Energiestrategie für Wohngebäude Mit Energie-Effizienz und Erneuerbare Energie zum Nachhaltigen Wohngebäude 2050

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1 Energiestrategie für Wohngebäude Mit Energie-Effizienz und Erneuerbare Energie zum Nachhaltigen Wohngebäude 2 Energie-effiziente Gebäude Energie-effiziente Gebäude Energie-effiziente Heizungssysteme Energie-effiziente Heizungssysteme Energie von der Sonne und aus der Umwelt Energie von der Sonne und aus der Umwelt Wärmerückgewinnung Lüftungsanlage Solar-Kombiheizungen Kollektor Solarstrahlung Heizung Wärmeerzeuger Wärmeschutz Passive Solarwärme Solarwärme, und Biowärme Endenergie, PJ Wärmeversorgung von Gebäuden in Österreich IST-Zustand 29 Energieautarkie PJ - 3% 34 Strom 7 2 PJ Solarwärme 13 Biomasse 32 Erdgas 1 Heizöl Anteil am am Wärmeaufbringung in in % Anteil der Energieträger an der Wärmeversorgung von Gebäuden 1% 1% 1,8 1,6 1,6 Strom 2,2 24,8 Solarwärme 32, Biomasse Erdgas 18, Heizöl 27,1 41,2 2, Gerhard Faninger Januar

2 Einführung Energiepolitisches Ziel (Rat der Europäischen Union Klimakonferenz Kopenhagen 29 und der Österreichischen Bundesregierung) ist es, bis zum Jahre 2 die Treibhausgas- Emissionen um mindestens 8% bis 9% gegenüber dem Niveau von 199 abzusenken, um den globalen Temperaturanstieg auf Grund des Klimawandels auf 2 C zu begrenzen. Dies impliziert den Ausstieg aus allen fossilen Energieträgern. Dem Gebäudesektor kommt zum Erreichen dieses Zieles eine besondere Bedeutung zu. 1. Zielvorgaben der Österreichischen Energiestrategie 2 Das angestrebte Ziel der langfristigen Österreichischen Energiestrategie ist es, bis zum Jahre 2 ohne fossile und nukleare Energieträger auszukommen: Energieautarkie. Als Energieträger kommen dann nur in Frage: Wärme: Strom: Mobilität: Biowärme, Solarwärme,, Geothermische Wärme. Wasserkraft, Bio-Strom, Solar (PV)-Strom, Windstrom. Bio-Treibstoffe, Strom, Wasserstoff (erzeugt aus erneuerbarer Energie). Biogene Energieträger auf der Basis von Brennholz, Hackgut, Pellets aus der Forstwirtschaft und aus Produkten des Ackerbaus (Elefantengras, Stroh etc.) sind weiter ausbaubar, werden aber in Zukunft weniger für Biowärme als einer effizienteren Nutzung in den Bereichen Mobilität (Biosprit) und Stromerzeugung vorbehalten sein. Strom aus Wasserkraft ist unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte - nur noch begrenzt über Effizienzsteigerungen bei der Umwandlung ausbaubar und muss über Bio-Strom, PV- Strom und Windstrom abgedeckt werden. Potenziale sind vorhanden. Die auch unter wirtschaftlichen Aspekten ausbaubaren erneuerbaren Energieträger sind somit in ihrem Potential begrenzt. Das hochgesteckte langfristige Ziel einer Energieautarkie kann damit nur in Verbindung mit Maßnahmen im Bereich der Energie-Effizienz erreicht werden. 2. Wachstumspotenziale für Erneuerbarer Energie in der Energiestrategie Österreich 22 Die Nutzungspotenziale für Erneuerbare Energie bis zum Jahre 22 werden wie folgt abgeschätzt; Abb.1.1 bis Abb. 1.3 /1/. 2.1 Wärmeerzeugung Der größte Zuwachs an erneuerbarer Energie bis 22 ist im Wärmebereich zu realisieren: bis zu 97 PJ Zuwachs. Dazu tragen bei: Biomasse PJ, Solarwärme 24 PJ und 23 PJ

3 Energiestrategie 22 Wachstumspotenzial "Erneuerbare" Wärme /Erdwärme 23 PJ; 24% Biowärme PJ; 1% Gesamt 22: 97 PJ Solarwärme; 24 PJ; 2% Energiestrategie 22 Wachstumspotenzial "Erneuerbarer" Strom Solarstrom (PV) 11 PJ; 17% Biostrom 8 PJ; 12% Wasserkraft 2 PJ; 38% Windstrom 22 PJ; 33% Gesamt 22: 66 PJ Abb. 1: Wachstumspotenziale für Erneuerbare Wärme und Erneuerbaren Strom /1/ - 3 -

4 Bei Ausschöpfung der Wachstumspotenziale für Erneuerbare Energie ergeben sich die folgenden Beiträge Erneuerbarer Energie zum Energieaufkommen 22 in Österreich: Wärmeerzeugung: Stromerzeugung: Mobilität: GESAMT: PJ PJ um 36 PJ PJ Endenergie, PJ Energiestrategie 22 Wachstumspotenziale für Erneuerbare Energie , , Minimum Maximum Strom Wärme Mobilität Summe Abb. 2: Wachstumspotenziale für Erneuerbare Energie in Österreich bis 22 /1/ 3. Bewertung und Zuordnung von Heizungssystemen in einer mittelund langfristigen Energiestrategie Für eine neutrale Bewertung von Energiesystemen nach Energetischen und Umweltbezogenen Aspekten sind die folgenden Kriterien von Bedeutung: Primärenergie- Einsatz, Energiebedingte Treibhausgas-Emissionen, insbesondere CO 2 ; Nutzbarmachung einer Erneuerbaren Energiequelle (Solarwärme,, Biowärme). Für eine wirtschaftliche Bewertung sind charakteristisch: Betriebswirtschaftliche Gesamtrechnung (Investition und Betrieb). Das Bewertungsmodell wird in /2/ beschrieben. Die Berechnung erfolgt nach dem TOOL-Gebäude. Zielvorgabe des Bewertungs-Tools ist, die (Vor-) Planung von Wohngebäuden mit hoher Energie-Effizienz (Wärmeschutz des Gebäudes, effiziente Wärmeversorgung - Raumheizung und Warmwasser - sowie mit Stromsparenden - 4 -

5 Elektrogeräten (Umwälzpumpen, Ventilatoren, Haushaltsgeräte, Beleuchtung) und mit einem hohen Beitrag Erneuerbarer Energie zur Wärmeversorgung (Solarwärme, Biowärme, ) und Stromversorgung (Solarstrom/PV) zu unterstützen. Das Bewertungstool soll die Methoden zur Ausstellung des Energieausweises für Wohngebäude nicht ersetzen, der Projektbearbeitung im Anfangsstadium aber die Möglichkeit bieten - unter Verwendung von ersten Planungsdaten - unterschiedliche Konzepte für Gebäudeplanung und Haustechnik über eine Variantenanalyse nach den Kriterien der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit zu bewerten. 4. Die Bedeutung von Solar-Kombiheizungen bei der Wärmeversorgung von Gebäuden im Jahre 2 Wärmepumpen und Pellets-/Hackgut-Kessel in Verbindung mit einer Solarthermischen Anlage haben das Potential, die Vorgaben der Energiestrategie 2 im Bereich des Gebäudesektors zu realisieren. Der Kesseltausch von fossilen Brennstoffen auf Biomasse oder Wärmepumpe in Kombination mit Solaranlage ist ein wichtiges Handlungsfeld in der Österreichischen Energiestrategie 2. Biomasse wird vorrangig in die reine Wärmebereitstellung in hocheffizienten Biomassekesseln eingesetzt. Nur dort, wo auch ein hoher (Prozess)Wärmebedarf gegeben ist, soll Biomasse zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen eingesetzt werden. Damit wird sichergestellt, dass der Gesamtwirkungsgrad von Biomasse in KWK- Anlagen ein möglichst hoher ist. Um das Potenzial von zusätzlich 97 PJ Wärmebedarf zu realisieren, müssen zusätzlich auch die Potenziale im Bereich Solarwärme und Erdwärme stark ausgebaut werden. Die Kombination von Wärmepumpe () und Solarthermie (Solarwärme) ermöglicht, dass Biomasse für Mobilität und Industrie bereitgestellt werden kann. In einem Szenario für die Entwicklung des Wärmepumpen- und Solarmarktes in Österreich wird von einem mittleren Jahreszuwachs von 1%, 3% und % ausgegangen; Abb. 3. Um die Zielvorgabe für 2 zu realisieren müsste der Wärmepumpen- und Solarmarkt um durchschnittlich 3% jährlich wachsen, bezogen auf die im Jahre 21 installierten Heizungs- Wärmepumpen bzw. Kollektorfläche. Gleichzeitig müsste der Wärmebedarf im Gebäudesektor durch Energieeffizienz-Maßnahmen am Baukörper und in der Haustechnik reduziert werden: um 2% bis 22, um 3% bis 23 und um 3% bis 2, jeweils bezogen auf den Endenergiebedarf für Raumwärme und Warmwasser von 21. Bei einem bis 2 mittleren Jahreszuwachs von 3% könnten Solarthermische Anlagen 18,6% und Wärmepumpen 3,%, zusammen 4,1% am derzeitigen Wärmebedarf von Gebäuden abdecken; Abb. 2 und Abb. 3. Die Annahmen zur Marktdurchdringung von Wärmepumpen und solarthermischen Anlagen im Gebäudebereich bis zum Jahre 2 sind moderat gehalten. Von den derzeitigen etwa 3, Millionen Hauptwohnsitzen würden im Jahre 2 um,993 Millionen Wohnungen mit einer Wärmepumpe (28%) und 2,6 Millionen Wohnungen mit einer Solaranlage (73%) - mit einer durchschnittliche Kollektorfläche von 1 m² pro Wohnung ausgestattet sein. In optimistischen Szenarien wird davon ausgegangen, dass alle Wohnungen mit einer - -

6 Solaranlage und zusätzlich zumindest % der Wohnungen mit einer Wärmepumpe ausgestattet sind. Wärmeversorgung von Gebäuden HEUTE und Prognose 2 Der derzeitige Endenergieeinsatz im Gebäudebereich liegt bei 317 PJ/Jahr und wird abgedeckt durch die Energieträger: 82 PJ Heizöl (2,9%), Erdgas 86 PJ (27,1%), Biomasse 13 PJ (32,%), Solarwärme 6,8 PJ (2,2%), 4,97 PJ (1,6%) und Strom 34,39 PJ (1,8%). Nach der Prognose für 2 ergibt sich ein Endenergiebedarf von 26 PJ. Dieser wird wie folgt abzudecken sein: Biomasse 8 PJ (41,2%), Solarwärme 38,24 PJ (18,%), 1,2 PJ (24,8%) und Strom 32,11 PJ (1,6%); Abb. 3 und Abb. 4. Anteil der Wärmepumpe zur Wärmeversorgung von Gebäuden: Raumwärme, Warmwasser, Klimaanlagen Wärmepumpen-Anteil am Endenergiebedarf Wärme, % 6,, 4, 3, 2, 1,, WP-Beitrag 21 2,2 Endenergie für Raumwärme, Warmwasser und Klimaanlagen 88 TWh 7 TWh 62 TWh 7 TWh -2% (21) -3% (21) -3% (21) 6,1 6, 6,9 11, 13, 1,7 22,7 3, 4,4 WP-Beitrag 22 WP-Beitrag 23 WP-Beitrag 2 Zuwachs der Jahreskapazität, %/Jahr Solarwärme-Anteil am Endenergiebedarf Wärme, % 3, 3, 2, 2, 1, 1,,, Anteil der Solarthermie zur Wärmeversorgung von Gebäuden: Raumwärme, Warmwasser, Klimaanlagen Endenergie für Raumwärme, Warmwasser und Klimaanlagen 88 TWh 7 TWh 62 TWh 28,6 7 TWh -2% (21) -3% (21) -3% (21) Solar- Beitrag 21 2,2 Solar-Beitrag 22 4, 4,2 4,4 Solar-Beitrag 23 6,6 7,6 9, 12,9 18,6 Solar-Beitrag 2 Zuwachs der Jahreskapazität, %/Jahr Abb. 3: Szenario für den Beitrag von Wärmepumpen und thermischen Solaranlagen zur Wärmeaufbringung in Wohngebäuden - 6 -

7 Wärmeversorgung von Gebäuden in Österreich IST-Zustand 29 Energieautarkie 2 Endenergie, PJ PJ % 2 PJ Strom Solarwärme Biomasse Erdgas Heizöl Anteil der Energieträger an der Wärmeversorgung von Gebäuden 1% 1% Anteil am am Wärmeaufbringung in in % ,8 1,6 1,6 2,2 32, 24,8 18, 27,1 41,2 2, Strom Solarwärme Biomasse Erdgas Heizöl Abb. 4: : Zukunftsvision Erneuerbare Energie zur Wärmeversorgung von Wohngebäuden - 7 -

8 In einer Zukunftsvision der Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden ist auch der Stromeinsatz zu reduzieren und für den Einsatz von (Elektro-) Wärmepumpen freizuhalten; Abb.. Dies wird erreicht durch die Umstellung von Elektro-Heizungen und Elektro-Boiler zur Warmwasserbereitung auf Wärmepumpen und thermischen Solaranlagen sowie durch die Reduktion des Stromeinsatzes für Haushaltsgeräte, Raumklimatisierung und Beleuchtung mit stromeffizienten Geräten. Mit diesen Maßnahmen kann ein weiterer starker Anstieg im Stromverbrauch vermieden werden. Mit Gebäudeintegrierten Photovoltaik-Anlagen sollte der Strombedarf im Gebäude weitgehend erneuerbar abgedeckt werden (2 bis 3 kw peak Anlage). Die Wärmepumpe in Verbindung einer Solarthermischen Anlage hat das Potential, die Vorgaben der Österreichischen Energiestrategie 2 zu realisieren. Wärmeversorgung von Gebäuden in Österreich IST-Zustand 29 Energieautarkie 2 Endenergie, PJ ,39 PJ PJ 32,11 PJ PJ ,44 2,8 2,8,31,31 2,67 2, Stromeinsatz im Gebäude Strom für für Raumwärme und Warmwasser Strom für für Kühlen und E-Geräte Strom für für Wärmepumpe Strom für für Solaranlage Stromeinsatz zur Wärmeversorgung von Gebäuden 1% 1% Anteil in % ,6 1,6 9,3 9,3 78, 78, 66,8 66,8 14, 14,,9 6, 8,3,9 6, 8, Strom für für Raumwärme und und Warmwasser Strom für für Kühlen und und E-Geräte Strom für für Wärmepumpe Strom für für Solaranlage Abb. : Zukunftsvision Stromeinsatz im Wohngebäude 2-8 -

9 . Zukunftsvision zur Wärmeversorgung von Gebäuden im Jahre 2 Mit den Annahmen zur Reduktion des Wärmebedarfes von Gebäuden durch Energieeffizienz-Maßnahmen am Baukörper und bei der Energieversorgung (Wärme und Strom) von zumindest 2% bis 22, 3% bis 23 und 3% bis 2, jeweils bezogen auf das Jahr 21, einem weiteren Ausbau solarthermischer Anlagen und Wärmepumpen um durchschnittlich 3% Jahreszuwachs der Jahreskapazität von 21, einer Umstellung von Elektroheizungen sowie Elektroboiler für Warmwasserbereitung auf thermische Solaranlagen und Wärmepumpen, Ausschöpfung des Strom-Einsparpotentials bei Haushaltsgeräten, Klimatisierung, Beleuchtung und Umwälzpumpen im Heizungssystem, Ausbau von im Gebäude integrierten PV-Anlagen erscheint das für 2 angestrebte Ziel zur Wärmeversorgung von Gebäuden ausschließlich über Erneuerbare Energie realisierbar. Quellennachweis: /1/ Erneuerbare Energie 22: Potenziale und Verwendung in Österreich Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Lebensministerium). März 29 /2/ Nachhaltige Gebäude: Bewertungskriterien und Bewertungsmodell Gerhard Faninger Zeitschrift für Erneuerbare Energie, AEE Gleisdorf, Dezember 29 Die Bedeutung von kombinierten Solar-Wärmepumpe-Heizungssystemen in der Österreichischen Energiestrategie. Gerhard Faninger Erneuerbare Energie (ee), Zeitschrift für eine nachhaltige Energiezukunft Seite September Impressum: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. mont. Gerhard Faninger ist - seit 27 im Ruhestand - weiterhin als außerordentliches Mitglied an der Fakultät für Interdisziplinäre Forschung und Fortbildung (iff) der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, Institut für Interventionsforschung und Kulturelle Nachhaltigkeit (IKN), sowie als Universitätslektor an der TU Wien, Energy Economics Group, EEG, tätig. (gerhard.faninger@uni-klu.ac.at)