Energiesparerfolge und Energiekennwerte Bilanz einer Verwirrung

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1 9. Hessischer Energieberatertag der Hessischen Energiesparaktion 22. November 2012 / Frankfurt am Main, Deutsche Nationalbibliothek Energiesparerfolge und Energiekennwerte Bilanz einer Verwirrung Tobias Loga Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt Typischer Energieverbrauch im Bestand Verbrauchswerte für Gebäude mit gutem Wärmeschutz Wie realistisch ist die Energiebilanzberechnung? Wege zu mehr Transparenz 1

2 Typischer Energieverbrauch im Bestand Zweifel und Vorurteile Energieverbrauchsausweis der EnEV Verbrauchsstatistiken Wohngebäude 2

3 Energieeinsparung durch Wärmeschutz Zweifel und Vorurteile in der Medienwelt In punkto Energieverbrauch ist der Gebäudebestand besser als sein Ruf. Die von der Wärmedämmung erwartete Energieeinsparung wird nicht erreicht. Große Dämmstärken bringen nichts. Die ganze Wärmedämmung nutzt nichts, wenn die Nutzer nicht mitspielen. Das Rechenverfahren ist reine Theorie. Die Realität sieht ganz anders aus. komplexes Thema, keine einfachen Antworten! Verunsicherung bremst die Modernisierungsdynamik! 3

4 Erklärungsversuch für die Abweichung von Bedarf und Verbrauch ein Beispiel Untersuchung der ARGE Zeitgemäßes Bauen Kiel: Unsere alten Häuser sind besser als ihr Ruf Quelle: Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.v. Kiel (Nr. 238, Heft 1/09): Unsere alten Häuser sind besser als ihr Ruf Verbrauchsdatenauswertung Wohngebäude. Untersuchung zur Ermittlung und Bewertungvon Energieverbräuchen im Gebäudebestand in Zusammenarbeit und gefördert durch: Haus & Grund Eigentümerschutz Gemeinschaft Schieswig-Hoistein 4

5 Energieverbrauchsausweis und sein Beitrag zur Verunsicherung Vergleichsskala Verbrauchsausweis EnEV 2009 Entwurf EnEV

6 Energieverbrauchsausweis und sein Beitrag zur Verunsicherung 220 EnEV EnEV % Einsparung in 4 Jahren? 6

7 Brauchbare Energieverbrauchsstatistiken Wohngebäude Abrechnungsunternehmen (insbesondere Techem Energiekennwerte ) Heizspiegel Untersuchung der TU Braunschweig Vergleichswerte für Verbrauch bei Wohngebäuden VDI 3807, ages 7

8 TU Braunschweig: Verbrauchskennwerte Öl + Gas / Heizung + Warmwasser Datenerhebung für die Erstellung von Energieverbrauchsausweisen Gesamtzahl ausgewerteter Wohngebäude: Brunata-METRONA: delta GmbH Leipzg: (Dienstleistung für Energieversorger) Bezug: A N bei Bezug auf Wohnfläche: Quelle: Fisch et al.: Vergleichswerte für Verbrauch bei Wohngebäuden. BMVBS-Online-Publikation 11/2012.

9 Endenergieverbrauch Heizung und WW [kwh/m²a)] Bezug: "Gebäudenutzfläche" nach EnEV; Heizwert Quelle: Fisch et al.: Vergleichswerte für Verbrauch bei Wohngebäuden. BMVBS-Online-Publikation 11/2012. Endenergieverbrauch Heizung und WW [kwh/m²a)] Bezug: Wohnfläche, Brennwer Differenzierung nach Modernisierungszustand Mittelwerte der jeweiligen Gruppen, bezogen auf A N komplett unsaniert (7%) vorwiegend unsaniert (70%) Neubau 95 / komplett saniert (20%) Neubau 02 (2%) umgerechnet auf Wohnflächenbezug 300 Mittelwerte der jeweiligen Gruppen, bez. auf Wohnfläche komplett unsaniert (7%) 250 vorwiegend unsaniert (70%) Neubau 95 / komplett saniert (20%) Neubau 02 (2%) < 200 m² 200 bis 500 m² 500 bis 2000 m² > 2000 m² Werte aus: Fisch et al.: Vergleichswerte für Verbrauch bei Wohngebäuden; 2012 / eigene Umrechnung < 200 m² 200 bis 500 m² 500 bis 2000 m² > 2000 m² Werte aus: Fisch et al.: Vergleichswerte für Verbrauch bei Wohngebäuden; 2012

10 Fragebogen Verbrauchsausweis Grundlage der Einstufung saniert BRUNATA-METRONA ( Gebäude) keine Information zu Dämmstärke und Flächenanteil der Maßnahmen, keine eindeutige Abfrage der Fenster-Qualität delta GmbH ( Gebäude) Information zu Dämmstärke von Dach und Außenwand sowie zur Fenster-Qualität abgefragt; Flächenanteil der Maßnahmen fehlt; Kellerdecke fehlt Abfrage des Gebäudezustands im Zusammenhang mit Verbrauchsdaten = guter Ansatz; in Zukunft präzisere Fragen nach Modernisierungszustand Quelle: Brunata-Website und ASUE-Broschüre

11 Welche Verbrauchskennwerte können durch wirksamen Wärmeschutz tatsächlich erreicht werden? unter optimalen Bedingungen? (Neubau / Modellprojekt / motivierte Bewohner) in der Breite? (Modernisierung von Mietwohngebäuden) 11

12 Heizwärmeverbrauch pro m² Wohnfläche [kwh/(m²*a)] Dokumentierte Passivhaus-Neubau-Projekte belegen: minimale Verbrauchskennwerte unter Praxisbedingungen erreichbar! Beispiel: Passivhaus-Reihenhäuser Wiesbaden Gartenhofsiedlung Lummerlund Winter 2001/ Wärmeabgabe Verteilleitungen HZ Heizwärmebedarf PH - Klima 2001/2002 Mittelwert Heizung gesamt PH Passivhäuser Wiesbaden-Dotzheim Heizwärmeverbrauch Juli '01 - Juni ' ,4 kwh/m²a 9,5 kwh/m²a P03 P08 P10 P22 P07 P01 P11 P16 P21 P09 P18 P20 P19 P02 P13 P15 P14 P17 P12 P05 P06 P04 Haus-Kenn-Nr. anonymisiert Passivhäuser (aufsteigend sortiert) Quelle: Feist, W.; Loga, T. und Großklos, M.: Durch Messungen bestätigt Jahresheizenergieverbrauch bei 22 Passivhäusern in Wiesbaden unter 15 kwh/m² Wohnfläche, in BundesBauBlatt, 3/2000, S

13 Verbrauchsauswertung von dena- Modellprojekten (63 Gebäude) Quelle: Vortrag von Uwe Bigalke (dena) auf der IWU-Fachtagung "Die energetische Zukunft des Wohngebäudebestands Modelle, Szenarien und Monitoring " am 31. Mai 2012 in Darmstadt

14 Standort Baujahr Anzahl Vollgeschosse Wohnfläche Anzahl Wohneinheiten Maßnahmen Dach Fenster gemessener Verbrauch nach Modernisierung oberste Außenwand Geschossdecke Fußboden / Kellerdecke Anlagentechnik Energieträger Messzeitraum Messwert* Villingen- Schwenningen m² cm PS 14 cm WDVS PS 12 cm PS 2-WSV Erdgas Zentralheizung mit Gas- Brennwertkessel H+W: 91 Wiesbaden- Klarental m² cm MF - neue Vorhang- Fassade 8 bis 6 cm MF 2-WSV 12 cm MF Fern- wärme- Übergabestation modernisiert Fernwärme H+W: 80 Ludwigshafen Brunckviertel Berlin Emrichstraße Berlin Albert-Schweitzer- Viertel Augsburg Jean-Paul-Platz m² 9 14 cm PS zwischen cm auf den Sparren m² cm MF m² cm MF m² 6-25 cm Neopor 20 cm WDVS Neopor 14 cm WDVS PS 12 cm WDVS PS Giebelseiten 20 cm PS 20 cm WDVS Neopor 20 cm PS 3-WSV im Kunstsoffrahmen 10 cm MF 2-WSV 14cm MF 14 cm PS/MF 2-WSV, Nordseiten 3-WSV 3-WSV im Kunstsoffrahmen Fern- wärme- Übergabestation / Lüftung mit WRG / Solaranlage Lüftung mit WRG Gas BW- Kessel Erdgas Erdgas Lüftung mit WRG Nahwärme + Gas- Brennstoffzelle Fern- wärme- Übergabestation modernisiert Fernwärme Fernwärme H+W: H: 22 H+W: 95 H+W: 60 H+W: H: 27 Verbrauchswerte von modernisierten MFHs - Beispiele - Nürnberg Bernadottestraße nach Sanierun g m² cm Neopor 22 cm Neopor 20 cm WDVS Neopor 12 bis 24 cm Lüftung mit WRG Fernwärme 3-WSV im Kunstsoffrahmen Fernwärme H: 22 Nürnberg Ingolstädter Straße m² cm WLG cm WDVS WLG cm WLG 035 Lüftung mit WRG Fernwärme+ 3-WSV im Kunstsoffrahmen Fernwärme H+W: 39 Recherche: Rolf Born, IWU

15 Nürnberg Ingolstädter Straße m² cm WLG cm WDVS WLG cm WLG 035 Lüftung mit WRG Fernwärme+ Solarthermie 3-WSV im Kunstsoffrahmen Fernwärme H+W: 39 Hannover Auf dem Hollen m² cm WLG cm WDVS WLG cm MF 3-WSV im Kunstsoffrahmen Lüftung mit WRG Fernwärme Umstellung von Gas auf Fernwärme H: 39 Frankfurt Tevesstraße m² 53 Neues Staffelgeschoss in Holz- Leichtbau, 40 cm Min-Faser im Dach cm Polystyrol oder Min- Faser 8 cm PU 3-WSV im Kunstsoffrahmen Lüftung mit WRG + Erdgas Solarthermie H+W: 48 Schönkirchen Anschützsiedlung Mannheim Gartenstadt Hofheim Wilhelmstraße 35 Zittau Bautzener Str m² m² m² m² cm Min-Faser 36 cm Polystyrol 24 Min- Faser Trockenboden 6 cm Polystyrol, WLG Flachdach 16 cm Polystyrol 16 cm Polystyrol WDVS, WLG cm Polystyrol Straße: 4 cm Vakuumdämmplatte sonst 20 cm Poystyrol Kellerseitig 6 cm Polystyrol, WLG cm Polystyrol 4 cm Polystyrol Fassade 5 cm Kalziumsilikat 10 cm Hofseite 10 Poystyrol cm Polystyrol 2-WSV NT-Kessel Erdgas 65 3-WSV im Kunstsoffrahmen 3-WSV im Kunstsoffrahmen Nahwärme + BHKW (Stirling) Lüftung mit WRG Erdgas Pelletkessel Nahwärme f. Pellets 3 Geb. Abluftanlage 18 cm Mineralfaser Kastenfenster mit Wärmeschutzglas Brennwertkessel + Abluftwärme Gas pumpe zur WW- Versorgung H: H: 27 H: 32 H: 53 Verbrauchswerte von modernisierten MFHs - Beispiele - H: Wittenberg Straße der Befreiung m² cm Min-Faser Einblasdämmung - 8cm Polystyrol 8 cm Min- Faser von unten 2-WSV Luftkolletktor + Lüftung mit WRG Fernwärme Ludwigshafen Hoheloogstraße m² 12 vohanden 14 cm zusätzlich 24 cm 30cm Polystyrol Lüftung mit WRG, Nahwärme mit BHKW Gas 3-WSV im 12 cm Kunstsoffrahmen Polyurethan H: 16 Recherche: Rolf Born, IWU

16 Wie realistisch ist die Energiebilanzberechnung? physikalische Modelle Kenntnisse über die Eingangsgrößen 16

17 Komplexe Modelle zur Abbildung der Realität Simulationsmodell Beispiel: DYNBIL / Dissertation von Wolfgang Feist Vergleich zwischen Simulation und Messung Beispiel: Passivhaus Kranichstein hervorragende Übereinstimmung mit realen Vorgängen Quelle: Feist, W.; Loga, T.: Vergleich von Messung und Simulation; Protokollband Nr. 5 des Arbeitskreises Kostengünstige Passivhäuser; PHI, Darmstadt 1997

18 Physikalische Modelle detaillierte Bauteilmodelle dynamische Simulation Laborbedingungen (Abmessungen + Materialdaten + Randbedingungen) exakte Voraussage Abgleich vereinfachte Verfahren (Monats-, HP-Bilanz) Fragen: Wie gut bekannt sind die Eingangsgrößen Geometrisches Modell? Materialien? Schichtdicken? Wärmeübergänge? äußere Randbedingungen? (Klima) innere Randbedingungen? (Nutzung)

19 mittlere verbrauchsgewichtete Raumlufttemperatur in der Heizzeit [ C] Systematische Abhängigkeit der mittleren Raumtemperatur vom Wärmeschutz-Standard Passivhäuser Niedrigenergiehäuser Wohneinheiten < 120 m² Wohneinheiten > 120 m² Standardwert nach DIN V theoret. Modell nach EPHW/LEG, beispielhaft für 100 m² Wohnfläche Bestandsgebäude Mittel von 10 WE Mittel von 66 WE 16 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 temperatur- und wohnflächenbezogener Transmissionswärmeverlust h T [W/(m²K)] aus: Loga, T.; Großklos, M.; Knissel, J.: Der Einfluss des Gebäudestandards und des Nutzerverhaltens auf die Heizkosten Konsequenzen für die verbrauchsabhängige Abrechnung. IWU Darmstadt, Juli 2003

20 Verhältnis Verbrauchskennwert zu Bedarfskennwert Heizung Notwendige Aufgabe: Validierung und Kalibrierung des Modells mit Messwerten 1,4 1,2 1 bis 2 Wohneinheiten Brennstoffe & Fernwärme n=1391 Flächenbezug: Wohnfläche Berechnung mit Randbedingungen nach EnEV bzw. dena Energiepass-Arbeitshilfe 1,0 0,8 y = -0,0011x + 0,9221 R 2 = 0,1675 0,6 0,4 0, deutsche EFH 0, Bedarfskennwert Heizung [] IWU analysiert im Rahmen des Projekts Ökologischer Mietspiegel Darmstadt"

21 EFH_A EFH_B EFH_C EFH_D EFH_E EFH_F EFH_G EFH_H RH_B RH_C RH_D RH_E RH_F RH_G RH_H MFH_A MFH_B MFH_C MFH_D MFH_E MFH_F MFH_G MFH_H GMH_B GMH_C GMH_D GMH_E GMH_F HH_E HH_F EFH_F/F NBL_MFH_D NBL_MFH_E NBL_GMH_F NBL_GMH_G NBL_GMH_H NBL_HH_F NBL_HH_G Endenergiebedarf (Heizung + WW) [] relativ zu Ist-Zustand Abgeglichene Bedarfswerte in der Neufassung der deutschen Wohngebäudetypologie (TABULA* Verfahren) Standardberechnung mit Anpassung Heizsystem Var. 1 Erdgas-Zentralheizung Endenergiebedarf (H s -bezogen) pro m² Wohnfläche Ist-Zustand Modernisierungspaket 1 Modernisierungspaket 2 MP1 relativ zu Ist MP2 relativ zu Ist 100% 90% 80% 70% % % *) Weiterentwicklung des Hessischen Leitfaden Energiebewusste Gebäudeplanung (LEG) % 30% 20% 10% 0% 21

22 Berechnete Energiekennwerte Bilanzierungsverfahren / Energiekennwert (1) Norm-Berechnung Standard-Randbedingungen (2) Individuell angepasste Berechnung Anpassung der Berechnung an den gemessenen Verbrauch (3) Erwartungswert des Verbrauchs : Abbildung des typischen Energieverbrauchs Abgleich der Energiebilanzberechnung mit statistisch erhobenen Verbrauchs-Benchmarks Anwendung behördlicher Nachweis / Vergleich von Gebäuden Energieberatung: Voraussage der für das konkrete Gebäude zu erwartenden Energieeinsparung Energieberatung: realistische Aussagen, für den Fall, dass Verbrauchswert im Ist-Zustand nicht bekannt erwarteter Kennwert nach Modernisierung: Vergleichsgröße für Verbrauchs-Monitoring 22

23 Energiesparerfolge und Energiekennwerte Wege zu mehr Transparenz Jenseits des Energieausweises Rebound-Effekt Benchmarks und Monitoring 23

24 Energieausweis für Wohngebäude: Kritikpunkte Bezug auf synthetische Fläche A N Eine Verbraucher-Information muss auf ihm bekannte Fläche Bezug nehmen. gleiche Vergleichsskala für Energiebedarfs- und Energieverbrauchsausweis (EnEV 2007 gemäß Bedarf / EnEV 2013 gemäß Verbrauch) zwei unterschiedliche Vergleichsskalen erforderlich Modernisierungsempfehlungen mit Normnutzung (Amortisationszeiten, ) keine Vorgaben für Modernisierungsempfehlungen / Gestaltung der Energieberatung muss anlassbezogen sein Akteuren überlassen 24

25 Jenseits des Energieausweises Problematik Energieausweis: nur 1:1 Umsetzung entlang dem Wortlaut der EU-Gebäuderichtlinie (EPBD) Grundanliegen der EPBD = Transparenz bezüglich energetischer Qualität Herausforderungen: Vergleichswerte in der Abrechnung: Einordnung des eigenen Energieverbrauchs (Vergleich mit Durchschnitts- und Bestwerten) in der jährlich (oder monatlich) wiederkehrenden Abrechnung. Möglichkeit für Miet- und Kaufinteressenten, die letzte Abrechnung einzusehen. Monitoring modernisierter Gebäude: Vergleich des gemessenen Verbrauchs mit dem Erwartungswert des Verbrauchs 25

26 Förderung der Markttransparenz: Einheitlich transparente Energiekostenabrechnung Heizkostenabrechnung Erdgas*- und Fernwärme-Abrechnung Strom*-Abrechnung bei Heizanwendung Angaben: Kennwerte: Endenergie, Kosten pro m² Wohnfläche Benchmarks / Vergleichswerte: a) Kennwerte der Vorjahre b) Kennwert des ganzen Hauses (bei MFH) c) Statistiken Verbrauchskennwerte Bestand (Gebäude mit gleichen Energieträgern) optional: typischer Energieverbrauch für Gebäudetyp nach energetischer Modernisierung *) für Gas und Strom bereits grundsätzlich geregelt durch Neufassung des Energiewirtschaftsgesetz 2011 ( 40) 26

27 Abweichungen zwischen Bedarf und Verbrauch Rebound-Effekt Rebound-Effekt durch wärmetechnische Modernisierung = höhere mittlere Raumtemperatur aus drei Gründen: (1) geringere Auswirkung der Nachtabsenkung (große Zeitkonstante) (2) höhere Temperaturen in unbeheizten Räumen innerhalb der thermischen Hülle (relativ stärkere thermische Kopplung der Räume untereinander) (3) geringere Kosten für eine höhere Wohnraum-Temperatur (z.b. 1 Grad mehr kostet nur noch 25 statt 100 jährlich. ) Eine Abweichung des Energieverbrauchs vom Energiebedarf (bei realistischer Berechnung) kann und darf nicht als Rebound-Effekt abgetan werden! erfordert die nähere Analyse: insbes. die Überprüfung der Anlagentechnik (Regelung), die Information der Bewohner, 27

28 Fragebogen Kurzverfahren Energieprofil Fragebogen Datenbasis Gebäudebestand Gebäudebestände und -portfolios: Monitoring der Modernisierungsprozesse und -erfolge Grundlage: Basis-Satz von Energieeffizienz-Indikatoren Grunddaten: Wohnfläche, Anzahl Vollgeschosse, Beheizungssituation im Keller- und Dachgeschoss, Anzahl Nachbargebäude, Anzahl Wohnungen, energetische Qualität der thermischen Hülle: Baujahr, Art der Konstruktion, Jahr/Typ/Umfang/Qualität später umgesetzter Modernisierungen Charakterisierung des Wärmeversorgungssystems: Typen der Wärmeerzeugung, -speicherung, -verteilung für Heizung und Warmwasser, Jahr der Installation / Erneuerung gemessener Energieverbrauch: Energieträger, Verbrauch je Jahr, ohne/mit Warmwasser 28

29 gemessen Verbrauchskennwert Heizung [] gemessener Endenergieverbrauch Verbrauchsmonitoring für Wohngebäudebestände bis 2 Wohneinheiten Brennstoffe & Fernwärme Kontrollbereich: Handlungsbedarf falls Verbrauchswerte nach Modernisierung hier liegt. n=1391 Flächenbezug: Wohnfläche Berechnung mit Randbedingungen nach EnEV bzw. dena Energiepass-Arbeitshilfe Verbrauch vor Modernisierung Erwartungswert Verbrauch nach Modernisierung y = 0,5827x R 2 = 0, IWU Energetische 0 50Qualität von 200Gebäude und 350 Anlagentechnik Bedarfskennwert Heizung [] ermittelt auf der Basis von berechnet Energieeffizienzindikatoren 29

30 Resümee: Bedarf + Verbrauch = Monitoring Energiebilanzberechnungen sind nützlich und verlässlich sofern sie mit der Realität abgeglichen sind. (Notwendigkeit für alle physikalischen Modelle) Realistisch ist keinesfalls gleichbedeutend mit kompliziert ; im Gegenteil: Einfache Modelle lassen sich leichter validieren als komplexe. (Realistische) Berechnungen sind notwendig für Monitoring = Vergleich des gemessenen Verbrauchs mit dem Erwartungswert des Verbrauchs (realistisch berechneter Bedarf). Monitoring-Aktivitäten müssen auf allen Ebenen in Zukunft verstärkt werden: beim Einzelgebäude (selbstnutzender Eigentümer), bei Portfolios (Wohnungsunternehmen), bei Kundengruppen (Energieversorger, Abrechnungsdienstleister), auf kommunaler, Landes- und Bundesebene 30