkulierten
gewichteten Mittelwerte dieser beiden Anbausituationen ein weiteres Mal mit dem Anteil
multipliziert werden, den die entsprechenden Anbausituationen an der gesamten
Wohngebäudekategorie haben. Für die Kategorie „Reihenendhaus“ gilt hierbei, dass sich
diese unter Berücksichtigung von Doppelhaushälften zu etwa 70 % aus Reihenendhäusern
und zu 30 % aus Reihenmittelhäusern zusammensetzt. Am Beispiel verdeutlicht ergibt sich
84
für Reihenendhäuser ein gewichteter mittlerer Anteil von etwa 45,7 % an der Einsparung am
Endenergiebedarf durch eine Sanierung der Außenwände gemäß gesetzlicher Anforderungen.
Für Reihenmittelhäuser beträgt dieser Wert 34,2 Prozent. Für beide Anbausituationen
berechnet sich hieraus ein gewichteter Mittelwert von etwa 42,2%. Bei Mehrfamilienhäusern
muss auf dieselbe Weise verfahren werden. Im Hinblick auf die Anbausituation entfallen in
dieser Kategorie etwa 40 % auf freistehende Mehrfamilienhäuser, ungefähr 26 % auf
Mehrfamilienmittelhäuser und knapp 30 % auf Mehrfamilienendhäuser.
Um letztendlich aus den gewichteten Mittelwerten der einzelnen Wohngebäudekategorien
einen gewichteten Mittelwert für den gesamten Wohngebäudebestand zu berechnen, muss
jeweils der gewichtete Mittelwert einer bestimmten Kategorie mit dem Anteil multipliziert
werden, den die Wohngebäude derselben Kategorie an der Summe aller Wohngebäude der
drei Kategorien EFH, RH und MFH haben.
Verwendung der gewichteten Mittelwerte
Berechnet wurden die gewichteten Mittelwerte für die relativen prozentualen Anteile an der
Einsparung
am
Endenergiebedarf,
Kohlenstoffdioxidemissionen,
die
von
am
der
Primärenergiebedarf
Durchführung
und
einzelner
an
den
energetischer
Sanierungsmaßnahmen ausgehen. Zudem wurden sie für die Werte der absoluten
Verminderung des Endenergiebedarfs gegenüber dem Ausgangswert des Gebäudes sowie für
die mit jeder einzelnen Maßnahme verbundenen geschätzten Investitionskosten ermittelt.
Die prozentualen Anteile an den Einsparungen wurden im weiteren Verlauf der Arbeit dafür
genutzt, um die Effekte und den Nutzen verschiedener Sanierungsmaßnahmen auf allen
Skalen des Wohngebäudebestands bewerten zu können. Die absoluten Werte der Einsparung
am Endenergiebedarf durch einzelne energetische Sanierungsmaßnahmen und die mit ihnen
verbundenen geschätzten Investitionskosten wurden hingegen dazu herangezogen um die
Zeiträume zu berechnen, ab denen sich unterschiedliche energetische Sanierungsmaßnahmen
finanziell lohnen könnten. Ermittelt wurden die Zeiträume auf Basis der jährlich eingesparten
Kosten durch niedrigeren Endenergiebedarf im Verhältnis zu den einmalig anfallenden
geschätzten Investitionskosten. Hierbei wurde von einer sofortigen Begleichung der
Investitionskosten und einer Nutzung von Gas als Energieträger bei einem gleichbleibenden
Preis von sieben Cent pro Kilowattstunde ausgegangen
(Madel)
. Die jährlichen Einsparungen
durch geringeren Endenergiebedarf infolge durchgeführter Sanierungsmaßnahmen wurden
dabei für die simulierten Wohngebäude verschiedener Kategorien und Altersklassen
folgendermaßen berechnet.
85
Zunächst wurden für jedes Wohngebäude die Endenergieeinsparungen pro Quadratmeter mit
der durchschnittlichen Quadratmeterzahl des modernisierten Wohngebäudes multipliziert, um
die jährlichen, auf die gesamte Wohnfläche bezogenen Endenergieeinsparungen zu erhalten.
Diese wurden dann mit dem Gaspreis in Euro pro Kilowattstunde multipliziert, um die
jährlichen finanziellen Einsparungen zu ermitteln. Der Wert der eingesparten Energiekosten
wurde schließlich durch die geschätzten Investitionskosten dividiert um zu ermitteln, nach
wie vielen Jahren sich Kosten und Einsparungen insgesamt ausgeglichen haben. Ab diesem
Zeitpunkt würden die Einsparungen der nächsten Jahre folglich einen finanziellen Gewinn
darstellen im Vergleich zu dem Fall, dass keine energetische Sanierungsmaßnahme
durchgeführt worden wäre. Dieses Verhältnis wurde auf die beschriebene Weise für die
energetische Modernisierung der Bauteile „Außenwand“, „oberste Geschossdecke“ und
„Kellerdecke“ sowie den Fensteraustausch für Wohngebäude aller Baualtersklassen,
Gebäudekategorien und Anbausituationen und für beide berücksichtigten Sanierungsstandards
berechnet. Anschließend wurden die gewichteten Mittelwerte gebildet um die Verhältnisse
wiederum auf allen Skalen analysieren zu können.
Hochrechnung auf den deutschen Wohngebäudebestand
Weitere Anwendung fanden die ermittelten Daten für eine im Anschluss durchgeführte
Hochrechnung auf einen Teil des deutschen Wohngebäudebestands. Zweck dieser Rechnung
war es, die Kosten und Einsparungen zu ermitteln, die mit einer energetischen
Modernisierung sämtlicher Wohngebäude dieses Teilbestands verbunden wären.
Berücksichtigt wurden hierbei die Kategorien „freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“,
„Reihenhaus“
und
„Mehrfamilienhaus“
der
Baualtersklassen
„bis
1918
(ohne Fachwerkhäuser)“ bis “bis 1978“. In die Berechnung mit einbezogen wurden hierfür
jeweils die Kosten und Effekte einer Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“,
„Außenwände“, „Kellerdecke“ sowie eines Austauschs der Fenster und einer Modernisierung
der Heizungsanlage. Als zu erreichende Modernisierungsstandards wurden sowohl die
gesetzlichen Mindestanforderungen als auch die technischen Mindestanforderungen der
Kreditanstalt für Wiederaufbau berücksichtigt. Der Grund dafür, die Grenze auf das Baujahr
1978 zu legen ist, dass die vor diesem Jahr erbauten Wohngebäude weitestgehend vor
Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung im Jahre 1977 erbaut wurden. In ihrem
Ursprungszustand besitzen die Gebäude beziehungsweise ihre Bauteile somit einen
schlechten energetischen Standard und weisen das größte Potential hinsichtlich nachträglicher
energetischer Modernisierungen auf. Der Aspekt, dass auch Gebäude dieser Baualtersklassen
86
schon energetische Sanierungsmaßnahmen in Form nachträglicher Bauteildämmung oder
Modernisierung der Anlagentechnik erfahren haben können, wird in dieser Hochrechnung
berücksichtigt. So wurde anhand der Veröffentlichung „Wohnungsbau in Deutschland – 2011.
Modernisierung oder Bestandsersatz“ der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V.
(Walberg, et al., 2011)
der tatsächliche Ist-Zustand von deutschen Bestandsgebäuden im Hinblick auf
die energetische Beschaffenheit der Bauteile Dach (oberste Geschossdecke), Außenwände,
Kellerdecke (Sohle), Fenster und der Heizungsanlage (Anlagentechnik) recherchiert.
Unterschieden werden durch die ARGE dabei folgende Energiestandards. Zum einen der gute
Energiestandard
für
Bauteile,
die
sich
bereits
auf
dem
Stand
nach
der
Wärmeschutzverordnung 1995 befinden. Zudem der mittlere Energiestandard nach der
Wärmeschutzverordnung 1977/1984. Der schlechteste Energiestandard umfasst schließlich
sämtliche Bauteile, die einen Stand vor der ersten Wärmeschutzverordnung aus dem Jahr
1977 aufweisen. Laut ARGE verfügen diese über Sanierungsbedarf. Der Ist-Zustand der
verschiedenen Bauteile wird in der zugrunde liegenden Veröffentlichung für Gebäude der
Kategorien EFZ/ZFH und MFH angegeben. Der Kategorie EFH/ZFH werden dabei sowohl
freistehende Ein-/Zweifamilienhäuser als auch Doppelhaushälften sowie Reihenendhäuser
und
Reihenmittelhäuser
zugeordnet.
Unter
die
Kategorie
MFH
fallen
kleinere
Mehrfamilienhäuser mit drei bis 12 Wohnungen. In der Veröffentlichung werden der
energetische Zustand einzelner Bauteile und ihr Sanierungsbedarf zudem detailliert für die
Baualtersklassen „vor 1918“ bis „von 1988 bis 1993“ aufgeführt. Die Zeitabschnitte bis 1978
decken sich dabei sowohl mit den Einteilungen des IWU als mit auch den innerhalb des
Sanierungskonfigurators vorzufindenden Kategorisierungen. Somit entsprechen sowohl die
Unterteilungen der Wohngebäudekategorien als auch der Baualtersklassen der ARGE den
Kategorisierungen, die durch das IWU vorgenommenen und verwendet wurden. In der
vorliegenden Arbeit erfolgte die Simulation verschiedener Wohngebäude mit dem
Sanierungskonfigurator in Anlehnung an die Gebäudekategorisierungen und Baualtersklassen
des IWU. Es wurde daher angenommen, dass die Werte des energetischen Ist-Zustands
einzelner Bauteile aus der Veröffentlich der ARGE auf die mit dem Sanierungskonfigurator
beschriebenen Wohngebäude übertragen und für weitere Berechnungen herangezogen werden
können.
Eine weitere Annahme für die Hochrechnung soll im Folgenden erläutert werden. Im Vorfeld
der Hochrechnung wurden mit dem Sanierungskonfigurator, wie bereits beschrieben,
Wohngebäude verschiedener Baualtersklassen simuliert. Bei ihrer Zustandsbeschreibung
wurde jedoch auf die Angabe bereits durchgeführter Modernisierungsmaßnahmen verzichtet.
87
Die beschriebenen Wohngebäude und ihre Bauteile müssten demnach den ursprünglich in
ihrer Baualtersklasse üblichen Energiestandard aufweisen. Auf den Großteil der mit dem
Sanierungskonfigurator beschriebenen Wohngebäude bis zum Baujahr 1978 müsste daher
zutreffen, dass sich alle ihre Bauteile auf einem Energiestandard vor der ersten
Wärmeschutzverordnung befinden. Es ist zudem bekannt, wie viel Endenergie, Primärenergie
und Kohlenstoffdioxidemissionen laut Sanierungskonfigurator durch eine energetische
Sanierung der verschiedenen Bauteile unterschiedlicher Altersklassen eingespart werden
kann. Zudem ist bekannt, welche geschätzten Investitionskosten hierfür getätigt werden
müssen. Angenommen wird, dass mit einer Sanierung der Bauteile, die sich laut ARGE auf
einem Energiestandard vor 1977 befinden und Sanierungsbedarf aufweisen, Kosten und
Einsparungen in derselben Größenordnung verbunden wären, wie sie mit dem
Sanierungskonfigurator ermittelt wurden. Wird nun für die zuvor anhand dieses Programms
beschriebenen Wohngebäude eine energetische Sanierung des Anteils der Bauteile simuliert,
die sich laut ARGE auf einem energetischen Standard vor 1977 befinden, sollten die daraus
ermittelten Werte die Größenordnung der Kosten und Einsparungen angeben, die mit einer
Modernisierung der energetisch schlechtesten Bauteile von Wohngebäuden bis zum Baujahr
1978 verbunden sind. Eine Ausnahme bildet hierbei der Anteil der Wohngebäude, die ab
1977 erbaut wurden und bei denen sich die Effekte der ersten Wärmeschutzverordnung
eventuell schon ausgewirkt haben. Diese konnten aber leider im Rahmen der Arbeit nicht von
den anderen Wohngebäuden isoliert werden. Für die Hochrechnung wurde somit nicht von
einer umfassenden Sanierung aller Häuser und Bauteile ausgegangen, sondern lediglich von
einer Sanierung der Bauteile, die sich heute noch im energetischen schlechten Zustand der
Baujahre vor 1977 befinden.
Im Folgenden soll die Vorgehensweise bei der Hochrechnung erläutert werden. Hierfür wird
zunächst beschrieben, wie die Kosten und Einsparungen einer umfassenden Sanierung
sämtlicher Wohngebäude ermittelt werden, wenn alle Bauteile als sich im energetischen
Ursprungszustand befindlich angenommen werden. Zur Ermittlung der gesamten Kosten wird
dann beispielsweise die Anzahl aller Wohngebäude der Kategorie „freistehendes
Einfamilienhaus“ der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ mit den geschätzten Investitionskosten
pro Wohngebäude für eine Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“, „Außenwände“,
„Kellerdecke“ und „Fenster“ und eine Modernisierung der Heizungsanlage multipliziert. Um
die
gesamten
Energie-
und
Kohlenstoffdioxideinsparungen
für
alle
freistehenden
Ein-/Zweifamilienhäuser dieser Baualtersklasse zu ermitteln, müssen die absoluten Werte der
Einsparungen pro Quadratmeter und Jahr für Wohngebäude dieser Kategorie bekannt sein.
88
Um im Anschluss die gesamte Wohnfläche zu ermitteln, auf der diese Einsparungen wirksam
werden, muss die Anzahl der Wohngebäude mit ihrer, für die Baualtersklasse und die
Wohngebäudekategorie charakteristischen, Anzahl an Wohnungen pro Wohngebäude sowie
der Wohnfläche pro Wohnung multipliziert werden. Anschließend werden die Einsparungen
pro Quadratmeter mit dieser Gesamtfläche multipliziert. Nach diesem Schritt sind sowohl die
Kosten als auch die Einsparung ermittelt, die mit einer umfassenden energetischen Sanierung
der vier Bauteile und der Heizungsanlage im Ursprungszustand bei allen freistehenden
Einfamilienhäusern der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ verbunden wären. Anschließend
wird die Summe sämtlicher Kosten und Einsparungen aller Baualtersklassen gebildet, um die
Gesamtwerte, hochgerechnet auf den kompletten Wohngebäudebestand zu erhalten. Für
Wohngebäude der Kategorie RH und MFH muss hierfür zuvor noch eine Gewichtung der
Einsparungen über die einzelnen Anbausituationen nach der bereits beschriebenen
Vorgehensweise erfolgen.
Möchte man nun eine Hochrechnung der Kosten und Einsparungen durchführen, bei der
lediglich die energetische Sanierung der schlechtesten Bauteile mit Energiestandard vor 1977
berücksichtigt wird, müssen lediglich kleine Anpassungen vorgenommen werden. So muss
die Anzahl der freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser der Baualtersklasse „1958 bis 1968“
für jedes Bauteil einzeln mit dem prozentualen Wert multipliziert werden, durch den
bestimmt
wird,
bei
wie
vielen
der
Häusern
dieses
Bauteil
tatsächlich
im
sanierungsbedürftigen Zustand vorliegt. Für jedes Bauteil ergibt sich somit eine
unterschiedliche Anzahl an Wohngebäuden, in denen die Sanierungsmaßnahme durchgeführt
werden muss. Werden die geschätzten Kosten jeder einzelnen Maßnahme mit ihrer
spezifischen Wohngebäudeanzahl multipliziert und anschließend die Summe aller Werte
gebildet, erhält man die gesamten Investitionskosten der am tatsächlichen Bedarf
ausgerichteten Sanierung. Bei den Gesamteinsparungen wird dann für jedes Bauteil ebenso
verfahren. Für jede Einzelmaßnahme werden die absoluten Werte der Einsparungen von
Energie und Kohlenstoffdioxid pro Quadratmeter und Jahr zugrunde gelegt. Dann wird zur
Berechnung der Quadratmeterzahl, auf der dieses Einsparpotential wirksam werden könnte,
die Anzahl der tatsächlich zu sanierenden Wohngebäude mit ihrer charakteristischen Anzahl
an Wohnungen pro Wohngebäude und der Wohnfläche pro Wohnung multipliziert. Aufgrund
der unterschiedlichen Anzahl an Gebäuden, bei denen die einzelnen Sanierungsmaßnahem
durchgeführt werden müssen, ergibt sich auch für jedes Bauteil eine spezifische Fläche, auf
der die Einsparung jedes Bauteils wirksam wird. Die Einsparung pro Bauteil multipliziert mit
der zugehörigen Fläche auf der sie wirksam wird ergibt die am Bedarf ausgerichtete
89
Einsparung für freistehende Ein-/Zweifamilienhäuser der Baualtersklasse „1958 bis 1968“.
Wird dieses Vorgehen für alle Baualtersklassen und Wohngebäudekategorien wiederholt
erhält man den am gesamten Bedarf hochgerechneten Wert der Kosten und Einsparungen. Für
Wohngebäude der Kategorie RH und MFH muss nach wie vor eine Gewichtung der
Einsparungen erfolgen.
4.5. Ermittlung von Maßnahmen zur Klimaanpassung
Den Ausgangspunkt für die Ermittlung von Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel
im Bedürfnisfeld Bauen und Wohnen stellte eine Auswertung verschiedener Literaturquellen
dar. Der Fokus lag hierbei auf Maßnahmen zur Anpassung an Folgen von Hitzetagen und
Hitzewellen. Die hierfür berücksichtigten Quellen und die Vorgehensweise bei der Recherche
sollen im Folgenden erläutert werden.
Zunächst wurde die Website „KLIMALOTSE: Leitfaden zur Anpassung an den
Klimawandel“
des
Umweltbundesamts
gesichtet.
Diese
bietet
eine
umfangreiche
Anpassungsmaßnahmenliste. Es besteht die Möglichkeit, ein adressiertes Klimarisiko wie
beispielsweise das Aufheizen der Innenräume von Gebäuden auszuwählen. Gleiches gilt für
die Kategorie der betroffenen Bereiche, in der zum Beispiel „Gebäude und Bauwesen“
aufgelistet wird. Ist die Auswahl getroffen, werden alle passenden Maßnahmen tabellarisch
aufgeführt. Die Tabelle enthält die adressierten Klimarisiken, die Maßnahmen, die
betroffenen Bereiche sowie die Quellen, denen die Informationen entnommen wurden. Eine
weitere Grundlage stellte der KyotoPlus-Navigator aus dem Jahre 2009 dar, welcher von der
Webseite des Projekts „ErKlim – Erfolgsfaktoren für Klimaschutz & Klimaanpassung“
bezogen werden kann. Er gliedert sich in 12 Kapitel wobei in Kapitel 11 auf Klimafolgen und
Klimaanpassungsmaßnahmen im Bereich Bauen und Wohnen eingegangen wird. Im
Abschnitt 11.4 kann hier ebenfalls auf eine tabellarische Darstellung zurückgegriffen werden.
Sie enthält eine Übersicht des Maßnahmenspektrums bezogen auf alle relevanten
Naturgefahren
und
ist
in
die
drei
Spalten
„Naturgefahren“,
„langfristige
Anpassungsmaßnahmen“ sowie „kurzfristige Anpassungsmaßnahmen“ unterteilt. Die zu
entnehmenden langfristigen Anpassungsmaßnahmen stellen dabei Vorkehrungen dar, die
während des Neubaus sowie an bereits bestehenden Gebäuden vorgenommen werden können.
Mit in die Recherche einbezogen wurde zudem die Webseite zum Projekt AMICA des
Alianza del clima e.V. Auf dieser werden unter anderem kurz- und mittelfristige
Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel vorgestellt. Um diese zu finden, muss auf der
Startseite der Punkt „AMICA Tools“ ausgewählt werden. Hier besteht nun die Möglichkeit,
das „Adaption Tool“ und im Anschluss die „Matrix of Adaption Measures“ zu wählen. In
90
dieser Matrix werden verschiedene Auswirkungen des Klimawandels sowie unterschiedliche
Maßnahmenkategorien aufgelistet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das „Integration
Tool“ zu nutzen. Aus der darin wählbaren „Matrix of Integration Measures“ können weitere
relevante Anpassungsmaßnahmen abgeleitet werden, wobei
Überschneidungen mit der
„Matrix of Adaption Measures“ vorliegen. Zuletzt wurde für die Recherche auf die Broschüre
„Anpassung an den Klimawandel. Eine Strategie für Nordrhein-Westfalen“ zurückgegriffen.
Diese findet sich zum Download auf den Webseiten des Ministeriums für Klimaschutz,
Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen.
Bestehend aus sieben Kapiteln, werden in Kapitel vier die Empfindlichkeiten gegenüber
Auswirkungen des Klimawandels genannt sowie mögliche Handlungsoptionen aufgezeigt.
Das Kapitel ist weiter untergliedert, wobei in den Abschnitten 4.6 „Gesundheit“ und 4.7
„Städte und Ballungsräume“ für die Übersicht relevante Informationen entnommen werden
konnten. Als mögliches Beispiel für Klimaanpassungsmaßnahmen, die auf diese Weise
recherchiert wurden, kann die Verschattung von Hauswänden oder Fenstern genannt werden.
Die Anpassung besteht in diesem Fall darin, dass es zur Reflektion oder Absorption der
eingehenden Sonnenstrahlung durch die zur Verschattung eingesetzten Materialien kommt.
Eine weitere Möglichkeit ist es, energieeffiziente Elektrogeräte im Haushalt zu verwenden
oder deren Standy-Verluste zu verringern. Hierdurch wird die ihre Wärmeabgabe verringert
und somit ebenso die Wärmeentwicklung im Gebäude reduziert. Durch beide Maßnahmen
kann einem Aufheizen von Wohngebäuden vorgebeugt werden.
91
5. Ergebnisse
5.1. Ab-initio-Rechnung
Steady-State-Rechnung
Die Tabelle 15 zeigt die unter der Steady-State-Annahme berechneten Temperaturen auf
einem unbeheizten Dachgeschoss. Dargestellt werden die Temperaturen für verschiedene
Verhältnisse der U-Werte der Bauteile „Dach“ und „oberste Geschossdecke“. Gültig sind die
Werte für eine Innentemperatur von 19 °C und einer Temperaturdifferenz von 8,759 °C
Tabelle 15: Stationäre Temperaturen auf einem unbeheizten Dachgeschoss
Baualtersklasse
Verhältnis der U-Werte
Dach : Oberste
Geschossdecke
2,6 : 1
1,75 : 1
1 : 1,5
1 : 1,5
1,3 : 1
1:1
1:1
1:1
Bis 1918 (ohne Fachwerk)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
ab 1995
Temperatur auf dem
Dachgeschoss [°C]
12,2
12,9
14,9
14,9
13,5
14,0
14,0
14,0
Der Tabelle 15 ist zu entnehmen, dass die Temperatur auf dem Dachgeschoss wesentlich vom
Verhältnis bestimmt wird, in dem die Wärmedurchgangskoeffizienten der obersten
Geschossdecke und des Dachs zueinander stehen. Bei gleicher Temperaturdifferenz fällt die
Temperatur
auf
dem
Dachgeschoss
Wärmedurchgangskoeffizient
der
umso
obersten
geringer
aus,
Geschossdecke
im
je
niedriger
Verhältnis
der
zum
Wärmedurchgangskoeffizient des Dachs ist. Grund dafür ist, dass in diesem Fall die oberste
Geschossdecke besser gedämmt ist, und weniger Wärme in das Dachgeschoss übergeht. Die
Wärme, die trotzdem übertragen wird, geht durch schlechtere Dämmung des Dachs umso
schneller an die Umgebung verloren. Im umgekehrten Fall ist die Temperatur auf dem
Dachgeschoss umso höher, je besser die Dämmung des Dachs im Verhältnis zur Dämmung
der obersten Geschossdecke ist. Wie in der Tabelle zu sehen ist, variieren die Verhältnisse der
Wärmedurchgangskoeffizienten beider Bauteile in den unterschiedlichen Baualtersklassen
und somit auch die stationäre Temperatur auf dem unbeheizten Dachgeschoss.
92
A/V-Verhältnisse und der Wert H‘T
Tabelle 16 zeigt einen Vergleich zweier mit der „Ab-initio-Rechnung“ ermittelter Kennwerte
für unterschiedliche Typen von Wohngebäuden. Bei dem ersten handelt es sich um das
A/V-Verhältnis, also die Relation der wärmeübertragenden Umfassungsfläche des Gebäudes
zu seinem Volumen. Der zweite dargestellte Wert ist der spezifische, auf die
wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust 𝐻𝑇´ , angegeben
in
𝑊
𝑚2𝐾
. Ermittelt wurden diese Werte für jedes in der „Ab-initio-Rechnung“ simulierte
Wohngebäude. Aufgrund der großen Anzahl an Daten, wird in der Tabelle jedoch nur ein
Auszug vorgestellt. Veranschaulicht werden die Ergebnisse am Beispiel möglicher
Wohngebäude der Kategorien „freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“ und „Reihenhaus“
sowohl mit kompaktem als auch mit langgestrecktem Grundriss. Für die Kategorie
„Reihenhaus“
werden
zudem
die
beiden
Anbausituationen
„Reihenendhaus“
und
„Reihenmittelhaus“ berücksichtigt. Durch die pauschalen U-Werte der Bauteile, die zur
Beschreibung der simulierten Wohngebäude verwendet wurden, können diese automatisch
der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ zugeordnet werden. Die jeweils verwendeten U-Werte
sind der Tabelle 8 zu entnehmen. Sie betragen für die oberste Geschossdecke 2,1
die Außenwände 1,4
𝑊
𝑚2𝐾
, für die Holzfenster 5
𝑊
𝑚2𝐾
sowie 1,0
𝑊
𝑚2𝐾
𝑊
𝑚2𝐾
, für
für die Kellerdecke. Die
Flächen der Bauteile können folgendermaßen beziffert werden. Die Fenster verfügen über
eine Fläche von 36 m², die oberste Geschossdecke und die Kellerdecke hingegen jeweils über
100 m². Für die Außenwände variieren die Flächen in Abhängigkeit von dem Grundriss und
der Anbausituation des Gebäudes. Sie werden mit in der Tabelle 16 aufgeführt.
93
Tabelle 16: A/V-Verhältnis und 𝑯´𝑻 für Gebäude der Baualtersklasse „1958 bis 1968“
Länge /Breite/ Höhe
Wohngebäudekategorie
(Anbausituation und Grundriss)
Fläche der
Außenwände
Ein-/Zweifamilienhaus
(Freistehend, langgestreckt)
Reihenendhaus
(Breitseite angebaut, langgestreckt)
Ein-/Zweifamilienhaus
(Freistehend kompakt)
Reihenmittelhaus
(Breitseiten angebaut, langgestreckt)
Reihenendhaus
(Einseitig angebaut, kompakt)
Reihenendhaus
(Längsseite angebaut, langgestreckt)
Reihenmittelhaus
(Beidseitig angebaut, kompakt)
Reihenmittelhaus
(Längsseiten angebaut,
langgestreckt)
A/VVerhältnis
[𝟏/𝒎]
Mittlerer U-Wert
Gebäudehülle
(𝑯´𝑻 )
[𝑾/(𝒎²𝑲)]
0,855
1,316
0,798
1,310
0,794
1,310
0,740
1,303
0,694
1,297
0,682
1,295
0,594
1,279
0,509
1,259
17,3 m/ 5,8 m/ 6 m
277 m²
17,3 m/ 5,8 m/ 6 m
242 m²
10 m/ 10m/ 6 m
240 m²
17,3 m/ 5,8 m/ 6 m
208 m²
10 m/ 10m/ 6 m
180 m²
17,3 m/ 5,8 m/ 6 m
173 m²
10 m/ 10m/ 6 m
120 m²
17,3 m/ 5,8 m/ 6 m
Das A/V-Verhältnis wird in der Dimension
69 m²
1
𝑚
angegeben. Diese ergibt sich daraus, dass das
Verhältnis den Quotient aus der Fläche, angegeben in m² und dem Volumen, angegeben in m³
darstellt. Gültig sind alle Werte für ein gleichbleibendes Volumen von 600 m³ bei
variierenden wärmeübertragenen Umfassungsflächen. Das größte Verhältnis weist mit
1
0,855 𝑚 das freistehende Ein-/Zweifamilienhaus mit dem langgestreckten Grundriss auf. Es
ergibt sich für diesen Gebäudetyp folgendermaßen:
𝐴
513 𝑚²
− 𝑉𝑒𝑟𝑕ä𝑙𝑡𝑛𝑖𝑠 =
𝑉
600 𝑚3
𝐴
1
− 𝑉𝑒𝑟𝑕ä𝑙𝑡𝑛𝑖𝑠 = 0,855
𝑉
𝑚
Im Folgenden wird dieses Verhältnis als Referenz für die anderen Wohngebäude
herangezogen. Es folgen nahezu gleichauf die Werte des langgestreckten, an der breiten Seite
angebauten Reihenendhauses sowie des freistehenden Ein-/Zweifamilienhauses mit
1
1
kompaktem Grundriss. Diese weisen mit 0,789 𝑚 und 0,794 𝑚 jeweils ein etwa sieben Prozent
geringeres A/V-Verhältnis in Relation zum Referenzwert auf. An nächster Stelle steht das
Reihenmittelhaus mit langgestrecktem Grundriss, an dessen zwei Breitseiten jeweils ein
94
weiteres Wohngebäude angebaut wurde. Im Verhältnis zur Referenz ist das A/V-Verhältnis
bei diesem Typ ungefähr 14% niedriger. Noch geringer sind die Werte beim Reihenendhaus
mit kompaktem Grundriss und bei dem an der Längsseite angebauten Reihenendhaus mit
langgestrecktem Grundriss. Die niedrigsten A/-V-Verhältnisse weisen das kompakte
Reihenmittelhaus
sowie
das
langgestreckte,
an
beiden
Längsseiten
angebaute
Reihenmittelhaus auf. Im Verhältnis zum Referenzwert sind diese ungefähr 31% und 41%
geringer. Durch den deutlichen Unterschied von 41 % zwischen dem maximalen und dem
minimalen Wert, wird der Einfluss des Grundrisses und der Anbausituation eines Gebäudes
auf das A/V-Verhältnis klar erkennbar. Bei gleichbleibenden Volumen ist die Hüllfläche beim
an beiden Längsseiten angebauten, langgestreckten Reihenmittelhaus also deutlich geringer
als beim freistehenden, langgestreckten Ein-/Zweifamilienhaus. Im Verhältnis zum beheizten
Volumen ist beim Reihenmittelhaus somit wesentlich weniger Fläche vorhanden, über die
Wärme entweichen kann. Trotz sonst gleich bleibender Fläche der restlichen Bauteile und
identischen U-Werten, ist das Reihenmittelhaus somit energetisch wesentlich günstiger als
das freistehende Haus, da weniger Transmissionswärmeverluste durch Heizung ausgeglichen
werden müssen.
Nach demselben Muster wie bei dem A/V-Verhältnis nehmen auch die Werte des
spezifischen auf die wärmeübertragende Hüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts
ab. Das Maximum weist mit einem Wert 𝐻𝑇´
von etwa 1,32
𝑊
𝑚2𝐾
das langgestreckte,
freistehende Ein-/Zweifamilienhaus auf. Dem entgehen steht der Minimalwert von ungefähr
1,26
𝑊
𝑚2𝐾
des an beiden Längsseiten angebauten Reihenmittelhauses mit langgestrecktem
Grundriss. Der Unterschied zwischen diesen beiden Gebäudetypen beträgt etwa vier Prozent.
Auf den Wert 𝐻𝑇´ nehmen neben dem Grundriss und der Anbausituation auch die U-Werte
der Bauteile des Gebäudes Einfluss.
Da sich die Wärmedurchgangskoeffizienten der einzelnen Bauteile in der Regel von älteren
hin zu neueren Baualtersklassen verringern, nimmt mit der Zeit auch der Wert 𝐻𝑇´ ab. Dieser
Sachverhalt wird in der Tabelle 17 dargestellt. Die U-Werte, die für Gebäude der jeweiligen
Klasse eingesetzt wurden, sind der Tabelle 8 zu entnehmen. Die Gebäude verfügen jeweils
über einen kompakten Grundriss. Bezüglich der Flächen sind die Außenwände mit 240 m²,
die Fenster mit 36 m² sowie die oberste Geschossdecke und die Kellerdecke mit jeweils 100
m² in die Berechnungen eingegangen.
95
Tabelle 17: 𝑯´𝑻 für Gebäude der Kategorie EFH in acht Baualtersklassen
Baualtersklasse
Bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
ab 1995
𝑯´𝑻 [𝑾/(𝒎²𝑲)]
1,42
1,38
1,37
1,31
1,01
0,73
0,61
0,46
Zu erkennen ist die Veränderung des Wertes des spezifischen, auf die wärmeübertragende
Hüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlustes für simulierte Wohngebäude der
Kategorie „freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“ mit kompaktem Grundriss in den acht
Baualtersklassen „von 1918“ bis „ab 1995“. Der Wert nimmt von älteren zu aktuelleren
Baualtersklassen durchgehend ab. Er variiert für diesen Gebäudetyp zwischen 1,42
0,46
𝑊
𝑚2𝐾
𝑊
𝑚2𝐾
und
. Dies entspricht einer Verminderung von mehr als zwei Dritteln. In Abschnitt
4.2.1. wurde erläutert, dass für den auch als mittleren U-Wert bezeichneten spezifischen, auf
die wärmeübertragende Hüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust dieselben Regeln
wie für den gewöhnlichen U-Wert gelten. Je geringer er ist, umso besser ist der Wärmeschutz
und umso niedriger fällt auch der Wärmeverlust über die Gebäudehülle aus. Betrachtet für
Gebäude der acht Baualtersklassen aus Tabelle 17 wird somit deutlich, dass sich der bauliche
Wärmeschutz von „bis 1918“ bis „ab 1995“ um knapp 70 Prozent verbessert hat.
Die direkten Auswirkungen dieser Veränderungen auf den Transmissionswärmeverlust von
Wohngebäuden werden in der Tabelle 18 dargestellt. Dort sind die Veränderungen der mit der
„Ab-initio-Rechnung ermittelten jährlichen Transmissionswärmeverluste über die gesamte
Gebäudehülle in acht unterschiedlichen Baualtersklassen abgebildet. Die Werte beziehen sich
auf simulierte Wohngebäude mit denselben Parametern, die zur Beschreibung der Gebäude
aus Tabelle 16 verwendet wurden. Auch die U-Werte der Bauteile sind identisch.
96
Tabelle 18: Transmissionswärmeverluste für Wohngebäude der Kategorie EFH in acht
Baualtersklassen
Baualtersklasse
Bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
ab 1995
Transmissionswärmeverlust
[𝒌𝑾𝒉/(𝒎²𝒂)]
359
348
347
331
256
185
154
117
Die Transmissionswärmeverluste nehmen von älteren hin zu aktuelleren Baualtersklassen
stetig ab. Grund hierfür ist die Wärmedämmung der Gebäudehülle, die sich im betrachteten
Zeitraum fortwährend verbessert hat. Ebenso wie der mittlere U-Wert haben sich auch die
Wärmeverluste
für
Wohngebäude
der
unterschiedlichen
Baualtersklassen
im
Ursprungszustand um etwa 70 Prozent reduziert. Sowohl der mittlere U-Wert als auch die
jährlichen Transmissionswärmeverluste nehmen insbesondere jeweils in den letzten vier
Baualtersklassen stark ab. Grund hierfür ist, dass sich ab 1977 die Anforderungen an den
baulichen Wärmeschutz infolge gesetzlicher Vorgaben immer mehr verschärft haben. Das
größte Potential zur Verminderung von Transmissionswärmeverlusten und zur Einsparung
von Energie weisen im Umkehrschluss somit vor allem Wohngebäuden mit Baujahren vor
1977 auf. Im Hinblick auf energetische Sanierungen der Bauteile „Außenwand“, „Fenster“,
„Kellerdecke“ und „oberste Geschossdecke“ sollte der Fokus demnach auf Wohngebäude
dieser Altersklassen gelegt werden.
Neben Unterschieden im zeitlichen Verlauf variieren die Transmissionswärmeverluste auch
bei verschiedenen Wohngebäudetypen. Dieser Sachverhalt wird in Tabelle 19 für
verschiedene Wohngebäude der Baualtersklasse 1958 bis 1968 dargestellt. Die Angaben für
Länge, Höhe und Breite der Gebäude sowie für die Flächen der Bauteile und U-Werte
entsprechen denen, die auch für die Tabelle 16 zugrunde gelegt wurden. Ebenso werden die
aus dem Verlust berechneten Werte des Primärenergiebedarfs und der Emissionen von
Kohlenstoffdioxid
aufgeführt.
Angegeben
sind
die
Werte
in
Kilowattstunden
beziehungsweise Kilogramm pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr. Für die Berechnung
des Primärenergiebedarfs wurde für alle Beispiele auf den Primärenergiefaktor für Erdgas von
1,12
𝑘𝑊𝑕 𝑃𝑟𝑖𝑚 ä𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
𝑘𝑊𝑕 𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
zurückgegriffen. Im Falle der Ermittlung der CO2-Emissionen fand stets
97
der CO2-Emissionsfaktor für Erdgas Verwendung. Dieser beträgt 0,244 𝑘𝑊𝑕
𝑘𝑔
(Großklos,
𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
2009)
Tabelle 19: Transmissionswärmeverlust, Primärenergiebedarf und CO2-Emissionenen
für verschiedene Gebäudetypen der Baualtersklasse „1958 bis 1968“
Wohngebäudekategorie
(Anbausituation, Grundriss)
Ein-/Zweifamilienhaus
(Freistehend, langgestreckt)
Reihenendhaus
(Breitseite angebaut,
langgestreckt)
Ein-/Zweifamilienhaus
(Freistehend kompakt)
Reihenmittelhaus
(Breitseite angebaut,
langgestreckt)
Reihenendhaus
(Einseitig angebaut, kompakt)
Reihenendhaus
(Längsseite angebaut,
langgestreckt)
Reihenmittelhaus
(Beidseitig angebaut,
kompakt)
Reihenmittelhaus
(Längsseite angebaut,
langgestreckt)
Transmissionswärmeverlust
[𝒌𝑾𝒉/(𝒎²𝒂)]
Primärenergiebedarf
[𝒌𝑾𝒉/(𝒎²𝒂)]
(vereinfacht)
CO2Emissionen
[𝑲𝒈/(𝒎²𝒂)]
(vereinfacht)
359
402
88
333
373
81
331
371
81
307
344
75
287
321
70
282
315
69
242
271
59
204
229
50
Die Werte der Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle weisen dasselbe Muster
auf, wie es auch für die A/V-Verhältnisse und die Werte H‘T zu beobachten ist. Der höchste
Wert kann dem freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus mit langgestrecktem Grundriss
zugeordnet werden. Bis zum an beiden Längsseiten angebauten Reihenmittelhauses mit
langgestrecktem Grundriss fallen die Transmissionswärmeverluste dann schrittweise ab.
Gleiches gilt für die Werte des Primärenergiebedarfs und der Kohlenstoffdioxidemissionen,
die für diese Tabelle vereinfacht nach der in Abschnitt 4.2.2. beschriebenen Vorgehensweise
berechnet wurden. Da die Erzeugeraufwandszahl nicht berücksichtigt wurde, könnten die
Werte von Primärenergie und CO2-Emissionen je nach Heizungsanlage sowohl nach oben als
auch nach unten abweichen.
Der Primärenergiebedarf und die Kohlenstoffdioxidemissionen werden normalerweise aus
dem Endenergiebedarf ermittelt. Dies geschieht durch Multiplikation mit sogenannten
Primärenergie
und
CO2-Emissionsfaktoren.
Da
die
umfassende
Berechnung
des
98
Endenergiebedarfs im Rahmen der „Ab-initio-Rechnung“ jedoch nicht möglich war und
zudem die Transmissionswärmeverluste den Primärenergiebedarf zu einem wesentlichen Teil
mitbestimmten, wurde die in Abschnitt 4.2.2. beschriebene Vorgehensweise gewählt, um das
Berechnungsprinzip zu verdeutlichen und die Werte für Primärenergiebedarf und
Kohlendioxidemissionen näherungsweise zu bestimmen. Der Primärenergiebedarf weist in
den meisten Fällen größere Werte als der zugrunde liegende Endenergiebedarf auf. Ursache
hierfür ist, dass durch diesen Faktor unter anderem alle Verluste zusammengefasst werden,
die bei der Gewinnung und Verarbeitung von Endenergieträgern in der Vorkette entstehen
(Großklos, 2009)
. Wie groß diese Verluste und somit die Unterschiede zwischen Endenergiebedarf
und Primärenergiebedarf sind, variiert für jeden Endenergieträger. Wird zur Beheizung von
Gebäuden
beispielsweise
1,21
𝑘𝑊𝑕 𝑃𝑟𝑖𝑚 ä𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
𝑘𝑊𝑕 𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
1,12
𝑘𝑊𝑕 𝑃𝑟𝑖𝑚 ä𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
𝑘𝑊𝑕 𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
Braunkohle
genutzt,
muss
mit
einem
Faktor
von
gerechnet werden. Für Erdgas liegt dieser hingegen bei nur
(Großklos, 2009)
. Da identischer Endenergiebedarf somit nicht immer auch
denselben Primärenergiebedarf bedeutet, können Primärenergiefaktoren letztendlich zur
besseren Vergleichbarkeit verschiedener Endenergieträger untereinander herangezogen
werden. Gleiches gilt die Berechnung der Kohlenstoffdioxidemissionen aus dem
Endenergiebedarf über vom Endenergieträger abhängige
Braunkohle beträgt dieser beispielsweise 0,451
0,244 𝑘𝑊𝑕
𝑘𝑔
𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
beziffert werden kann
𝑘𝑔
𝑘𝑊𝑕 𝐸𝑛𝑑𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒
(Großklos, 2009)
CO2-Emissionsfaktoren. Für
, während er für Erdgas auf
. Die in der Tabelle 19 aufgeführten
Werte für Primärenergiebedarf und Kohlenstoffdioxidemissionen wurden unter der Annahme
berechnet, dass für die Beheizung der Gebäude und somit zum Ausgleich der
Transmissionswärmeverluste auf den Energieträger Erdgas zurückgegriffen wird. Bei einem
freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus mit langgestrecktem Grundriss ergibt sich somit bei
einem Transmissionswärmeverlust von 359
𝑘𝑊𝑕
𝑚2𝑎
ein Primärenergiebedarf von 402
𝑘𝑊𝑕
𝑚2𝑎
und
𝑘𝑔
ein Wert in Höhe von 88 𝑚 2 𝑎 für die damit verbundenen Kohlenstoffdioxidemissionen.
Aus Tabelle 19 wird erkennbar, dass insbesondere freistehende Wohngebäude und Gebäude
mit langgestreckten Grundrissen große Transmissionswärmeverluste aufweisen. Damit
verbunden sind ein hoher Primärenergiebedarf sowie erhebliche Kohlendioxidemissionen. Bei
energetischen Sanierungen von Wohngebäuden ist es somit besonders ratsam, den Fokus
nicht nur auf alte Wohngebäude mit Baujahr vor der ersten Wärmeschutzverordnung zu legen.
Darüber hinaus können hohe Einsparungen auch dadurch erzielt und ein Beitrag zum
99
Klimaschutz geleistet werden, dass zunächst Wohngebäude mit besonders schlechten
geometrischen
Verhältnissen, also
ungünstigen
Grundrissen und
Anbausituationen,
modernisiert werden. Im Neubau sollte darauf geachtet werden, bereits zu Beginn möglichst
eine energetisch optimierte Gebäudegeometrie zu realisieren.
Einen weiteren Teil der „Ab-initio-Rechnung stellte die Berechnung der prozentualen Anteile
dar,
welche
unterschiedliche
Bauteile
der
wärmeübertragenden
Hüllfläche
am
Transmissionswärmeverlust simulierter Wohngebäude haben. Die Tabelle 20 hat die hierzu
ermittelten Werte zum Inhalt. Hierbei handelt es sich um über alle acht Baualtersklassen
gemittelte Werte. Die Angaben für Länge, Höhe und Breite der Gebäude sowie die Flächen
der Bauteile entsprechen denen, die auch für die Gebäude aus Tabelle 16 verwendet wurden.
Die für die einzelnen Perioden verwendeten U-Werte der Bauteile entsprechen den in Tabelle
8 aufgeführten Werten.
Tabelle 20: Prozentuale Anteile unterschiedlicher Bauteile am
Transmissionswärmeverlust
Wohngebäudekategorie
(Anbausituation und
Grundriss)
Ein-/Zweifamilienhaus
(freistehend, langgestreckt)
Reihenendhaus
(Breitseite angebaut,
langgestreckt)
Ein-/Zweifamilienhaus
(freistehend, kompakt)
Reihenmittelhaus
(Breitseite angebaut,
langgestreckt)
Reihenendhaus
(Einseitig angebaut, kompakt)
Reihenendhaus
(Längsseite angebaut,
langgestreckt
Reihendhaus
(beidseitig angebaut,
kompakt)
Reihenmittelhaus
(Längsseite angebaut,
langgestreckt)
Alle Wohngebäudetypen
Oberste
Geschossdecke
Außenwände Fenster Kellerdecke
9,5
50,6
28,4
11,5
10,2
46,7
30,6
12,4
10,2
46,4
30,8
12,5
11,1
42,2
33,2
13,5
11,9
38,0
35,7
14,5
12,1
36,9
36,3
14,7
14,1
26,4
42,3
17,2
16,8
12,4
50,3
20,5
12,0
37,5
36,0
14,6
Beim Wohngebäudetyp des langgestreckten, freistehenden Ein-/Zweifamilienhauses haben
die Außenwände mit etwa 50% den weitaus größten Anteil am Transmissionswärmeverlust.
Der zweithöchste Beitrag geht von den Fenstern aus, gefolgt von der Kellerdecke und der
100
obersten Geschossdecke.
Bis zum einseitig angebauten Reihenendhaus mit kompaktem
Grundriss bleiben diese Verhältnisse zwischen den verschiedenen Bauteilen bestehen. Es ist
jedoch erkennbar, dass die Anteile der Außenwände um 12,6 % stark abnehmen. Im
Gegensatz dazu ist bei den Fenstern mit einem Plus von 7,3 % der stärkste Anteilszuwachs
am
Transmissionswärmeverlust
zu
verzeichnen.
Auch
für
die
Bauteile
„oberste
Geschossdecke“ und „Kellerdecke“ steigen die Anteile an. Die Zunahme fällt mit 3 % und
2,3 % jedoch wesentlich geringer aus. Ab dem an der Längsseite angebauten Reihenendhaus
mit langgestrecktem Grundriss beginnen sich die Verhältnisse zu verschieben. Für diesen
Gebäudetyp überwiegt der Anteil der Fenster knapp den der Außenwände. Beim an beiden
Längsseiten angebauten Reihenmittelhaus geht von den Fenstern schließlich mit über 50 %
der größte Teil des Transmissionswärmeverlusts aus. An zweiter Stelle stehen nun die
Kellerdecke gefolgt von der obersten Geschossdecke. Mit einem Anteil von nur noch 12,2 %
haben
die
Außenwände
bei
diesem
Gebäudetyp
den
geringsten
Anteil
am
Transmissionswärmeverlust.
Es stellt sich somit heraus, dass sich das Einsparpotential nicht nur in Abhängigkeit vom
Baualter und von der Geometrie eines Gebäudes verändert. Auch auf der Ebene der einzelnen
Bauteile gibt es noch deutliche Unterschiede im Hinblick auf das Potential zur Minderung
von Transmissionswärmeverlusten durch energetische Sanierung. Bei den meisten
berücksichtigten Gebäudetypen geht der größte Anteil der Wärme über die Außenwände
verloren. Insbesondere bei freistehenden Gebäuden kann hier durch eine nachträgliche
Dämmung am meisten Energie eingespart und CO2-Emissionen am effektivsten verringert
werden. Je mehr Fläche der Außenwände durch andere Wohngebäude verdeckt wird, umso
mehr Transmissionswärme geht über die Bauteile Kellerdecke, oberste Geschossdecke und
insbesondere über die Fenster verloren. Der Fokus der energetischen Modernisierung sollte in
solchen Fällen somit auch auf diese Bauteile verlagert werden. In jeder Anbausituation und
Baualtersklasse, abhängig von den jeweiligen U-Werten der einzelnen Bauteile sollte somit
überprüft werden, für welches Bauteil sich die energetische Sanierung am ehesten lohnt.
Diese Prüfung sollte sowohl im Hinblick auf die möglichen Einsparungen an Energie als auch
auf die dafür entstehenden Kosten geschehen.
5.2. Sanierungskonfigurator und weiterführende Rechnungen
Der nachstehende Abschnitt beschäftigt sich mit den Ergebnissen, die unter Verwendung des
Sanierungskonfigurators entstanden sind. Zur Ermittlung der Daten mussten eine Reihe
unterschiedlicher Tabellen angefertigt und Rechnungen durchgeführt werden. Die darin
enthaltene Menge an Informationen ist zu Umfangreich, um sie im Folgenden umfassend
101
darstellen zu können. Zudem sollen Sachverhalte, die bereits mit der „Ab-initio-Rechnung“
verdeutlicht wurden, nicht im Detail wiederholt werden. Alle Rechnung und Ergebnisse sind
auf dem der Arbeit beiliegenden Datenträger zu finden
Grundsätzlich stimmen die mit der „Ab-initio-Rechnung“ ermittelten Ergebnisse hinsichtlich
der energetischen Qualität von Wohngebäuden mit den anhand des Sanierungskonfigurators
generierten Daten überein. Werden Gebäude identischer Kategorien mit denselben
Gebäudeparametern anhand des Sanierungskonfigurators simuliert, verringern sich End- und
Primärenergiebedarf sowie die Kohlenstoffdioxidemissionen im Ursprungszustand des
Gebäudes insgesamt von älteren hin zu neueren Baualtersklassen. Aus den Ergebnissen der
„Ab-initio-Rechnung“ lässt sich hierdurch darauf schließen, dass die zeitliche Verbesserung
der U-Werte einzelner Bauteile ein Aspekt ist, der durch den Sanierungskonfigurator
automatisch berücksichtigt wird. Fraglich bleibt, welche exakten Werte an dieser Stelle
Verwendung finden. Hält man hingegen alle Gebäudeparameter sowie die Baualtersklasse
konstant und ändert nur den Grundriss oder die Anbausituation, decken sich auch hier die
Ergebnisse mit der „Ab-initio-Rechnung“. So zeigt sich bei Gebäuden, die mit dem
Sanierungskonfigurator
simuliert
werden,
die
schlechtere
energetische
Qualität
langgestreckter Grundrisse im Verhältnis zu kompakten Grundrissen. Gleiches gilt für den
Vergleich verschiedener Anbausituationen, wobei sich Endenergie- und Primärenergiebedarf
sowie Kohlenstoffdioxidemissionen vom freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus bis zum
Reihenmittelhaus immer weiter vermindern. Der Grund für beides wird aus der „Ab-initioRechnung“ klar. Hier wurden abnehmende A/V-Verhältnisse und sinkende Werte des
spezifischen, auf die wärmeübertragene Hüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts
als
Ursache
für
sinkenden
Transmissionswärmeverlust,
Primärenergiebedarf
und
Kohlenstoffdioxidausstoß ausgemacht. Diese Grundlagen werden jedoch im Rahmen der
Nutzung des Sanierungskonfigurator nicht erläutert. Die entsprechenden Werte werden dem
Anwender für verschiedene Gebäudetypen zudem auch nicht zur Verfügung gestellt.
Über Wohngebäude der Kategorien „freistehendes Mehrfamilienhaus“ und „Reihenhaus“
hinaus können mit dem Sanierungskonfigurator zusätzlich Mehrfamilienhäuser in die
Betrachtung mit einbezogen werden. Die bisher aufgezeigten Regeln gelten auch für diese
Kategorie. Insgesamt sind Gebäude dieses Typs aber energetisch noch günstiger als
freistehende Ein-/Zweifamilienhäuser und Reihenhäuser. Dies gilt unabhängig von ihrem
Grundriss und ihrer Anbausituation. So weist ein simuliertes freistehendes Mehrfamilienhaus
mit langgestrecktem Grundriss zwar aufgrund seiner hohen Wohnfläche einen absolut
höheren Endenergiebedarf pro Jahr auf als ein analog simuliertes Reihenmittelhaus. Bezieht
102
man die Zahlen jedoch auf die Quadratmeter Wohnfläche ergibt sich für das freistehende
Mehrfamilienhaus ein deutlich geringerer Wert als für das Reihenmittelhaus.
Mögliche Endenergieeinsparungen durch energetische Modernisierungsmaßnahmen und
Geschätzte Investitionskosten
Tabelle 21 zeigt den bereits in der „Ab-initio-Rechnung“ beschriebenen Rückgang des
Endenergiebedarfs von der Baualtersklasse „bis 1918 (ohne Fachwerk)“ hin aktuelleren
Baualtersklassen. Die Werte sind in Kilowattstunden pro Jahr angegeben und beziehen sich
auf einen Quadratmeter Wohnfläche. Gültig sind die Werte für Einfamilienhäuser im
Ursprungszustand verschiedener Baualtersklassen, die mit dem Sanierungskonfigurator
simuliert wurden und die über einen kompakten Grundriss verfügen. Weiterhin werden in der
rechten Spalte die Werte für den Endenergiebedarf nach der Simulation einer energetischen
Modernisierungsmaßnahme an dem Wohngebäude aufgeführt. Berücksichtigt wurden hierbei
die Effekte einer gleichzeitigen Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“;
„Außenwände“ und „Kellerdecke“ sowie ein Austausch der Fenster gemäß gesetzlicher
Anforderungen nach der Energieeinsparverordnung.
Tabelle 21: Endenergiebedarf für Wohngebäude der Kategorie EFH vor und nach einer
energetischen Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen
Baualtersklasse
Bis 1918
(ohne Fachwerkhäuser)
1919-1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
1995 bis 2004
ab 2005
Endenergiebedarf vor der
Sanierung [𝒌𝑾𝒉/𝒎²𝒂]
358
Endenergiebedarf nach einer
Sanierung [𝒌𝑾𝒉/𝒎²𝒂]
187
354
380
364
284
236
209
180
164
185
192
180
170
162
154
142
133
Es ist erkennbar, das insbesondere in den Baualtersklassen bis zum Jahre 1968 durch diese
Sanierungsmaßnahmen eine hohe und etwa gleichbleibende Einsparung im Bereich von etwa
50 % an Endenergie pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr erreicht werden kann. In den
Nachfolgenden Baualtersklassen nimmt die Einsparung und somit der Effekt einer
energetischen Modernisierung immer weiter ab. So liegt der Wert des Endenergiebedarfs für
die Baualtersklasse ab 2005 nach einer Sanierung bei 133
𝑘𝑊𝑕
𝑚2𝑎
gegenüber 164
𝑘𝑊𝑕
𝑚2𝑎
vor der
Sanierung. Dies entspricht nur noch einer Einsparung von ungefähr 20 %. Neben den Werten
103
des Endenergiebedarfs wurden für alle simulierten Wohngebäude auch die Werte des
Primärenergiebedarfs sowie die Kohlenstoffdioxidemissionen im Ursprungszustand des
Gebäudes und im Zustand nach einer Sanierung ermittelt. Beispielhaft für die Baualtersklasse
„1958 bis 1969“ ergibt sich ausgehend vom Wert des Endenergiebedarfs vor der Sanierung,
der bei 364
𝒌𝑾𝒉
𝒎𝟐 𝒂
𝒌𝑾𝒉
liegt, ein Wert von 407 𝒎𝟐 𝒂 für den Primärenergiebedarf sowie ein
Kohlenstoffdioxidausstoß in Höhe von 93
reduzieren sich diese Werte auf 209
Sanierungskonfigurators
wurde
𝒌𝑾𝒉
𝒎𝟐 𝒂
als
𝑘𝑔
𝑚2𝑎
. Im Anschluss an die simulierte Sanierung
𝑘𝑔
beziehungsweise 45 𝑚 2 𝑎 . Bei der Anwendung des
Energieträger
für
die
Beheizung
die
Option
Erdgas/Flüssiggas ausgewählt. Wie bereits bei der „Ab-initio-Rechnung“ erläutert, wird
jedem Endenergieträger ein separater Primärenergie- und CO2-Emissionsfaktor zugeordnet.
Diese sind für die Energieträger Erdgas und Flüssiggas jeweils unterschiedlich. Wie innerhalb
des Sanierungskonfigurator hieraus jeweils einzelne Werte des Primärenergiebedarfs und der
Kohlenstoffdioxidemissionen ermittelt werden, wird nicht ersichtlich. Die Vermutung, dass
sich die energetische Sanierung vor allem für Wohngebäude mit Baujahren vor der Periode
„1969 bis 1978“ lohnt, wird durch die Tabelle 21 aufgrund der vorher-nachher Daten im
Hinblick auf den Energiebedarf weiter untermauert. Um das Verhältnis des Nutzens einer
energetischen Sanierung von Wohngebäuden zu den hierfür aufzubringenden finanziellen
Aufwendungen zu ermitteln, sind weiterhin auch Informationen über die Kosten einzelner
energetischer Modernisierungsmaßnahmen erforderlich.
Kosten energetischer Sanierungsmaßnahmen
In Tabelle 22 werden die anhand des Sanierungskonfigurators ermittelten, geschätzten
Investitionskosten
dargestellt,
die
bei
einer
energetischen
Modernisierung
von
Wohngebäuden unterschiedlicher Kategorien und Baualtersklassen entstehen. Die in der
Tabelle dargestellten Werte stellen Vollkosten dar. Sie beinhalten also sowohl die
energiebedingten Mehrkosten der energetischen Sanierung als auch die Sowieso-Kosten, die
für eine Instandhaltung der Wohngebäude möglicherweise sowieso notwendig gewesen wären
(BMVBS; BMWi, 2013)
. Gültig sind die Werte für eine gleichzeitige energetische Sanierung der
Bauteile „oberste Geschossdecke“, „Außenwände“, „Kellerdecke“ sowie eines Austauschs
der Fenster gemäß gesetzlicher Anforderungen. Den Kosten werden die erreichbaren
Endenergieeinsparungen in Kilowattstunden pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr
gegenübergestellt.
104
Tabelle 22: Investitionskosten einer energetischen Sanierung und erreichte
Endenergieeinsparungen für unterschiedliche Wohngebäudekategorien
Bis 1918
(ohne Fachwerkhäuser)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
1995 bis 2004
ab 2005
EFH
Kosten
[𝑬𝒖𝒓𝒐]
RH
MFH
Endenergieeinsparungen
[𝒌𝑾𝒉/(𝒎²𝒂)]
EFH
RH
MFH
31.150
23.155
70.219
171
146
108
30.450
31.000
31.500
32.900
32.300
31.650
32.850
32.850
22.955
22.455
23.555
25.655
25.615
25.580
26.180
26.180
65.309
69.998
80.827
82.567
78.738
81.435
78.487
85.145
169
188
184
114
74
55
38
31
177
171
161
102
67
50
32
27
123
114
115
77
50
40
23
20
Dargestellt werden die geschätzten Kosten für die drei Wohngebäudekategorien
„freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“, „Reihenhaus“ sowie „Mehrfamilienhaus“ in neun
unterschiedlichen Baualtersklassen. Zudem werden die Werte der Endenergieeinsparungen
dargestellt, die mit der Durchführung der energetischen Sanierungsmaßnahmen erreicht
werden können. Für die einzelnen Wohngebäudetypen stellen die Investitionskosten und die
Endenergieeinsparungen gewichtete Mittelwerte für sämtliche mögliche Anbausituationen
dar. Berücksichtigt werden demnach neben freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern auch
Reihenendhäuser,
Reihenmittelhäuser,
freistehende
Mehrfamilienhäuser,
Mehrfamilienendhäuser und Mehrfamilienmittelhäuser.
Die mit Abstand größten Investitionskosten müssen für Wohngebäude der Kategorie
„Mehrfamilienhaus“ getätigt werden. An zweiter Stelle stehen freistehende Einfamilienhäuser
gefolgt von Reihenhäusern. Es fällt auf dass die reinen Investitionskosten von alten hin zu
neuen Baualtersklassen tendenziell nicht fallen, sondern im Gegenteil sogar zunehmen. Dies
gilt insbesondere für die Kategorie des Mehrfamilienhauses, in welcher die Kosten in der
Baualtersklasse „ab 2005“ um etwa 21% höher liegen als in der Baualtersklasse „bis 1918
(ohne Fachwerkhäuser)“. Betrachtet man die einzelnen Anbausituationen der Kategorien
Reihenhaus und Mehrfamilienhaus ergeben sich noch weitere Differenzierungen. So müssen
für Reihenendhäuser höhere Investitionen getätigt werden als für Reihenmittelhäuser
derselben Baualtersklasse. Zustande kommen die Unterschiede durch die größere zu
sanierende Außenwandfläche. Diese fällt preislich besonders stark ins Gewicht. So betragen
in der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ die geschätzten Investitionskosten für die
Außenwände bei einem Reihenendhaus 12.350 Euro im Gegensatz zu 7.700 Euro bei einem
105
Reihenmittelhaus. Der Kostenunterschied ist fast doppelt so groß wie die gesamten Kosten
einer Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“ und „Kellerdecke“. Diese betragen
jeweils 2.550 Euro beziehungsweise 2.350 Euro und sind in beiden Anbausituationen gleich
hoch.
Im Gegensatz dazu sind die die Endenergieeinsparungen pro Quadratmeter, die durch die vier
energetischen Sanierungsmaßnahmen erreicht werden können, bei den Mehrfamilienhäusern
am geringsten. An zweiter Stelle stehen Wohngebäude der Kategorie „Reihenhaus“. Das
größte Einsparpotential liegt bei freistehenden Ein-/Zweifamilienhäusern vor. Erkennbar ist,
dass die Endenergieeinsparungen im Gegensatz zu den Investitionskosten von älteren hin zu
neueren Baualtersklassen deutlich abnehmen. So betragen für alle drei Gebäudekategorien die
Werte der eingesparten Endenergie in der Baualtersklasse „ab 2005“ nur noch ungefähr 18 %
des Wertes der Endenergieeinsparung, die bei Gebäuden der Baualtersklassen „bis 1918 (ohne
Fachwerkhäuser)“ noch möglich sind. Ähnlich wie bei den Kosten gestaltet sich das
Einsparpotential differenziert für unterschiedliche Anbausituationen des Reihenhauses und
des Mehrfamilienhauses. Bei Reihenendhäusern kann pro Quadratmeter Wohnfläche mehr
Endenergie eingespart werden als bei Reihenmittelhäusern. Wiederum noch weiter sinkt das
Einsparpotential jeweils bei freistehenden Mehrfamilienhäusern, Mehrfamilienendhäusern
und Mehrfamilienmittehäusern. Insgesamt sind die größten Einsparungen an Endenergie pro
Quadratemer Wohnfläche und Jahr bei Wohngebäuden bis zum Baujahr 1978 zu erzielen.
Betrachtet man die Wohngebäude der drei berücksichtigen Kategorien wird deutlich, dass
aufgrund steigender Investitionskosten und sinkender möglicher Endenergieeinsparungen, die
energetische Sanierung von älteren zu aktuelleren Baualtersklassen insgesamt immer
unwirtschaftlicher zu werden scheint. Diese Aussage ist tendenziell auch für jede der vier
einzelnen Sanierungsmaßnahmen gültig.
Durch die im Folgenden dargestellten Tabelle 23 soll dieser Aspekt näher beleuchtet werden.
Aufgeführt wird die Veränderung der Verhältnisse zwischen geschätzten Investitionskosten
und möglichen Kosteneinsparung durch die Sanierungsmaßnahme in unterschiedlichen
Baualtersklassen. Dies geschieht beispielshaft anhand simulierter Wohngebäude der
Kategorie „freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus“ in neun Baualtersklassen.
106
Tabelle 23: Verhältnis von Kosten zu Einsparungen aufgrund geringeren
Endenergiebedarfs einzelner Sanierungsmaßnahmen
Baualtersklasse
Außenwände
[Jahre]
Oberste Geschossdecke
[Jahre]
Kellerdecke
[Jahre]
Fenster
[Jahre]
23
15
19
33
23
30
29
41
51
76
97
97
50
19
6
6
29
42
67
91
136
42
19
15
24
23
31
44
44
44
29
32
34
32
29
60
57
121
362
76
Bis 1918
(ohne
Fachwerkhäuser)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
1995 bis 2004
ab 2005
Mittel (gewichtet)
Die Daten stellen das Verhältnis der geschätzten Investitionskosten einer energetischen
Sanierung einzelner Bauteile ins Verhältnis zu den möglichen jährlichen Ersparnissen an
Heizkosten aufgrund eines geringeren Endenergiebedarfs nach der Modernisierung. Ermittelt
wurden die jährlichen Einsparungen in Euro unter der Annahme eines Preises von 7 Cent pro
Kilowattstunde Erdgas
(Madel)
. Als Ergebnis erhält man den Zeitraum in Jahren, bis sich die
Investitionskosten durch eingesparte Heizkosten wieder ausgeglichen haben. Jeder Wert
markiert demnach den Zeitpunkt, ab denen sich eine energetische Sanierungsmaßnahme
ausgezahlt hat und sich aus ihr ein finanzieller Vorteil ergibt. Berechnet wurden die Werte
unter Annahme eines gleichbleibenden Erdgaspreises und bei sofortiger Zahlung der
Investitionskosten, sodass keine weiteren Belastungen durch Zinsen entstehen. Zugrunde
gelegt werden die vollständen Investitionskosten für die Sanierung und nicht die
energiebedingten Mehrkosten. Berücksichtigt werden die anhand des Sanierungskonfigurators
ermittelten
Kosten
und
Einsparungen
für
eine
Sanierung
gemäß
gesetzlicher
Mindestanforderungen.
Tendenziell ist der Austausch der Fenster in den meisten Baualtersklassen die Maßnahme, die
am längsten braucht, bis die erzielten Einsparungen die zuvor getätigten Investitionen wieder
ausgeglichen haben. Verhältnismäßig ungünstig ist auch die energetische Sanierung der
Außenwände und in späteren Baualtersklassen auch die Modernisierung der obersten
Geschossdecke. Die Sanierung der Kellerdecke ist hingegen die Maßnahme, deren Verhältnis
stets am niedrigsten ist. Wichtig ist die Erkenntnis, dass das Verhältnis der Kosten zu den
Einsparungen bei Wohngebäuden der Baualtersklassen bis 1978 noch relativ geringe Werte
107
aufweist, danach jedoch immer weiter ansteigt. So beträgt der Zeitraum, bis sich eine
Modernisierung der Außenwände bei Berücksichtigung der vollständigen Investitionskosten
rentiert, in den ersten vier Baualtersklassen zwischen 23 und 30 Jahren. In der Baualtersklasse
„1969 bis 1978“ steigt dieser Wert stark auf 41 Jahre an. In diese Periode fällt auch das
Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung in Deutschland. Ihre Auswirkungen auf den
energetischen Standard von Wohngebäuden machen sich scheinbar bereits in dieser
Baualtersklasse und insbesondere in den Baujahren „1979 bis 1983“ bemerkbar, in welcher
das Verhältnis auf 51 Jahre ansteigt. In den beiden nachfolgenden Baualtersklasen erhöht sich
der Wert weiterhin schrittweise bis auf letztendlich 97 Jahre. Gleichzeitig fallen in diese
Perioden beide Novellierungen der Wärmeschutzverordnung und ihre Zusammenführung mit
der Heizungsanlagenverordnung zur Energieeinsparverordnung. Eine ähnliche Entwicklung
ist auch für eine Sanierung der obersten Geschossdecke zu beobachten. Insbesondere in den
Baualtersklassen 1949 bis 1968 sind unter Berücksichtigung der vollständigen Kosten die
getätigten Investitionen aufgrund der Einsparungen durch geringeren Endenergiebedarf nach
sechs Jahren ausgeglichen. In den folgenden Baualtersklassen tritt ein stetiger Anstieg ein, der
in einem Wert von 136 Jahren für die Baualtersklasse „ab 2005“ mündet. Auch bei den
Fenstern und der Kellerdecke nimmt das Verhältnis von „bis 1918“ bis „ab 2005“ insgesamt
zu, wobei der Anstieg bei der Sanierung der Kellerdecke von allen vier Maßnahmen am
geringsten ist.
Bei Wohngebäuden mit Baujahren vor der Altersklasse „1969 bis 1978“ liegen tendenziell die
besten Verhältnisse von Kosten zu Nutzen vor. Markante Anstiege der Verhältnisse sind
dabei jeweils in den nachfolgenden Baualtersklassen zu verzeichnen. Hier kann ein
Zusammenhang mit der historischen Entwicklung des Wärmeschutzes im deutschen
Wohngebäudebestand hergestellt werden. Die Tabelle festigt die Vermutung, dass eine
energetische Sanierung vor allem bei Wohngebäuden mit Baujahren vor der ersten
Wärmeschutzverordnung anzusetzen ist. Neben dem immer geringer werdenden Potential
hinsichtlich der möglichen Einsparung an Energie resultiert dies auch aus den für energetische
Modernisierungen aufzuwendenden Kosten, die nicht in gleichem Maße fallen. Hierdurch
verschlechtert sich das Kosten/Nutzen-Verhältnis zunehmend.
Einen anderen Blickwinkel, unter dem die Wirtschaftlichkeit von Sanierungsmaßnahmen
beurteilt beziehungsweise der durch sie entstehende finanzielle Mehraufwand für den
Eigentümer bewertet werden kann, soll der folgende Abschnitt zeigen.
108
Tabelle 24: Kosten einzelner Sanierungsmaßnahmen in der Kategorie EFH
Kosten
[𝑬𝒖𝒓𝒐]
Oberste
Kellerdecke
Geschossdecke)
Außenwände
Bis 1918
(ohne
Fachwerkhäuser)
1919 bis 1948
1949 bis 1957
1958 bis 1968
1969 bis 1978
1979 bis 1983
1984 bis 1994
1995 bis 2004
ab 2005
Mittel (gewichtet)
Fenster
Gesamt
17.550
2.600
2.550
8.450
31.150
17.400
17.450
17.600
18.150
17.550
16.850
17.200
17.200
17.475
2.350
2.750
2.800
2.700
2.550
2.400
2.550
2.550
2.594
2.500
2.500
2.600
2.800
2.700
2.750
2.900
2.900
2.687
8.200
8.300
8.500
9.250
9.500
9.650
10.200
10.200
9.089
30.450
31.000
31.500
32.900
32.300
31.650
32.850
32.850
31.846
Tabelle 24 führt zunächst die geschätzten Investitionskosten für eine energetische Sanierung
der Bauteile „Außenwände“, „oberste Geschossdecke“, Kellerdecke“ und „Fenster“ auf.
Zudem werden die gesamten Investitionskosten für ein freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus
abgebildet. Die Werte beziehen sich auf Modernisierungsmaßnahmen gemäß gesetzlicher
Mindestanforderungen. Im Detail zu erkennen ist, dass die Kosten für eine umfassende
Sanierung sowie für eine Modernisierung der Bauteile „Kellerdecke“ und „Fenster“ von der
Baualtersklasse „bis 1918“ (ohne Fachwerkhäuser) zur Baualtersklasse „ab 2005“ zunehmen.
Die geschätzten Investitionskosten für die Modernisierung der Außenwände nehmen leicht
ab, wohingegen die der obersten Geschossdecke über alle Baualtersklassen auf einem
ähnlichen Niveau verbleiben. Für die geschätzten Investitionen zur energetischen
Modernisierung einzelner Bauteile sowie für die Gesamtkosten über alle Baualtersklassen
wurden zudem gewichtete Mittelwerte gebildet. Für das durchschnittliche freistehende
Einfamilienhaus in Deutschland erhält man hierdurch einen Gesamtwert von 31.846 Euro
wenn eine Sanierung aller vier Bauteile gleichzeitig durchgeführt wird. Werden die Kosten
nicht auf einen Schlag, sondern über mehrere Jahre monatlich beglichen, kann man sie mit
den monatlichen Ausgaben privater Haushalte in Deutschland ins Verhältnis setzen.
Bereitgestellt werden die entsprechenden Daten durch das statistische Bundesamt in einer
Veröffentlichung
mit
dem
Titel
„Wirtschaftsrechnungen.
Einkommens-
und
Verbrauchsstichprobe. Einnahmen und Ausgaben privater Haushalte“ (Destatis, 2010). Durch die
Gegenüberstellung dieser Daten wird es möglich, das Ausmaß der Erhöhung monatlicher
Ausgaben
privater
Haushalte
durch
Abschlagszahlungen
für
energetische
109
Modernisierungsmaßnahmen zu ermitteln. Die Einkommen, Einnahmen sowie Ausgaben
privater Haushalte werden in der Veröffentlichung des statistischen Bundesamts im Abschnitt
„Haushaltsmerkmale“ unter Punkt 1.7. auf den Seiten 42 und 43 nach dem Wohnverhältnis
gegliedert dargestellt. Angegeben werden sie in Euro pro Haushalt und Monat. Hierbei wird
eine Differenzierung der Ausgaben für Haushalte innerhalb von Mietwohnungen sowie
innerhalb von Wohneigentum vorgenommen. Auf Seite 43 werden in diesem Zusammenhang
unter
Punkt
48
die
monatlichen
Ausgaben
für
„Wohnen,
Energie
und
Wohnungsinstandhaltung“ aufgeführt. Diese betragen für Haushalte in Mietwohnungen 547
Euro pro Monat. Für Wohneigentümer liegen die monatlichen Ausgaben bei 961 Euro. Unter
der Annahme eines Haushalts, der in einem freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus lebt, das
sich auch in seinem Eigentum befindet, können die monatlichen Mehrausgaben energetischer
Sanierungsmaßnahmen in Relation zu den 961 Euro monatlichen Ausgaben gesetzt werden.
Ein Nachteil der Betrachtungsweise in dieser Form ist grundsätzlich derselbe wie in der
vorherigen Betrachtung. Ins Verhältnis gesetzt werden die vollständigen Kosten der
energetischen Sanierungsmaßnahmen zu den monatlichen Ausgaben für „Wohnen, Energie
und Wohnungsinstandhaltung“. Da demnach sowieso Kosten für Wohnungsinstandhaltungen
in den monatlichen Ausgaben berücksichtigt werden, müssten diese normalerweise von den
gesamten monatlichen Mehrausgaben durch die Sanierungsmaßnahme abgezogen werden, um
den Wert der tatsächlichen energiebedingten monatlichen Mehrausgaben zu erhalten. Zudem
müssten
den
monatlichen
Mehrausgaben
zusätzlich
die
monatlichen
finanziellen
Einsparungen aufgrund geringer Kosten für Energie gegenübergestellt werden.
Für eine vollständige Sanierung der vier Bauteile in der Tabelle 24 müssen im Mittel für ein
freistehendes Ein-/Zweifamilienhaus 31.846 Euro investiert werden. Über einen Zeitraum von
zehn Jahren ohne Zinsen würde dies Mehrausgaben von 265 Euro zur Folge haben. Dies
entspricht knapp einem Drittel der Ausgaben, die durchschnittlich von Wohneigentümern pro
Haushalt und Monat ausgegeben werden. Mit 1% bzw. 2 % Zinsen jährlich erhöhen sich die
Ausgaben auf 281 Euro beziehungsweise 299 Euro monatlich, um die Kosten innerhalb eines
Zeitraums von zehn Jahren zu decken. Werden längere Zeiträume, beispielsweise über 20 und
30 Jahre betrachtet, verringert sich die Teilzahlung, die monatlich zur Tilgung der
Sanierungskosten getätigt werden muss. Ohne Zinsen fallen über einen Zeitraum von 20 und
30 Jahren monatliche Kosten in Höhe von 133 Euro beziehungsweise 88 Euro an. Dies
entspricht immer noch einer Erhöhung der monatlichen Ausgaben privater Haushalte mit
Wohneigentum von etwa 14% beziehungsweise 9 %. Entsprechend höhere Werte ergeben
sich, wenn mit jährlich anfallenden Zinsen gerechnet wird. Insbesondere über einen Zeitraum
110
von zehn Jahren machen die monatlich anfallenden Mehrkosten einen erheblichen Anteil aus.
Auch die zusätzlichen monatlichen Kosten über Zeiträume von 20 beziehungsweise 30 Jahren
sind nicht zu vernachlässigen. Moderater fallen die zusätzlichen Ausgaben pro Monat aus,
wenn nur einzelne Sanierungsmaßnahmen betrachtet werden. So würde die energetische
Modernisierung der Außenwände über einen Zeitraum von zehn Jahren mit 146 Euro
monatlich zu etwa 15% höheren Ausgaben führen. Die durch einen Fensteraustausch
entstehenden Kosten würden die monatlichen Ausgaben über den gleichen Zeitraum um
ungefähr acht Prozent erhöhen. Am geringsten sind die monatlichen Mehrausgaben, die sich
im Durchschnitt aufgrund einer energetischen Sanierung der obersten Geschossdecke und der
Kellerdecke ergeben. Diese belaufen sich über einen Zeitraum von zehn Jahren mit etwa
22 Euro pro Monat auf 2 % der Ausgaben privater Haushalte für Wohnen, Energie und
Instandhaltung.
Anteile unterschiedlicher energetischer Sanierungsmaßnahmen an der Einsparung von
Endenergie
In der Tabelle 25 werden die Anteile unterschiedlicher Bauteile an der Einsparung von
Endenergie nach einer Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV) im Verhältnis
zum ursprünglichen Endenergiebedarf dargestellt. Die Daten stellen gewichtete Mittelwerte
dar und sind nach unterschiedlichen Wohngebäudekategorien und Anbausituationen
gegliedert.
Tabelle 25: Relative Anteile einzelner Bauteile an der Endenergieeinsparung nach einer
energetischen Sanierung
Wohngebäudekategorie
Ein-/Zweifamilienhaus,
freistehend
Reihenhaus
Reihenendhaus
Reihenmittelhaus
Mehrfamilienhaus
Mehrfamilienhaus,
freistehend
Mehrfamilienendhaus
Mehrfamilienmittelhaus
Alle Wohngebäudekategorien
Außenwände
Anteil
[𝑷𝒓𝒐𝒛𝒆𝒏𝒕]
Oberste
Kellerdecke
Geschossdecke
Fenster
49,9
14,5
12,7
22,8
42,2
45,6
34,2
42,9
19,4
18,6
21,2
14,1
12,7
11,8
14,9
8,1
25,7
24,0
29,7
31,5
49,7
13,1
7,5
29,7
43,6
37,0
46,6
14,9
16,5
15,8
8,7
9,5
11,9
32,8
37,0
25,1
111
Die höchstmögliche
Einsparung von
geht
in
allen
Wohngebäudekategorien
und
Anbausituationen im Allgemeinen von einer energetischen Sanierung der Außenwände aus.
Von zweitgrößter Bedeutung ist der Austausch der Fenster gefolgt von der Modernisierung
der obersten Geschossdecke. Die geringste Einsparung wird durch eine energetische
Sanierung der Kellerdecke erzielt. Die Beteiligung einzelner Bauteile unterscheidet sich in
den verschiedenen Wohngebäudekategorien und Anbausituationen. So ist bei einem
freistehenden Mehrfamilienhaus der Anteil aufgrund der größeren Fläche des Bauteils etwas
höher als bei einem freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus. Durch den großen Einfluss jeder
einzelnen
Außenwand,
sinken
vom
freistehenden
Mehrfamilienhaus
bis
zum
Mehrfamilienmittelhaus mit jeder zusätzlich durch andere Häuser verdeckten Außenwand
gleichzeitig auch die durch eine Dämmung insgesamt erzielbaren Energieeinsparungen stark
ab. Parallel dazu gewinnen dagegen andere Bauteile wie die oberste Geschossdecke und die
Fenster an Bedeutung hinzu. Gleiches kann für die Kategorie der Reihenhäuser beobachtet
werden. So ist der Anteil an der Einsparung von Endenergie durch eine energetische
Sanierung der Außenwände bei einem Reihenmittelhaus um etwa 12 Prozent geringer sind als
bei einem Reihenendhaus. Gleichzeitig nimmt demgegenüber der Anteil der Fenster um
ungefähr acht Prozent zu. Bei Wohngebäuden gleicher Baualtersklassen begründet sich die
unterschiedliche Beteiligung einzelner Bauteile demnach mit ihrem jeweiligen Anteil an der
wärmeübertragenden Hüllfläche. Je größer die Fläche ist, umso höher fällt auch der
Transmissionswärmeverlust
hierüber
aus,
was
letztendlich
auch
einen
hohen
Endenergiebedarf zur Folge hat. Werden gleichbleibende Bauteilflächen für Wohngebäude
einer Kategorie angenommen, variieren die Anteile der verschiedenen Bauteile aber auch
innerhalb unterschiedlicher Baualtersklassen. Zurückzuführen ist dies auf sich ändernde UWerte im Ursprungzustand der Gebäude unterschiedlicher Altersklassen, wie sie Tabelle 8
beispielhaft entnommen werden können. Weisen die Außenwände beispielsweise bereits
einen sehr geringen Wärmedurchgangskoeffizient auf, hat eine zusätzliche Dämmung einen
geringeren Effekt auf die nachträgliche Einsparung von Energie. Verfügt die oberste
Geschossdecke im gleichen Gebäude hingegen im Ursprungszustand über einen wesentlich
höheren Wärmedurchgangskoeffizient, kann auch durch eine nachträgliche Dämmung trotz
kleinerer Fläche eventuell mehr Kohlenstoffdioxid eingespart werden als durch eine
zusätzliche Isolierung der Außenwände. Diese Verhältnisse sind sowohl in jeder
Baualtersklasse als auch in jedem Wohngebäude unterschiedlich.
112
Hochrechnung auf den Wohngebäudebestand
Die Abbildungen 8 bis 9 zeigen die Ergebnisse aus den Hochrechnungen für Wohngebäude
der
Kategorien
„freistehendes
Ein-/Zweifamilienhaus“,
„Reihenhaus“
und
„Mehrfamilienhaus“ der Baualtersklassen „ab 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis „1969 bis
1978“. Es werden also die Baualtersklassen in die Betrachtung einbezogen, bei denen sich
nach vorangegangenen Erläuterungen energetische Sanierungen im Hinblick auf die
Energieeinsparungen und die Kosten am meisten lohnen. Sie beziehen sich auf die
geschätzten Investitionskosten und die möglichen Endenergieeinsparungen. Betrachtet
werden jeweils die Gesamtwerte für eine energetische Sanierung von Gebäuden der drei
Kategorien aus allen Baualtersklassen. Dargestellt werden die Kosten und Einsparungen, die
bei
einer
Modernisierung
aller
betrachteten
Bestandgebäude
gemäß
gesetzlicher
Mindestanforderungen denkbar wären. Zudem werden auch die notwendigen Aufwendungen
sowie die Effekte aufgeführt, die mit einer Sanierung gemäß der technischen
Mindestanforderungen der Kreditanstalt für Wiederaufbau verbunden sind. Berücksichtigt
werden Vollkosten und Einsparungen, die jeweils durch eine umfassende und gleichzeitige
Sanierung
der
Bauteile
„oberste
Geschossdecke“,
„Außenwände“,
„Fenster“
und
„Kellerdecke“, entstehen würden. Zudem wird auch der Austausch der Heizungsanlage
mitberücksichtigt. Die Daten beziehen sich nicht auf die Auswirkungen einer energetischen
Sanierung von Häusern im Ursprungszustand sondern orientieren sich am tatsächlichen
Sanierungsbedarf und schließen nur eine Sanierung der energetisch schlechtesten Bauteile
ein, deren Energiestandard auf dem Stand vor der ersten Wärmeschutzverordnung ist.
113
Geschätzte Investitionskosten
132
Milliarden Euro
150
100
99
45
148
110
51
50
0
RH
MFH
EFH
Gebäudekategorie
Sanierung gemäß EnEV
Sanierung gemäß KfW
Abbildung 8: Geschätzte Investitionskosten für eine Sanierung der Wohngebäude der
Baualtersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis 1978
Abbildung 8 zeigt die geschätzten Investitionskosten in Milliarden Euro für eine Sanierung
gemäß beider Standards und für alle berücksichtigten Wohngebäude und Baualtersklassen.
Die geringsten Investitionskosten fallen demnach für die Kategorie des Reihenhauses an.
Zwar gibt es in den Baualtersklassen bis zum Jahre 1978 mehr Reihenhäuser mit
Sanierungsbedarf für die berücksichtigten Bauteile als Mehrfamilienhäuser, jedoch sind für
Reihenhäuser, wie aus Tabelle 22 ersichtlich wird, insgesamt wesentlich geringere
Investitionskosten für energetische Modernisierungsmaßnahmen erforderlich. An zweiter
Stelle steht die Kategorie des Mehrfamilienhauses. In dieser müssen zwar pro Wohngebäude
höhere Investitionskosten getätigt werden als bei freistehenden Einfamilienhäusern, jedoch
liegt die Anzahl der Mehrfamilienhäuser mit Sanierungsbedarf deutlich unter der Anzahl der
freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser. Die höchsten Investitionskosten entfallen somit auf
eine energetische Modernisierung der energetisch schlechtesten Bauteile aller Wohngebäude
der Kategorie EFH. Insgesamt belaufen sich die geschätzten Investitionskosten einer
umfassenden Sanierung gemäß gesetzlicher Vorgaben auf etwa 276 Milliarden Euro. Die
Kosten einer Modernisierung gemäß technischer Mindestanforderungen der Kreditanstalt für
Wiederaufbau betragen aufgrund der höheren Standards insgesamt 309 Milliarden Euro.
114
Mögliche Einsparungen: Endenergie
340
365
Petajoule/Jahr
400
194
300
120
200
207
129
100
0
RH
MFH
EFH
Gebäudekategorie
Sanierung gemäß EnEV
Sanierung gemäß KfW
Abbildung 9: Mögliche Einsparungen an Endenergie durch energetische Sanierung der
Wohngebäude der Baualtersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis 1978
Abbildung 9 zeigt die Einsparungen an Endenergie, die durch eine energetische Sanierung
gemäß
gesetzlicher
Anforderungen
beziehungsweise
gemäß
technischer
Mindestanforderungen der Kreditanstalt für Wiederaufbau möglich wären. Angegeben
werden die Einsparungen in Petajoule pro Jahr für die drei Gebäudekategorien und die
Baualtersklassen „bis 1918 (ohne Fachwerkhäuser) bis zum Baujahr 1978. Es zeigt sich
dasselbe Muster wie bei den geschätzten Investitionskosten. Die geringsten Einsparungen
sind im Bereich der Reihenhäuser möglich, wohingegen an zweiter Stelle die
Mehrfamilienhäuser stehen. Zwar wird aus Tabelle 22 ersichtlich, dass die möglichen
Endenergieeinsparungen pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr bei Reihenendhäusern höher
sind als bei Mehrfamilienhäusern. Zu beachten ist jedoch, dass die zu den Reihenhäusern
gehörende Wohnfläche, auf der die ermittelten Einsparungen wirksam werden, deutlich unter
der Fläche der Mehrfamilienhäuser liegt. Hierdurch kehren sich die Verhältnisse letztendlich
um. Das größte Potential liegt bei den Wohngebäuden der Kategorie „freistehendes
Ein/-Zweifamilienhaus“ vor, da hier sowohl die höchsten Endenergieeinsparungen pro
Quadratmeter und Jahr möglich sind als auch die gesamte Wohnfläche, auf der die
Einsparungen wirksam werden, höher als bei den beiden anderen Wohngebäudekategorien ist.
Die Summe der gesamten, durch die simulierten energetischen Modernisierungsmaßnahmen
simulierten Endenergieeinsparung, beträgt im Falle einer Sanierung gemäß gesetzlicher
Anforderungen etwa 654 Petajoule pro Jahr. Bei einer Sanierung gemäß technischer
115
Mindestanforderungen der KfW liegt der Wert bei 701 Petajoule jährlich. Dieselben
Verhältnisse zeigen sich im Hinblick auf die möglichen Einsparungen an Primärenergie in
Petajoule pro Jahr. Aufgrund der Multiplikation mit dem Primärenergiefaktor sind die Werte
jedoch höher und liegen bei 724 Petajoule pro Jahr für eine Sanierung gemäß gesetzlicher
Anforderungen beziehungsweise 779 Petajoule pro Jahr für eine Sanierung gemäß technischer
Mindestanforderungen
der
KfW.
Die
möglichen
jährlichen
Einsparungen
an
Kohlenstoffdioxid betragen insgesamt 46 Millionen Tonnen beziehungsweise 49 Tonnen pro
Jahr. Die Verhältnisse bleiben unverändert mit dem größten Einsparpotential in der Kategorie
der freistehenden Einfamilienhäuser und den kleinstmöglichen Einsparungen bei den
Reihenhäusern.
5.3. Maßnahmen zur Anpassung an steigende Temperaturen an bestehenden
Wohngebäuden
Tabelle 26: Anpassungsmaßnahmen an Bestandsgebäuden an steigende Temperaturen
(Grothmann, et al., 2009) (MKULNV, 2009) (UBA, 2010) (Klimabündnis e.V., 2005 - 2006)
Maßnahme am bestehenden Gebäude
 Dämmung der Gebäudehülle
o Dach/oberste Geschossdecke
o Außenwände
o Kellerdecke
 Austausch der Fenster
 Verschattung der Hauswände und
Fenster
 Wahl der Baumaterialien
 Reduktion interner Hitzequellen
o Nutzung energieeffizienter
elektrischer Geräte und
Beleuchtung
o Nutzung natürlicher
Beleuchtung
o Reduktion von
Standby-Verlusten
 Aktive und passive Klimatisierung,
 z.B. Klimaanlagen und
Nachtlüftung
 Begrünung von Dächern und
Fassaden
Wirkung (Beispiel)
Reduktion des Wärmeeintrags durch verbesserte
Isolierung
Reduktion der Sonneneinstrahlung durch
Absorption Reflexion
Reduktion der Wärmeentwicklung durch
Verminderung der Wärmeabgabe von
ineffizienten oder dauerhaft betriebenen
elektrischen Geräten
Reduktion der Wärmeentwicklung durch aktive
und passive Kühlung
Reduktion der Wärmeentwicklung durch
Blattwerk; Luftpolster und die Verdunstung
vermindern ein Aufheizen
In der Tabelle 26 wird eine Auswahl an Möglichkeiten dargestellt, die zur Anpassung
bestehender Gebäude an die Folgen steigender Umgebungstemperaturen dienen können.
Genannt werden jeweils die Maßnahme sowie Beispiele dafür, wie sich ihre Wirkung
darstellt. Die als erstes in der Tabelle aufgeführten Maßnahmen stellen die Dämmung der
116
Gebäudehülle, also des Dachs, der obersten Geschossdecke, der Außenwände und der
Kellerdecke dar. Auch der Fensteraustausch wird aufgeführt. Dies sind dieselben
Maßnahmen, die bereits in den vorigen Abschnitten im Hinblick auf ihre Relevanz für
Endenergieeinsparungen und für den Klimaschutz vorgestellt wurden. Neben dieser Funktion
dient eine verbesserte Isolierung der Gebäudehülle und der Fenster auch dazu, die
Wärmeleitung in Wohngebäude und somit das Aufheizen von Wohnräumen im Falle hoher
Außentemperaturen zu vermindern. Weitere Anpassungsmaßnahmen, die sich hierzu eignen,
stellen unterschiedliche Arten der Verschattung der Hauswände sowie der Fenster eines
Wohngebäudes und die Wahl heller Baumaterialien dar. Die Wirkung basiert in diesen Fällen
auf
der
Verringerung
einfallender
Sonneneinstrahlung,
indem
diese
durch
die
Verschattungselemente absorbiert beziehungsweise reflektiert wird. Dem Aufheizen von
Wohngebäuden kann zudem dadurch entgegengewirkt werden, dass interne Hitzequellen
reduziert werden. Dadurch, dass beispielsweise energieeffiziente elektrische Geräte und
Beleuchtung genutzt und Standby-Verluste vermindert werden, wird die Wärmeentwicklung,
die durch den Betrieb der Geräte entsteht, innerhalb des betroffenen Wohnraums herabgesetzt.
Weitere Maßnahmen zur Anpassung an steigende Temperaturen stellen die aktive und die
passive Kühlung von Wohngebäuden dar, beispielsweise durch Klimaanlagen oder
Nachtlüftung. Auch die Begrünung von Dächern und Fassaden kann zur Anpassung an
steigenden Temperaturen beitragen und das Aufheizen von Wohngebäuden verringern. Der
Effekt beruht in diesem Fall auf der Verminderung der Wärmeentwicklung beispielsweise
durch Evapotranspiration, Umwandlung einstrahlender Sonnenenergie in Biomasse,
Reflexion und weiterer Vorgänge
(Ansel, et al., 2012)
. Sämtliche in Tabelle 26 aufgeführten
Maßnahmen werden im folgenden Abschnitt im Hinblick auf ihre Eignung im Hinblick auf
Klimaschutz und auf die gleichzeitige Anpassung an steigende Temperaturen in Folge des
Klimawandels diskutiert.
117
6. Diskussion
Eignung verschiedener Maßnahmen zur Mitigation des Klimawandels und zur gleichzeitigen
Anpassung an steigende Temperaturen
Im Hinblick auf die Diskussion der Eignung verschiedener Maßnahmen zur Mitigation des
Klimawandels
sowie
zur
gleichzeitigen
Anpassung
an
möglicherweise
steigende
Temperaturen wird mit der Reduktion der Sonneneinstrahlung durch die Verschattung von
Fenstern und Wänden eines Hauses begonnen. Zur Abschirmung eines bestehenden Gebäudes
vor Sonne bestehen für einen Gebäudenutzer eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten von
natürlichen bis hin zu künstlichen Verschattungssystemen. So ist es beispielsweise möglich,
einen Laubbaum zur Beschattung zu pflanzen. Wächst dieser heran, nimmt er in dieser Phase
CO2 aus der Atmosphäre auf und trägt somit zum Schutze des Klimas bei. Zudem minimiert
er im Sommer den Eintrag von Sonnenstrahlung und wirkt somit einer Aufheizung der
Wohnräume entgegen. Die Maßnahme ist aus dieser Sicht also auch für eine Anpassung an
steigende Temperaturen geeignet. Da zudem durch geringere Temperaturen im Wohngebäude
auch der Kühlbedarf durch Klimaanlagen reduziert wird, können gleichzeig hierfür
notwendige Energie und damit verbundene Kohlendioxidemissionen gespart werden. Im
Winter, wenn der Baum seine Blätter verloren hat, ermöglicht er es hingegen der
Solarstrahlung durch die Fenster in das Gebäude einzudringen, sodass diese zur natürlichen
Beleuchtung und als erwünschter zusätzlicher Wärmegewinn in Erscheinung treten können.
Hierdurch wird im Winter der Bedarf an Heizwärme herabgesetzt und ein Beitrag zum
Klimaschutz geleistet. Anders ist dies jedoch in dem Fall, dass ein immergrüner Nadelbaum
gepflanzt wird. Grund ist, dass hierdurch auch im Winter die externen Wärmegewinne und
die Möglichkeit zur Nutzung der natürlichen Beleuchtung vermindert werden. Das Pflanzen
eines Schattenbaums kann also auf vielfältige Weise sowohl zur Anpassung an steigende
Temperaturen als auch zum Schutz des Klimas beitragen. Ähnliche Voraussetzungen gelten
bei Sonnenschutzvorrichtungen wie beispielsweise Markisen oder Rollladen. Sind diese
fixiert und im Verlauf eines Jahres nicht variierbar, können sie sich im Winter hinderlich auf
die Nutzung der Solarstrahlung auswirken. Es sollte daher darauf geachtet werden, dass diese
an die jeweiligen Anforderungen in unterschiedlichen Jahreszeiten angepasst werden können.
Ein weiterer Aspekt im direkten Vergleich künstlicher Sonnenschutzvorrichtungen mit
natürlichem Sonnenschutz durch Vegetation ist, dass die künstlichen Vorrichtungen bei ihrer
Entstehung und während ihrer Lebensdauer kein CO2 durch Wachstum aufnehmen sondern
im Gegenteil bei ihre Produktion Energie benötigt und Kohlendioxid freigesetzt wird.
118
Eine weitere in der Tabelle 26 aufgeführte Maßnahme zur Anpassung an steigende
Temperaturen im Sommer stellt die Nutzung natürlicher Beleuchtung anstatt des Rückgriffs
auf künstliche Beleuchtung dar. Der Grund liegt darin, dass es durch die künstliche
Beleuchtung zur Entstehung von Abwärme kommt, die ein Gebäude zusätzlich aufheizt. Dies
steht im Allgemeinen dem Ziel der Anpassung an Belastungen infolge höherer Temperaturen
entgegen. Weiterhin steht diese Vorkehrung scheinbar im Widerspruch zu der vorangehenden
Erläuterung, dass eine Verschattung von Hauswänden und Fenstern der Anpassung an den
Klimawandel zuträglich sei, da aufgrund dieser Maßnahme eine zusätzliche künstliche
Beleuchtung notwendig wird. Dieser Widerspruch wird dadurch aufgelöst, dass im
Allgemeinen die zusätzliche Wärmebelastung aufgrund externer Energiegewinne durch
Solarstrahlung als stärker einzustufen ist als die Aufheizung, die insbesondere durch effiziente
künstliche Beleuchtung hervorgerufen wird
(Brunner, et al., 2008)
. Dennoch muss für den Betrieb
der Beleuchtung Energie aufgewendet werden, die wiederum Kohlendioxidemissionen zur
Folge hat. Auf der anderen Seite muss sowohl für die zusätzliche Aufheizung durch Abwärme
der Beleuchtung als auch durch externe solare Energiegewinne auf eine aktive Kühlung des
Gebäudes zurückgegriffen werden. Wenn der Kühlbedarf bei der Nutzung natürlicher
Beleuchtung höher ist als bei dem Rückgriff auf effiziente künstliche Beleuchtung, muss
wiederum abgewogen werden, welche Kombination sich negativer auf den Klimaschutz
auswirkt: die Nutzung künstlicher Beleuchtung und der damit verbundene Energieverbrauch
sowie ein eventuell niedrigerer Bedarf an Kühlung oder der Rückgriff auf natürliche
Beleuchtung und ein möglicherweise höherer Bedarf an Kühlung. Zusätzlich ist relevant, ob
die Energie, die zum Betrieb der Klimaanlage genutzt wird, aus fossilen oder regenerativen
Energieträgern stammt. Die Beurteilung dieser Maßnahme bedarf also einer weiteren
Erörterung. In Bezug auf die vorangehend beschriebene Maßnahme der Pflanzung eines
Schattenbaums gilt Folgendes. Unter der Annahme, dass die Kühlung im Sommer aufgrund
steigender Solarstrahlung einen negativeren Effekt auf das Klima hat als die Kühlung infolge
effizienter Beleuchtung, ist die Pflanzung eines Schattenbaums diesbezüglich als positiv für
den Klimaschutz anzusehen. Im Winter hingegen ist die Nutzung natürlicher Beleuchtung
erwünscht, da hierdurch der Bedarf an Heizwärme für das Gebäude reduziert wird. Somit ist
die Maßnahme in dieser Jahreszeit dem Klimaschutz eindeutig zuträglich.
Im Umkehrschluss ist davon auszugehen, dass die Wirksamkeit zur Klimaanpassung der
weiterhin in Tabelle 26 aufgeführten Nutzung energieeffizienter Beleuchtung tendenziell
bestätigt werden kann. Gleiches gilt für die Nutzung energieeffizienter Geräte und die
Reduzierung der Stand-By-Verluste, da durch all diese Maßnahmen das zusätzliche
119
Aufheizen eines Gebäudes vermindert wird. Gleichzeitig verringert sich der Energiebedarf,
was wiederum zum Schutz des Klimas beiträgt. Im Winter kann die Aufheizung eines
Gebäudes aufgrund der Abwärme elektrischer Geräte jedoch zusätzlich zur weiteren
Absenkung des Raumwärmebedarfs beitragen und somit durchaus erwünscht sein. Diese
Wirkung wird durch energieeffiziente elektrische Geräte und reduzierte Stand-By-Verluste
zumindest abgeschwächt.
Weiterhin wurde in der Tabelle 26 die Nutzung aktiver und passiver Klimaanlagen zur
Anpassung an den Klimawandel beziehungsweise an steigende Temperaturen genannt. Für
die Anpassung an steigende Temperaturen im Sommer sind beide Maßnahmen
uneingeschränkt geeignet, da sie einer Aufheizung des Gebäudeinneren entgegenwirken und
durch Senkung der Temperaturen zu einem angenehmeren Gebäudeklima beitragen. Wird der
Energiebedarf aktiver Klimatisierung jedoch mit Energie aus fossilen Energieträgern
betrieben, ist mir ihrer Nutzung kein gleichzeitiger Schutz des Klimas verbunden. Als letzter
Punkt wurde die Begrünung von Dächern und Fassaden als Anpassungsmaßnahme an den
Klimawandel aufgeführt. Im Hinblick auf die Adaptation an möglicherweise steigende
Temperaturen kann diese Maßnahme als positiv bewertet werden. So haben Untersuchungen
in mediterranem Klima gezeigt, dass durch den kühlenden Effekt der Vegetation ein Teil der
Kühlleistung ersetzt werden kann, die sonst von Klimaanlagen ausgehen müsste. Der
kühlende Effekt beruht insbesondere auf der Verdunstung gespeicherten Wassers
2012).
(Ansel, et al.,
Hierdurch kann also sowohl Energie als auch CO2 eingespart werden. Zudem ist wie
bereits bei der Pflanzung von Schattenbäumen auch die Begrünung von Dächern und
Fassaden mit der Speicherung von CO2 in der pflanzlichen Biomasse verbunden. Somit ist mit
dieser Maßnahme im Allgemeinen auch ein positiver Effekt für den Klimaschutz verbunden.
Aber auch im Winter ist für die Fassaden- und Dachbegrünung ein dämmender Effekt
nachgewiesen, aufgrund dessen beispielsweise bei einem Einfamilienhaus in Mitteleuropa im
Winter eine Menge an Heizungsenergie eingespart werden kann, die sonst im Zeitraum von
einer Woche zur Bereitstellung der Raumwärme des Gebäudes benötigt wird (Ansel, et al., 2012).
Somit zeigt sich auch im Winter die klimaschützende Wirkung der Dach- und
Fassadenbegrünung.
120
Vergleich der energetischen Sanierung der Bauteile Außenwände, oberste Geschossdecke,
Kellerdecke und Fenster
Die verbleibenden in der Tabelle 26 aufgeführten Maßnahmen stellen die energetische
Sanierung der Außenwände, der obersten Geschossdecke, der Kellerdecke sowie der
Austausch alter Fenster durch neue Fenster dar.
Für diese Maßnahmen wurden in der Arbeit unter anderem die relativen Anteile der
Endenergieeinsparung ermittelt, die von ihrer Modernisierung ausgehen. Diese Anteile
müssen nicht unbedingt den Beiträgen entsprechen, welche die verschiedenen Bauteile am
Transmissionswärmeverlust eines Gebäudes haben. Dieser Sachverhalt kann folgendermaßen
verdeutlicht werden. So ist es möglich, dass bei gleicher Fläche und Schichtdicke beider
Bauteile die oberste Geschossdecke mehr Transmissionswärmeverluste aufweist als die
Kellerdecke. Gründe hierfür könnten ein höherer Temperaturkorrekturfaktor und ein
schlechterer U-Wert der obersten Geschossdecke sein. Würde bei einer nachträglichen
energetischen Sanierung beider Bauteile nun die Kellerdecke effektiver gedämmt als die
oberste Geschossdecke, wäre es möglich, dass die gesamten Transmissionswärmeverluste
beider Bauteile und der Endenergiebedarf des Gebäudes durch die Sanierung der Kellerdecke
stärker vermindert würden als durch die Modernisierung der obersten Geschossdecke. Auch
nach der Sanierung wären die Verluste über die oberste Geschossdecke weiterhin höher als
über die Kellerdecke. Aus diesem Grund spiegeln die Anteile eines Bauteils am
Transmissionswärmeverlust des Gebäudes nicht unbedingt den Wert des Endenergiebedarfs
wider, der durch ihre Modernisierung eingespart wird. Dies ist auch einer der Gründe dafür,
weshalb sich die Werte aus den Tabellen 20 und 25 voneinander unterscheiden.
Die Daten aus der Tabelle 25 repräsentieren somit nur die Anteile an der
Endenergieeinsparung, die sich unter den in der Arbeit getroffenen Annahmen erzielen lassen.
Sie
sind
gültig
für
energetische
Sanierungen
der
berücksichtigten
Bauteile
im
Ursprungszustand gemäß der Anforderungen der Energieeinsparverordnung 2009. Die Werte
könnten sich vollständig unterscheiden, wenn Parameter wie die Stärke der Dämmschicht
oder die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs für die einzelnen Bauteile variiert würden.
Zudem werden nur die relativen Anteile der vier Bauteile untereinander verglichen. Die Werte
repräsentieren demnach nicht die Einsparungen, die durch eine energetische Sanierung dieser
Bauteile bezogen auf den absoluten Ausgangswert des Endenergiebedarfs vor der Sanierung
erreicht werden. Aber auch diese Daten wurden in der vorliegenden Arbeit ermittelt und
121
können für weitere Untersuchungen genutzt werden. Einzusehen sind sie auf dem
Datenträger, welcher der Arbeit beiliegt.
Betrachtet man die Anteile der vier berücksichtigten Bauteile, wird erkennbar, dass gemittelt
über alle Baualtersklassen und Gebäudekategorien mit etwa 47 Prozent die größten
Einsparungen an Endenergie mit der Sanierung der Außenwände verbunden sind. An zweiter
Stelle stehen die Fenster mit knapp 25 % gefolgt von der obersten Geschossdecke mit
ungefähr 15,8 % und der Kellerdecke mit 12 %. Aus den Anteilen an der
Endenergieeinsparung folgt, dass aus der Sanierung der Außenwände die größten
Einsparungen an Heizkosten für den Gebäudenutzer resultieren. Wird die Energie zudem
durch die Umwandlung fossiler Primärenergieträger erzeugt, ist die größte Verminderung von
Kohlendioxidemissionen und somit die positivste Umweltwirkung ebenso mit der Sanierung
der Außenwände verbunden.
Im Hinblick auf den Aspekt des Klimaschutzes sollte demnach die höchste Priorität auf die
energetische Sanierung der Außenwände gelegt werden, gefolgt von den Fenstern, der
obersten Geschossdecke und der Kellerdecke.
Beurteilt man die vier Maßnahmen nun bezüglich ihrer Eignung zur Anpassung an
möglicherweise steigende Temperaturen infolge des Klimawandels ergibt sich folgendes Bild.
Es gilt, dass je besser die Gebäudehülle im Winter gedämmt ist und je geringer die
Transmissionswärmeverluste sind, umso niedriger ist auch im Sommer die Wärmeleitung in
das Innere des Wohngebäudes. Im Hinblick auf die Dämmung der obersten Geschossdecke
ergibt sich konkret folgendes Bild. Schon heute können im Sommer auf der äußeren Dachhaut
Temperaturen von über 60°C herrschen (Enseling, et al., 2013). Steigen künftig die Temperaturen im
Sommer an, könnte sich diese Situation noch weiter verstärken. Heizt das Dachgeschoss auf,
ist es wichtig, dass eine gut gedämmte oberste Geschossdecke die Wärme von außen fern hält
und ein Aufheizen des Wohngebäudes vermindert. Einer Sanierung der obersten
Geschossdecke ist im Hinblick auf den Klimawandel demnach eine hohe Priorität
einzuräumen. Gleiches gilt auch für eine Sanierung der Außenwände, denen durch ihre große
Fläche ebenso eine wichtige Rolle beim Abschirmen der Wärme zuteil wird. An nächster
Stelle steht die energetische Sanierung der Kellerdecke.
Das Erdreich ist im Sommer kühler als die Außentemperatur und ein möglicherweise
aufgeheiztes Wohngebäude. Die Dämmung der Kellerdecke erfüllt im Sommer daher eine
ähnliche Funktion wie auch im Winter. Sie hindert die Wärme daran, in den Keller zu
entweichen. Bleibt das Kellergeschoss auch angesichts künftig steigender Temperaturen im
122
Sommer kühl, könnte der Keller als Rückzugsort an heißen Tagen genutzt werden. Da von der
Dämmung somit jedoch kein Schutz vor der äußeren Hitze ausgeht, sie hingegen nur den
Umgang mit einem bereits aufgeheizten Gebäude erleichtert, steht diese Maßnahme an dritter
Stelle im Hinblick auf eine Anpassung an steigende Temperaturen.
Komplexer ist der Sachverhalt bei dem Austausch alter Fenster durch neue Fenster. Im Winter
trägt eine zweifache oder dreifache Wärmeschutzverglasung im Vergleich zu älteren Fenstern
zunächst wie die anderen Bauteile zu verringerten Transmissionswärmeverlusten und einem
reduzierten Bedarf an Heizwärme bei. Zudem wird die Wärmeleitung im Sommer ins
Gebäudeinnere stärker vermindert. In dieser Jahreszeit kann jedoch bei mangelnder
Verschattung der Fenster der bereits diskutierte Fall eintreten, dass Solarstrahlung in das
Innere eines Gebäudes eingetragen wird. Heizt sich das Gebäude infolgedessen auf, wird
durch eine gut gedämmte Hülle auch die Wärme effektiv im Wohngebäude gehalten. Dies
kann wiederum zu Hitzestress für die Gebäudenutzer führen. Gleiches gilt, wenn die internen
Wärmegewinne durch Abwärme elektrischer Geräte oder sich im Haus befindliche Personen
zu groß werden. Im Sommer trägt ein Austausch alter Fenster durch reguläre
Wärmeschutzfenster von allen vier berücksichtigten Maßnahmen demnach am geringsten zur
Anpassung an den Klimawandel bei und muss mit zusätzlichen Maßnahmen kombiniert
werden.
Im Hinblick auf den Aspekt der Klimaanpassung sollte demnach die höchste Priorität auf die
energetische Sanierung der obersten Geschossdecke und der Außenwände gelegt werden,
gefolgt von der Kellerdecke und dem Austausch der Fenster.
Es gibt einen weiteren Aspekt, nach dem eine mögliche Priorität in der Durchführung
unterschiedlicher energetischer Sanierungsmaßnahmen festgelegt werden kann. Diese
orientiert sich am Verhältnis der Heizkostenersparnis, die mit der Sanierung erzielbar ist, zu
den Investitionskosten, die hierfür aufzuwenden sind. Zu den unter diesem Gesichtspunkt im
Rahmen der Arbeit ermittelten Daten ist zunächst folgendes Anzumerken. Die Zeiträume, ab
denen sich eine energetische Sanierungsmaßnahme finanziell auszahlt, wurden stark
vereinfach ermittelt. So bilden für alle Bauteile jeweils die Vollkosten und nicht die
energiebedingten Mehrkosten die Grundlage der Berechnungen. Diese enthalten demnach die
Kosten, die für eine eventuell durchzuführende Instandhaltung eines Bauteils zu tätigen wären
ebenso wie die Investitionen, die alleine auf die energetische Sanierung des Bauteils
zurückzuführen sind. Hierunter fallen beispielsweise die energiebedingten Mehrkosten für
Dämmmaterialien. Die Summe dieser Kosten ist folglich mitunter wesentlich höher im
123
Vergleich zu dem Fall, dass nur die energiebedingten Mehrkosten berücksichtigt werden. Als
Richtline für den Anteil der energiebedingten Mehrkosten einer Modernisierungsmaßnahme
können in diesem Zusammenhang Werte zwischen 30 % und 50 % der insgesamt zu
tätigenden Investitionskosten angenommen werden (Discher, et al., 2010). Diesbezüglich ist jedoch
anzumerken, dass bei einer energetischen Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“
und „Kellerdecke“ die gesamten Investitionskosten mit den energiebedingten Mehrkosten
gleichzusetzen sind, da für diese Bauteile innerhalb des Lebenszyklus eines Wohngebäudes
eine Instandhaltung im Allgemeinen nicht erforderlich wird
(Enseling, et al., 2013)
. Aus diesem
Grund trifft die beschriebe Problematik auf die Werte, die für diese Bauteile ermittelt wurden,
nicht zu. Genau andersherum ist es hingegen bei einem Austausch alter Fenster durch neue
Fenster. Erfolgt hierbei im Zuge einer sowieso durchzuführenden Instandsetzungsmaßnahme
lediglich ein Wechsel auf Zweischeiben-Wärmeschutzglas, sind die energiebedingten
Mehrkosten gleich null anzusetzen. Grund hierfür ist, dass dieser Verglasungstyp heute als
Standard angesehen werden kann und energetisch schlechtere Fenster zu merkbar günstigeren
Preisen auf dem Markt quasi nicht mehr verfügbar sind (Enseling, et al., 2013). Erst die Mehrkosten,
die bei der Umrüstung auf Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung entstehen, sind als
energiebedingte Mehrinvestition anzusehen. In der vorliegenden Arbeit wurde bei der
Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen stets ein Austausch alter Fenster durch neue
Zweischeiben-Wärmeschutzverglasungen
gewählt.
Unter
diesem
Aspekt
wären
die
Amortisierungszeiten für die Maßnahme mit null Jahren anzusetzen. Das Kosten-Nutzen
Verhältnis wäre in diesem Fall das Beste von allen verglichenen Maßnahmen. Ist jedoch keine
Instandhaltung notwendig und wird der Wechsel freiwillig durchgeführt, wird angenommen,
dass auch die Kosten auf Zweischeiben-Wärmedämmglas als energiebedingte Mehrkosten
anzusehen sind. Aus den bisherigen Erläuterungen kann abgeleitet werden, dass es bei der
energetischen Sanierung der Bauteile „oberste Geschossdecke“, „Kellerdecke“ und beim
Fensteraustausch relativ einfach ist, Sowieso-Kosten“ von „energiebedingten Mehrkosten“ zu
trennen. Problematischer ist dies hingegen bei einer Sanierung der Außenwände.
Zudem müssten in die Ermittlung der Amortisationszeit im Allgemeinen mögliche künftige
Änderungen des Energiepreises mit einbezogen werden. Geht man von Energie aus fossilen
Energieträgern aus, die sich in Zukunft wahrscheinlich zunehmend verknappen könnten,
wären Preissteigerungen anzunehmen. Dies würde wiederum dazu führen, dass sich eine
energetische Sanierungsmaßnahme wesentlich schneller rentiert als bei gleichbleibenden oder
fallenden Energiepreisen. Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt sind möglicherweise
infolge der Modernisierungsmaßnahme entstehende Zinsbelastungen. Muss ein Kredit
124
aufgenommen werden, um die Sanierungsmaßnahme zu finanzieren, erhöhen diese
Mehrbelastungen auch die gesamten Investitionskosten. Hierdurch würde sich die
Amortisierungszeit
wieder
erhöhen.
Demgegenüber
stehen
abermals
eventuelle
Förderprogramme bei einer Sanierung gemäß technischer Mindestanforderungen der KfW,
durch die sich die Verhältnisse wieder vergünstigen könnten.
All diese Effekte würden sich jedoch wahrscheinlich bei allen Maßnahmen gleichermaßen
auswirken. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Werte, welche für die Tabelle 23
ermittelt wurden, zumindest qualitativ die Verhältnisse von Kosten zu Nutzen wiedergeben,
die im Vergleich der unterschiedlichen Maßnahmen und Baualtersklassen tatsächlich
vorliegen. Unter Berücksichtigung dieser Daten wäre letztendlich im Hinblick auf das
Kosten/Nutzen-Verhältnis die höchste Priorität auf die energetische Sanierung der
Kellerdecke zu legen. An nächster Stelle steht die Modernisierung der obersten
Geschossdecke gefolgt von den Außenwänden und dem Fensteraustausch.
Vergleich der Prioritäten hinsichtlich unterschiedlicher mit der Sanierung verfolgter Ziele
Die Reihenfolge der Prioritäten, die bei einer Sanierung der Bauteile im Hinblick zur
Realisierung des besten Kosten/Nutzen-Verhältnisses oder eines der beiden Ziele
Klimaschutz oder Klimaanpassung einzuhalten ist, kann tabellarisch festgehalten werden.
Hierbei dient ein Bewertungssystem der Zahlen 0 bis 1,5 zur Beurteilung der Relevanz,
welche die Durchführung der einzelnen Maßnahmen für das verfolgte Ziel hat. Die Zahl 0
bedeutet diesbezüglich, dass die energetische Sanierung des entsprechenden Bauteils im
Vergleich aller vier Maßnahmen der Zielerfüllung am wenigsten zuträglich ist. Die Zahl 1,5
bedeutet hingegen, dass diese Maßnahme am ehesten durchgeführt werden sollte.
Tabelle 27: Prioritäten der Sanierung unterschiedlicher Bauteile zur Realisierung
verschiedener Ziele
Oberste Geschossdecke
Außenwände
Fenster
Kellerdecke
Klimaschutz
0,5
1,5
1
0
Klimaanpassung
1
1
0
0,5
Kosten/Nutzen
1
0,5
0
1,5
Summe
2,5
3
1
2
Betrachtet man die Aspekte des Klimaschutzes, der Klimaanpassung und des Verhältnisses
von Kosten zu Nutzen einer energetischen Maßnahme gleichberechtigt und möchte mit der
Sanierung eines Bauteils möglichst allen drei Zielen gerecht werden, bietet sich hierfür mit
drei Punkten eine Sanierung der Außenwände an. Grund hierfür ist, dass diese sowohl eine
hohe Relevanz für den Klimaschutz als auch für die Klimaanpassung haben. Lediglich das
125
Kosten/Nutzen-Verhältnis dieser Maßnahme ist relativ schlecht. An zweiter Stelle steht eine
Sanierung der obersten Geschossdecke gefolgt von der Kellerdecke und einem
Fensteraustausch. Möchte man sich allerdings beispielsweise bestmöglich an künftig
steigende Temperaturen anpassen und gleichzeitig das beste Kosten/Nutzen-Verhältnis
erzielen, liegen mit 2 Punkten die oberste Geschossdecke und die Kellerdecke gleichauf.
Hierbei kommt die hohe Punktzahl der energetischen Sanierung der Kellerdecke jedoch vor
allem durch das gute Kosten/Nutzen-Verhältnis und weniger durch den Beitrag zur
Klimaanpassung zustande. Im direkten Vergleich sollte vermutlich eher eine Dämmung der
obersten Geschossdecke vorgenommen werden, wenn man sich gleichzeitig bestmöglich an
bevorstehende Klimaänderungen im Sommer anpassen und das beste Kosten/NutzenVerhältnis im Winter haben möchte. Nach diesem Schema können im Folgenden je nach
Interessenlage sämtliche Maßnahmen bewertet werden. Die Entscheidung wird dabei stets
davon beeinflusst, welches Ziel mit der energetischen Sanierung verfolgt wird.
Vergleich verschiedener Strategien zum Umgang mit dem Klimawandel
Im Zuge der Arbeit wurde eine Hochrechnung durchgeführt, anhand derer die Kosten und
Einsparungen an Endenergie ermittelten werden sollten, die mit der Sanierung der energetisch
schlechtesten Bauteile in Wohngebäuden der Kategorien EFH, MFH und RH mit Baujahr bis
1978 verbunden sind. Die Ergebnisse werden im Folgenden nochmals in der Tabelle 28
dargestellt. Vor dem Hintergrund einer möglichen Sanierung vom Jahr 2014 bis 2050 sollen
die dargestellten Werte kurz diskutiert werden. Da mit einer Sanierung der Bestandsgebäude
eine Einsparung an Energie bei einer gleichbleibenden Innentemperatur der Wohngebäude
verbunden ist, werden die aufgeführten Daten und die mögliche künftige Entwicklung bis
zum Jahre 2050 als „Szenario Komfort“ bezeichnet.
Tabelle 28: Szenario Komfort - energetische Sanierung des Gebäudebestands
EFH, MFH, RH EFH MFH RH
Anzahl der Wohngebäude in Millionen
(Baujahr bis 1978)
Mögliche Einsparung: Endenergie [PJ]
(Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen)
Geschätzte Investitionskosten [Milliarden Euro]
11
6
2
3
654
340
194
120
276
132
99
45
Mit Blick vom Jahr 2014 auf das Jahr 2050 ergibt sich angesichts der Zahlen folgendes Bild.
Der gesamte in dieser Arbeit und für die Tabelle 28 berücksichtige Bestand von
Wohngebäuden beläuft sich auf knapp 11 Millionen. Für eine umfassende Sanierung gemäß
gesetzlicher Anforderungen nach der Energieeinsparverordnung wären Investitionskosten in
126
Höhe von insgesamt etwa 276 Milliarden Euro nötig. Sollen diese Kosten innerhalb des
betrachteten Zeitraums von 36 Jahren abbezahlt werden, entstehen dabei ohne Zinsen
jährliche
Kosten
von
ungefähr
8 Milliarden
Euro.
Im
Jahre
2010
lagen
die
Wohnungsbauinvestitionen in Deutschland bei 143 Milliarden Euro. Davon entfiel ein Anteil
von 79 % auf bestandsbezogene Bauleistungen
(Schrader, et al., 2011)
. Dies entspricht etwa 113
Milliarden Euro. Setzt man die jährlichen, für die Sanierungsmaßnahmen abzuzahlenden
Kosten hierzu ins Verhältnis, ergibt sich ein Anteil von etwa acht Prozent an den gesamten
Bauinvestitionen im deutschen Wohngebäudebestand. Geht man davon aus, dass die
energiebedingten Mehrkosten zwischen 30 % und etwa 50 % der gesamten Kosten betragen
(Discher, et al., 2010)
, verringert sich der Anteil auf Werte zwischen 2,3 % und 3,4 %. Die
möglichen Einsparungen an Kohlenstoffdioxid liegen bei einem gemäß gesetzlicher
Anforderungen sanierten Bestand in einer Gesamthöhe von etwa 46 Millionen Tonnen
jährlich. Pro saniertes Gebäude ergibt dies einen Wert von knapp 4 Tonnen Einsparungen an
Kohlenstoffdioxidemissionen im Jahr. Sollen alle 11 Millionen Bestandsgebäude saniert
werden, müssten dafür über einen Zeitraum von 36 Jahren jährlich etwa 300.000
Modernisierungen vorgenommen werden. Dies entspricht einer durchschnittlichen jährlichen
Sanierungsrate von 2,6 Prozent. Im Vergleich zu einer momentan im deutschen
Gebäudebestand vorherrschenden Sanierungsrate von weniger als einem Prozent, ist dies ein
mehr als doppelt so hoher Wert. Pro Jahr würden sich hierbei die zusätzlich eingesparten
Kohlenstoffdioxidemissionen um etwa 1,3 Millionen Tonnen erhöhen, bis sie im Jahr 2050
schließlich den Wert von 46 Millionen Tonnen jährlich erreichen.
Die vorangehend erläuterten Daten sollen im Folgen mit einer anderen Strategie verglichen
werden, die anhand der Tabelle 29 nähergebracht wird. Sie stellt die Endenergieeinsparungen
dar, die mit einer Absenkung der Innentemperatur von Wohngebäuden um 3 °C verbunden
sein könnten. Da hiermit ein Komfortverlust verbunden ist und die Absenkung eine
freiwillige Entscheidung der Nutzer darstellt, wird diese mögliche Entwicklung als „Szenario
Suffizienz“ bezeichnet.
Tabelle 29: Szenario Suffizienz - Absenkung der Gebäudeinnentemperatur um 3 °C
Endenergieverbrauch
Raumwärme 2008 [PJ/a]
Endenergieverbrauch pro
Wohnung [GJ/a]
Endenergieverbrauch pro
Wohnung [kWh/a]
Temperatur:
Referenz
Temperatur:
Abgesenkt um 3 °C
Einsparung
1833
1491
342
46,8
38,0
9
12.989
10.567
2.422
127
Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wurden die Beziehungen zwischen den Gradtagzahlen
und den daraus resultierenden Transmissionswärmeverlusten eines Gebäudes erläutert.
Diesbezüglich wurde herausgestellt, dass sich die Transmissionswärmeverluste nahezu
proportional hierzu verhalten. Parallel zu den Gradtagzahlen steigen sie somit an
beziehungsweise fallen sie ab. Da die Transmissionswärmeverluste auch maßgeblich den
Bedarf an Raumwärme bestimmen, kann der Einfluss verschiedener Temperaturverhältnisse
auf den damit verbundenen Energieverbrauch bestimmt werden. Ausgangspunkt der in der
Tabelle 29 dargestellten Werte ist der Endenergieverbrauch für Raumwärme im Jahre 2008 in
privaten Haushalten in Deutschland. Dieser lag bei etwa 1833 PJ. Bezogen auf eine Zahl von
39,2 Millionen Wohnungen ergibt dies einen Verbrauch von ungefähr 47 GJ
beziehungsweise 12.989 Kilowattstunden pro Jahr und Wohnung. Nimmt man diesen
Endenergieverbrauch als Referenzwert bei der aktuellen Innentemperatur der Wohnungen in
Deutschland an, können ausgehend hiervon mögliche Einsparungen ermittelt werden, die mit
einer Absenkung der mittleren Innenraumtemperatur um 3 °C verbunden wären. Dies ist
neben der Sanierung des Wohngebäudebestands eine weitere Möglichkeit, um die Emissionen
aufgrund des Endenergieverbrauchs im Gebäudesektor zu senken. Auch so kann daher ein
Beitrag zur Abschwächung des Klimawandels geleistet werden. Diese Einsparung durch eine
abgesenkte Raumtemperatur basiert auf der bewussten und freiwilligen Entscheidung der
Nutzer einer Wohnung. Zudem setzt sie deren Bereitschaft voraus, bei niedrigeren als den
bislang gewohnten Temperaturen zu leben und einen Komfortverlust hinzunehmen.
Zur Berechnung der mit der Temperaturabsenkung verbundenen Einsparung an Endenergie
muss zunächst ein Absenkungs- beziehungsweise Einsparungsfaktor ermittelt werden, der
sich aus der Absenkung der Innenraumtemperatur um 3 °C ergibt. Grundlage hierfür stellen
die Werte der Gradtagzahlen des Jahres 2013 für unterschiedliche Gebäudeinnentemperaturen
bei einer gleichbleibenden Heizgrenztemperatur von 15 °C dar. Zunächst wird hierfür
beispielsweise die Gradtagzahl bei einer Temperatur von 23 °C ermittelt. Im Anschluss
erfolgt die Berechnung der Gradtagzahl für eine um 3 °C geringere Gebäudeinnentemperatur
von 20 °C. Das Verhältnis zur Gradtagzahl G20/15 zur Gradtagzahl G23/15 ergibt dann den
Absenkungsfaktor, um den sich der Bedarf an Raumwärme vermindert. Problem hierbei ist,
dass die tatsächliche Temperaturverteilung in den Wohnungen Deutschlands nicht bekannt ist.
Zudem unterscheidet sich beispielsweise der Absenkungsfaktor bei einer Reduzierung der
Innentemperatur von 23 °C auf 20 °C im Vergleich zum Absenkungsfaktor bei einer
Verminderung der Temperatur von 24 °C auf 21 °C minimal. Auf Grundlage verschiedener
Beispielsrechnungen wurde hieraus ein gemittelter Faktor von etwa 0,81 für eine Absenkung
128
der Innenraumtemperatur um 3 °C ermittelt. Dies entspricht einer Einsparung von ungefähr
19 Prozent. Dieser Wert wurde letztendlich für die Berechnung der Daten aus der Tabelle 29
verwendet.
Auf dieser Grundlage ergibt sich bei einer Absenkung der Innenraumtemperatur um 3 °C in
allen Wohnungen Deutschlands für das Jahr 2008 ein neuer Endenergieverbrauch für
Raumwärme von etwa 1490 PJ. Dies entspricht einer Einsparung von ungefähr 341 PJ. Im
Vergleich hierzu wäre im „Szenario Komfort“ durch die Sanierung der energetisch
schlechtesten Bauteile von Wohngebäuden der Kategorie EFH gemäß gesetzlicher
Anforderungen eine Einsparung im Endenergiebedarf von 340 PJ möglich. Diese
Modernisierung würde etwa 6 Millionen Wohngebäude betreffen und geschätzte
Investitionskosten von 132 Milliarden Euro erfordern. Die durch die Temperaturabsenkung
erzielbaren Einsparungen liegen somit in einer Größenordnung mit den Einsparungen, die
durch eine energetische Teilsanierung der freistehenden Ein-/Zweifamilienhäuser mit Baujahr
bis 1978 möglich wären. Durch eine energetische Sanierung aller für Tabelle 28
berücksichtigten Bestandsgebäude nach demselben Standard wären Einsparungen von etwa
654 PJ möglich. Im Vergleich hierzu macht die durch eine Temperaturabsenkung denkbare
Ersparnis ungefähr die Hälfte aus. Die letztgenannte Strategie wäre jedoch mit keinen
zusätzlichen Kosten verbunden und könnte ohne weitere Vorbereitungszeit unmittelbar
umgesetzt werden.
Ein weiterer interessanter, mit der Absenkung der Innenraumtemperatur verbundener, Aspekt
soll im Folgenden thematisiert werden. So ergibt sich, wie aus Tabelle 29 ersichtlich wird, bei
einer Absenkung um 3 °C eine Einsparung im Endenergieverbrauch pro Wohnung von 2.422
Kilowattstunden pro Jahr. Im Vergleich hierzu werden in Tabelle 30 die Kosten und
Einsparungen aufgeführt, die mit der Sanierung der obersten Geschossdecke gemäß
gesetzlicher Anforderungen in einem durchschnittlichen freistehenden Ein-/Zweifamilienhaus
verbunden sind.
Tabelle 30: Szenario Komfort - energetische Sanierung der obersten Geschossdecke
Kosten [Euro]
Endenergieeinsparungen durch die Maßnahme
(Sanierung gemäß gesetzlicher Anforderungen)
Wohnfläche pro Wohnung
Einsparung pro Wohngebäude
2.594 Euro
21,6 kWh/(m²a)
119,7 m²
2581 kWh/Jahr
129
Die aufgeführten Daten stellen über alle Baualtersklassen gemittelte Werte dar. Wie der
Tabelle 30 entnommen werden kann, ist durch eine Sanierung der obersten Geschossdecke
eine Einsparung von 2581 Kilowattstunden pro freistehendem Ein-/Zweifamilienhaus und
Jahr denkbar. Dies entspricht nahezu den Einsparungen, die pro Wohnung mit einer
Absenkung der Innenraumtemperatur um 3 °C verbunden sind.
Eine Absenkung der Temperatur von Wohngebäuden oder Wohnungen stellt somit eine
interessante Möglichkeit zur Einsparung von Energie und Kohlendioxidemissionen im
Bereich Bauen und Wohnen dar. Mit dieser Strategie sind jedoch keine Verbesserungen des
baulichen Wärmeschutzes verbunden. Somit bleibt auch der Effekt hinsichtlich einer
Anpassung an möglicherweise künftig steigende Temperaturen aus. Weiterhin ist
anzunehmen, dass eine Absenkung der Innenraumtemperatur in sämtlichen Wohnungen
Deutschlands nichts realistisch umzusetzen ist. Die Entscheidung, bei einer reduzierten
Temperatur zu leben muss zudem eine freiwillige Entscheidung bleiben. Insbesondere sollte
niemand dazu gezwungen werden bei Temperaturen zu leben, die den vom Menschen als
komfortabel empfundenen Bereich von 20 °C unterschreiten.
Neben der energetischen Sanierung von Wohngebäuden bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung
des Komforts oder dem Verzicht auf hohe Innenraumtemperaturen und einem damit
verbundenen Komfortverlust, stellt der Einsatz erneuerbarer Energien zur Bereitstellung von
Raumwärme eine weitere Möglichkeit dar, Kohlendioxidemissionen im Gebäudebetrieb zu
vermindern und somit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Wie die Strategie der
Suffizienz ist auch die Nutzung erneuerbarer Energien im Allgemeinen nicht mit einer
Anpassung an die Folgen des Klimawandels verbunden. Beim Einsatz erneuerbarer Energien
ist die Energienutzung dafür im besten Fall vollständig von der Entstehung von
Kohlendioxidemissionen entkoppelt. Im Vergleich zu den beiden anderen Strategien rücken
die Einsparungen an Energie somit in den Hintergrund. Im Winter sind eine Bereitstellung
von Raumwärme und eine Wahrung des Komforts bei gleichzeitiger Minderung des
Treibhauseffekts möglich. Ebenso wie im „Szenario Komfort“ und im Gegensatz zum
„Szenario Suffizienz“ ist der Einsatz erneuerbarer Energien jedoch auch mit Kosten
verbunden, die beispielsweise bei einer Umrüstung auf eine Pelletheizung entstehen. Sowohl
die exakten Kosten als auch die Einsparungen, die mit dem Einsatz erneuerbarer Energien
verbunden sind, könnten in weiteren Schritten ermittelt werden um diese Strategie mit den
anderen beiden Strategien vergleichbar zu machen.
130
7. Literaturverzeichnis
AGEB. 2013. Energieflussbild 2012 für die Bundesrepublik Deutschland in Petajoule. Berlin, Köln :
Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V., 2013.
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136
Anhang
A 1. Vorlagen zur Generierung der Ergebnisse anhand der „Ab-initio-Rechnung“
Die Beispiele aus dem nachfolgenden Abschnitt geben einen Einblick in die Tabellen und
Rechnungen, die im Rahmen der „Ab-initio-Rechnung“ durchgeführt wurden. Vollständig
vorhanden und detailliert einsehbar sind diese im Ordner „Ab-initio-Rechnung“ auf dem
Datenträger, welcher der Arbeit beiliegt.
In Tabelle I wird die zur Berechnung des U-Werts verwendete Vorlage für ein hypothetisches
Bauteil dargestellt. Gültig ist das Beispiel für einen horizontalen Wärmestrom. Die
Wärmeleitfähigkeit λ beträgt 0,035
𝑊
𝑚𝐾
bei einer Schichtdicke d des Materials von 0,15
Metern. Der Quotient aus der Schichtdicke und der Wärmeleitfähigkeit ergibt den
Wärmedurchlasswiderstand des Materials. Zusätzlich werden die Wärmeüberganswiderstände
an der Innenluft und der Außenluft des Bauteils berücksichtigt. Diese variieren in
Abhängigkeit der Richtung des Wärmestroms und werden im unteren Teil der Tabelle
dargestellt. Sämtliche Widerstände ergeben den Wärmedurchgangswiderstand R. Durch
Bildung seines Kehrwerts erhält man den Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten U.
Tabelle I: Vorlage zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert)
Schichtdicke des Materials [m]
Wärmeleitfähigkeit Lambda des Materials [W/(mK)]
Wärmedurchlasswiderstand: Material [(m²K)/W]
Wärmeübergangswiderstand: Innenluft [(m²K)/W]
Wärmeübergangswiderstand: Außenluft [(m²K)/W]
Wärmedurchgangswiderstand R [(m²K)/W]
Erreichter U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) [W/(m²K)
Wärmedurchgangswiderstände der Luft (Fischer, et al., 2008)]
Wärmeübergangswiderstand:
Richtung des Wärmestroms Innenluft [(m²K)/W
Horizontal
0,13
Aufwärts
0,10
Abwärts
0,17
0,15
0,035
4,29
0,13
0,04
4,46
0,22
Wärmeübergangswiderstand:
Außenluft [(m²K)/W]
0,4
0,4
0,4
Tabelle II führt die Parameter auf, die zur Durchführung der „Ab-initio-Rechnung“ benötigt
werden und die eingangs in der entsprechenden Vorlage einzutragen sind. Hierzu gehören
Informationen über das zu beschreibende Gebäude wie beispielsweise seine Höhe und die
Länge seiner Seiten. Weiterhin zählt hierzu das Verhältnis von Länge zu Breite. Hierdurch
wird der Grundriss des simulierten Gebäudes festgelegt wird. Weiterhin auch das Verhältnis
137
von der Dachfläche zur Grundfläche und viele weitere Angaben. Zudem müssen auch einige
weitere
relevante
Faktoren
wie
die
mittlere
Temperaturdifferenz
zwischen
dem
Gebäudeinneren und seiner Umgebung sowie den Stunden eines Jahres angegeben werden.
Zudem werden die Werte in der Tabelle aufgeführt, die direkt auf Grundlage der angegeben
Daten
berechnet
werden.
Darunter
fallen
beispielsweise
die
Nutzfläche,
die
wärmeübertragende Hüllfläche und das Volumen des Gebäudes sowie sein A/V-Verhältnis.
Tabelle II: Gebäudeparameter und Umweltfaktoren der "Ab-initio-Rechnung"
Gebäudeparameter
Grundfläche des Gebäudes [m²]
Wohnfläche des Gebäudes [m²]
Höhe des Gebäudes [m]
Verhältnis, Länge zu Breite
Länge der Seite a [m]
Länge der Seite b [m]
Verhältnis, Dachfläche zu
Grundfläche
Faktor für die Dachfläche
Mittlere Temperatur des
Gebäudes [°C]
Nachfolgend werden in Tabelle
100
144,5
6
1:1
10
10
1,3 : 1
1,3
20
Weitere Faktoren
Mittlere Außentemperatur [°C]
Mittlere Temperaturdifferenz:
Innen - Außen [C°]
Stunden des Jahres
Auf Grundlage der Angaben
berechnete Parameter
Nutzfläche des Gebäudes
[m²]
Wärmeübertragende Hüllfläche
[m²]
Volumen des beheizten Bereiches
[m³]
A/V-Verhältnis
11,2
8,8
8766
192
476
600
0,8
III die Flächen der Bauteile „Dach“, „oberste
Geschossdecke“, „Außenwände“ und Kellerdecke angeben, die auf Grundlage der
ausgewählten Gebäudeparameter berechnet werden. Für den Wert der Fensterflächen ist die
Angabe individueller Werte möglich. Zudem werden die U-Werte für die unterschiedlichen
Bauteile angegeben. In diesem Beispiel entsprechen die jeweiligen U-Werte den pauschalen
Werten für Wohngebäude der Baualtersklasse „bis 1918“ für ein Dach und eine oberste
Geschossdecke in Holzkonstruktion sowie massive Außenwände und Kellerdecken sowie
einfach verglaste Holzfenster. Die Werte können der Tabelle 8 entnommen werden. Auf
Grundlage der Bauteilflächen und ihrer U-Werte erfolgt die Berechnung des mittleren UWerts 𝐻𝑇′ , der im unteren Teil der Tabelle angegeben wird. Aufgeführt sind weiterhin
Temperaturkorrekturfaktoren der einzelnen Bauteile. Der Faktor der obersten Geschossdecke
wird anhand der Steady-State Annahme ermittelt.
Angegeben werden zudem die Transmissionswärmeverluste der einzelnen Bauteile für die
zuvor gewählte Temperaturdifferenz sowie ihre Anteile am Transmissionswärmeverlust der
gesamten Wärmeübertragenden Hüllfläche.
138
Tabelle III: Bauteilflächen, U-Werte, Temperaturkorrekturfaktoren und resultierende Ergebnisse
Bauteil
Fläche [m²] U-Wert [W/(m²K)] Temperaturkorrekturfaktor Transmissionswärmeverlust [Watt] Anteil am Verlust
Dach
130
2,6
Oberste
100
1
0,8
676
11,4%
Geschossdecke
Außenwände
240
1,7
1
3036
51,2%
Fenster
36
5
1
1582
26,7%
Kellerdecke
100
1,2
0,6
631
10,6%
Mittlerer U-Wert (H’T) [W/(m²K)
1,42
Steady-State Annahme: Temperatur auf dem Dachgeschoss [°C]
13,2
Die Tabelle IV zeigt den Ausschnitt der Rechnung, in dem auf Grundlage aller bisher angegebenen Parameter die Werte des
Transmissionswärmeverlusts über die gesamte wärmeübertragende Hüllfläche berechnet werden. Aufgeführt wird der Wert zudem bezogen auf ein
Jahr und die Wohn- beziehungsweise die Nutzfläche des Gebäudes. Zudem erfolgt die Angabe der ermittelten Werte des Primärenergiebedarfs und
der CO2-Emissionen. Diese werden in der „Ab-initio-Rechung“ vereinfacht unter Verwendung der Primärenergie- und CO2-Emissionsfaktoren des
Energieträgers Erdgas berechnet.
Tabelle IV: Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle sowie Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen
Transmissionswärmeverlust über die Gebäudehülle Jahr [kWh/a]
51.934
Transmissionswärmeverlust [kWh/m²a] Primärenergiebedarf [kWh/m²a] CO2-Emissionen [kg/m²a]
Bezogen auf Wohnfläche und Jahr
359
403
88
Bezogen auf Nutzfläche und Jahr
270
303
66
CO2-Äquivalent: [kg/kWh]: 0,244
Beispiel: Energieträger - Erdgas
Primärenergiefaktor [kWh/kWh]: 1,12
139
A 2. Tatsächliche Ist-Zustände der Bauteile für die Wohngebäudetypen Ein-/Zweifamilienhaus und Mehrfamilienhaus
Tabelle V und VI zeigen die Ist-Zustände der Bauteile „Außenwände“, „Dach/oberste Geschossdecke“, „Kellerdecke“ sowie der Fenster und der
Heizungsanlage für Gebäude der Kategorien Ein-/Zweifamilienhaus (Tabelle V) und Mehrfamilienhäuser (Tabelle VI).
Tabelle V: Tatsächlicher Ist-Zustand der Bauteile für den Wohngebäudetyp Ein- und Zweifamilienhäuser modifiziert nach (Walberg, et al., 2011)
EFH
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
vor 1918
1918 - 1948
1949 - 1957
Außenwände
81,5 %
78,9 %
86,6 %
5,3 %
11,1 %
1,2 %
13,2 %
10 %
12,2 %
Dach/Oberste Geschossdecke
34,2 %
31,1 %
42,7 %
43,4 %
52,2 %
72,7 %
22,4 %
16,7 %
14,6 %
Kellerdecke
93,4 %
94,4 %
95,1 %
1,4 %
1,2 %
1,0 %
5,2 %
4,4 %
3,9 %
Fenster
16,4 %
18,3 %
26,7 %
67,8 %
65,6 %
60,4 %
15,8 %
16,1 %
12,9 %
Heizungsanlage
11,9 %
11,4 %
14,6 %
15,5 %
27,1 %
32,1 %
72,6 %
61, 5 %
53,3 %
1958 - 1968
1969 - 1978
87,6 %
2,2 %
10,2 %
89,8 %
2,1 %
8,1 %
46,2 %
40,2 %
13,6 %
53,0 %
34,3 %
12,7 %
95,7 %
0,9 %
3,4 %
96,9 %
0,7 %
2,4 %
35,5 %
50,1 %
14,4 %
53,1 %
34,5 %
12,4 %
12,6 %
32,9 %
54,5 %
11,5 %
35,7 %
52,8 %
Die Werte gelten sowohl für freistehende Häuser als auch für Wohngebäude in Reihenbauweise. Dargestellt wird, in wie viel Prozent der
140
Wohngebäude der jeweilige Kategorie und Baualtersklasse die einzelnen Bauteile in einem der berücksichtigten Standards „vor der ersten
Wärmeschutzverordnung (vor WSchV 1977)“, „nach der ersten/zweiten Wärmeschutzverordnung (Nach WSchV 1977/1984)“ sowie „nach der
dritten Wärmeschutzverordnung (nach WSchV 1995)“ vorliegen. Befindet sich ein Bauteil eines Gebäudes mit Baualter „bis 1948 auf dem Standard
nach der dritten Wärmeschutzverordnung bedeutet dies, dass bereits nachträglich eine energetische Sanierung des Bauteils vorgenommen wurde.
Tabelle VI: Tatsächlicher Ist-Zustand der Bauteile für den Wohngebäudetyp Mehrfamilienhäuser modifiziert nach (Walberg, et al., 2011)
MFH
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
Vor WSchV 1977
Nach WSchV 1977/1984
Nach WSchV 1995
1918 - 1948
1949 – 1957
Außenwände
75,1 %
79,7 %
83,7 %
13,0 %
9,5 %
9,6 %
11,9 %
10,8 %
6,7 %
Dach/Oberste Geschossdecke
44,6 %
41,9 %
51,0 %
39,0 %
48,0 %
37,5 %
16,4 %
10,1 %
11,5 %
Kellerdecke
93,4 %
94,4 %
95,1 %
2,2 %
1,4 %
1,1 %
4,4 %
4,1 %
3,8 %
Fenster
19,4 %
20,2 %
23,5 %
67,2 %
64,2 %
65,9 %
13,4 %
15,6 %
10,6 %
Heizungsanlage
13,7 %
9,4 %
13,7 %
38,9 %
39,4 %
37,5 %
47,4 %
51,2 %
48,8 %
vor 1918
1958 - 1968
1969 - 1978
85,4 %
7,5 %
7,1 %
88,8 %
5,7 %
5,5 %
48,3 %
37,0 %
14,7 %
51,1 %
36,4 %
12,5 %
95,7 %
1,2 %
3,1 %
96,9 %
1,0 %
2,1 %
28,1 %
57,5 %
14,4 %
37,3 %
49,1 %
13,6 %
12,5 %
38,0 %
49,5 %
9,9 %
38,6 %
51,5 %
141
A 3. Ergänzung zur Analyse des deutschen Wohngebäudebestands
Tabelle VII: Anzahl an Vollgeschosse, Dachformen und Grundrisse von Gebäuden und Bauarten unterschiedlicher Bauteile
Bis 1918
1919 bis 1949 bis 1958 bis 1969 bis 1979 bis 1984 bis
ab 1995
(ohne Fachwerkhäuser)
1948
1957
1968
1978
1983
1994
Typische Anzahl an Vollgeschossen; Eigene Darstellung nach (Loga, et al., 2011)
EFH
1-2
1-2
1-2
1-2
1-2
1-2
1-2
1-2
RH
2
2
2
2
2
2
2-3
2-3
MFH
3-4
3-4
3-4
3-4
3-5
3-5
3-5
3-5
Typische Dachform; Eigene Darstellung nach (Loga, et al., 2011)
S
S,W
S
S
S,F
S
S
S
EFH
S
S,W
S
S,P
S,P
S
S
S
RH
S
S,F
S,F
S,F
F
S,P,F
S,P,F
S,P,F
MFH
S: Satteldach; W: Walmdach; P: Pultdach; F: Flachdach;
Charakteristische Bauart von Keller, Mauerwerk, der oberster Geschossdecke und Dach; Eigene Darstellung nach (Loga, et al., 2011)
EFH
M
M
M
M
M
M
M
M
- Kellerdecke
M
M
M
M
M
M
M
M
- Mauerwerk
H
H
H,M
M
M
M
M
M
- Oberste Geschossdecke
H
H
H
H
H
H
H
H
- Dach
RH
M
M
M
M
M
M
M
M
- Kellerdecke
M
M
M
M
M
M
M
M
- Mauerwerk
H
H,M
H,M
M
M
M
M
M
- Oberste Geschossdecke
H
H
H
H
H
H
H
H
- Dach
MFH
M
M
M
M
M
M
M
M
- Kellerdecke
M
M
M
M
M
M
M
M
- Mauerwerk
H
H,M
M
M
M
M
M
M
- Oberste Geschossdecke
H
H,M
H,M
H,M
M
H,M
H,M
H,M
- Dach
M: Massivbauweise; H: Holzkonstruktion
Gebäudekategorie
142
EFH
RH
MFH
K: Kompakt; L: Langgestreckt
Charakteristische Gebäudegrundrisse; Eigene Darstellung nach (IWU, 2005)
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
L
K
K
K
K
K
K
L
K
K
K,L
Tabelle VII enthält Ergänzungen zur Analyse des Wohngebäudebestands aus Abschnitt 4.1. Angegeben werden Informationen hinsichtlich der
typischen Anzahl an Vollgeschossen in Wohngebäuden der Kategorien EFH, RH und MFH sowie im Hinblick auf die charakteristischen Grundrisse
und Dachformen von Wohngebäuden. Zudem enthält sie Angaben zu der charakteristischen Bauart der Bauteile „Kellerdecke“, „Außenwände“,
„oberste Geschossdecke“ und „Dach“. Die in der Tabelle enthaltenen Werte wurden als zusätzliche Informationen zur Beschreibung von
Gebäudezuständen für die „Ab-initio-Rechnung“ und zur Anwendung des Sanierungskonfigurators herangezogen.
A 4. Anwendung des online Verfügbaren Programms „Sanierungskonfigurator“
Der nachfolgende Abschnitt gibt einen Einblick in die Anwendung des Programms „Sanierungskonfigurator“. Die gezeigten Tabellen stellen dabei
jeweils nur Ausschnitte dar und können vollständig und detailliert auf dem beiliegenden Datenträger in dem Ordner „Sanierungskonfigurator“
eingesehen werden.
Beispiele für durchgeführte Beschreibungen von Wohngebäuden und die Simulation verschiedener energetischer Sanierungsmaßnahmen
In den Abbildungen I und II wird jeweils ein Ausschnitt der Ergebnisse dargestellt, die der Nutzer erhält, nachdem er sowohl den Zustand eines
möglichen Gebäudes beschrieben als auch dessen energetische Sanierung simuliert hat. In den schwarzen Kästchen sind die Werte des
Endenergiebedarfs des Wohngebäudes sowie die unter den getroffenen Angaben damit einhergehenden CO2-Emissionen angegeben. In den blauen
Kästchen werden die Werte nach der energetischen Sanierung sowie die prozentualen Einsparungen und die Kosten angezeigt. Gültig sind die
Werte jeweils für eine gleichzeitige Durchführung aller berücksichtigten Sanierungsmaßnahmen. Die jeweils getroffenen Angaben können dem
Ordner „Gebäudebeschreibung und Sanierungssimulation mit dem Sanierungskonfigurator“ auf dem beiliegenden Datenträger entnommen werden.
143
Beispiel 1:
- Freistehendes Gebäude, kompakter Grundriss
- Baualtersklasse: bis 1918
Simulierte energetische Modernisierung
- gemäß gesetzlicher Anforderungen (EnEV)
Abbildung I: Beschreibung und simulierte Sanierung eines Ein-/Zweifamilienhauses
Beispiel 2: Beschreibung eines Mehrfamilienhauses
- Mittelhaus (beidseitig angebaut), kompakter Grundriss
- Baualtersklasse: bis 1969 bis 1978
Simulierte energetische Modernisierung
- gemäß technischer Mindestanforderungen der KfW
Abbildung II: Beschreibung und simulierte Sanierung eines Mehrfamilienhauses
144
Tabelle VIII: Investitionskosten und Endenergieeinsparungen durch die Sanierung eines Wohngebäudes der Kategorie EFH und
Baualtersklasse 1958 bis 1968
Außenwände (AW)
Oberste Geschossdecke
(OG)
Kellerdecke (KD)
Fenster (FE)
Heizungsanlage (HA)
Geschätzte
Einsparung an Endenergie Verhältnis der Kosten Prozentuale
Anteile an der Einsparung
Investitionskosten durch Modernisierung
zu den jährlichen
Energieeinsparung (nur AW, OG, KD, FE) [%]
[Euro]
[kWh/(m²a)]
Einsparungen [Jahre] [%]
17600
77
29
21
41,8
2800
59
6
16
32,1
2600
8500
5150
14
34
32
24
32
21
4
9
9
7,6
18,5
-
In Tabelle VIII werden zur Veranschaulichung einige der mit dem Sanierungskonfigurator ermittelten Werte dargestellt. Gültig sind die Angaben
für Wohngebäude der Kategorie Ein-/Zweifamilienhaus aus der Baualtersklasse 1958 bis 1968. Diese weisen gemittelt eine Wohnfläche von etwa
112 m² pro Wohnung und durchschnittlich ungefähr 1,3 Wohnungen pro Wohngebäude auf. Dargestellt werden jeweils die mit einer energetischen
Sanierung der Außenwände, der obersten Geschossdecke, der Kellerdecke, einem Fensterausrausch und einer Modernisierung der Heizungsanlage
verbundenen geschätzten Investitionskosten (Vollkosten) und die möglichen absoluten und prozentualen Endenergieeinsparungen. Der
Ausgangswert des Endenergiebedarfs beträgt dabei für das unter den getroffenen Annahmen beschriebene Gebäude 364 kWh/(m²a). Der Standard
der Sanierung entspricht jeweils den gesetzlichen Anforderungen nach der Energieeinsparverordnung. Der Zustand der Bauteile vor ihrer
energetischen Sanierung wird mit dem Baujahr des Gebäudes gleichgesetzt, so dass sie sich in ihrem Ursprungszustand befinden. Weiterhin wird
das Verhältnis der Kosten einer Sanierungsmaßnahme zu den jährlichen hierdurch entstehenden finanziellen Einsparungen dargestellt. Die Werte
dieser Spalten stellen die Jahre dar, ab denen unter den getroffenen Annehmen die mir der Sanierung verbundenen Einsparungen die
Investitionskosten der Maßnahme wieder ausgeglichen haben. Vereinfacht wurde hierfür mit dem Energieträger Gas gerechnet und ein
gleichbleibender Preis von 7 Cent pro Kilowattstunde angenommen. Zudem werden die relativen Anteile der Einsparung der Bauteile
„Außenwände“, „oberste Geschossdecke“, „Kellerdecke“ und „Fenster“ untereinander aufgeführt.
145
Die Werte der Tabelle IX zeigen, beispielhaft für Wohngebäude derselben Kategorie und Baualtersklasse, wie die mit dem Sanierungskonfigurator
ermittelten Daten für die Hochrechnung auf den gesamten Wohngebäudebestand verwendet wurden. Dargestellt werden die geschätzten
Investitionskosten sowie die möglichen Einsparungen an Endenergie, die mit einer energetischen Sanierung sämtlicher freistehenden
Einfamilienhäuser der Baualtersklasse „1958 bis 1968“ verbunden wären. Berücksichtigt werden nur Modernisierungen der energetisch
schlechtesten Bauteile auf einem Standard vor der ersten Wärmeschutzverordnung. Zugrunde liegen die geschätzten Kosten und die möglichen
Endenergieeinsparungen für einzelne Gebäude aus der vorangehenden Tabelle. Auf die bereits detailliert in Abschnitt 4.4.1. beschriebene Weise
fand eine Berechnung der geschätzten Investitionskosten und der möglichen Einsparungen für alle Wohngebäudekategorien und Baualtersklassen
statt. Diese wurden schließlich summiert um die Werte für den Gesamten Wohngebäudebestand zu erhalten
Tabelle IX: Hochrechnung der möglichen Endenergieeinsparungen durch eine Sanierung aller EFH der Baualtersklasse 1958 bis 1968
Wohngebäude mit
Sanierungsbedarf
Außenwände (AW)
Oberste
Geschossdecke (OG)
Kellerdecke (KD)
Fenster (FE)
Heizungsanlage (HA)
Kosten der Maßnahme für
Energieeinsparungen auf der
alle Wohngebäude
Wohngebäude durch
[Millionen Euro]
Modernisierung [PJ/A]
190.968.000
23.265
53
697.158
100.716.000
1.952
21
1.444.113
535.695
190.134
208.626.000
77.390.000
27.468.000
3.755
4.553
979
11
9
3
1.321.884
Fläche mit Sanierungsbedarf
[m²]
146
Erklärung
Ich versichere hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und keine anderen als
die im Literaturverzeichnis angegebenen Quellen benutzt habe.
Alle Stellen, die wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten oder noch nicht veröffentlichten
Quellen entnommen sind, sind als solche kenntlich gemacht.
Die Zeichnungen oder Abbildungen in dieser Arbeit sind von mir selbst erstellt worden oder mit
einem entsprechenden Quellennachweis versehen.
Diese Arbeit ist in gleicher oder ähnlicher Form noch bei keiner anderen Prüfungsbehörde
eingereicht worden.
_________________________________
Unterschrift
147