Ersatz von Elektroheizungen Zertifikatsarbeit CAS Energieeffizienz 2009 Markus Furlani, Willi Rubli, Bruno Vogt,

Transkript

1 Ersatz von Elektroheizungen Zertifikatsarbeit CAS Energieeffizienz 2009 Markus Furlani, Willi Rubli, Bruno Vogt, CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

2 CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

3 Zu dieser Zertifikatsarbeit Der vorliegende Bericht wurde von den Studierenden des CAS Energieeffizienz 2009 im Rahmen einer Zertifikatsarbeit erarbeitet. Es muss an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Arbeit nicht im Rahmen eines Auftragsverhältnisses erstellt wurde. Weder die Autoren noch die Fachhochschule Nordwestschweiz können deshalb für Aktivitäten auf der Basis dieser Studierendenarbeit planerische Haftung übernehmen. Autoren Furlani Markus Dipl. Architekt FH mml architekten gmbh, Zürich Rubli Willi Masch.-Ing. HTL F. Hoffmann-La Roche AG, Basel Vogt Bruno Elektroingenieur HTL, Energieingenieur NDS HTL EBL, Mühlemattstrasse 6, 4410 Liestal CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

4 Zusammenfassung Die Arbeit untersucht die elektrischen Widerstandsheizungen und die Ablösung derselben in der Schweiz. Die unterschiedlichen Bauformen und deren Bestand im Gebäudepark werden thematisiert und der daraus resultierende Stromverbrauch aufgezeigt. Immerhin werden etwa 5% des gesamten schweizerischen Elektrizitätsverbrauches in festinstallierten Elektroheizungen verbraucht, davon benötigen die dezentralen Elektroheizungen etwa einen Fünftel, also etwa 1 % des Elektroverbrauchs in der Schweiz. Mit Fokus auf dezentrale Elektroheizungen wird ein typisches Beispielobjekt gesucht. Anhand eines Gebäudes aus den Elektroheizungs-Boomjahren (Baujahr 1978) mit Mischheizspeichern und Direktheizungen werden 19 verschiedene Heizungssanierungsvarianten mit dem Ist-Zustand des Gebäudes und drei unterschiedlichen Gebäudesanierungspaketen kombiniert. Diese Sanierungspakete entsprechen dem Grundsatz, zuerst den Verbrauch zu minimieren und werden so definiert, dass die einzelnen Massnahmen eine möglichst grosse Wirkung haben. So wird z.b. nicht an Dämmdicke gespart. Resultierend kann der Heizenergiebedarf in drei Stufen von 453 MJ/(m²a) um über 85% auf 75 MJ/(m²a) gesenkt werden, was etwa dem Niveau des Minergie-P-Standard entspricht. Auf der Heizungsseite kommen sowohl Heizsysteme mit wassergeführten Wärmeverteilsystemen, als auch verschiedene dezentrale Geräte zum Zug. Nebst der Wechselwirkung Gebäude Heiztechnik wird auch der Einfluss der Speisung der elektrisch betriebenen Heizungen mit Solarstrom aus eigener Photovoltaikanlage bzw. vom freien Ökostrommarkt untersucht. Für alle Kombinationen werden die nötigen Investitionen bzw. Kapital-, Unterhalts- und Energiekosten abgeschätzt. Durch eine systematische Auslegeordnung mit ökonomischer und ökologischer Einschätzung sowie unter Berücksichtigung von anderen nicht zahlenmässig erfassbaren Einflüssen wird versucht, eine möglichst objektive Bewertung der verschiedenen Varianten vorzunehmen. Es zeigt sich, dass der Einbau eines wasserführenden Wärmeverteilsystems, welches von einem Wärmepumpensystem gespeist wird, finanziell das Interessanteste ist und bei langfristiger Betrachtung sogar tiefere Jahreskosten aufweist, als die bestehende Elektrospeicherheizung. Insgesamt weisen die Zentralheizungsvarianten mit Wärmepumpen und Gasheizung etwa ähnlich tiefe CO 2 -Emissionen auf, aber die Gasheizung ist deutlich teurer. Die Pelletfeuerung kostet in etwa gleich viel, wie die Gasheizung, ist aber deutlich besser in der Ökologie. Mindestens gleich gut beim CO 2 -Ausstoss aber mit etwas tieferen Jahreskosten schneidet die Erdsondenwärmepumpe ab, welche mit Solarstrom gespeist ist. Alle dezentralen Systeme bringen höhere CO 2 -Emissionen bei mittleren Kosten, oder haben wie die solargespeisten Elektroheizungen kleine CO 2 -Emissionen, sind aber dann sehr teuer. Die zusätzliche Umsetzung von Gebäudesanierungen gemäss Paket 1 sind bei den dezentralen Heizsystemen rentabel, bei solargespeister Elektroheizung auch Paket 2. Hingegen bringen bauliche Massnahmen in Kombination mit Zentralheizungen höhere Jahreskosten. Es besteht hier also ein Konkurrenzverhältnis zwischen den baulichen und den heiztechnischen Massnahmen. Hingegen bewirken beide eine Verringerung des Risikos für Kostensteigerungen aufgrund Energiepreiserhöhungen. Um den Ersatz von dezentralen Elektroheizungen in Schwung zu bringen, ist aus obigen Überlegungen, der Einbau von wassergeführten Zentralheizungen mit Fördermitteln nzu unterstützen. Damit würde erreicht, dass der Wechsel auf eine zentrale Wärmeerzeugung erfolgt, und die Elektroheizung definitiv demontiert wird. Denn solange diese im Gebäude vorhanden ist, besteht immer die Gefahr, dass sie erstens weiterbetrieben und zweitens bei Defekten schleichend erneuert wird und deshalb für Jahrzehnte in Betrieb bleibt. Dies gilt es zu verhindern. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

5 Inhaltsverzeichnis ZUSAMMENFASSUNG...4 INHALTSVERZEICHNIS...5 EINLEITUNG, AUFGABENSTELLUNG, VORGEHENSWEISE...6 ENERGIEVERBRAUCH ELEKTRISCHER WIDERSTANDSHEIZUNGEN...7 VERTEILUNG ELEKTRISCHER WIDERSTANDSHEIZUNGEN IM GEBÄUDEBESTAND...8 ÜBERSICHT DER ELEKTRISCHEN HEIZSYSTEME...10 Direktheizungen...10 Speicherheizungen...11 RAHMENBEDINGUNGEN UND UMFELD...12 Gesetzliche Rahmenbedingungen...12 Elektroheizung - Lobby...13 Fördermittel...13 Umfrage bei Besitzern von Elektroheizungen...14 BEISPIELOBJEKT: IST - ANALYSE...15 Gebäudehülle...15 Haustechnik...16 Nutzerverhalten...16 Energieverbrauch...17 Berechnung des Heizwärmebedarfs nach SIA 380/ ÜBERSICHT DER SANIERUNGSMÖGLICHKEITEN...20 DETAILBETRACHTUNG MASSNAHMEN GEBÄUDEHÜLLE...21 Beschreibung der energetischen Verbesserungsmassnahmen...21 Auswirkung der Verbesserungsmassnahmen auf Wärmeverluste und Heizwärmebedarf...24 DETAILBETRACHTUNG MASSNAHMEN HEIZTECHNIK...25 Varianten ohne Zentralheizung...25 Varianten mit wasserführendem Wärmeverteilsystem...28 BEURTEILUNG DER MASSNAHMENPAKETE...29 Abschätzung der Investitionskosten...29 Übersicht der Kostenkomponenten...31 Vergleich Jahreskosten...32 Vergleich Ökologie (CO 2 -Emissionen)...33 Weiche Fakten...34 Diskussion der Ergebnisse...35 Anreizsysteme zum Ersatz von Elektroheizungen...37 SCHLUSSBETRACHTUNG...38 Empfehlung an den Eigenheimbesitzer...38 Erkenntnisse aus unserer Arbeit...38 Schlussgedanken...38 LITERATUR / UNTERLAGEN / DATENQUELLEN...39 Verwendete Literatur...39 Informationen und Unterlagen zum Beispielobjekt...39 ANHANG...40 CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

6 Einleitung, Aufgabenstellung, Vorgehensweise Einleitung Aus der Erkenntnis, dass unser Planet durch den masslosen Energieverbrauch des letzten Jahrhunderts an den Rand einer Klimakatastrophe gerückt ist, werden seit einigen Jahren vermehrt Anstrengungen gemacht auf der Suche nach einer nachhaltigen Energiepolitik. Dabei geht es um zwei Kernziele, die zu erreichen sind: Erstens die drastische Reduktion des weltweiten Energieverbrauchs und zweitens die Verlagerung von einem fossilen zu einem nicht-fossilen Energiesystem. Elektrische Widerstandsheizungen sind nur oberflächlich betrachtet ein sauberes Heizsystem. Dabei ist vor allem die Herstellung des benutzten Stromes ein entscheidendes Kriterium. Woher kommt der elektrische Strom, wenn der Stromverbrauch jährlich ansteigt und noch keine Umkehrung dieser Entwicklung absehbar ist? In der Schweiz sind nach wie vor über Wohnungen mit elektrischen Widerstandsheizungen beheizt. Die starke Verbreitung rührt unter anderem daher, dass zu Zeiten ausgeprägter Nachttäler bei der gesamten Elektrizitätsnachfrage diese durch Nachtstromspeicherheizungen aufgefüllt werden sollten. Insbesondere in den 80er Jahren ist dadurch der Elektrizitätsverbrauch für fest installierte elektrische Heizsysteme stark angestiegen. Diese könnten durch effizientere Heizsysteme ersetzt werden. Verschiedene Hindernisse bremsen jedoch die Umsetzung dieses Vorhabens. Erstens müsste jeweils die Gebäudehülle wärmetechnisch saniert werden und zweitens fehlt bei einer dezentralen Heizung das Wärmeverteilsystem. Eine Sanierung ist deshalb mehrheitlich mit grossen finanziellen Aufwendungen verbunden. Aufgabenstellung Im Rahmen der Zertifikatsarbeit sollen an einem Fallbeispiel (EFH mit dezentraler Elektroheizung) mögliche Sanierungsmassnahmen studiert werden. Die Erkenntnisse aus einer Auslegordnung von verschiedenen Massnahmen an der Gebäudehülle und der Haustechnik sollen auf spezifische Fragestellungen Antworten geben. Die Arbeit soll anhand einer Systembetrachtung die Wechselwirkungen von Gebäudehülle und Haustechnik untersuchen. Dabei sollen die Möglichkeiten und Grenzen der Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit ausgelotet werden. Sodann sollen auch Instrumente zur Förderung des Ersatzes von Elektroheizungen diskutiert werden. Vorgehensweise In einem ersten Schritt wollen wir uns einen Überblick über die Menge und Art der installierten Systeme verschaffen. Die Auswertung der Statistiken sollen uns bei der Auswahl des Beispielobjektes Wegweiser sein. Nach einem Besichtigungstermin und Gespräch mit den Besitzern verschaffen wir uns einen Überblick des Ist-Zustandes des Gebäudes. Die Aufarbeitung der Verbrauchsdaten sowie rechnerische Nachweise werden dabei zu Hilfe gezogen. Es werden verschiedene Sanierungsmassnahmen definiert und eine Vorauswahl möglicher Heizsysteme getroffen. Mittels den Sanierungsmassnahmen an der Gebäudehülle soll der Heizenergiebedarf des Systems Gebäude durch geeignete Massnahmen gesenkt werden. Dies gemäss der Grundregel für Energie- Effizienzmassnahmen, dass zuerst der Bedarf hinterfragt und allenfalls gesenkt werden sollte, bevor dieser aktiv oder passiv gedeckt wird. In einem nächsten Schritt werden verschiedene Heizsystemvarianten auf der Grundlage des errechneten Heizwärmebedarfs auf ihre Machbarkeit überprüft. Die Heiztechnikerneuerung soll dann unter Einbezug der Massnahmen an der Gebäudehülle auf ihre Effizienz, Wirtschaftlichkeit und ökologische Relevanz (CO 2 -Ausstoss) untersucht werden. In einer breiten Diskussion sollen die Erkenntnisse vertieft und angemessen dargestellt werden. Die Arbeit wird als Gruppenarbeit in einem Dreierteam durchgeführt. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

7 Energieverbrauch elektrischer Widerstandsheizungen Im Jahr 2006 betrug der Endenergieverbrauch der Schweiz 888'660 TJ (2007: 865'420 TJ) wovon der Energieträger Elektrizität mit 208'020 TJ (2007: 206'760 TJ) einen signifikanten Anteil einnimmt. Von der in der Schweiz im Jahr 2006 verbrauchten Elektrizität wurden 63'730 TJ (2007: 62'900 TJ) im Sektor Haushalt eingesetzt. Die Verteilung des Elektrizitätsverbrauchs der Haushalte für das Jahr 2006, wurde im Kurzbericht Elektrizitätsverbrauch der Ohm schen Widerstandsheizungen in den privaten Haushalten, wie in folgender Grafik dargestellt, ermittelt. 15% 59% 12% 4% 3% Heizen (ohne WP) Warmwasser (ohne WP) WP inkl. Warmwasser Öfelis Hilfsenergie Heizungen restliche Anwendungen 7% Elektrizitätsverbrauch der Haushalte Verteilung des Elektrizitätsverbrauchs 2006 der Haushalte Die elektrischen Widerstandsheizungen zur Erzeugung von Heizenergie (ohne Wärmepumpen und steckbaren Heizöfeli ) haben im Jahr 2006 rund TJ Elektrizität verbraucht, was einem Anteil von 5% des gesamten Elektrizitätsverbrauchs entspricht. Weitere 5% des gesamten Elektrizitätsverbrauchs werden durch die elektrische Warmwassererzeugung (ohne WP) und die Wärmeerzeuger mittels Heizöfelis verbraucht. Diese beiden Verbrauchergruppen sind nicht Bestandteil der vorliegenden Zertifikatsarbeit. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

8 Verteilung elektrischer Widerstandsheizungen im Gebäudebestand Im Folgenden wird die Verteilung der elektrischen Widerstandsheizungen im aktuellen Gebäudebestand detaillierter untersucht. Als Basis dienen hierzu die im Jahr 2000 im Rahmen der Volks- und Gebäudezählung erfassten Daten bezüglich Gebäudetypen, Altersklassen, Art der Energieversorgung und Art der Wohnungsnutzungen, welche uns durch die Firma Prognos AG zur Verfügung gestellt worden sind sowie der Kurzbericht Elektrizitätsverbrauch der Ohm schen Widerstandsheizungen in den privaten Haushalten. Von der ausschliesslich über elektrische Widerstandsheizungen beheizten Wohnfläche, sind mehr als drei Viertel den Ein- und Zweifamilienhäuser zuzuordnen. Ein Viertel (25.7%) der elektrischen Widerstandsheizungen ist in den Gebäuden der Gebäudealtersklasse zu finden. Eher überraschend ist mit 20.8% der hohe Anteil an Gebäuden der Baualtersklasse bis Dies ist aber mit der einfachen Ersatzinstallation von dezentralen Heizöfen zu elektrischen Widerstandsheizsystemen durchaus nachvollziehbar. In der Gebäudealtersklasse sind weitere 17.3% der elektrischen Widerstandsheizungen in Betrieb (Stand 2000). 50'000 45'000 40'000 Anzahl Gebäude 35'000 30'000 25'000 20'000 15'000 10'000 5'000 Ein- und Zweifamilienhäuser Mehrfamilienhäuser Sonstige Gebäude 0 vor bis bis bis bis bis bis bis2000 Baujahr Verteilung der elektrische Widerstandsheizungen Im Bestand nach Gebäudealtersklassen In Bezug auf den Ersatz der bestehenden elektrischen Widerstandsheizungen ist es von Bedeutung, ob es sich beim bestehenden System um ein Einzelofensystem oder um ein Zentralsystem mit einer bestehenden Heizwasserverteilung handelt. Im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser sind die elektrischen Widerstandsheizungen zu 70%, bei den Mehrfamilienhäusern zu rund 77% als zentrale Heizsysteme mit Heizwasserverteilung ausgeführt. Bezogen auf den Elektrizitätsverbrauch der elektrischen Widerstandsheizungen liegt der Anteil der bei dieser Arbeit im Fokus stehenden Einzelofensysteme aller Gebäude bei 20.6% (Stand 2000). In den beiden folgenden Grafiken werden die Ein- und Zweifamilienhäuser sowie die Mehrfamilienhäuser bezüglich zentralem- /dezentralem Heizsystem weiter detailliert dargestellt. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

9 40'000 40'000 35'000 dezentrale Elektroheizungen zentrale Elektroheizungen 35'000 dezentrale Elektroheizungen zentrale Elektroheizungen 30'000 30'000 Anzahl Gebäude 25'000 20'000 15'000 Anzahl Gebäude 25'000 20'000 15'000 10'000 10'000 5'000 5'000 0 vor bis bis bis bis bis bis bis vor bis bis bis bis bis bis bis2000 Baujahr Baujahr Ein- und Zweifamilienhäusern Verteilung dezentralen und zentralen Heizsystemen Mehrfamilienhäusern Verteilung dezentralen und zentralen Heizsystemen Für eine erste Einschätzung der Gebäudequalität werden in der folgenden Grafik die elektrischen Widerstandsheizungen in Bezug auf die der Gebäudealterskategorie zugehörigen Energiekennzahl dargestellt. Es gilt zu beachten, dass die Energiekennzahlen für Raumwärme einen schweizerischen Durchschnitt je Gebäudealtersklasse über sämtliche Energieträger darstellen. Abweichungen sind sowohl in Bezug auf die kantonale Verteilung wie auch innerhalb der Gebäudealtersklassen zu erwarten. Die Qualität der Gebäude der Gebäudealtersklasse 1981 bis 1990 mit dem mengenmässig grössten Anteil der elektrischen Widerstandsheizungen ist im Vergleich zu den älteren Gebäudealterskategorien bereits stark verbessert. Über 70% der elektrischen Widerstandsheizungen sind jedoch in Gebäuden mit einer Energiekennzahl von über 130 kwh/m 2 Energiebezugsfläche in Betrieb. Energiekennzahl Raumwärme [kwh/m 2 EBF] vor ' ' ' ' '000 Anzahl elektrische Widerstandsheizungen Energiekennzahlen und Verteilung der elektrischen Widerstandsheizungen nach Gebäudealtersklassen CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

10 Übersicht der elektrischen Heizsysteme In der Praxis wird heute zwischen zwei Arten von elektrischen Heizungen differenziert: Die elektrische Widerstandsheizung und die Wärmepumpenheizung. Das physikalische Grundprinzip der Widerstandsheizung ist für alle Typen dieser Kategorie das gleiche. Elektrischer Strom wird durch einen elektrischen Leiter mit einem ohmschen Widerstand geleitet, wodurch die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Wärmepumpen hingegen erzeugen keine Wärme, sondern machen Umweltwärme durch die Erhöhung derer Temperatur nutzbar. Die Temperaturerhöhung wird mit einem Verdichter bewerkstelligt, welcher oftmals mit elektrischem Strom angetrieben wird. Wärmepumpen sind dabei wesentlich effizienter als elektrische Widerstandsheizungen. Wärmepumpenheizungen sind nicht Bestandteil dieser Arbeit. Die elektrischen Widerstandsheizungen lassen sich in die zwei wesentliche Heiztechniken Direktheizungen und Speicherheizungen unterteilen. Weiter können beide Heiztechniken nach Einzelraumheizungen und Zentralheizungen unterteilt werden, sowie nach der Art der Wärmeabgabe, welche das Behaglichkeitsempfinden des Nutzers beeinflusst. Einzelraumheizung Direktheizung Konvektoren mit zum Teil hohem Strahlungsanteil (Wärmeabgabe primär über Konvektion) Direktheizungs-Strahlungsgeräte (Infrarot), auch mit Bilder- oder Spiegel-Frontplatte (Wärmeabgabe über Strahlung) Heizlüfter Speicherheizung Statischer Speicher (ohne Ventilator, Wärmeabgabe über Strahlung) Dynamischer Speicher (mit Ventilator, Wärmeabgabe über Konvektion) Fussboden-Elektrospeicherheizung (Heizdrähte im Unterlagsboden ein- bzw. aufgebaut) Mischheizspeicher als Kombination von Speicher und Direktheizung (Wärmeabgabe über Strahlung und Konvektion) Heizöfeli (Wärmeabgabe über Strahlung und Konvektion) Zentralheizung Lufterhitzer Wasserspeicher Feststoffspeicher (Wärmeabgabe bei allen Zentralheizungen abhängig vom Heizwärmeverteilsystem) Übersicht elektrische Widerstandsheizungen Direktheizungen Bei Direktheizungen steht die Wärmeenergie unmittelbar und damit direkt zur Verfügung, sobald der elektrische Strom durch den Widerstandsdraht geleitet wird. Sie unterscheiden sich allenfalls durch die Form der Wärmeübertragung. Konvektor und Radiator verteilen die Wärme durch Übertrag auf die Raumluft (Konvektion), Strahler hingegen hauptsächlich durch thermische Strahlung (Infrarotstrahlung). Heizlüfter blasen Raumluft durch ein Bündel von Heizdrähten und heizen sie dabei auf. Direktheizungen verbrauchen mehr Energie zu Hochtarifzeiten als Speicherheizungen. Sie haben keine Speicherverluste. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

11 Speicherheizungen Speicherheizungen sind im Gegensatz zu Direktheizungen in der Lage, Wärmeenergie zu speichern. Als Speicher dienen Steine mit hoher Wärmekapazität (z.b. aus Magnesit), welche mit einer guten Wärmedämmung umschlossen sind. Die zwischen den Steinen angeordneten elektrischen Heizdrähte laden den Speicher in der Nacht bis auf maximale Temperaturen von etwa 700 C auf. Am Tag wird entsprechend dem Wärmebedarf die gespeicherte Wärme entnommen. Die Raumluft wird dazu über eingebaute Lüfter durch das Gerät geleitet und stark erhitzt. Meist besteht ein Ungleichgewicht zwischen Aufladung und Bedarfsdeckung. Aufgrund der hohen Speichertemperaturen sind in Elektrospeicherheizgeräten bis zum Jahr 1984 sehr oft asbesthaltige Isolationsmaterialen eingesetzt worden. Der Betrieb solcher Geräte wird bezüglich der Freisetzung von Asbestfasern nicht als gefährlich eingestuft. Müssen Speicherheizgeräte aus Reparaturzwecken aber geöffnet werden, können unter Umständen grössere Asbestfasermengen freigesetzt werden. Fussbodenspeicherheizungen bestehen aus Heizmatten, die in den Fussboden integriert sind. Der Fussboden stellt bei diesen Systemen der Speicher dar. Aufgeladen werden die Wärmespeicher in der Regel nachts und werden deshalb auch als Nachtspeicherheizungen bezeichnet. Viele Elektrizitätswerke bieten für Nachtspeicherheizsysteme Spezialtarife an. Direktheizung - Einzelräume Rohrwandheizkörper (1b), Konvektor (1a) Speicherheizung Einzelräume Feststoff-Wärmespeicher Speicherheizung - Einzelräume Elektrische Fussbodenheizung Als Wärmeträger für die Heizwärmeverteilung bei Zentralheizungen, dient Wasser in Radiatoren oder Luft in Luftheizungen. Der Wärmeträger wird direkt oder über Wärmetauscher im zentralen Speicher aufgeheizt. Als Speichermaterial dient meist Magnesit, das auf mehrere hundert Grad Celsius aufgeheizt wird. Neben dem zentralen Feststoffspeicher gibt es solche mit Speicherwasser. Da diese Speicher nur auf ca. 100 C aufgeheizt werden, wird das Speichervolumen jedoch grösser. Speicherheizung - Zentralheizung Feststoffwärmespeicher CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

12 Rahmenbedingungen und Umfeld Gesetzliche Rahmenbedingungen Die Verteilung der elektrischen Widerstandsheizungen auf die Gebäudealtersklassen zeigt, dass die elektrischen Widerstandsheizungen insbesondere in den 70er und 80er Jahren ihre Blütezeiten hatten. Mit den im Jahr 1992 eingeführten und national geltenden Energienutzungsbeschluss (ENB) und der Energienutzungsverordnung (ENV) wurde dieser Boom durch restriktive Bedingungen an elektrische Heizungen mit mehr als 3 kw Leistung und deren Bewilligungspflicht beendet. Für den Erlass von Vorschriften im Gebäudebereich sind gemäss Bundesverfassung die Kantone zuständig. Mit dem Energiegesetz (EnG), welches am 1. Januar 1999 in Kraft getreten ist, wurde die Zuständigkeit für den Energieverbrauch in Gebäuden an die Kantone übertragen und somit die Bewilligungspflicht für elektrische Widerstandsheizungen auf nationaler Ebene aufgehoben. Die Bewilligungspflicht für elektrische Widerstandsheizungen hatte somit keine nationale gesetzliche Grundlage mehr und musste in den kantonalen Energiegesetzen und Energieverordnungen erst wieder verankert werden. Aufgrund der neu übertragenen Verantwortung für den Energieverbrauch in Gebäuden wurde durch die Konferenz kantonaler Energiedirektoren (EnDK) eine harmonisierte Vorgehensweise zur Behandlung der verschiedenen Themenfelder angestrebt. In Form der Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn) entstand im Jahr 2000 eine Vorlage für die Kantone, welche diese entsprechend ihren Bedürfnissen in den kantonalen Energiegesetzen und Energieverordnungen übernehmen konnten. Die in Modulen aufgebaute MuKEn 2000 beinhaltete mit dem Modul 5 auch ein Element, um die aus der Energienutzungsverordnung bekannten Einschränkungen für elektrische Widerstandsheizungen auf kantonaler Ebene wieder einzuführen. Bestehende, sanierungsbedürftige Elektroheizungen sind vom MuKEn 2000 Modul 5 ausgeschlossen und können weiter ersetzt werden. Das Modul wurde bis Ende 2007 in insgesamt 12 Kantonen (darunter auch BS und BL) in deren Energiegesetzen eingeführt. Im Jahr 2008 wurde durch die EnDK die Verschärfung der MuKEn 2000 verabschiedet. In der neuen MuKEn 2008 werden unter anderem auch die Anforderungen an elektrische Widerstandsheizungen wie folgt verschärft: Die Neuinstallation ortsfester elektrischer Widerstandsheizungen zur Gebäudeheizung ist grundsätzlich nicht zulässig. Der Ersatz von ortsfesten elektrischen Widerstandsheizungen mit Wasserverteilsystem durch eine ortsfeste elektrische Widerstandsheizung ist nicht zulässig. Eine ortsfeste elektrische Widerstandsheizung darf nicht als Zusatzheizung eingesetzt werden Notheizungen sind in begrenztem Umfang zulässig (bei handbeschickten Holzheizungen bis zu einer Leistung von 50% des Leistungsbedarfs oder bei Wärmepumpen für Aussentemperaturen unter der Auslegungstemperatur). Gemäss Information der EnDK sollte die MuKEn 2008 in den meisten Kantonen bis in das Jahr 2010, teilweise 2011, in die kantonalen Energiegesetzgebungen überführt werden. Umweltschutzorganisationen, allen voran Greenpeace werden diesen Prozess insbesondere in Bezug auf die elektrischen Widerstandsheizungen, genau beobachten. Gelingt es, die Vorgaben wie in der MuKEn 2008 verabschiedet und nicht mit Ausnahmeregeln abgeschwächt in die kantonalen Energiegesetze zu überführen, wären die Rahmenbedingungen für eine signifikante Reduktion des Elektrizitätsverbrauchs durch elektrische Widerstandsheizungen gegeben. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

13 Elektroheizung - Lobby Der Ruf nach einem Verbot von elektrischen Widerstandsheizungen seitens Umweltschutzorganisationen bzw. der Verschärfungen der kantonalen Energiegesetzte wie im Rahmen der MuKEn 2008 angestrebt, bringt zwangsläufig auch die Mobilisierung einer entsprechenden Gegnerschaft mit sich. Die aktivste Lobby gegen eine Verbot von elektrischen Widerstandsheizungen hat sich im Verein der Betreiber lokal Emissionsfreier Heizanlagen (VBE) zusammengeschlossen. Es handelt sich dabei insbesondere um Personen, welche heute elektrische Widerstandsheizungen betreiben. Ihre Aktivitäten fokussieren sich auf das Bereitstellen von Pro Elektroheizungs-Argumente für Ihre Mitglieder, dem Verfassen von Leserbriefen in unterschiedlichsten Publikationen und dem Betreiben einer eigenen Internetseite. Die wichtigsten Argumente der Gegner sind im Folgenden ohne Bewertung aufgelistet: Geringer Anteil am Gesamtelektrizitätsverbrauch. Auch ein vollständiges Verbot von elektrischen Widerstandsheizungen könne den Trend des steigenden Elektrizitätsverbrauchs nicht ändern. Keine Abhängigkeit von der Öl- /Gasversorgung Heizsystem ist emissionfrei (keine Verbrennung im Haus) Speichergeräte verbrauchen keinen Strom zu Spitzenlastzeiten Keine Berücksichtigung in den Argumenten der Elektroheizungsverbot -Gegner findet die energetischen Wertigkeit von elektrischem Strom. Auch die Verbände der Schweizerischen Elektrizitätsunternehmen (VSE), der Schweizerischen Elektroinstallationsfirmen (VSEI) und der Fachverband für Elektroapparate (FEA) haben sich kürzlich für eine Neuformulierung der MuKEn 2008 in Bezug auf elektrische Widerstandsheizungen stark gemacht. Dies obwohl die Elektrizitätswerke in den vergangenen Jahren primär Wärmepumpen propagierten. Die obigen Verbände werden bei der kantonalen Umsetzung der MuKEn 2008 bestimmt versuchen, ihren Einfluss geltend zu machen. Fördermittel Der Ersatz von elektrischen Widerstandsheizungen wird in vielen Kantonen mit Fördermitteln unterstützt. Im Rahmen des Stabilisierungsprogramms werden im Jahr 2009 weitere Fördermittel durch den Bund zur Verfügung gestellt. Ebenso werden energetische Sanierungsmassnahmen, welche für den Ersatz einer elektrischen Widerstandsheizung teilweise notwendig sind, wie z.b. die Sanierung der Gebäudehülle, mit Fördermitteln unterstützt. Zum Teil sind die Förderprogramme zeitlich begrenzt und laufen bereits im laufenden Jahr aus. Für einige dieser Programme sind die politischen Diskussionen über Nachfolgeprogramme bereits im Gang. Aufgrund der Vielzahl an kantonal unterschiedlichen Förderprogrammen wird in der folgenden Auflistung der Fokus auf die Fördermöglichkeiten eines Gebäudes im Kanton Baselland gesetzt. Das für diese Arbeit gewählte Beispielsobjekt liegt ebenfalls im Kanton Baselland. Die folgende Auflistung gibt einen Überblick über aktuell verfügbare Fördermittel im Zusammenhang mit dem Ersatz von elektrischen Widerstandsheizungen: Der Bund fördert im Rahmen des Stabilisierungsprogramms den Ersatz von Elektro-Speicherheizungen, sofern das neue System mit einer Wärmepumpe oder einem mit dem Energieträger Holz betriebenen Heizsystem ersetzt wird. Es wird ausschliesslich der Ersatz in ständig bewohnten Gebäuden gefördert. Die Gesuche müssen bis spätestens 30. Juni 2009 eingereicht werden. Das Fördervolumen ist auf maximal 10 Millionen Franken begrenzt. Die neuen Anlagen müssen bis 30. Juni 2010 in Betrieb sein. Die Förderbeträge belaufen sich bei Luft/Wasser WP auf 3'300.-, bei Sole/Wasser oder Wasser/Wasser WP auf 8'000.- und bei Holzheizsystemen auf 7' Wird für den Ersatz eines dezentralen elektrischen Widerstandsheizsystem ein Hydrauliksystem eingerichtet wird dies mit einem Bonus von weiteren 3'000.- unterstützt. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

14 Weiter unterstützt der Bund im Rahmen des Stabilisierungsprogramms die Kantone für verschiedene Energieeffizienzmassnahmen. Für den Ersatz der Elektroheizungen ist diesbezüglich die im Kanton Baselland geförderte Energieanalyse von Interesse. Mit dieser Fördermassnahme werden 80% der Kosten für Energieanalysen von Einfamilienhäusern bis zu einem maximalen Betrag von 1'000.- unterstützt. Die Energieanalyse muss bis zum 30. November 2009 von einem durch den Kanton aufgelisteten Energieberater durchgeführt werden. Im Rahmen des kantonalen Gebäudesanierungsprogramms mit Start im Jahr 2010 wird die Förderung von Energieanalysen mit grosser Wahrscheinlichkeit weitergeführt. Der Kanton Baselland fördert ebenfalls den Ersatz von elektrischen Widerstandsheizungen. Für Wohnbauten mit maximal zwei Wohneinheiten wird der Ersatz von Zentralspeichergeräten durch Luft/Wasser-WP mit , Sole/Wasser-WP mit 2'000.- und bei Ersatz mit einer Holzfeuerung Franken unterstützt. Der Ersatz von dezentralen elektrischen Widerstandsheizungen durch obige Heizsysteme wird mit jeweils Franken höheren Ansätzen gefördert. Wird mit einer energetischen Sanierung der Sanierungsstandard Minergie oder Minergie-P erreicht, fördert der Kanton Baselland die Sanierungsmassnahmen. Für Gebäude mit einer Energiebezugsfläche zwischen 100 und 250 m 2 wird das Erreichen des Minergie - Standards mit pauschal 7'000.-, und das Erreichen des Minergie-P -Sanierungsstandards mit 70.-/m 2 (EBF) unterstützt. Der Energieversorger EBL nimmt beim Ersatz einer Elektroheizung in ihrem Versorgungsgebiet die freiwerdende Hausanschlussleistung zu den heute gültigen Netzkostengebühren zurück. Die erforderliche neue Anschlussleistung wird durch die EBL festgelegt. Die Hausanschluss-Sicherungen werden entsprechend reduziert. Umfrage bei Besitzern von Elektroheizungen Die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E), ein Verein mit dem Ziel die Energieeffizienz in der Schweiz zu fördern, hat unter Nutzern von Elektroheizungen im Jahr 2008 eine Internet-Umfrage gestartet. Die Umfrage soll in erster Linie zeigen, unter welchen Bedingungen Besitzer von Elektroheizungen bereit sind, diese durch ein alternatives Heizsystem auszutauschen. Die Internet- Umfrage ist immer noch aufgeschaltet und die Daten werden weiter erfasst. Eine erste Auswertung von Ende März 2009 wurde uns zur Verfügung gestellt. Die in der Umfrage gemachten Angaben bestätigen mehrheitlich die Verteilung der statistischen Auswertung bezüglich Heizsysteme (Einzelraum vs. Zentralspeicher) und Gebäudetyp (Einfamilienhäuser vs. Mehrfamilienhäuser). Auch die Verteilung des Alters der Elektroheizung ist vergleichbar mit den Gebäudealterskategorien der statistischen Auswertung. Die Nutzer von Gebäuden mit Elektroheizsystem, welche an der Umfrage teilgenommen haben, sind bezüglich dem Komfort der Heizung zufrieden bis sehr zufrieden. Nur gerade 10% der Antwortenden sind unzufrieden bzw. sehr unzufrieden. In Bezug auf Reparaturen mit der Elektroheizung lag die Unzufriedenheitsrate (inkl. sehr unzufriedenen Nutzern) mit 3% noch tiefer. Der Energieverbrauch und die damit zusammenhängenden Energiekosten werden am stärksten mit neutral (40%) bezeichnet. Der Anteil der Zufriedenen (inkl. sehr zufrieden Antworten) ist mit 52% auch hier weitaus höher als der Anteil der Unzufriedenen mit 9%. Nur rund ein Drittel von insgesamt 728 Antwortenden hat die Frage bezüglich Bedingungen zum Wechsel des Heizsystems beantwortet. Dies lässt vermuten, dass viele Nutzer aufgrund der hohen Zufriedenheit mit dem Heizsystem auch bei steigenden Energiepreisen oder steigenden Förderbeiträgen nur sehr schwer für einen Wechsel auf ein anderes Heizsystem zu überzeugen sind. Bei der Hälfte des antwortenden Drittels müsste entweder der Energiepreis um weitere 20% ansteigen oder eine finanzielle Unterstützung von mindestens 10'000 Fr. als Bedingung für einen Wechsel gegeben sein. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

15 Beispielobjekt: Ist - Analyse Die Verteilung der elektrischen Widerstandsheizungen im Gebäudebestand zeigt, dass in Gebäuden der Baualtersklasse 1971 bis 1980 der grösste Anteil an elektrischen Widerstandsheizungen zu finden ist. Auch die in der Aufgabenstellung im Zentrum stehenden dezentralen elektrischen Widerstandsheizungen in Ein- und Zweifamilienhäusern sind in dieser Baualtersklasse stark vertreten. Einzig die Baualtersklassen vor 1945 verfügen über einen noch höheren Anteil an dezentralen elektrischen Widerstandsheizungen. Da einerseits in der Gebäudealtersklasse 1971 bis 1980 insgesamt mehr elektrische Widerstandsheizungen installiert sind und andererseits mit weniger Hemmnissen für Sanierungsmassnahmen im Bereich der Gebäudehülle (z.b. Aspekte des Denkmalschutzes) zu erwarten sind, wird ein Beispielobjekt in der Gebäudealtersklasse 1971 bis 1980 für die weitere Bearbeitung der Fragestellungen gesucht. Dank Zugang zu den Daten des Energieversorgers Elektra Baselland (EBL) in Liestal, wurde in der Gemeinde Pratteln ein repräsentatives Einfamilienhaus mit Baujahr 1978 gefunden. Der Gebäudeeigentümer hat sich bereit erklärt, sein Gebäude zur Verfügung zu stellen. Auf ausdrücklichen Wunsch des Gebäudeeigentümers werden in diesem Bericht sämtliche Informationen zum Gebäude in anonymisierter Form dargestellt. Sämtliche Dokumente und Unterlagen, welche für die Arbeit in Zusammenhang mit dem Beispielobjekt zur Verfügung gestellt werden, wie zum Beispiel kopierte Gebäudepläne, bei der vor Ort Begehung erstellte Fotos, Notizen zu Nutzerverhalten und dergleichen, werden nach der Fertigstellung dieser Arbeit gelöscht bzw. vernichtet. Beispielobjekt Südfassade Baujahr 1978 Höhenlage 300 m ü.m Bewohner 2 Erwachsene Personen EBF 156 m 2 Basierend auf Gebäudeplänen, der Besichtigung vom 7. April 09 und durch die von der EBL zur Verfügung gestellten Verbrauchsdaten kann der Ist-Zustand des Gebäudes wie folgt dargestellt werden: Gebäudehülle Das Gebäude ist in Massivbauweise ausgeführt und hat eine Gebäudehüllzahl von Die Fassade ist aussen mit einer Dämmstärke von 8 cm wärmegedämmt. Die Fassade wurde im Jahr 2008 ohne weitere wärmetechnische Verbesserungsmassnahmen neu verputzt. Das Dach ist als Kaltdach realisiert und zwischen den Sparren mit 10 cm gedämmt. Vor ca. 10 Jahren wurde auf der Dach-Innenseite die Wärmedämmung mit weiteren 4 cm Dämmstärke verstärkt. Die Kellerdecke ist unter dem Estrich mit 4 cm Dämmstärke gedämmt. Im Bereich der Garage und der Waschküche wurde die Kellerdecke nachträglich mit Polystyrol-Dämmplatten mit einer Dämmstärke von 6 cm zusätzlich wärmegedämmt. Die Holzrahmen-Fenster sind mit einer 3-fach Isolierverglasung und die Haustüre mit einer 2-fachen Isolierverglasung ausgeführt. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

16 Die Eigentümer haben vor über 20 Jahren Thermografieaufnahmen ausführen lassen. Es wurden erhöhte Wärmeverluste am Dach sowie über die Aussenwand im Bereich der Elektrospeicher festgestellt. Auf Grund eines fehlenden Zwischenraumes zwischen Aussenwand und Elektrospeicher ist das nachträgliche Einfügen einer reflektierenden Dämmfolie nicht möglich. Auf der Südseite wurde im Jahr 1994 ein unbeheizter Wintergarten angebaut. Haustechnik Das Beispielobjekt wird mit dezentralen elektrischen Widerstandsheizungen beheizt. Insgesamt sind 10 Stück Einzelspeicherheizungen (Mischheizspeicher; Hersteller: Elcalor) in den Wohn- und Schlafräumen mit einer Gesamtheizleistung von 24.6 kw installiert. Die Einzelspeicherheizungen verfügen zur Regulierung der Temperaturen während des Tages, über eine Zusatzheizleistung von 7.1 kw. In Bad, WC, Garage und Küche sind insgesamt 4 Stück Direktheizungen mit einer gesamten Heizleistung von 5.0 kw installiert. Die Einzelspeicherheizgeräte entsprechen der Erstinstallation aus dem Jahre 1978, sämtliche Direktheizungen mussten bereits erneuert werden (Zeitpunkt unbekannt). Einzelspeicherheizung (10 Stück) Wohn-, Schlafräume Heizleistung Nacht 24.6 kw, Zusatzheizleistung Tag 7.1 kw Direktheizung Bad, WC, Garage, Küche Heizleistung 5.0 kw Die Einzelspeicherheizungen werden vom örtlichen Energieversorger (EBL, Liestal) in der Nacht während 8 Stunden zur Aufladung freigegeben. Die Entladung der Einzelspeicherheizungen ist über Raumthermostaten gesteuert. Im Wohnzimmer ist zusätzlich ein Tulikivi-Specksteinofen installiert. Das Warmwasser wird mit einem 200 Liter Elektroboiler mit einer Leistung von 4 kw Leistung erzeugt. Der aktuell installierte Elektroboiler wurde im Jahr 2002 neu installiert und Betrieb genommen. Nutzerverhalten Das Beispielobjekt wird von zwei nicht mehr berufstätigen Personen bewohnt. Im Untergeschoss werden der Eingangsbereich und die Waschküche reduziert beheizt. Garage und Luftschutzraum sind nicht aktiv beheizt. Die Schlafräume im Obergeschoss werden reduziert auf ca. 18 C beheizt wurde das Treppenhaus mit einer Glasfaltwand gegen den Wohnbereich hin abgetrennt. Gemäss Benutzeraussage wird die Raumregulierung mit Thermostat praktisch nicht genutzt. Die Ladung der Elektrospeicherheizung ist so hoch eingestellt, dass die Abstrahlwärme der Speicher ausreicht um das Haus zu beheizen. Die Zusatzheizung der Elektrospeicherheizung wird nur in Ausnahmefällen genutzt. Am Abend wird häufig der Holzofen mit grossen Holzpellets (Sägemehlpressling ca. 1 kg) eingefeuert. Die Direktheizungen werden mit Ausnahme des Bads praktisch nicht eingeschaltet. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

17 Energieverbrauch Der Energieverbrauch im Beispielobjekt setzt sich aus den Energieträgern Elektrizität und Pellets zusammen. In der folgenden Tabelle sind die Elektrizitätsverbrauchswerte gemäss den Angaben vom Energieversorger (EBL Liestal) der letzten vier Jahre und der durchschnittliche Pelletsverbrauch basierend auf den Informationen der Bewohner zusammengestellt. Jahr Elektrizität Pellets Bemerkungen '629 kwh '529 kwh '905 kwh - nicht berücksichtigt (milder Winter) '905 kwh - Mittelwert 17'868 kwh 2'500 kwh 500 kg Holz Sägemehlpresslinge Der durchschnittliche Energieverbrauch lässt sich mit dem Berechnungs-Tool der EBL, unter Berücksichtigung der Sommer/Winter und Hoch-/Niedertarif Verteilung, anteilmässig auf die Nutzungen Geräte/Licht/etc., Warmwasser und Heizung aufteilen. Mit den aktuellen Energiepreisen aus dem Jahr 2009 ergeben sich die folgenden zugehörigen Energiekosten. Nutzung End-Energieverbrauch Energiekosten Geräte, Licht, etc. (Kosten inkl. Grundgebühr) 2.7 MWh Fr. Warmwasser (E-Boiler) 2.3 MWh Fr. Heizung (elektrische Widerstandsheizung) 12.9 MWh Fr. Heizung (Holzpellets grob) 2.5 MWh Fr. Total 20.4 MWh Fr. Damit die Verbrauchskennzahlen mit den im folgenden Kapitel berechneten Energiebedarfskennzahlen verglichen werden können, werden die Verbrauchskennzahlen in der untenstehenden Tabelle klimabereinigt dargestellt und mit Nutzungsgraden für die verschiedenen Umwandlungssysteme in Nutzenergieverbrauchswerte umgerechnet. el. Heizenergieverbrauch (Schnitt 05/06/08) 12.9 MWh Klimafaktor zur Umrechnung auf Normjahr 1.12 End-Energieverbrauch Nutz-Energieverbrauch el. Heizenergieverbrauch klimabereinigt η= MWh 14.4 MWh Heizenergieverbrauch Pellets (500 kg) η= MWh 2.0 MWh Ist-Verbrauch Heizen 16.9 MWh 16.4 MWh Warmwasser Elektro-Boiler η= MWh 2.1 MWh Ist-Verbrauch Wärme (Heizen & Warmwasser) 19.2 MWh 18.5 MWh CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

18 Berechnung des Heizwärmebedarfs nach SIA 380/1 Basierend auf den Werkplänen des geplanten Einfamilienhauses und den Informationen der Begehung vor Ort, wird der Heizenergiebedarf gemäss der SIA-Norm 380/1:2009 berechnet. Die Berechnungen werden mit der Software Thermo durchgeführt. Mit der Berechnung werden einerseits die obigen Verbrauchskennzahlen verifiziert und anderseits die Grundlage für die Bewertung der Sanierungsmassnahmen erarbeitet. Für die Bauteile des Wärmedämmperimeters sind die folgenden U-Werte und Transmissionsverluste des Ist-Zustandes ermittelt worden: Bauteil Aufbau U-Wert Aussenwand EG OG Backstein 18 cm + 8 cm Wärmedämmung 0.38 W/m 2 K Aussenwand UG Beton 21 cm + 4 cm Wärmedämmung 0.79 W/m 2 K Sparrendach Zwischen Sparren cm Wärmedämmung 0.55 W/m 2 K Boden zu Erdreich 4 cm Wärmedämmung im Unterlagsboden 0.95 W/m 2 K Boden zu UG 4 cm Wärmedämmung im UB + 6 cm WD an Decke 0.39 W/m 2 K Innenwände Kalksandstein 12 cm 2.7 W/m 2 K Fenster Annahme 2.0 W/m 2 K Wärmebrücken Durchgehende Betonplatten, Fensteranschlag, usw. diverse Transmissionsverluste Ist-Situation nach Bauteilen CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

19 Mit obigen Bauteilen und den in der Norm vorgegebenen Standardnutzungswerten ergibt sich folgender Energiefluss. Q T MJ/m 2 Q v 68.4 MJ/m 2 Q ww 50.0 MJ/m 2 Q i 74.4 MJ/m 2 Q s MJ/m 2 Q h MJ/m 2 E hww MJ/m 2 Energieflussdiagram Berechnet nach SIA380/1:Ausgabe 2009 Der ganzjährige Heizwärmebedarf beträgt 19.6 MWh. Im Vergleich zu den klimabereinigten Verbrauchswerten, mit einem Heiznutzwärmeverbrauch von rund 16.4 MWh liegt der berechnete Heizwärmebedarf um ca. 3 MWh höher. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das aktuelle Nutzungsverhalten in der Heizwärmebedarfsberechnung mit Standardnutzungswerten nicht exakt abgebildet wird. Beispielsweise wird die reduzierte Raumtemperatur in den Schlafräumen, die Belegung mit nur zwei Personen und die Wärmegewinne des Wintergartens in der Berechnungsmethodik nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt. Folgende Grafik zeigt die Einordnung des Beispielobjekts im Gebäudebestand der mit elektrischen Widerstandsheizungen beheizten Gebäude. Energiekennzahl Raumwärme [kwh/m 2 EBF] vor Energiekennzahl Bedarf (nach SIA 380/1:2009) Energiekennzahl Verbrauch ' ' ' ' '000 Anzahl elektrische Widerstandsheizungen Einordnung des Beispielobjekts im Gebäudebestand der mit elektrischen Widerstandsheizungen beheizten Gebäude CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

20 Übersicht der Sanierungsmöglichkeiten Im Folgenden werden unterschiedliche Varianten von energetischen Optimierungen für das Beispielobjekt untersucht. Das angestrebte Ziel ist der Ersatz der elektrischen Widerstandsheizungen. Untersucht werden auch Varianten zur Reduktion des Stromverbrauchs der elektrischen Widerstandsheizung. Sämtliche Kombinationen der folgenden Massnahmen werden auf ihre Effizienz, Wirtschaftlichkeit und deren ökologischen Effekte (CO 2 -Ausstoss) miteinander verglichen. Schritt 1 Energetische Verbesserungen an der Gebäudehülle In Anlehnung an die Grundregel für die Umsetzung von Energieeffizienzmassnahmen, wird im ersten Schritt mit energetischen Optimierungen der Gebäudehülle der Energiebedarf des Gebäudes reduziert. Es werden dabei die folgenden Bauteilmassnahmen zu unterschiedlichen Paketen zusammengestellt. Erhöhung der Wärmedämmschicht Paket Ist Paket 1 Paket 2 Paket 3 Dach + 10 cm + 20 cm Wand gegen aussen + 16 cm + 18 cm Wand gegen unbeheizt + 12 cm + 12 cm + 12 cm Boden gegen Luftschutzraum + 8 cm + 8 cm + 12 cm Boden gegen Garage & Waschen Boden im Erdreich * Umgerechneter Wert des Ersatz von konventioneller Wärmedämmung durch Hochleistungsdämmung + 6 cm + 8 cm* Fenster U=0.9 U=0.9 U=0.9 Innentüren Kontrollierte Wohnungslüftung NEIN NEIN JA JA U=1.3 Schritt 2 Untersuchung verschiedener Varianten zur Bereitstellung der Heizenergie Eine Vielzahl von Energieversorgungsvarianten werden für die Pakete aus Schritt 1 in Bezug auf Investitionskosten, Betriebskosten und CO2-Ausstoss detailliert untersucht. Die folgende Darstellung gibt eine Übersicht der untersuchten Energieversorgungsvarianten: Lösungsansätze ohne Einbau einer Zentralheizung Lösungsansätze mit Einbau einer Zentralheizung bestehende Elektroheizung weiterbetreiben Varianten zur Entlastung der bestehenden Elektroheizungen Strombezug konventionell Strombezug Ökostrom Strom aus eigener PV Anlage Pelletofen Holzofen Bestehender Holzofen Luft/Wasser WP Pelletkessel Gaskessel Erdsonden WP Heizkörper Heizkörper Heizkörper Heizkörper FBH Heizkörper + thermischer Solaranlage für WW und Heizungsunterstützung EVU-Solarstrom Luftheizung mit klein-wp Varianten mit neuen dezentralen Wärmeerzeugungssystem Infrarot Direktheizung Heizkörperwärmepumpen CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

21 Detailbetrachtung Massnahmen Gebäudehülle Beschreibung der energetischen Verbesserungsmassnahmen Die energetischen Verbesserungsmassnahmen der Gebäudehülle sind in drei Sanierungspaketen zusammengefasst worden. Paket 1 Das Paket 1 umfasst Sanierungsmassnahmen an Gebäudeteilen, die mit geringem Aufwand den grösstmöglichen Gewinn erzielen. Zudem Massnahmen, die durch ohnehin notwendige Erneuerungen gleichzeitig mit Effizienzsteigerung kombiniert werden können. Auf Grund der errechneten Transmissionsverluste (Ist-Zustand) konnten die schlechtesten Bauteile ermittelt werden. Insbesondere die Umschliessungsflächen gegen unbeheizte Räume wurden dabei als Leckagen im Wärmedämmperimeter ermittelt. Diese werden wo möglich mit 12 cm Wärmedämmung ergänzt. Die Fenster mit einem Alter von 30 Jahren sind am Ende ihres Lebenszyklus angekommen und dürften im Zuge der Erhaltungsmassnahmen ersetzt werden. Der U-Wert der bestehenden Fenstern wird bei ca. 2.0 W/m 2 K angenommen. Neue Fenster sollen den U-Wert von 0.9 W/m 2 K aufweisen. Paket 2 Die Massnahmen im Paket 2 sollen die Wärmeverluste der Gebäudehülle wesentlich senken. Somit ist eine Verbesserung der Haupt-Gebäudeteile bezüglich Wärmedurchgang unumgänglich. Um den Aufwand an der Dachfläche gering zu halten, wird hier von einer Erhöhung der Dämmstärke auf der Innenseite ausgegangen. Die Dämmung der opaken Aussenwand soll mit einfachen Mitteln den grösstmöglichen Gewinn erzielen. Wir verdreifachen die bestehende Dämmstärke von 8 cm mit 16 cm Polystyrol auf insgesamt 24 cm. Die Oberfläche wird verputzt wie bestehend. Zusätzlich werden die Lüftungsverluste mittels Einbau einer mechanischen Lüftung mit Wärmerückgewinnung wesentlich reduziert. Paket 3 Im Paket 3 werden die Massnahmen aus Paket 2 weiter optimiert und bestehende Wärmedämmschichten verstärkt. Zudem sollen die grössten Wärmebrücken eliminiert werden. Das Dach wird von oben mit zusätzlichen 20 cm auf total 34 cm Dämmstärke aufgebessert (Feld zwischen den Sparren). Zwei Massnahmen sollen die Verluste bei den Fenstern weiter reduzieren. 1. Durch das Verschieben der Fenster nach Aussen in die Wärmedämmebene werden die Wärmebrücken beim Fensteranschlag eliminiert. 2. Mit einer Fensterrahmen-Konstruktion, bei welcher der Fensterflügel gänzlich hinter den Rahmen zu liegen kommt kann der Wärmeverlust durch den Flügel reduziert und die Gewinne der Sonneneinstrahlung verbessert werden. Im Bereich Halle UG wird der Unterlagsboden entfernt und die bestehende Dämmung von 4 cm Stärke durch Aerogelmatten mit einem wesentlich besseren Wärmedurchgangswiderstand ersetzt. Der Ersatz von 4 cm konventioneller Wärmedämmung durch Aerogelmatten gleicher Dicke entspricht einer vergleichbaren Zunahme der Wärmedämmschicht von ca. 8 cm. Folgende Seite: Darstellung der Massnahmen zur Verbesserung der Gebäudehülle (inkl. ergänzende Umbauten) und die daraus resultierenden Bauteilkennwerte. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

22 Energetische Verbesserungsmassnahmen an der Gebäudehülle Schnitt 1, 1.OG und EG CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

23 Energetische Verbesserungsmassnahmen an der Gebäudehülle Schnitt 2, UG CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60

24 Auswirkung der Verbesserungsmassnahmen auf Wärmeverluste und Heizwärmebedarf 700 Wärmeverluste Gebäudehülle [MJ/m 2 ] Ist Paket 1 Paket 2 Paket 3 Lüftungsverlust Wärmebrücken Fenster Türen Boden Wand Dach Total der Wärmeverluste Q tot = Q T + Q v (Q T = Transmissionswärmeverluste, Q v = Lüftungswärmeverluste) Durch die Massnahmen zur Reduktion des Wärmeverlustes durch die Gebäudehülle wird der Heizwärmebedarf entsprechend beeinflusst. Die Berechnungen für die unterschiedlichen Pakete ergibt folgende Kennzahlen: Massnahmenpakete EBF=156m 2 Paket Ist Paket 1 Paket 2 Paket 3 Transmissionsverluste Q T MJ/m Lüftungswärmeverluste Q v MJ/m Gesamtwärmeverluste Q tot MJ/m Vergleich Gesamtwärmeverluste 100% 80% 43% 32% Genutzte Wärmegewinne Q ug MJ/m Heizwärmebedarf Q h = Q tot - Q ug MJ/m Heizwärmebedarf Q h kwh/m Vergleich Heizenergiebedarf 100% 74% 29% 17% Beurteilung der Ergebnisse Zusammenfassend können folgende Schlussfolgerungen gemacht werden. 1. Die Massnahmen des Paketes 1 senken den Heizenergiebedarf mit einfachen Massnahmen um gute 25%. Dies ist ein gutes Verhältnis von Aufwand und Ertrag, ist aber noch kein wesentlicher Beitrag an eine nachhaltige Gebäudeerneuerung. 2. Die Massnahmen des Paketes 2+3 zeigen eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Ist- Zustand. Insbesondere der Einbau einer Kontrollierten Wohnungslüftung bringt eine entscheidende Verringerung der Lüftungswärmeverluste. 3. Gezielte Massnahmen können als Ergänzung zu einer Gesamtsanierung wesentliche Beiträge zur Verringerung der Wärmeverluste beitragen. Gemeint ist das Eliminieren von punktuellen Schwachstellen und Wärmebrücken. (Boden UG, Innentüren, Anschlag/Konstr. des Fensters) 4. Konstruktive Lösungen sollten in einem Gesamtsanierungskonzept erarbeitet werden, damit einzelne Massnahmen, auf eine Ziellösung abgestimmt sind. 5. Bei hochgedämmten Bauten (Var. 2+3) ist der prozentuale Anteil der genutzten Wärmegewinne wesentlich höher. Diese gewinnen somit an Relevanz am Anteil des effektiven Heizenergiebedarfs. CAS Energieeffizienz 2009, Institut Energie am Bau /60