Herausforderungen beim Heizen und Kühlen durch Verbraucherverhalten und Klimawandel - Dr. Johannes Schubert Michael Schönemann

Herausforderungen beim Heizen und Kühlen
             durch
             Verbraucherverhalten und Klimawandel

             Dr. Johannes Schubert
             Michael Schönemann

             22. Mai 2019
22.05.2019

Ausgangslage und Fragestellung

 Klimawandel und Energiewende
 Gängige Praxis der energetischen Gebäudemodernisierung bzw.
    Quartiersentwicklung: Fokus auf Steigerung der Energieeffizienz während
    der Wintermonate
 Prebound- und Rebound-Effekt (Nutzerverhalten) haben häufig zur Folge,
    dass
     die berechneten Effizienzgewinne in der Praxis deutlich geringer
     und wirtschaftliche Amortisationszeiträume deutlicher länger ausfallen
 Die Wintermonate werden tendenziell milder und die Heizperiode immer
  kürzer; heißere Sommer
 Dennoch weitere Verschärfung der EnEV
 Bewohner beklagen Überwärmung der Wohnräume v.a. im Neubau
    (Sommer wie Winter) und homogene Temperaturen in allen Räumen
 Kostensteigerung für Mieter anteilige durch Umlage der Sanierungskosten,
    Ziel der „warmmiet-neutralen“ Sanierung wird häufig verfehlt

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Ausganglage und Fragestellung

These:
Die gängige Sanierungspraxis mit ihrem starken Fokus auf Steigerung der
Energieeffizienz während der Wintermonate …
 verfehlt häufig ihre ökologischen Ziele,
 macht Wohnen unnötig teuer,
 schmälert den Wohnkomfort (Überwärmung)
 und vernachlässigt das Thema Klimaanpassung (v.a. Hitze).

Wir möchten Sie dazu einladen, mit uns eine neue Perspektive auf die Themen
energetische Gebäudesanierung und Quartiersentwicklung zu entwickeln,
insbesondere vor dem Hintergrund von Nutzerverhalten und Klimawandel.

Uns interessiert Ihre Perspektiven auf die von uns skizzierten Probleme.

Wir möchten relevante Fragestellungen und Lösungsansätze identifizieren und
zusammen mit Ihnen bearbeiten, bspw. im Rahmen des 7.
Energieforschungs-programms (BMWi).

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Was erwartet Sie in den nächsten 30 Minuten?

 Informationen zum Thema Nutzerverhalten, v.a. Prebound- und
  Reboundeffekt und die Diskrepanz zw. tatsächlichem Energieverbrauch und
  errechnetem Bedarf
 Blitzlicht zum Thema Wohnkomfort und Überwärmung in München-Riem
 Gegenwärtige und zu erwartende klimatische Veränderungen in München
  und die damit verbundenen Herausforderungen für die Bereiche
  „Gebäudetechnik“ und „(Investitions-) Entscheidungen unter Unsicherheit“
 Passt die Anlagentechnik und -dimensionierung zu den klimatischen
  Veränderungen?
 Möglicher Lösungsansatz: Kalte Wärmenetze zur Wohnraumklimatisierung
  (Wärme und Kälte)
 Kurzer Ausblick auf die aktuelle Forschungsagenda
 Diskussion und Fragen

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Nutzerverhalten: Prebound- und Reboundeffekt

Prebound
 Tatsächlicher Verbrauch von Sanierung liegt durchschnittlich 30% unter dem
    errechneten Energiekennwert des Gebäudes
 Effekt tritt umso stärker auf, je schlechter der Energiekennwert ist
 Erklärung: Aufgrund der schlechten Energieeffizienz wird beim Heizen
    gespart.
 Häufige Konsequenzen
        Es kann zu falschen Erwartungen bei Energieeffizienz-Maßnahmen
         kommen, da Sanierungen keine Energie einsparen können, die gar nicht
         verbraucht wird
        Ökologische Ziele von energetischen Sanierungsmaßnahmen werden
         verfehlt
        Mangelnde Wirtschaftlichkeit energetischer Sanierungsmaßnahmen /
         längere Amortisationszeiträume

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Nutzerverhalten: Prebound- und Reboundeffekt

Rebound:
 Bezeichnet den Unterschied zwischen dem berechneten Einsparpotenzial,
    das durch Energieeffizienz-Maßnahmen entstehen kann, und den
    tatsächlichen Einsparungen
 Paradoxerweise kann ein Mehr an Effizienz dazu führen, dass der
    allgemeine Energieverbrauch steigt
 Beispiele:
        Auto - Effizienzgewinne verpuffen durch höhere Fahrleistung oder höhere
         Motorleistung und/oder Fahrzeuggewicht (direkter Rebound)
        Effizienzgewinne und damit verbundene finanzielle Ersparnisse fließen in andere
         Konsumbereiche (indirekter Rebound)

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Nutzerverhalten: Prebound- und Reboundeffekt

             Minna Sunikka-Blank & Ray Galvin (2012): Introducing the prebound effect: the gap between
             performance and actual energy consumption, Building Research & Information, 40:3, 260-273

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Wohnkomfort und Überwärmung in Passivhäusern

   Entwicklung saisonaler
   Raumtemperatur-verteilungen von klassischen
   zu modernen Gebäudestandards

                                                 In: Bauphysik 3/2018, DOI: 10.1002/bapi.201810017

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Wohnkomfort und Überwärmung in Passivhäusern

Ergebnisse:
 Anstieg der mittleren Raumtemperatur um 4K von 18°C auf 22°C (1978 bis
    heute)
 Homogenisierung der Innenraumtemperaturen
 Überwärmung des Wohnraums (Verschärfung durch solaren Eintrag)

Folgen für die Bewohner:
 Komfort-Verlust
 Fehlendes „Kälte-Erlebnis“ bzw. Bio-Feedback

Reaktionen der BewohnerInnen:
 Lüftungsverhalten - Ablüften der Wärme

 Dauerhafte Fensteröffnungsraten von 10% oder mehr auch im Hochwinter!

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Wohnkomfort und Überwärmung in Passivhäusern

  Quelle: Auszüge aus Schröder, Franz; Gill, Bernhard; Güth, Martin; Teich, Tobias; Wolff, Anna (2018): Entwicklung saisonaler
  Raumtemperaturverteilungen von klassischen zu modernen Gebäudestandards – Sind Rebound-Effekte unvermeidbar? Bauphysik 03/2018,
  DOI: 10.1002/bapi.201810017

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Wohnkomfort und Überwärmung in Passivhäusern

                       Überwärmung in den Sommermonaten

  Quelle: Schröder, Franz; Gill, Bernhard; Güth, Martin; Teich, Tobias; Wolff, Anna (2018): Entwicklung saisonaler Raumtemperaturverteilungen von
  klassischen zu modernen Gebäudestandards – Sind Rebound-Effekte unvermeidbar? Bauphysik 03/2018, DOI: 10.1002/bapi.201810017

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Ed Hawkins

 Annual temperatures in Germany from 1881-2017
 The colour scale goes from 6.6°C (dark blue) to 10.3°C (dark red)

Ed Hawkins. www.climate-lab-book.ac.uk/2018/warming-stripes/ (Mai 2019)

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Heiße Tage (DWD 2019)

22.05.2019Wetterdienst. www.dwd.de/klimaatlas (Mai 2019)
Deutscher                                                  13

Wetterentwicklung, Bayern (1882-2018)

2500                                                                                12

                                                                                             Gesamtjahr
                                                                                    10
2000
                                                                                              Sonnenscheindauer
                                                                                    8
                                                                                                    (solarer Eintrag)
1500                                                                                                steigt
                                                                                    6

                                                                                              mittleren
1000

                                                                                    4
                                                                                                    Temperaturen
                                                                                                    steigen
500
                                                                                    2

   0                                                                                 0
    1880       1900        1920       1940     1960        1980        2000      2020

             Ges Niederschlag Summe            Ges Sonnenschein Summe
             Ges Temperatur Mittel             Linear (Ges Niederschlag Summe)           Datengrundlage: Wetterkontor.
                                                                                         https://www.wetterkontor.de/wetter-rueckblick/gebietsmittel/
             Linear (Ges Sonnenschein Summe)   Linear (Ges Temperatur Mittel)            jahreswerte/deutschland (Mai 2019)

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Sommerliche Anpassung

 Bau und Sanierung
        Dach- und Außenfassadendämmung nach Maß
             - Vermeidet übermäßigen Wärmestau im Sommer
             - Vermeidet übermäßigen Wärmeabfluss im Winter
              Ziel: Gutes Fließgleichgewicht

        Wärmeschutzmaßnahmen
             -   Vordächer (Sonnenschutz-Verglasung)
             -   Außenrollos, Fensterläden
             -   Dach- und Fassadenbegrünung
             -   Baumbestandspflege

 Kühlen

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KLIWA (2016)

22.05.2019
KLIWA. Monitoringbericht 2016. Lufttemperatur - zusätzliche Auswertungen für KLIWA-Regionen. Abb3. S.8. (2017)   16

Wärmere Winter

22.05.2019Wetterdienst. www.dwd.de/klimaatlas (Mai 2019)
Deutscher                                                  17

Frosttage nehmen ab

22.05.2019Wetterdienst. www.dwd.de/klimaatlas (Mai 2019)
Deutscher                                                  18

Bandbreite der Außentemperaturen (2000-2018)

25,0                                                                                                                         20

20,0                                                                                                                         18

15,0                                                                                                                         16

10,0                                                                                                                         14

 5,0                                                                                                                         12

 0,0                                                                                                                         10
          Jan      Feb      Mrz       Apr      Mai      Jun          Jul      Aug       Sep     Okt         Nov        Dez

 -5,0                                                                                                                        8

-10,0                                                                                                                        6

-15,0                                                                                                                        4

-20,0                                                                                                                        2

-25,0                                                                                                                        0

                           halbe Spannweite     Standartabweichung         Mittelwert     min         max

        Datenbasis: IWU Außentemperaturen/Gradtagszahlen (Mai 2019)

22.05.2019                                                                                                        19

Verschobene Vegetationsphasen – kürzere Winter

  Deutscher Wetterdienst. www.dwd.de/klimaatlas (Mai 2019)
22.05.2019                                                   20

Gradtagszahl G20/15 (2000-2018)

                        800
  Gradtagszahl G20/15

                        700

                        600

                        500

                        400

                        300

                        200

                                        2,208                                                   0,783
                        100
                                                                 1,088                                              1,157
                                                0,077
                          0
                                Jan     Feb     Mrz      Apr        Mai      Jun        Jul         Aug     Sep     Okt     Nov       Dez
                                                        -1,378              -0,461     -1,258              -1,330           -1,352
                        -100
                                                 RGP        2018          Mittelwert          min         max
                               -3,438
                                                                                                                                     -4,045
                        -200

                         Datenbasis: IWU Außentemperaturen/Gradtagszahlen (Mai 2019)

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Lösungssuche und Fokuswechsel

 Die Winter werden kürzer und im Trend wärmer, dennoch
    bleibt die Temperaturspreizung hoch

 Fokus: Wohnraumkomfort
        Wohlfühlklima
        Raumklimatisierung
             - Temperierung
                – Luft
                – Oberflächen (Außenwand)
             - Luftwechsel
                – Feuchtigkeitsregulierung
                – CO2, CO und Gerüche entfernen
                – Sauerstoff anreichern

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Lösungsansatz

 Heizwärme + Klimatisierung über Flächenheizungen
        Grundwasserwärmepumpe/ Erdsondenbohrung
        Kaltwassernetz (zentrale Brunnen: geteilte Wasserrechte)
        Niedertemperaturnetz im saisonalen Wechselbetrieb

 Sommer
        (solare) Warmwassererzeugung über Wärmepumpe
        + Kühlung mit „Flächenheizungen“ (natural cooling)
        Keine Investition in weitere Anlagentechnik

 Winter
        Wärmepumpe leistungsregulierbar (frequenzmodulierte Fahrweise)
        Einsparung von vorgehaltener Leistung

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Wärmepumpentechnik und Infrastruktur

 Individuallösung
        Erdsondenbohrung + Sole-Wasser-Wärmepumpe
        Grundwasserbrunnen + Wasser-Wasserwärmepumpe

 Kaltwassernetz
        Ganzjährig: Wärmepumpe für Heizung und Trinkwarmwasser
        Strom: (PV+) Netzstrom

 Niedertemperaturnetz mit saisonalem Wechselbetrieb
        Sommer: Kaltwasserbetriebe zur Gebäudekühlung
        Winter:     45°C Vorlauf über Zentralwärmequelle für Heizkreisläufe
        Ganzjährig: Wärmepumpe für Trinkwarmwasser

BAFA-Förderungen nutzbar: Wärmepumpen / Gesamtvorhaben WN4.0

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Ausblick

7. Energieforschungsprogramm (BMWi)
 Energiewende im Quartier, Schwerpunkt
   Wärmenetze
 Bisherige Partner: bifa, Borderstep Institut für
   Innovation und Nachhaltigkeit (gemeinnützige
   GmbH), co2online (gemeinnützige
   Beratungsgesellschaft mbH)

Ziel: Entwicklung einer integralen Planungshilfe für
Wärmenetze in Quartieren unter Einbeziehung von
Wohnungs- und Gebäudeautomation
(Raum-Gebäude-Quartier), Stichwort
„Digitalisierung“

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bifa Umweltinstitut GmbH
Am Mittleren Moos 46
86167 Augsburg

Tel.: +49 821 7000-0
Fax: +49 821 7000-100

www.bifa.de