Wärmewende im Gebäudesektor - Prof. Dr. Gunnar Grün
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Wärmewende im
Gebäudesektor
—
© Shutterstock / GSPhotographya
Prof. Dr. Gunnar Grün
Offen
Entwicklung und Zielerreichung der Treibhausgasemissionen in Deutschland
Im Sektor Gebäude des Klimaschutzgesetzes (KSG)
1990 bis 2020:
im Schnitt 3 Mt/a Reduktion
Dabei in den letzten 5a:
0,8 Mt/a Reduktion
Für Zielerreichung erforderlich:
4,7 Mt/a Reduktion
1,5-fache Reduktion p.a.
Seite 2 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Endenergieverbrauch: Wofür?
Anteile am Endenergieverbrauch der Haushalte 2021
90 % Wärme
(Raumwärme +
Warmwasser +
Prozesswärme)
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen u. RWI -Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung.
Seite 3 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Endenergieverbrauch Wärme: womit?
Marktanalyse Heizungen 2022
980.000 Wärmeerzeuger (+5 % zu 2021)
(110.000 Neuanlagen | 870.000 Bestandssanierungen)
598.500 Gasheizungen (-8 %)
236.000 Wärmepumpen (+53 %)
89.000 Biomasse (+17 %)
56.500 Ölheizungen (+25 %)
zusätzlich:
91.000 Solarwärmeanlagen (+12 %)
Quelle: BDH 2023: Marktentwicklung Wärmemarkt 2022
Quelle: BDEW 2023 Energate vom 13.02.2023
Seite 4 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Endenergieverbrauch Wärme: womit?
Fossile Energieträger für Wärme:
• 50% Erdgas
• 25 % Öl
• 2/3 der Fernwärme ~ 10 %
• Anteile bei Strom & Sonstigen
In Summe mehr als 85 %
Komplett ersetzen durch Erneuerbare?!
Seite 5 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Netto-Stromerzeugung in Deutschland 2022 Quelle: Energy-Charts.info - letztes Update: 28.02.2023, 22:54 MEZ Seite 6 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Zubau erneuerbarer Energien unabdingbar! Installierte Leistung fluktuierender Erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung, Szenario Referenz Quelle: Fraunhofer ISE Studie 2021: Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem Seite 7 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Phase-out nicht-erneuerbarer Energien Installierte Leistung konventioneller Kraftwerke zur Stromerzeugung, Szenario Referenz Quelle: Fraunhofer ISE Studie 2021: Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem Seite 8 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Wasserstoff und Co Installierte Leistung von PtX-Technologien, Szenario Referenz Quelle: Fraunhofer ISE Studie 2021: Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem Seite 9 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Endenergieverbrauch Wärme im Wohngebäudebestand
Bestandsgebäude (Altbau) bis 2001 sind für 96 % des Endenergieverbrauchs verantwortlich
Wohngebäude der Nachkriegszeit bis 1976 verbrauchen 50 % der Endenergie im Wohnsektor
Endenergieverbrauch Raumwärme (bereinigt) und TWW 2020
3% 1%
7%
25%
7%
7% bis 1945 (Vorkriegsbau)
1946-1976 (Nachkriegsbau)
636 TWh 1977-1983 (1.WSchVO)
1984-1994 (2.WSchVO)
1995-2001 (3.WSchVO)
2002-2007 (EnEV 2002)
2007-bis heute (EnEV 2007)
50%
Quelle: Metzger, S. et. al.: Wohnen und Sanieren Empirische Wohngebäudedaten seit 2002; Hrsg. Umweltbundesamt Dessau 2019
Eigene Berechnungen
Seite 10 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenWärmewende im Gebäudesektor durch Neubau? Wohnungsbestand (2021): 43,1 Millionen Jährliche Wohnungsfertigstellungen (2021): 293 Tausend Hypothetischer Ersatz des Gebäudebestandes durch Neubauten: Etwa alle 150 Jahre Ein realistisches Szenario? Seite 11 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Rebound-Effekt – Wohnen und Energieverbrauch
Veränderung nur mit jeden einzelnen Menschen
Suffizienzgedanke als Mindset
Hürden Abbauen
Seite 12 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenNotwendigkeit zur Senkung des Wärmebedarfs
Senkung des Wärmebedarfs entlastet die Energienetze
(insbesondere das Stromnetz, wenn zunehmend Wärmepumpen zum Einsatz kommen)
Energiepreisexplosion verschiebt den Fokus auf Betriebskosten
Senkung des Bedarfs senkt die Betriebskosten
(bei Einsatz beliebiger Energieträger)
Altbauten sollten fit gemacht werden für den Einsatz von Niedertemperatursystemen
(insbesondere Wärmepumpen)
Senkung der Vorlauftemperaturen
Wie senkt man Bedarf?
a) Weniger Heizen: Niedrigere Raumtemperaturen, weniger Räume heizen, …
b) Weniger Verluste: besserer Wärmeschutz der Gebäudehülle (Fenster, Wände, Decke, …)
Seite 13 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenEinfluss des Nutzerverhaltens auf den Energieverbrauch von Gebäuden
bis zu 80 % Einflussmöglichkeit
im Winter
bis zu 230 % Einflussmöglichkeit
im Sommer
Anwesenheit
ausschlaggebend für Interaktion
80 % Einsparpotenzial
durch gezieltes Lüften & Verschatten im Sommer
40 % Einsparpotenzial
durch verkürztes Lüften im Winter
Datenquelle: Fraunhofer IBP, Baals (2018), Einfluss der Nutzerverhaltenstypologie auf den Energiebedarf
Seite 14 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenSenkung des Wärmebedarfs – Absenkung Temperaturniveaus
Beispiel: Siedlungshaus 1950 EFH
75
Durchführung verschiedener unsaniert
Dämmmaßnahmen und deren 1,0
Fenstertausch 70
Auswirkung auf die Heizlast und 2.fach WSV
HT,saniert / HT, unsaniert ( - )
Vorlauftemperatur (°C)
notwendige Vorlauftemperatur ohne 0,8 Fenstertausch 65
Austausch der Heizflächen. + Dach | ob. Decke
60
Fenstertausch
Üblicherweise wurden Heizflächen in der 0,6
+ gesamte Hülle
55
Vergangenheit bis zu einem Faktor von
1,7 überdimensioniert. 0,4 50
Fenstertausch + Dach | ob. Decke Dämmniveau 45
0,2 KfW 55
Minderung Transmissionswärme- 40
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
verluste um 20 %
FH,N,saniert / FH,N,unsaniert ( - ) FH,N,saniert / FH,N,unsaniert ( - )
84 % Heizleistungsbedarf im Vergleich Fraunhofer IBP Fraunhofer IBP
Quotient Transmissionswärmeverlust Heizflächen im unsanierten Zustand
zu unsaniertem Zustand Kurvenfit keine Überdimensionierung
10 % überdimensioniert 30 % überdimensioniert
50 % überdimensioniert 70 % überdimensioniert
Senkung Vorlauftemperatur 54 °C
Quelle: Eigene Berechnung
bei 1,7-facher Überdimensionierung
der Heizflächen
Seite 15 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenReferenz: Energieeffizienz unterschiedlicher Haustechnik-Konzepte
Vergleichsmessung von sechs neu errichteten
identischen Wohngebäuden:
1 Referenzhaus
5 Häuser mit unterschiedlichen Heizungs- und
© GEWOFAG
Lüftungskomponenten sowie Dämmstandards
Forschungsziel: Generierung von energieeffizienten
Differenz Heizenergieverbrauch gegenüber Referenzhaus 1D [%]
Gebäudekonzepten mit geringen Wartungs- /
-5,6
Instandhaltungskosten Haus 2C
Versuchshaus
Haus 3B -13,6
Können einfach umzusetzende Maßnahmen den Heiz-
-8,9
energieverbrauch reduzieren? Haus 4H
-17,3
Sind die Systeme kosteneffizient und werden diese von Haus 5G
-14,0
den Bewohnern angenommen? Haus 6F
-40 -30 -20 -10 0 10
Seite 16 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenSeite 17 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
https://de.statista.com/statistik/daten/studie/209449/umfrage/altersstruktur-von-oel-und-gasheizungen-in-deutschland/ https://de.statista.com/infografik/27325/anschaffungskosten-verschiedener-heizsysteme/ Seite 18 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Vorschlag für eine neue F-Gas-Verordnung
»Phase-down« synthetischer Kältemittel
(perflourierte Alkylsubstanzen PFAS)
natürliche Kältemittel (z.B. Propangas)
(Förderbonus von 5 %-Punkten bei BEG-EM)
Quelle: Energate vom 13.02.2023
Fraunhofer ISE:
Auf EU-Ebene sind F-Gase derzeit für 2,5 % der gesamten
Effizienzrekord: mit nur 124 Gramm Propan wurde eine
Treibhausgasemissionen verantwortlich. Der Vorschlag zur
Heizleistung von 12,8 Kilowatt erreicht. Daraus ergibt sich eine
Verschärfung der F-Gas-Verordnung wird bis 2030 zu Einsparungen in
spezifische Kältemittelfüllmenge von ca.10g/kW.
Höhe von 40 Millionen Tonnen Kohlendioxid (CO2) führen, die über
die erwartete Verringerung im Rahmen der derzeitigen
Rechtsvorschriften hinausgehen und bis 2050 zusätzliche Quelle: Fraunhofer ISE 10.10.2022: Presseinformation #19
Einsparungen in Höhe von 310 Millionen Tonnen CO2 ermöglichen.
Seite 19 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenHemmnisse bei der Umsetzung konventioneller Sanierung
++ sehr wichtig; + wichtig Selbstnutzung Vermietung
Finanzielle Hemmnisse
Amortisationsdauer / Renditeerwartung + ++
Fehlendes Eigenkapital ++ +
Sanierungskosten (Umlage) gefährdet Vermietbarkeit ++ Finanzielle Hemmnisse sind die wichtigsten
Investor-Nutzer-Dilemma ++
Informationsdefizite bzw. -asymmetrien Derzeitige Lage verschärft die Situation
Mangelnde Kenntnis energetischer Zustand + +
Mangelnde ökonomische Kompetenz + Unterbrechung Logistikketten Materialmangel
Mangelnde Kenntnisse über Fördermöglichkeiten /
Ansprechpartner
+ + Kapazitätsengpässe in der Industrie
Informationsüberflutung + +
Einstellungen, Ängste, Präferenzen
Kapazitätsengpässe im Handwerk
Verhältnis aus empfundenem Aufwand u. Ertrag
rechtfertige Maßnahme nicht
+ + Baukostensteigerungen
Präferenz für "sichtbare" Maßnahmen + +
Vorbehalte gg. neue Technik + +
Hohe Inflation erhöht Investkosten
Fehlendes Feedback / Erfolgskontrolle zu Maßnahmen + + Leitzinserhöhung bremst Finanzierbarkeit
Rechtliche und administrative Hemmnisse
Heterogene Eigentümerstrukturen + +
Hoher administrativer Aufwand bzgl. Information,
+ +
Entscheidungsfindung und Finanzierung
Technische / bauliche Hemmnisse
+ Energiepreisexplosion erhöht Handlungsdruck!
Denkmalschutz + +
Verfügbarkeit von Effizienztechnik + +
Erfordernis der individuellen Einstellung von Anlagen + +
Quelle: Thamling, N., Pehnt, M., Kirchner, J.: Energieeffizienzstrategie Gebäude; Prognos, Berlin 2015
Seite 20 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenHemmnisse der Umsetzung
Ohne Information keine Steuerung
WOHNGEBÄUDE:
Baujahre 1949-79 haben höchsten Energieverbrauch
Über 50% der Gebäude sind älter als 40 Jahre
320 8
280 7
Zu einem Großteil der Gebäude existieren
240 6
keine validen Daten
200 5
Quelle: Wohnen und Bauen in Zahlen (BMVI), Grafik: BMWK
160 4
Besser Informationslage zur Energieeffizienz 120 3
erst ab der ersten Energieeinsparverordnung
80 2
40 1
0 0
Informationslage zu Materialität insgesamt sehr schlecht bis 1919 1919-1948 1949-1978 1979-1995 1996-2002 2003-2009 2010-2011
Energieverbrauch Anzahl Wohngebäude
Seite 21 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenRegulatorische Rahmen
—
Titelbild: © Shutterstock
Seite 22 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenEU-Taxonomie
Aktuelles Update stärkt Bedeutung der Ökobilanzierung
Nach den technischen Kriterien (ANNEX I) zur EU-
Taxonomie vom 21.04.2021 zahlt es positiv auf das
Umweltziel Klimawandel ein, wenn bei Gebäuden größer
als 5000 qm eine Ökobilanzierung durchgeführt wird: …
ANNEX I
Technical screening criteria for determining the conditions under which an economic
activity qualifies as contributing substantially to climate change mitigation and for
determining whether that economic activity causes no significant harm to any of the
other environmental objectives
Quelle: https://ec.europa.eu/finance/docs/level-2-measures/taxonomy-regulation-delegated-act-2021-2800-annex-1_en.pdf
Seite 23 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenUmsetzung für Bestandsgebäude
Prozess zur energetischen Taxonomierung
Erfassung
Datenerfassung
Wohngebäude und Nichtwohngebäude
Prüfung
Vollständigkeitsprüfung Bedarfswerte
Vollständigkeitsprüfung Verbrauchswert
DIN EN ISO 52000-1:2018-03
Klassifizierung
Klassifizieren der Gebäude Energieausweis gemäß GEG
»Do not harm«-Kriterien
Seite 24 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenLevel(s) Framework relevante Indikatoren: 1.1 (Primärenergie) und 1.2 (Treibhauspotential) Seite 25 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Relevante Software-Lösungen
Energetische Bewertung Ganzheitliche Bilanzierung
IBP18599kernel
Generis®
Rechenkern für Verfahren nach DIN V 18599
Gebäudeökobilanz-Erstellung
von führenden Softwareherstellern als Gleichungslöser verwendet
Katalog mit Standardkonstruktionen und vorkalkulierten
Betriebsparametern
Eigenes Oberflächen-Framework IBP:18599
Individuelle Konstruktionen auch auf Basis Ökobau.dat oder
Offenlegung des Quellcodes, Validierte Berechnungsergebnisse
ESUCO
Gelistet über Institut für angewandte Informatik im Bauwesen
EPD Upload möglich
(IAIB) e.V.
Ausgabe für Zertifizierungen, z.B. DGNB, BREEAM, BNB
Seite 26 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenEuropean Green Deal und Folgemaßnahmen
European Green Deal (11.12.2019) EU-Taxonomie VO (18.06.2020)
• Renovation Wave Strategy (14.10.2020) • Bestimmung der ökologischen
• New European Bauhaus Initiative Nachhaltigkeit einer Investition
(18.01.2021) „Fit for 55“-Paket (17.4.2021/15.12.2021)
• Erneuerbare Energien RL
EU-Klimagesetz (30.6.2021)
• Energieeffizienz RL
• Bis 2030: 55% THG-Minderung
• Gebäudeeffizienz RL
• Bis 2050: Klimaneutralität
• EU-Emissionshandel RL (EHS)
• …
„REPowerEU“-Plan (18.05.2022)
• 60% EE in 2030 für Gebäude
• Solardachinitiative: „solar ready“ 2030
• Wärmepumpenausbau: 10 Mio. in 5a
• Anpassung Mindestenergiestandards
• …
Seite 27 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenEuropean Performance of Buildings Directive – aktuelle Vorlage für Novelle wesentliche Instrumente Rahmen für eine Methodik zur Berechnung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden, Gebäudeeinheiten, Gebäudeelementen und gebäudetechnischen Systemen Ökobilanz zur Berechnung des Treibhauspotentials Energieausweise Renovierungspässe nationale Pläne zur Renovierung von Gebäuden nachhaltige Mobilitätsinfrastruktur in und an Gebäuden, intelligente Gebäude Smart Readiness Indicator regelmäßige Inspektion der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen unabhängige Kontrollsysteme für Energieausweise, Renovierungspässe, Smart Readiness Indicators und Inspektionsberichte nationale Datenbank für die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Seite 28 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Der neue EPBD-Vorschlag: Verschärfter Neubaustandard Quelle: Pause, Scheuing, Wimmer: Das Fit for55-Paket: Updates und Dekarbonisierung von Gebäuden. Online-Webinar, 22.02.2022. Seite 29 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Der neue EPBD-Vorschlag: Mindeststandards für den Bestand Quelle: Pause, Scheuing, Wimmer: Das Fit for55-Paket: Updates und Dekarbonisierung von Gebäuden. Online-Webinar, 22.02.2022. Seite 30 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Der neue EPBD-Vorschlag: Neustrukturierung der Energieausweise Quelle: Pause, Scheuing, Wimmer: Das Fit for55-Paket: Updates und Dekarbonisierung von Gebäuden. Online-Webinar, 22.02.2022. Seite 31 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG)
KfW Bankengruppe
Sanierung von bestehenden Immobilien zum
Effizienzgebäude
Baubegleitung Nichtwohngebäude
Quelle: https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Bundesförderung-
für-effiziente-Gebäude/
Seite 32 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenZuschüsse für einzelne energetische Maßnahmen Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Seite 33 07.03.2023 © Fraunhofer IBP Offen
Herausforderung: Marktkapazitäten bei Wärmepumpen-Ausbauziel 2030
Initiative zur Reduktion von Umrüstzeiten
Ausbauziel Wärmepumpen
Umrüstung Kessel auf Gas-Brennwert: knapp 7 Tage
Umrüstung Kessel auf Wärmepumpe: ca. 16-18 Tage
Fachkräfte Anzahl Betriebe (Destatis)
Um dies mit den verfügbaren Fachkräften zu schaffen
Reduktion der Umrüstzeiten erforderlich!
Positive Annahme: bleibt konstant...
Realistische Annahme: künftig weniger Fachkräfte verfügbar
Seite 34 07.03.2023 © Fraunhofer IBP OffenVielen Dank! — Prof. Dr. Gunnar Grün Stv. Institutsleiter Tel. +49 8024 643-228 gunnar.gruen@ibp.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP Fraunhofer Str. 10 83626 Valley www.ibp.fraunhofer.de
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