Energieentwertung

Hinweis: Die Informationen zu diesem Artikel wurden von Dr. Walter Bube zusammengestellt.

Die Heizung von Gebäuden erfordert viel Energie. Die deutsche Durchschnittsfamilie benötigt etwa ¾ der jährlichen Endenergie allein für das Heizen. Der jährliche Endenergieverbrauch für die Heizung (Heizwärmebedarf) beträgt derzeit auf die Wohnfläche bezogen in der Bundesrepublik im Durchschnitt noch ca. 220 kWh/m². Durch sinnvolle Planung von Neubauten und durch Sanierung von Altbauten kann viel Energie eingespart werden. Die Wärmeschutzverordnung von 1995 begrenzte diesen Wert für Neubauten auf 100 kWh/m², in der Energieeinsparverordnung (EneV) von 2002 sind nur noch 70 kWh/m² erlaubt. Darüber hinaus ist in der EneV der Primärenergiebedarf beschränkt.

Hintergrundinformationen

* Diese Informationen sind für das genaue Verständnis der Texte und für das Lösen der Aufgaben nützlich.

Heizwärmebedarf Der Heizwärmebedarf (in kWh/m²a) ist die Wärmemenge, die zur Beheizung eines Gebäudes notwendig ist. Sie ist für die Ermittlung des Primärenergiebedarfs (in kWh/m²a) notwendig. Der Heizwärmebedarf berechnet sich aus den Wärmegewinnen und -verlusten. Wärmegewinne entstehen vor allem durch die passive Nutzung der Sonnenenergie sowie durch interne Wärmequellen wie z. B. Beleuchtung oder Abwärme von Elektrogeräten. Dagegen entstehen Wärmeverluste in erster Linie durch wärmeabgebende Bauteile wie Fenster, Außenwände, Dächer (sog. Transmissionswärmeverluste) und durch Lüftungsverluste. Die Berechnung des Heizwärmebedarfs erfolgt nach folgender Formel: Heizwärmebedarf = Transmissionswärmeverluste + Lüftungswärmeverluste - Interne Gewinne - Solare Gewinne

Primärenergiebedarf

Der Primärenergiebedarf eines Gebäudes ist die zentrale Größe, die es auf der Grundlage der EnEV zu ermitteln gilt. Der Primärenergiebedarf wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m²·a) angegeben.

Der Primärenergiebedarf ergibt sich aus der Umrechnung des Endenergiebedarfs: Der Endenergiebedarf ist die Summe der Energien, die für die Beheizung (Heizwärmebedarf) und für die Warmwassererzeugung erforderlich sind. Zuzüglich sind neben den Hilfsenergien, die beim Betrieb der Anlagenkomponenten verbraucht werden, die auftretenden Wirkungsgradverluste zu berücksichtigen. Beispiele für Hilfsenergien sind die Umwälzpumpen für das heizungssystem und das Warmwasser oder Lüftungsventilatoren.

Wärmedurchgangskoeffizient U-Wert (ehemals k-Wert genannt)

Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) gibt an, welche Wärmeleistung pro Fläche bei einem Grad Temperaturdifferenz durch ein Bauteil passiert. Der U-Wert wird in der Einheit Watt pro Quadratmeter und Kelvin (W/m²·K) angegeben. Bei hohen U-Werten sind entsprechend große Wärmeverluste zu erwarten, während niedrige U-Werte mit kleinen Wärmeverlusten einhergehen. In der EnEV werden maximale U-Werte nur bei Änderung von Außenbauteilen bestehender Gebäude (Altbausanierung) und für die Errichtung von Gebäuden mit geringem Volumen vorgegeben.

Einsparmöglichkeiten

Bei dem Wärmebedarf kann man sparen, wenn alle Energieverluste verkleinert werden und die Sonneneinstrahlung als zusätzliche und kostenlose Energiequelle genutzt wird. Ein großer Teil der Heizenergie geht bei einem schlecht gedämmten Haus durch die Wände, das Dach und den Kellerboden an die Umgebung verloren. Das Haus gewinnt andrerseits Energie, wenn die Sonne durch das Fenster scheint oder die Wände erwärmt. Auch die Bewohner und elektrische Geräte liefern einen kleinen Beitrag zum Energiegewinn. Die Energiebilanz verändert sich im Laufe eines Tages und mit den Jahreszeiten: Südfenster bringen an sonnigen Tagen tagsüber einen Gewinn, nachts überwiegt die Abstrahlung von Wärme durch das Fenster. Auch der Einbau einer modernen Heizanlage verbessert die Energiebilanz, weil die Umwandlungsverluste geringer sind. Bei den steigenden Energiepreisen lohnt sich das langfristig.

Das Ergebnis einer Kurzstudie der Forschungsstelle für Energiewirtschaft FfE zeigt beispielhaft die Einsparmöglichkeiten im Altbaubestand der Bundesrepublik. Als Beispielgebäude wurde ein Einfamilienhaus-Altbau aus der Bauperiode 1968-78 gewählt, das eine Öl-Zentralheizung besitzt.

Folgende Sanierungsmaßnahmen wurden betrachtet:

• Austausch der alten Fenster,
• zusätzliche Wärmedämmung der Außenwände, des Dachs und des Kellers,
• zusätzliche Installation einer solarthermischen Anlage zur Warmwasserbereitung
• sowie zusätzlicher Austausch des Heizwärmeerzeugers.

(Berechnet wurden auch die End- und Primärenergieeinsparung, die CO₂-Einsparungen und die zu tätigenden Investitionen bzw. die Amortisationszeiten für die jeweiligen Modernisierungsmaßnahmen.)

Über ein Jahr gemittelte Energiebilanz des nur unzureichend gedämmten alten Hauses mit typischen jährlichen Verlusten und Gewinnen.	Ergebnis der Modellrechnung nach einer Komplettsanierung.
Energiebilanz und Einsparpotentiale am Beispiel eines Einfamilienhauses. Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft Hinweis: In dem Programm LENA auf der angegebenen Seite kann man die Daten für ein Haus eingeben und verschiedene Sanierungsmaßnahmen wählen. Das Ergebnis zeigt die möglichen Einsparungen und die dafür nötigen Investitionen.

Energiepass

Im Bereich Haushalt müssen europaweit Energie- und CO2-Einsparungen erzielt werden, wenn die Klimaschutzvereinbarungen eingehalten werden sollen. Mit der Energieeinsparverordnung, kurz EneV, hat die Bundesrepublik im Jahre 2002 die EU Richtlinie umgesetzt und Mindeststandards zum Energieverbrauch in Gebäuden festgelegt. Maßgeblich hierfür ist jedoch nicht der Endenergieverbrauch, sondern der aus den Daten berechnete Primärenergiebedarf des Gebäudes, der aus dem gesamten Endenergiebedarf eines Gebäudes berechnet wird: Den größten Anteil an der Endenergie hat der Heizwärmebedarf (Wärme, die notwendig ist, um die Wohnung zu heizen). Dazu kommt noch der Anteil für die Warmwasserbereitung und die Hilfsenergien (z. B. für elektrische betriebene Umwälzpumpen).

In die Berechnung des Primärenergiebedarfs eines Gebäudes [ kWh/(m²·a)] gehen somit alle Faktoren ein, die Einfluss auf den Energieverbrauch haben:

• Qualität der Gebäudehülle, wie Außenwände, Fenster etc.
• Energiegewinne durch Sonneneinstrahlung, Körperwärme und Geräte
• Qualität der Heizungsanlage
• Warmwasserbereitung
• Energieträger für die Heizung (Heizöl, Gas oder Strom)

Der Aufwand für die Aufbereitung und den Transport des Energieträgers fließt aber ebenfalls in den Primärenergiebedarf mit ein: Heizöl muss aus Rohöl gewonnen werden, Strom in Kraftwerken erzeugt, Gas gefördert, alles muss transportiert werden. Die dabei entstehenden Energieverluste werden in dem Primärenergiefaktor zusammengefasst. Für Strom ist der Primärenergiefaktor mit 3,0 wegen der Umwandlungsverluste besonders hoch, für den nachwachsenden Rohstoff Holz mit 0,2 besonders klein.

Energiepass Künftig soll ein Energiepass für jedes Gebäude einfach und verständlich über die energetischen Eigenschaften des Gebäudes informieren und – ähnlich den Labels auf elektrischen Geräten - die Wirksamkeit der Energienutzung (Energieeffizienz) klassifizieren. Hinweise Der Heizwärmebedarf von Wohnhäusern aus den 1960er und 1970er Jahren liegt bei etwa 300 kWh/(m2·a). Der Durchschnittsverbrauch der deutschen Häuser liegt zur Zeit nach der Deutschen Energie Agentur (DENA) bei 220 kWh/(m2·a). In der folgenden Tabelle (nach Wikipedia) sind knapp die Anforderungen beschrieben, die an bestimmte Haustypen bezüglich des Heizwärmebedarfs gestellt werden (nach Wikipedia). Bezeichnung Anforderung des Standards Niedrigenergiehaus Höchstgrenze 70 kWh/(m²·a) Heizwärmebedarf nach EneV KfW-40 Jahres-Primärenergiebedarf bis zu 40 kWh je m² Gebäudenutzfläche. Passivhaus Heizwärmebedarf weniger als 15 kWh/(m²·a), Primärenergiebedarf inkl. Haushaltstrom unter 120 kWh/(m²·a) - Bezugswert ist die beheizte Wohnfläche. Nullenergiehaus Im Jahresmittel kein Netto-Energiebezug von außen. Plusenergiehaus Im Jahresmittel Netto-Energielieferung nach außen. X-Liter-Haus Hier ist der Heizöl-Bedarf gemeint. Eine sehr plakative, allerdings unpräzise Bezeichnung. Oft wird für Niedrigenergiehäuser als 3-Liter-Häuser geworben, dieser Wert ist aber nur mit sorgfältiger Planung und umfangreichen Maßnahmen zu erreichen. Ein Passivhaus (nach o.g. Standard) kommt im Jahr mit weniger als 1,5 l/(m²·a) für die Heizung aus.