Energiewende in Gebäuden - Bedeutung der Digitalisierung - Techem
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Energiewende in Gebäuden –
Bedeutung der Digitalisierung
1 I KAPITEL
2 I KAPITEL
INHALT
Editorial 4
Essay 6
Megatrends 8
01
Energie in Deutschland Status quo 12
Klimaziele im Blick 14
Ziele der Energiewende 16
Wärmewende 18
WÄRMEWENDE ALS So wohnt Deutschland 20
BAUSTEIN DER So heizt Deutschland 22
ENERGIEWENDE Digitalisierung der Energiewende I 24
Digitalisierung der Energiewende II 26
02
Der Weg zur Wärmewende 28
Effizienz im Verbrauch 30
Smart Building 32
Dekarbonisierung 34
WÄRMEWENDE
Sektorkopplung 36
IN ZEITEN DER Kraft-Wärme-Kopplung / Smart Metering 48
DIGITALISIERUNG Digitalisierung der Immobilienwirtschaft 40
EDITORIAL
Lieber Leserinnen und Leser,
die Bundesregierung hat sich das Ziel Die Klimaziele sehen vor, bis 2050 ei-
gesteckt, die Treibhausgas-Emissionen nen nahezu klimaneutralen Gebäude-
in Deutschland bis zum Jahr 2050 um bestand zu schaffen. Dabei sind es drei
80 bis 95 Prozent gegenüber 1990 zu wesentliche Faktoren, mit denen sich
reduzieren. Dazu ist eine Energiewen- Betreiber von Immobilien und Quar-
de in allen relevanten Bereichen not- tieren zunehmend auseinandersetzen
wendig und unumgänglich, so auch im müssen: Urbanisierung, Digitalisie-
Gebäudesektor. Dabei kommt der Digi- rung und Klimaschutz. Zum einen wer-
talisierung eine entscheidende Rolle den wir immer enger in Städten und
zu. Doch zur Energiewende gehört – komplexen Wohnanlagen zusammen-
anders als es uns die öffentliche De- wohnen. Zum anderen müssen Immo-
batte oft glaubhaft macht - mehr als bilienunternehmen, egal ob klein oder
nur Strom. Dieses Ziel wird nicht ohne groß, zukünftig nachweisen, was sie
umfassende Maßnahmen auf den Ge zur Nachhaltigkeit und Klimaneutrali-
bieten ganzheitlicher Gebäudesanie- tät beitragen. Ich bin überzeugt, dass
rung, energieeffizienter Wärmeerzeu- dieses Ziel nur erreicht werden kann,
gung sowie Wärmenutzung in den wenn die Immobilienwirtschaft konse-
Gebäuden zu erreichen sein. quent auf Digitalisierung, die Vernet-
zung von Gebäuden und nachhaltige,
Keine Energiewende ohne vermehrt dezentrale Energiekonzepte
Wärmewende setzt. Die notwendigen Energieeffi-
Der Anteil des Gebäudesektors am zienzmaßnahmen sind nur durch eine
Energieverbrauch beträgt in Deutsch- beschleunigte Digitalisierung erzielbar.
land rund 35 Prozent und hat somit
einen großen Anteil am menschenge- Digitalisierung für klimaneutralen
machten Klimawandel. Dabei gehen Gebäudebestand
über 85 Prozent des Energieverbrauchs Letztendlich werden neben dem Aus-
in Immobilien auf die Erzeugung von bau erneuerbarer Energien innovative
Warmwasser und Heizwärme zurück. Technologien benötigt, um ein ener-
Es ist also zwingend notwendig, in der gieeffizientes, gesundes und lebens-
Klimadebatte einen genauen Blick auf wertes Wohnen in den Städten zu er-
den Gebäudesektor zu werfen. Denn möglichen – und es dann auch noch
dieser ist ein maßgeblicher Baustein bezahlbar zu halten. Essenziell sind
der Energiewende. dafür politische Rahmenbedingungen,
4 I EDITORIAL
Matthias Hartmann,
Vorsitzender der Geschäftsführung
der Techem GmbH
die moderne Technik und investitions-
entlastende Modernisierungskonzepte
voranbringen: Ohne Digitalisierung ist
das Ziel des klimaneutralen Gebäude-
bestandes nicht realisierbar. Auch sollte
der Quartiersgedanke zukünftig noch
weiter geprägt werden. Durch die Ver-
netzung der Gebäude mit funkbasier-
ter Messtechnik und Sensorik von der
Wohnung bis in den Heizungskeller
sind ganzheitliche Energiekonzepte ab-
leitbar. Moderne digitale Leitstände er-
möglichen ein umfassendes Monitoring
und eine Steuerung des Energie- und Factbooks ist eine umfassende Daten-
Wärmeverbrauchs. Eine wesentliche recherche auf der Grundlage aller öf-
Senkung des Energieverbrauchs und fentlich verfügbaren Quellen sowie
eine Verbesserung der Energieeffizienz professionellen Datenbanken.
kann bereits heute umgesetzt werden.
Diese im Vergleich zur Dämmung nied- Das Factbook zeigt neben dem aktuel-
rig investiven Maßnahmen können len Status quo zu den Themen Energie,
einen messbaren, großen Beitrag auf Wohnen und Digitalisierung auf, welche
dem Weg zur Klimaneutralität leisten. technischen und ökonomischen Poten-
Hierzu brauchen wir einen öffentlichen ziale es gibt, um Wärme in privaten Ge-
Diskurs aller Stakeholder, den wir mit bäuden effizienter zu gestalten – für eine
dem vorliegenden Factbook voranbrin- digitale Energie- und Wärmewende.
gen wollen.
Als digitaler Servicepartner der Immo
Unausgeschöpfte Effizienzpotenziale bilienwirtschaft ist unser Beitrag, un-
Gemeinsam mit dem Handelsblatt Re- ausgeschöpfte Einsparpotenziale auf-
search Institute hat Techem wissen- zuzeigen und Gebäude heute und in
schaftliche Erkenntnisse und wichtige Zukunft grün und smart zu machen.
Fakten zum Thema „Digitalisierung
der Energiewende“ im Gebäudesek- Ich wünsche Ihnen interessante Ein-
tor zusammengetragen. Die Basis des blicke und viel Spaß beim Lesen!
5 I EDITORIAL
ZUKUNFTSFÄHIGE Q
SCHAFFEN – KLIMA
Die Wohnungswirtschaft baut für ihre Mieter seit jeher zu-
kunftsfähige Gebäude und bewirtschaftet diese nachhaltig
und bezahlbar. Mit dem demografischen Wandel, der digita-
len Transformation und den Klimazielen potenzieren sich ak-
tuell aber die Herausforderungen für die Bezahlbarkeit des
Wohnens. In den kommenden Jahren wird es insbesondere
darum gehen, die politisch und gesellschaftlich gewollte Kli-
mawende zu schaffen – und zwar ohne wirtschaftliche und
soziale Verwerfungen. Dafür ist die Nutzung des digitalen
Fortschritts und technischer Innovationen unerlässlich.
Die Wohnungsunternehmen in Deutsch- Dezentrale Energieerzeugung ermöglichen
land haben ihre Gebäude in den vergan- Oberste Priorität im politischen Hausauf-
genen Jahren bereits weit überwiegend gabenheft muss die Ermöglichung der de-
energetisch auf Vordermann gebracht: zentralen Energieerzeugung haben. Denn
Deutlich über zwei Drittel aller Wohnun- nur grün und vor Ort erzeugte sowie an-
gen haben die Unternehmen seit 1990 voll- schließend auch dort genutzte Energie
ständig oder teilweise modernisiert. Allein macht ein Quartier klimaschonend. Dazu
in den vergangenen 10 Jahren haben die müssen die gewerbesteuerlichen Hinder-
Unternehmen die enorme Summe von nisse für Wohnungsunternehmen ein für
40 Milliarden Euro allein in die energeti- allemal beseitigt und lokal erzeugter Mie-
sche Sanierung investiert. Allerdings ist terstrom eine Nebenleistung zur Vermie-
der CO2-Ausstoß in den Wohngebäuden tung werden. Abgaben, Gebühren oder
trotz dieser massiven Investitionen kaum Umlagen auf Eigenstrom müssen abge-
gesunken. Einer der Gründe ist, dass die schafft – und die Versorgung der Mieter
Wohnungsnutzer kaum Anreize hatten, mit klimafreundlichem Mieterstrom end-
ihren Anteil am Einsparziel zu realisieren. lich mit der Eigenversorgung in Einfami-
lienhäusern gleichgestellt werden.
Das zeigt unmissverständlich: Wir brau-
chen bei der Energiewende im Wohnge- Heizungsanlagen optimieren
bäudebereich einen Paradigmenwechsel. Darüber hinaus liefern die aktuellen Zwi-
Weg von reinem Effizienzdenken und hin schenergebnisse aus dem Forschungs-
zur CO2-Einsparung als zentralem Steue- projekt BaltBest – bei dem Wissenschaftler
rungsindikator – mit einem umfassenden vom Europäischen Bildungszentrum der
Blick auf ganze Wohnquartiere. Wohnungswirtschaft und Immobilien-
wirtschaft (EBZ) und der TU Dresden ge-
6 I ESSAY
QUARTIERE
AZIELE ERREICHEN
Axel Gedaschko,
Präsident Spitzenverband
der Wohnungswirtschaft GdW
meinsam mit der Wohnungswirtschaft, zung zu ermöglichen, muss der flächende-
mit Techem sowie weiteren Partnern über ckende Einsatz von Smart-Home-Technik
13 Milliarden Datensätze aus deutschland- bei Heizsystemen rechtlich ermöglicht und
weit mehr als 700 Wohnungen anonym im Rahmen einer Kostenneutralität für die
auswerten – aufschlussreiche Erkenntnis- Mieter durch Umlagefähigkeit finanzierbar
se: Die wohnungswirtschaftlichen Prozes- werden. Dazu muss auch das Nebenkos-
se rund um die Gebäudebeheizung lassen tenrecht modernisiert werden.
sich bei entsprechender Diagnostik deutlich
optimieren, zum Beispiel durch eine konti- Eines steht fest: Mehr Klimaschutz beim
nuierliche Überwachung der Anlagentech- Wohnen funktioniert nur mit zukunfts-
nik, eine deutlich bessere Ausrichtung an fähigeren Gebäuden – und diese nur mit
den Außentemperaturen sowie wirksame einem zukunftsfähigeren Rechts- und För-
Nachtabsenkungen. Hier besteht ein Ein- dersystem. Wenn es der Politik gelingt,
sparpotenzial von 10 Prozent und mehr, technologieoffene, moderne Regelungen
und das flächendeckend bei verhältnismä- sowie die Voraussetzungen für gering-
ßig geringen Investitionskosten. investive Maßnahmen zu schaffen, die
in relativ kurzer Zeit und mit möglichst
Mieter beim Energiesparen digital wenig Aufwand viel Energieeinsparung
unterstützen bringen, dann kann der Spagat zwischen
Überversorgung führt in jedem Fall zu Wohnkomfort, ambitionierten Klimazielen,
Verschwendung, deshalb sollte verstärkt weiterer Energieeinsparung, notwendigen
digitale Technik wie Smart-Home-Systeme Investitionen und der Bezahlbarkeit des
zur Unterstützung der Nutzer fürs richtige Wohnens gelingen.
Heizen und Lüften zum Einsatz kommen.
Um diese notwendige Nutzerunterstüt-
7 I ESSAYMEGATRENDS
Der anhaltende Zuzug der Menschen in die Stadt, mehr Achtsamkeit gegenüber der
Umwelt oder die immer stärker verbundene und digitalisierte Welt. Viele Trends der
heutigen Zeit werden sich in Zukunft noch verstärken. Sie bilden auch ein wichtiges
Fundament für unseren Umgang mit Energie, der – nicht nur für uns, sondern auf
für die nächsten Generationen – schonender und nachhaltiger sein muss.
Demografischer
Ur
Wandel
ba
nis
ier
un
g
g
run
sie
ali
AKTUELLE
ob
Gl
MEGATRENDS g
run
sie
ali
git
Di
Mo
bil
itä
t
Nachhaltigkeit
11,61 t
Gesamt
8 I INTERESSANTE FAKTENNachbarschaft Stromfresser
Bevölkerungsdichte in ausgewählten Städten Elekrizitätsverbrauch
Deutschlands, Einwohner/km2, 2017 kWh je Einwohner, 2018
4.686 1.236
4.055
959
889
3.008
2.668 691
1.954
1.678
München Berlin Frankfurt Köln Leipzig Dresden Moskau Sao Paolo Peking Berlin
Quelle: Bundesinstitut für Bevölkerungsforschung Quelle: PWC
Beitrag von Gebäudeautomation zu CO2-Minderungszielen
Minderung Mio. t CO2
45
Ziel Klimaschutzprogramm 2030 Gebäudesektor
n Smart-City-Anwendungen
atio
au tom (87 %), die Steuerung von
ude Energieverbräuchen (85 %),
ebä
lG Mobilität (79 %) und intelli-
enzia
Pot gente Gebäudesteuerung
27 (78 %) gehören schon heute
zu den zentralen Einsatz-
gebieten von künstlicher
Intelligenz.
Quelle: Dena, Umfrage 2019
0
2018 2030
Verabschiedete Maßnahmen Differenz zum Ziel Quelle: Borderstep, 2019
Mein Verbrauch
Durchschnittliche jährliche Treibhausgasbilanz eine Einwohners
in Deutschland, in t CO2-Äquivalent
4,56
14 % der gesamten CO2-
Emissionen in Deutschland
(117 Mio. t) stammen direkt
1,50 1,64 1,74 aus dem Gebäudesektor.
Im Jahr 2030 dürfen es in
0,68 0,73 0,76
diesem Bereich nur noch
72 Mio. t CO2 pro Jahr sein.
Flugreisen Öffentliche Strom Mobilität Heizung Ernährung Sonstiger Konsum
Emissionen (ohne Flug- (Bekleidung,
(Wasser, Abfall) reisen) Freizeit usw.)
Quellen: BMU, Umweltbundesamt, 2020
9 I INTERESSANTE FAKTENWÄRME
ALS BA
ENE
10 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEEWENDE
AUSTEIN DER
ERGIEWENDE
Bei der Energiewende wird der Fo-
kus oft vor allem auf den Strom- und
Mobilitätssektor gelegt. Dabei ge-
hört auch der Bereich Wärme zu den
größten Energiefressern. Er sollte
nicht außer Acht gelassen werden.
11 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEENERGIE IN DEUTSCHLAND
STATUS QUO
Der Ausbau von erneuerbaren Energien ist neben dem sorgsamen Umgang mit
der zur Verfügung stehenden Energie die zweite zentrale Säule der Energiewende.
Doch während der Strombereich bereits zu 55 % grün ist, sieht die Lage beim
Wärmesektor noch etwas anders aus. Energie, die für Heizungen, Warmwasser
oder Klimaanlagen benötigt wird, stammt noch zu gut 85 % aus Kohle, Öl und Gas.
Energieflussbild für Deutschland
in Petajoule* (PJ), 2018
161 Bestandsentnahme
4.357
Ausfuhr, Bunkerung,
Bestandsaufstockung
807
Nichtenergetischer Verbrauch
2.519
Umwandlungsverluste
839
sonst. Energieverbrauch
Energieaufkommen Primärenergieverbrauch
im Inland 13.129
17.486
94 PJ (0,7 %)
13.436 Import
Stromaustausch-
1.896 PJ (14,8 %) saldo/Sonstige
Erneuerbare Energien
820 PJ (6,4 %) 4.530 PJ (35,3 %)
Kernenenergie Mineralöl
3.890 Gewinnung
Primärenergie-
verbrauch 2019 in
im Inland
1.167 PJ (9,1 %) Deutschland nach
Braunkohle Energieträgern
1.134 PJ (8,8 %)
Steinkohle
3.191 PJ (24,9 %)
Quellen: AGEB, AGEE, Abweichungen in den Summen rundungsbedingt Erdgas
12 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDERolle von erneuerbaren Energien CO2-Emissionen nach Sektoren
in % in Mio. t
42,1
1.000
800
600
17,0
400
14,5
12,4
6,3 200
4,4
3,4
2,1
0
1990 2000 2010 2019 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2018
Verkehr Haushalte Kleinverbraucher
Anteil am Bruttostromverbrauch Verarbeitendes Gewerbe Energiewirtschaft
Anteil am Endenergieverbrauch Wärme und Kälte Sonstige Sektoren Andere energiebedingte Emissionen
Quellen: BMWi, AGEE Quelle: Umweltbundesamt
14,5 %
Gewerbe, Wärme braucht viel Energie
Handel, Dienst
Endenergie- leistungen Anteil am Endenergieverbrauch 2018
verbrauch
8.963 2.473 Mrd. kWh Gesamt
25,9 %
Haushalte 21,3 %
Nettostromverbrauch
30,6 % 29,9 %
Verkehr Verkehr (ohne Strom)
48,8 %
29,0 % Wärme und Kälte (ohne Strom)
Industrie
* Peta steht für 1015 (1 Billiarde). Deutschlands Endenergieverbrauch von fast 9.000 PJ jährlich
entspricht 3 Kilowatt pro Sekunde und Einwohner.
13 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEKLIMAZIELE IM BLICK
Sowohl die EU als auch Deutschland haben sich ambitionierte Klimaschutzziele
gesetzt: Bis 2050 sollen die jährlichen Treibhausgasemissionen (THG) im Ver-
gleich zu 1990 um 80 bis 95 % sinken. Die Ziele sind im Lichte der Ergebnisse der
Klimakonferenz in Paris zu betrachten.
Pariser Klimaschutzabkommen
Im Dezember 2015 einigte sich die Weltgemeinschaft, die Erderwärmung
im Vergleich zum vorindustriellen Niveau auf deutlich unter 2 Grad Celsius,
zu begrenzen – idealerweise sogar auf 1,5 Grad. Dafür ist eine „Treibhaus-
gasneutralität“ erforderlich. Es dürfen also nicht mehr klimaschädliche Gase
ausgestoßen werden, als der Atmosphäre beispielsweise durch Wälder
wieder entzogen werden. Es muss rasch deutlich weniger Kohlenstoff
umgesetzt werden und sich eine „Dekarbonisierung“ stattfinden.
European Green Deal
Mit dem Grünen Deal vom Dezember 2019 will Europa einen Neuan-
fang in der Klimapolitik schaffen und bis 2050 der erste treibhausgas-
neutrale Kontinent werden. Ein Großteil der Emissionen, muss dann
vermieden vermieden – und ein kleinerer Teil gespeichert – werden
werden können. Das Thema „Gebäude und Renovierung“ gilt als ei-
nes der Vorzeigeprogramme des Green Deal. Zentrales Ziel ist es, die
Sanierungsrate von Gebäuden „mindestens zu verdoppeln oder gar zu
verdreifachen“. Derzeit liegt die Rate EU-weit lediglich bei 1 Prozent.
Klimaschutzplan 2050
2016 hat die Bundesregierung mit dem Plan ein Gesamtkonzept für die
Energie- und Klimapolitik bis zum Jahr 2050 beschlossen und im Sep-
tember 2019 mit den Eckpunkten des Klimaschutzprogramms 2030
aufgezeigt, wie jenes konkret umgesetzt werden soll. Mit dem Klima-
schutzgesetz werden die Klimaschutzziele aus dem Klimaschutzplan 2050
gesetzlich normiert. Der Plan orientiert sich am Leitbild der weitgehenden
Treibhausgasneutralität, das Gesamtziel wird auf einzelne Sektoren und
Klimaziele heruntergebrochen. Die Sektorkopplung muss so ausgestaltet
werden, dass die Energieeffizienz grundsätzlich Vorrang hat („Efficiency
First“), da der Stromsektor in Zukunft immer stärker mit dem Gebäude-,
Verkehrs- und Industriesektor gekoppelt sein wird und Strom ein kost-
bares Gut bleibt. Mit der Energiewende wird Deutschlands Energiever-
sorgung grundlegend umgestellt: Weg von nuklearen und fossilen Brenn
stoffen, und hin zu erneuerbaren Energien und mehr Energieeffizienz.
14 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEBereitschaft vorhanden
Anteil der Bürger*innen, die die Energiewende als
Gemeinschaftsaufgabe ansehen, bei der jeder – auch
sie selbst –, in der Gesellschaft einen Beitrag leisten
sollte.
Quelle: IASS/dynamis; Umfrage im Rahmen des Sozialen Nachhaltigkeitsbarometers
82 %
2019
Was ist den Deutschen bei der
Energiewende wichtig?
Anteil der Befragten, Mehrfachnennung möglich
Steigerung der Ener-
gieeffizienz durch
neue Technologien
95 %
75 % 80 %
2017 2018
Verringerung des
Energieverbrauchs 95 %
der Wirtschaft
Ausbau der erneuer-
baren Energien
92 %
Verringerung des
Energieverbrauchs 91 % Jugend drückt aufs Tempo
im Verkehr
Ausstieg aus der
Für Jugendliche im Alter von 17 – 19 Jahren
Atomenergie
79 % hat ein schneller und deutlicher Abbau der
Treibhausgasemissionen Priorität bei der
Sparsamerer Ener- Energiewende. In einer Umfrage war das
gieverbrauch der 91 %
privaten Haushalte für 77 % der befragten Teenager wichtig,
im Bevölkerungsdurchschnitt war das nur
Ausstieg aus der
Nutzung von fossilien 85 % für 50 % wichtig.
Energiequellen Quelle: Bundesumweltministerium, Repräsentative Umfrage 2018
Quelle: Bundesumweltministerium, Repräsentative Umfrage 2018;
Abweichung von 100 % rundungsbedingt
Persönliche Energiewende
An welchen Stellen im Haushalt versucht jeder einzelne Energie zu sparen?
30 %
23 %
18 %
13 %
7%
4% 3%
2%
Weniger Weniger TV / Standby / Energiespa- Energiesparend Ich spare Weniger Sonstiges
heizen Licht Smartphone rend kochen waschen nicht baden / duschen
Quelle: Bosch/Innofact; Repräsentative Umfrage 2019
15 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEZIELE DER ENERGIEWENDE
Treibhausgasemissionen 2020 2030 2040 2050
95 %
weniger Treibhausgasemissionen
-40 %
-55 %
-70 %
bis 2050 (im Vergleich zu 1990) bis -95 %
Gebäude Nahezu
80 %
weniger Primärenergiebedarf
klimaneutraler
Gebäudebestand
bis 2050
bis 2050 (im Vergleich zu 2005)
Verkehrsbereich
40 %
weniger Endenergieverbrauch
6.000.000
Elektrofahrzeuge bis 2030 –
bis 2050 (im Vergleich zu 2005) 2020 sind erst 140.000 Elektro-
autos zugelassen.
Effizienz
25 %
50 %
weniger Primärenergieverbrauch
weniger Bruttostromverbrauch
bis 2050
bis 2050 (im Vergleich zu 2008)
Erneuerbare Energien 2020 18 %
2030 30 %
80 %
soll der Anteil von erneuerbarer
2040
60 % Anteil erneuerbarer
45 %
Energien am Bruttostromverbrauch Energien am Bruttoendenergie-
bis 2050 mindestens betragen verbrauch bis 2050
Quellen: VDA, Umweltbundesamt, BMWi, Eurostat
16 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDECO2-Neutralität im Gebäude ist möglich
Reduktions-/Vermeidungspotenziale pro NE*
-
1,1 t CO2 Gebäudehülle, Nutzer, Anlagentechnik
(z. B. optimierte Betriebsführung oder Verbrauchs-
informationen oder Dämmung von Fassade, Dach
und Rohren)
-1,2 t CO2 Potenzial für regenerative Deckung
2019
2,55 t CO2
2030
1,5 t CO2 2040
1,0 t CO2
2050
0,25 t CO2
* Grundlage: 2,55 Tonnen CO2-Emissionen pro NE (Nutzungseinheit/Wohnung) und mgl. Reduktion auf 0,25 Tonnen CO2
Quelle: Techem
Energieversorgung in 2050
Beispiel mit 90 % reduziertem CO2-Ausstoß
Primärenergieverbrauch in TWh
193 543 154 446 21 219 144 63
Photovoltaik Wind Wind Biomasse Strom Ern. Kraft- sonst. er- Fossile
Onshore Offshore importe stoffimporte neuerbare Kraftstoff-
Energien importe
48 Biokraftstoffe
1.081 Wärme 1.008 Strom 579 Power-to- 399
heat Wasserstoff
63 Fossile Kraft-
Energieträger in TWh 261 144 stoffe
Power-to-Gas Power-to-
Liquid
Quelle: FVEE
17 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEWÄRMEWENDE
In der öffentlichen Debatte um die Energiepolitik liegt der Fokus überwiegend auf
dem Thema Stromversorgung. Dabei wird für Wärme und Verkehr viel mehr Ener-
gie verbraucht als für Strom. Auch deswegen ist die Wärmewende ein maßgebli-
cher Baustein der Energiewende.
Endenergieverbrauch für Raumwärme und Warmwasser
in TWh
1.000 Veränderung
2008 – 2018
800
600
-10,8 %
400
200 -25,4 %
-23,0 %
0
2008 2010 2012 2014 2016 2018
Industrie Gewerbe, Handel, Dienstleistungen private Haushalte Quelle: Statistisches Bundesamt
Gebäude einer der Topverursacher von rekt
Di
CO2-Emissionen
122 Mio. t CO2 -Äquivalente stammen aus dem Sektor I n di
Gebäudebereich. Diese direkten Emissionen fallen vor re
allem durch Verbrennungsprozesse für Raumwärme und
kt
Warmwasser an. Berücksichtigt man auch die indirekten
Emissionen, die z. B. bei der Erzeugung oder dem Trans- irek
t
port anfallen, ist der Anteil des Gebäudebereichs an den nd
I
Emissionen mit 30 % etwa doppelt so hoch.
Treibhausgasemissionen in Deutschland nach Sektoren
in Mio. t CO2-Äquivalente
466 254 284 188 210 122 164 163 90 68 38 9
Energie Industrie Gebäude Verkehr Land Abfall-
wirtschaft wirtschaft wirtschaft
1990 1.251 gesamt 2019 -36 % 2030 mind. -55 % 2050 T
reibhausgas-
neutralität
Quelle: BMU
18 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDENur 14,5 % Anteil an erneuerbaren Energiequellen
Der Endenergieverbrauch für Wärme aus erneuerbaren Energien lag im Jahr 2019 bei rund
176 Mrd. kWh, gerade einmal 14,5 % des Gesamtverbrauchs. Im Vergleich dazu stieg der Anteil
des Stroms, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, auf 42,1 %. Insgesamt wurden damit
aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse rund 244 Mrd. kWh Strom erzeugt.
Wärme aus erneuerbaren Energien Solarthermie
Anteil in %, 2019 4,8
Oberflächennahe
Geothermie und
Umweltwärme
8,3
176,4
Mrd. kWh
Gesamt
73,9
Feste Biomasse 0,7
(Holz, Abfall) 11,0 Tiefengeothermie
Biogas, Klärgas und Deponiegas
1,3
Flüssige Biomasse
Quellen: BMWi, AGEE (z. B. Pflanzenöl)
Die Wärmewende umfasst die Energiewende im Wärmebereich und beruht hauptsächlich auf drei
Säulen: der Gebäudehülle, der Heizungstechnik und der Digitalisierung. Auch für den Wärme-
bereich gilt in erster Linie das Prinzip „Efficiency First“: durch die Verbesserung der Energieeffizienz
im Gebäude- und Industriesektor sowie bei Handel und Gewerbe wird der Wärmebedarf deutlich
gesenkt und der verbleibende Bedarf soll durch erneuerbare Energieträger gedeckt werden.
Chance für den Wirtschaftsstandort Deutschland
Deutsche Unternehmen sind traditionell stark bei technisch anspruchsvollen und systemisch
klugen Lösungen, die die Energieeffizienz und die verstärkte Nutzung von erneuerbaren Ener-
gien voranbringen.
Anteil deutscher Unternehmen
am Umwelt- und Effizienzmarkt
21 % 15 % 13 %
Nachhaltige Umwelt- Energie
Mobilität freundliche effizienz
Erzeugung,
Speicherung
und Verteilung
von Energie
16 % 12 % 11 %
Rohstoff und Nachhaltige
Kreislauf Materialeffi- Wasserwirt-
14 % 4,6 % wirtschaft zienz schaft
Anteil Deutschlands am Anteil Deutschlands an
globalen Umwelt- und der globalen Wirtschafts-
Effizienzmarkt leistung
Quelle: BMU
19 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDESO WOHNT DEUTSCHLAND
Einer der wichtigsten Trends ist die zunehmende Verstädterung. Bis 2050 soll der
Urbanisierungsgrad in Deutschland und im europäischen Durchschnitt auf rund
85 – 90 % steigen. Eine große Herausforderung ist dabei die Optimierung bestehen-
der Strukturen. An- und Weiterbau statt Abriss und Neubau lautet das Credo.
Ehemalige Hafen- und Fabrikareale werden zu attraktiven Wohnquartieren.
50 % 75 %
der Menschen in
der Weltbevölkerung
Deutschland leben
leben aktuell in Städten.
in einer Stadt.
Errichtung neuer Gebäude
Baufertigstellungen im Hochbau
Wohngebäude Wohnungen
300.000
250.000 19,1 Mio.
200.000
Wohngebäude
Bestand in 2018
150.000
100.000
40,8 Mio.
50.000 Wohnungen
0 Bestand in 2018
2001 2007 2013 2019
Quelle: Statistisches Bundesamt
Projektion der Nachfrage nach Wohnfläche
Je nach Zuwanderungsszenario, in Deutschland, 2015 =100
120
Nachfrage
Die
115
nach Wohnraum 110
ist ungebrochen hoch. In Deutsch- 105
land steigt sie bis 2040 und in vielen
Regionen trotz abnehmender Be- 100
völkerung auch darüber hinaus. 95
90
2015 2020 2030 2040 2050 2060
Quelle: Universität Freiburg, 2019
20 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEWohnformen in Deutschland Haushaltsstruktur in Gebäuden
in % Anteil nach Anzahl der Wohnungen
Anteil an Haushalten
78,6 79,0 in Mietwohnungen
Anteil an Haushalten
in Wohneigentum
33,6 % 31,2 %
3 – 9 Wohnungen 1 Wohnung
19,6 % 15,6 %
18,8 20,3 10 und mehr 2 Wohnungen
Wohnungen
2,3 1,0
Ein- und
Zweifamilienhaus
Wohngebäude mit 3
und mehr Wohnungen
sonstige Gebäude Mehr als die Hälfte
der Wohnungen befinden sich in Mehrfamilienhäusern.
Quelle: Statistisches Bundesamt; Abweichungen durch Rundungen, Quelle: IWU
Sonderauswertung Zensus 2011
Um 6 % soll die Haushaltszahl bis zum Jahr 2030
steigen, im Jahr 2060 liegt sie dann auf
nahezu vergleichbarem Niveau wie heute. Insbesondere der Trend zu kleineren Haushalten und ein größerer Wohnflä-
chenbedarf pro Person sind die Wachstumstreiber.
Quelle: Universität Freiburg, 2019
Urbane Stadtquartiere für das Wohnen von Morgen: Schaffung von qualitätsvollem
Lebens- und Arbeitsraum, Mobilität und nachhaltiger Energieversorgung.
QUARTIER
Effiziente Energieerzeugung Bund (nationale
und -infrastruktur Klimaschutzziele)
Nutzung lokaler Ressourcen Gemeinde (Kommunales
Energiekonzept)
Energetische Sanierung Einzelne Energieverbraucher
der Gebäudehülle (individuelle Energieberatung)
Mobilitätskonzepte
Quellen: VKU, eigene Recherche
21 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDESO HEIZT DEUTSCHLAND
Das Beheizen von Wohnräumen macht fast ein Fünftel des Endenergieverbrauchs
in Deutschland aus. Die energetische Sanierungsrate des Gebäudebestands ver-
harrt seit der Jahrtausendwende auf einem niedrigen Stand, während der Heizwär-
mebedarf von privaten Haushalten je Quadratmeter seit 2015 einen Aufwärtstrend
verzeichnet. Mit Blick auf die deutschen Klimaziele für 2050 im Gebäudebereich
ist dies eine alarmierende Entwicklung. Die Wärmeversorgung der Zukunft muss
effizienter und umweltentlastend sein.
Wohnen und Energie
Anteile, 2018
Endenergieverbrauch
Wohngebäude Nichtwohngebäude
64 % Fläche
Wohngebäude Nichtwohngebäude
73 % Gebäudebestand (Anzahl)
Wohngebäude Nichtwohngebäude
88 % Quelle: Dena
Die privaten Haushalte benötigen seit 1990
tendenziell nur etwas weniger Energie.
Mehr als zwei Drittel ihres Endenergie-
verbrauchs verwenden sie, um Räume zu
heizen. Mit großem Abstand folgen die
Anwendungsbereiche Warmwasser (16 %)
sowie sonstige Prozesswärme (Kochen,
Waschen etc., 6 %).
Quelle: Umweltbundesamt
Quellen der Heizenergie
in PJ
2000 940 816 171 179 132 2.238
Gesamt
2.077
2017 986 476 316 118 181
Gesamt
1.825
2030* 615 380 525 120 185
Gesamt
Erdgas Mineralöl Erneuerbare Energien Strom Fernwärme
* Prognose; Quelle: Exxon Mobil
22 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEHeiztechnik im Wandel der Zeit
Standardkessel
Niedertemperaturkessel
Brennwertkessel
Mikro-/Mini-KWK
Brennstoffwärmepumpen
Solarthermie
Holzstandardkessel
Holzvergaserkessel/Pelletkessel
Nachtspeicheröfen
Elektrische Wärmepumpen
H2 Brennstoffzelle
1980 1990 2000 2010 2020 2030
Quelle: HWWI
Altbauten brauchen mehr
Heizenergieverbrauch nach Baualters
klassen, in kWh/m2 und Jahr
180
In 9,4 % der Wohnungen werden
100 Solarthermieanlagen
zur Warmwasserbereitung genutzt, in 7,2 %
dienen sie auch zur Unterstützung der
0
bis ‘46-‘76 ‘77-‘83 ‘84-‘94 ‘95-‘01 ‘02-‘07 ‘07 bis
Raumheizung.
1945 heute
Quelle: BDEW, 2019
Quelle: co2online
Alter der Heizungen
in Mehrfamilienhäusern in Deutschland,
ohne Fermwärme, in %
Wohlfühltemperatur der Deutschen
17,7DIGITALISIERUNG DER
ENERGIEWENDE I
Digitalisierung ist ein globaler Trend, der alle Bereiche tangiert. Auch den Energie-
sektor. Im Gebäudesektor kann sie dabei helfen, Prozesse zu verbessern und die
vorhandenen Effizienzpotenziale besser auszuschöpfen. So können smarte Gebäu-
de beispielsweise dazu dienen, Lastspitzen abzufedern oder über Blockheizkraft-
werke Wärme und Strom für Quartiere zur Verfügung zu stellen.
180 Das jährliche digitale Datenaufkommen wird von 175 ZB*
160
33 Zettabyte im Jahr 2018 und 59 ZB im Jahr 2020
140
auf 175 Zettabyte im Jahr 2025 anwachsen. Fast
120
30 % der weltweiten Daten werden in Echtzeit
Zettabyte
100
80
verarbeitet werden müssen.
60
40
20
0
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
* 1 ZB entspricht 1 Billionen GB.
Quellen: Seagate, IDC Global DataSphere
Datenaufkommen nach Branchen Vernetzte Geräte im IoT
in Exabyte*, 2018 Weltweit
22 Mrd. 38,6 Mrd. 50 Mrd.
2018 2025 2030
Quelle: Strategy Analytics
M2M-Nutzung nach Sektoren
jährliche Wachstumsraten 2018 – 2023, in %
280 1.555
Öl und Gas Infrastruktur
717 2.074 Connected Car 30
Transport Finanzwesen
1.218 2.212 Sonstige 27
Gesundheitssektor Einzel- und Großhandel
Connected Cities 26
1.296 3.584
Medien und Produktion Energie 24
Unterhaltung 4.239
Sonstige Connected Home 20
* 1 Exabyte entspricht 1 Milliarde GB.
Quellen: Seagate, IDC Global DataSphere Quelle: Strategy Analytics
24 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEAlle Bereiche der Energiewende werden digitalisiert
Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette
o l o gi e n ( B ig D ata , Cl o
Techn ud C
om
p ut
ing
Erzeugung und ,A
pp
Speicherung s)
• Digitalisierung der
Kraftwerksteuerung
• Intelligente Nutzung
des Stroms durch
Sektorkopplung
k
• Virtuelles Kraftwerk
Dienstleistungen
uc
• Cyber Security
r dr
und sonstige
• Digitales Management der
ie te
Geschäftsfelder
Energiespeicherung Übertragung
Ne
• Intelligente Steuerung
Anb
und Verteilung
ue G
des Energieverbrauchs • Digitalisierte
• Energienahe
Dienst-
und
Netzplanung
e sc h
leistungen • Intelligente
• Digitalisierte
Produkte
Kundennachfrage
• Breitbandversorgung
Netzsteuerung
äftsprozesse und - mode
Vertrieb und
Marketing Messwesen
• Smart Home
• Vernetzung zum Kunden
• Vermittlungsplattformen
Kunde • Smart
• Zusammenführen
Metering
und
Ausweiten der Ver-
lle
brauchs- und
, ne
Kundendaten
ue
Handel
We
• PräziserePrognosen
t b t
im Handel
• Data Analytics, verbesserte
ewe
r
Kundensegmentierung
En
be
er
w
gi
irt
e
sc
ha
ftl
ich
eT
reib Einflussfaktoren
er (
Aus id“)
bau E
Quelle: BDEW E, Roadmap „Smart Gr
Intelligente Energienetze Erst die Digitalisierung er-
möglicht intelligente Strom-
netze („Smart Grids“), die
Anwen- die Vernetzung und Steue-
dungs- Netzzustands-
bereiche überwachung
Abrechnung Messdaten- Krisenkom- Netzbetriebsmit- rung von Stromerzeugern,
management munikation telsteuerung
Speichern und Verbrauchern
bieten. Durch Smart Mete-
Telekom-
munika- ring beschränkt sich das
tionstech- LTE, Glasfaser, Breitbandpowerline, DSL, Breitbandkanal „intelligente Zählen“ nicht
nologien nur auf den Stromsektor, es
gilt auch für Wärme, Wasser
und Gas.
Quelle: BMWi
25 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEDIGITALISIERUNG DER
ENERGIEWENDE II
In einer digitalen Echtzeit-Energiewirtschaft eröffnen künstliche Intelligenz, die
Blockchain-Technologie oder die neue Mobilfunktechnologie 5G die Möglichkeit
einer intelligenten Synchronisierung von fluktuierender Stromeinspeisung und
flexiblerer Nachfrage. Die Einführung des Echtzeit-Mobilfunkstandards der fünften
Generation und die steigende Dringlichkeit eines intelligenten Stromnetzes bedin-
gen sich gegenseitig. Immer mehr Daten brauchen immer mehr Energie.
5G kann es besser Der Einsatz der modernen
Vernetzungstechnologie
NB-IoT (Narrowband IoT)
ermöglicht Techem einen einfache-
Maximale Datenüber- Maximale Verbindungs-
tragungsrate dichte
ren Ausleseprozess, genauso wie
einen niedrigeren Energiebedarf
4G 100 MBit/s 10.000 Endgeräte/km² und sichert gleichzeitig eine hohe
Zuverlässigkeit der Datenübertra-
gung und eine gute Gebäudedurch-
5G 10.000 MBit/s 1 Mio. Endgeräte/km² dringung.
Quelle: www.informationszentrum-mobilfunk.de
Nutzung in der Industrie 4.0
Anteil von 5G-Anwendungen in 2030,
Wachstumsrate 2020 – 2030 im B2B-Bereich
Jährliche
Wachstumsrate
Gesundheitswesen 75
Maschinenbau 76
Energie/Versorger 67
Automobilsektor 71
Öffentliche Sicherheit 78
Medien/Unterhaltung 86
0% 50 % 100 %
Quellen: Ericsson, Arthur D. Little
26 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEGeld für Forschung der Energiewende Projekte in Gebäuden
Fördergelder des Bundes, Mittelabfluss in Mio. € und Quartieren
4,7 3,1
250
Thermische Versorgung mit
509 Energie Wärme und Kälte
neu bewillgte Projekte in 2019 speicherung
200
150
93,5
100 Mio. €
50
35,6 50,2
0
Energieoptimierte Energieoptimierte und
2014 2015 2016 2017 2018 2019 und klimaneutrale klimaneutrale Gebäude
Energiewende in den Verbrauchssektoren davon Energiewende in Gebäuden u. Quartieren Quartiere
Quelle: BMBF
Japan hat die Nase vorn
China und die Vereinigten Staaten geben Anteil an Patentanmeldungen für grüne
weltweit am meisten Geld für Forschung Energietechnologien, 2007 – 2017, in %
und Entwicklung im Energiesektor aus.
In China waren es 2018 fast 8 Mrd. USD,
in den USA rund 7 Mrd. USD. In Deutsch-
land sind es lediglich rund 1,3 Mrd. USD. 29 21 12 6 6 26
Japan USA Deutsch- Südkorea China Rest
Quellen: IEA, Weltbank, Acatech land der Welt
Quelle: BMBF
KI im Energiesektor
Allgemeine Entscheidungsgrundlagen
hoch
1 Prognosen
Beitrag von KI zur intergrierten Energiewende
2 Betriebsoptimierung
3 B
estandsoptimierung und andere
strategische Geschäftsentscheidungen
Instandhaltung und
Sicherheit
4 Predictive Maintenance
5 Wartung, Reparatur und Rückbau
6 Sicherheitsmaßnahmen
KI Vertriebs- und
Verbraucherservices
7 Vereinfachte Teilhabe aktiver Verbraucher
niedrig
8 Individualisierung von Produkten und
Forschung kommerzielle Umsetzung Marketingmaßnahmen
KI-Entwicklungsstand in der Energiewirtschaft 9 P
rozessautomatisierung für Messungen,
Abrechnungen und allg. Vertriebsgeschäft
Zahlreiche Anwendungsbeispiele zeigen, dass die Energiewirtschaft am stärksten durch eine er-
höhte Systemeffizienz, reduzierte Kosten und optimierte Entscheidungsfindung von künstlicher
Intelligenz profitiert. Somit bietet die Technologie die Chance, den Übergang hin zu einer siche-
ren und klimafreundlichen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen zu koordinieren.
Quelle: DENA
27 I WÄRMEWENDE ALS BAUSTEIN DER ENERGIEWENDEWÄRME
IN ZEIT
DIGI
28 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGEWENDE
TEN DER
ITALISIERUNG
Dank neuen Technologien können im Be-
reich Wärme nicht nur die Prozesse opti-
miert werden, sondern auch der Verbrauch.
Moderne Gebäudetechnik schont nicht nur
die Umwelt, sondern spart auch Kosten.
29 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGDER WEG ZUR WÄRMEWENDE
Um die Wende im Wärmesektor voranzutreiben, muss neben dem Wechsel
von fossilen auf erneuerbare Energien auch die Effizienz gesteigert und der CO2-
Ausstoß verringert werden. Dies betrifft einerseits das Wechselspiel von Energie-
erzeugung und -verteilung, anderseits auch die Nutzung von Wärme.
Bausteine der Wärmewende
Digitali-
sierung
Erneuerbare Dekarboni-
Energien sierung
(Biomasse,
Solarenergie,
Geothermie)
Smart Housing,
BIM
Förderung
Gebäudetechnik, Effizienz im der
Dämmung, Nut- Verbrauch Effizienz
zungsverhalten
Power-to-X
Sektoren- Unter Power-to-X versteht man alle
kopplung Verfahren, bei denen regenerative
Energie aus Wind und Sonne über
die Zwischenstufe Strom für andere
Sektoren zur Verfügung stehen. Pow-
er bezeichnet die über dem Bedarf
liegenden zeitweisen Stromüber-
schüsse und X steht für die Energie-
form (Power-to-Gas, Power-to-Heat,
Power-to-Liquid) oder den Verwen-
dungszweck (z. B. Power-to-Fuel oder
Effizienz Power-to-Chemicals).
in der
Erzeugung
Kraft-Wärme-Kopplung,
Digitales Monitoring und Steuern
30 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGDas Klimaschutzprogramm 2030 und seine Förderprogramme ermöglichen es, energetische Gebäudesanierungen
steuerlich abzuschreiben. Auch eine hohe Förderquote von 40 % für den Austausch von
Ölheizungen gegen neue, klimafreundlichere Heizanlagen gehört zu den Inhalten.
Die KfW-Effizienzhaus-Standards im Überblick
Energieverbrauch in %
Gegenwärtig erfüllt die Hälfte der rund
100.000 neu errichteten Wohngebäude
eines Jahres bereits den Standard KfW-
Effizienzhaus 70. Diese Gebäude verbrau-
chen mithin 30 % weniger als erlaubt.
Effizienzhaus Effizienzhaus Effizienzhaus Effizienzhaus Effizienzhaus
100 85 70 55 40
Energieeffizientes Bauen 215.000 Gebäude
Förderzusagen der KfW-Bankengruppe,
in Mrd. € -400.000 CO Tonnen 2
12
10
8
Über das Marktanreizprogramm „Heizen
6
mit Erneuerbaren Energien“ sind im
4 1 Hj. 2020 rund 110.000 Förderanträge
2 für Heizungen auf Basis erneuerbarer
Energien eingegangen, ein Plus von über
0
2005 2010 2015 1. Hj. 190 % gegenüber dem Vorjahreszeitraum.
2020
Quelle: KfW
Mit der für Februar 2021 geplanten Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) wird die
Förderung von Effizienz und erneuerbaren Energien neu geordnet und unter einem Dach zusam-
mengefasst. Dazu sollen die bestehenden Programme im Gebäudebereich zu einem einzigen,
umfassenden und modernisierten Förderangebot gebündelt, weiterentwickelt und inhaltlich
vereinfacht sowie optimiert werden.
31 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGEFFIZIENZ IM VERBRAUCH
Der Wärmeverbrauch neuer Gebäude wurde durch energetische Vorschriften stark
verringert, jedoch ist der gesamte Wärmeverbrauch über die Jahre kaum gesun-
ken. Die energetische Sanierung von Gebäuden hat bisher nur einen kleinen Teil
der alten Gebäude erreicht. Durch das serielle Sanieren von Bestandsgebäuden
könnte der Sanierungsstau im Hausbereich aufgelöst werden.
Großer Bedarf bei Sanierungen
Anteil der Gebäude nach Sanierungsstand Heizenergieverbrauch nach Sanierungsstand*
Neubau 103
Vollsaniert 132
Teilsaniert 163
Unsaniert 170
0% 50 % 100 %
* Durchschnittswert in KWh/m2 und Jahr
Neubau Vollsaniert Teilsaniert Unsaniert Quelle: co2online
Um die Energieverbräuche im Gebäudesektor ausreichend zu senken, muss die angestrebte Sanierungs
rate im Gebäudebereich bei 2 % und höher liegen. Sie lag zuletzt (2017) bei weniger als 1%. Rund die Hälfte der Wohn-
gebäude in Deutschland müssen in den kommenden 20 Jahren saniert werden. Denn rund 2/3 sind älter als 40 Jahre.
Quellen: DIW, Dena
Wärmedämmung in Gebäuden Wärmeverluste
Neubauten ab Baujahr 2010 Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus den
1960er Jahren, Anteil der Bauteile
6%
98,0 %
Dach/Oberge-
12 %
Kellerdecke
Fenster
schossdecke
37 %
Außenwand
76,5 %
Außenwand
13 %
Heizung
84,2 %
Fußboden/
18 %
14 %
Lüftung
Kellerdecke Flachdach
Quelle: IWU, Datenerhebung Wohngebäudebestand 2016 Quelle: Amt für Umweltschutz Stadt Essen
32 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGEin Teil der Digitalisierungsstrategie in der Wohnungswirtschaft ist das
Projekt BaltBest („Einfluss der Betriebsführung auf die Effizienz von Hei-
zungsaltanlagen im Bestand“), das von der Regierung gefördert wird. Dabei
werden 100 repräsentativ ausgewählte Mehrfamilienhäuser mit Hilfe um-
fangreicher Datenerfassung auf mögliche Effizienzpotenziale in der Anla-
gentechnik hin analysiert. Bereits jetzt zeigt sich: Heizungsanlagen sind in
der Regel überdimensioniert und die Heizleistung nur unzureichend an den
tatsächlichen Wärmebedarf oder Außentemperatur angepasst. Dies führt zu
einem Verschwendungspotenzial und treibt die Heizkosten kräftig nach oben.
Passen Betriebsführung und Liegenschaft zusammen?
Untersuchung der ausgewählten Anlagen
44 % 42 % 14 %
Handlungsbedarf Dringender Kein
Handlungsbedarf Handlungsbedarf
Quelle: Techem
Digitaler Zyklus
Ein wichtiger Baustein der digitalen Transformation der Bauindustrie ist BIM (Building Infor-
mation Modeling). Hier werden alle Phasen eines Bauwerks entlang der Prozesskette in einem
digitalen Datenmodell abgebildet und die relevanten Daten erfasst, verwaltet und ausgewertet.
Somit bietet BIM große Effizienzpotenziale und Transparenzeffekte.
Entwurf
Raumprogramm
Variantenstudien
Konzeptionelles Design
Umbau Planung
Recycling Gewerkekoordination
Revitalisierung Kostenermittlung
Simulationen, Berechnungen
Bewirtschaftung Ausführung
Facility Management Bauablaufsimulation
Wartung Baufortschrittskontrolle
Betriebskosten
33 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGSMART BUILDING
Digitalisierung und Energieeffizienz - zwei Megatrends treffen aufeinander und
verändern die Gebäudetechnik von Grund auf. Von der smarten Türkommunika-
tion und Zutrittskontrolle über vernetzte Anwendungen im Bereich Smart Home
und Multimedia bis zur digitalen Messdienstlösung für das intelligente Heiz- und
Energiemanagement greifen die verschiedenen Module ineinander.
Smart Home-Umsätze in Deutschland
in Mio. € 6.060
4.271
Deutschland ist der weltweit drittgrößte
3.643
Smart Home-
Markt für
Anwendungen – und
der Umsatz soll auch in den kommenden
Jahren dynamisch weiter wachsen.
2019 2020 2023
Quelle: BMWi Smart-Living-Monitor
Smart Home-Nutzung nach Wohnsituation Anzahl der
Anteil der Smart Home-Gerätenutzer Geräte / Haushalt
Eigenheim
49,2 %
5,2
Eigentumswohnung
39,1 %
3,8
Mietwohnung
45,3 %
3,4
Quelle: finanzen.de, Umfrage 2020
Hauptanschaffungsgründe von smarten Produkten
Anteil der Befragten in %
39 38 35 34 32
Energieersparnis Fernsteuerung Automatisierungs- Zeitsteuerung, Warnmeldungen,
möglichkeiten Timer Wartungshinweise
9 – 14 % der Heizenergie können durch den Einsatz von smarten Anwendungen eingespart werden.
Quelle: Reichelt Elektronik/OnePoll, Umfrage 2020
34 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGDer Weg zum Smart Building
Damit aus einem Gebäude ein „schlaues Gebäude“ wird, müssen technische Anlagen und Bau-
teile vernetzt sein. Entweder miteinander oder mit dem Internet, und Prozesse müssen digitalisiert
werden. Wichtig für die Erhöhung der Energieeffzienz und Senkung der Kosten ist eine detaillierte
Datenerfassung und Gebäudemodellierung.
Heizkurven- Wetter Anheiz- und Lüftungs
einstellung prognose Heizende- erkennung
Option
Ein genaues Monitoring der Energieversorgung und ihre
Qualität in Kombination mit Algorithmen kann Auskunft darüber
Eine digitale Heizung kann
geben, wann eine Maschine oder Anlage einer Wartung bedarf.
8 –15 % Anlagen können aus der Ferne gezielt eingestellt werden und
Energie die Parameter an den tatsächlichen Wärmebedarf in den Woh-
nungen auf Basis von Außentemperatur und Bewohnerverhalten
einsparung angepasst werden. Ständig werden Daten produziert, die eine
bewirken.
Grundlage für intelligente Quartiere bilden, die einen Beitrag zu
Ressourcenschonung, Klimaschutz und Lebensqualität leisten.
Die Sicherheit der Datenübertragung und die Vertraulichkeit der Kundendaten sind zentrales
Thema bei der Digitalisierung der Heizung. Da es sich dabei um eine wichtige Infrastruktur für
die Sicherheit des Gebäudes und damit des Nutzers handelt, muss ihre Funktionalität sicherge-
stellt werden. Aus diesen Gründen sind strenge Sicherheitsanforderungen und eine kontinuier-
liche Anpassung an die neuesten Sicherheitsstandards unabdingbar.
Quelle: BDH
35 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGDEKARBONISIERUNG
Neben der Effizienzsteigerung auf allen Ebenen kommt vor allem dem Wechsel
von fossilen auf erneuerbare Energien eine hohe Bedeutung zu. Die nachhaltige
Wärmeversorgung der Sektoren Haushalte, Industrie und GHD (Gewerbe, Handel
und Dienstleistungen) erfordern einen Ressourcen- und Technologiemix. Sämt-
liche erneuerbare Energiequellen sind nötig: von Umweltwärme aus Luft, Gewäs-
sern, Erdreich und Geothermie, über Abwärme aus Müll und Klärschlamm, Bio-
masse in Form von Holz und Biogas bis zu erneuerbarem Strom zum Antrieb der
Wärmepumpen. Keine der Technologien dominiert deutlich.
Das Restbudget Deutsch-
lands ab 2018 von
für eine maximale
Erwärmung um
reicht bei aktuellem
Emissionssaustoß bis
2041
4.600 1,5 2023.
ist das Restbudget für
eine Erwärmung um
1,5 °C alleine durch die
Emissionen der Industrie
Mio. t °C aufgebraucht.
Quelle: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH
Bausteine einer nachhaltigen Wärmeversorgung
Biomasse Tiefengeothermie
Solarthermie
EE-Gas EE-Strom
Brennstoffzelle Wärmepumpe
Wärmepumpe
kleine KWK
Wärmeverbraucher
Abwärme
36 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGHeizungswärmepumpen sind gefragt
Anteil von Wärmepumpen
Absatz in Deutschland
bei Mehrfamilienhäusern:
2014
18 % beim Neubau
2015
2016 1 % im Bestand
2017 Quellen: BWP, Destatis, 2019
2018
2019
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000
Luft- /Wasser-Wärmepumpen Erdgekoppelte Wärmepumpen
Quelle: BWP
Strom aus erneuerbaren Energien kann über Wärmepumpen verstärkt zum Heizen genutzt wer-
den, ist jedoch volatil. Mittels digitaler Vernetzung erkennt die Wärmepumpe, wann besonders
viel erneuerbarer Strom verfügbar und somit ein möglichst umweltfreundlicher und kosteneffi-
zienter Betrieb möglich ist.
Geothermische Wärmepumpen Zubau bei Solarwärme
als primäre Energiequelle in genehmigten Anzahl der Solarwärmeanlagen in
Wohngebäuden Deutschland*, in Mio.
12.000 10 % 2000
9% 2002
10.000
8% 2004
7% 2006
8.000
6% 2008
6.000 5% 2010
4% 2012
4.000 2014
3%
2% 2016
2.000
1% 2018
2019
0
2012 2014 2016 2018 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Anzahl geothermischer Wärmepumpen * Ohne Berücksichtigung von Abbau von Altanlagen
Anzahl geothermischer Wärmepumpen in genehmigten Wohngebäuden Quellen: BSW, BDH
Quelle: Statistisches Bundesamt
Geothermiepotenzial
in Deutschland
Das Umweltbundesamt schätzt
das bis 2050 realisierbare Poten-
zial der tiefen Geothermie in der
27,8 %
Anteil Kohle
Stromerzeugung auf knapp 10 %
des Strombedarfs.
612.400 312.000
Stromerzeugung Geothermie-
2019 in GWh pro Jahr Potenzial
196
GWh pro Jahr Geothermie heute
Quellen: BMWi, TAB
37 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGSEKTORENKOPPLUNG
Bisher hat man die drei Bereiche der Energiewirtschaft - Strom, Wärme und Ver-
kehr - weitgehend unabhängig voneinander betrachtet. Diese fehlende Zusam-
menarbeit führte zu einer Ineffizienz des Energiesystems. Durch die Verschrän-
kung und Optimierung in der Sektorenkopplung sollen nun Synergien effizient
genutzt werden.
Kosten im Engpassmanagement Energien liefern sauberen Strom – aber
durch die Abhängigkeit von Wind und Wetter
1.600
wird häufig zu viel oder zu wenig Strom pro-
1.400
duziert. Jedes Jahr steigen die Eingriffe der
1.200
1.000
Netzbetreiber zur Sicherstellung einer stabi-
800 len Stromversorgung. 2019 kosteten diese
600 Engpassmaßnahmen rund 1,2 Milliarde
400 Euro. Einen Teil davon bilden sogenannte
200 Redispatch-Kosten, die mit der Verschiebung
0
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
der geplanten Stromproduktion verbunden
sind (soll gezielt Netzengpässe vermeiden).
Gesamt davon Redispatch-Kosten
Quellen: BDEW, Bundesnetzagentur
Sektorenkopplung
Unter der energetischen Sektorenkopplung versteht man die Verbindung des Strom-, Wärme-
und Mobilitätssektors über Energiespeicher und Energiewandler (z.B. mittels Gasnetzen). Mit
Hilfe der Power-to-X-Technologien kann Strom in die anderen Sektoren übertragen werden. So
lässt sich auch die Wärmeversorgung als Teil des Gaesamtenergiesystems optimieren.
Industrie Gewerbe Haushalte
Stromspeicher
Strom
z. B. Batterien
Anfang 2019 waren in Deutsch-
Power-to-Heat
land 36 größere PtH-Module
(Power-to-Heat) mit einer elektri-
schen Leistung zwischen 0,5 und
60 Megawatt (MW) – überwie-
gend bei Stadtwerken – installiert.
Die Gesamtleistung beläuft sich Power-to-Gas
auf ca. 555 MW. Wärmespeicher als Wärmespeicher
z. B. Fernwärmenetz,
Warmwasserpuffer
Wärme
Quelle: WWF/ISE
38 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGLadeinfrasktur ist vielfälltig
Typische Standorte für Ladeinfrastruktur
Privater Aufstellort Öffentlich zugänglicher Aufstellort
Garage bzw. Parkplätze (z.B. Firmenpark Ladestation / Ladestation / Kundenpark- Straßenrand,
Stellplatz beim Tiefgarage von plätze auf Ladehub Ladehub an plätze bzw. öffentliche
Eigenheim Wohnanlagen, eigenem innerorts Achsen Parkhäuser Parkplätze
Mehrfamilien- Gelände (z.B. Auto- (z.B. Einkaufs-
häusern, Wohn- bahn, Bun- zentren)
blocks) desstraße)
regelmäßige Ladung oder Nachtladung Schnellladung Zwischendurchladung
Öffentliche Ladepunkte
29.4002020
1 Mio.2030
Zum Verkehrskonzept der Zukunft gehören Nicht nur, jedoch insbesondere in der
neben batteriebetriebenen Elektroautos und chemischen Industrie sowie in Teilen des
vernetztem ÖPNV auch Brennstoffzellen und Verkehrssektors, werden im Jahr 2050 je
synthetische Kraftstoffe. Sektor PtX-Anteile von bis zu 70 % der ein-
gesetzten Gesamtenergie erwartet.
Power-to-Liquid Treibstoff-
als Treibstoff lager
Power-to-Mobility
für Elektroautos
Power-to-Gas
Power-to-Gas als Kraftstoff zur
Stromerzeugung
Verkehr
Gasspeicher
z. B. Gasnetz, Röhrenspei-
Gas cher, Liquid Natural Gas
39 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGKRAFT-WÄRME-KOPPLUNG /
SMART METERING
Mithilfe der Digitalisierung lassen sich die erforderlichen technischen Prozesse
intelligent miteinander verknüpfen.
So geht Kraft-Wärme-Kopplung
Vergleich mit herkömmlichen Kraftwerken
Kraft-Wärme-Kopplung Getrennte Erzeugung
12 %Verlust
72 % Verlust
38 % 110 %
Strom 38 %
Strom
100 % 166 %*
Brennstoff Brennstoff
56 %
50 %
Wärme 50 %
Wärme
6 % Verlust
* um die gleiche Menge Strom und Wärme zu erzeugen, ist bei getrennter Erzeugung 66 % mehr Energie erforderlich
Quelle: B.KWK
KWK -Wärmeerzeugung
in TWh nach Brennstoffeinsatz, 2018
240
8,6 % Sonstige
200
25,3 % 5,1 % 47,0 % 14,1 %
Kohle Mineralöl Gas Erneuerbare
Die KWK-Stromerzeugung war Energien
2018 ca. 118 TWh deutlich niedriger.
Da nahezu die Hälfte der KWK-Wärme mit
140
2003 2018 Gasen erzeugt wird, lassen sich in Zukunft er-
neuerbare Gase einsetzen (Greening of Gas).
Quellen: Statistisches Bundesamt, Öko-Institut, Umweltbundesamt,
AGEE-Stat Quelle: Umweltbundesamt
Zentrale vs. dezentrale Versorgung
BHKW
Energieversorgungsstrukturen wandeln sich vom zentralen, linearen zu einem dezentralen, vernetzten Modell.
In Großstädten werden z. B. zusätzlich zum zentralen Heizkraftwerk viele dezentrale Blockheizkraftwerke (BHKW)
installiert, gleichzeitig ist eine Kombination unterschiedlicher Energiequellen möglich.
40 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGSmart Meter
Intelligente Messsysteme und Zähler – Smart Meter – sind das Herzstück von „Smart Grid“.
Sie helfen, erneuerbare Energien in das Energiesystem einzubinden und machen den Verbrauch
sowie die Erzeugung transparent. Daten elektrischer Energie, Wärme, Gas oder Wasser werden
gleichzeitig digital ausgewertet und an den Netzbetreiber weitergeleitet.
moderne Messeinrich- Privathaushalte in Deutsch-
ca. 35 Mio. tungen sollen bis 2032
installiert werden.
40 Mio. land erhalten neue, intelli
gente Stromzähler.
Quelle: Dena
Zeitplan für den Rollout
2016 2020 2032
Gesetz zur Smart Meter für Verbraucher Smart Meter Pflicht für
Digitalisierung der von 6.000 kWh/Jahr bis alle Messstellen
Energiewende maximal 100.000 kWh/Jahr
Quelle: BMWi
Smart Meter verbindet
Der Smart Meter-Rollout lässt Smart Building
das Messwesen (Strom, Heizung,
Gas, Warmwasser) und die Immo-
blienwirtschaft zusammenrücken.
Smart Home
€
Verbrauchs- Kosten-
daten daten Smart Metering
Wetter-
Zähler- daten
daten
Gebäude-
daten
Nutzer-
daten
€
Daten Abrechnung Energieaus- Liegenschafts-
visualisierung weise management
Quelle: BMWi
41 I WÄRMEWENDE IN ZEITEN DER DIGITALISIERUNGSie können auch lesen
