Energieeffizienz von Gebäuden

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1 Energieeffizienz von Gebäuden Anforderungen und künftige Entwicklungen im nationalen und europäischen Kontext Hans Erhorn Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP), Stuttgart Fraunhofer IBP Auf Wissen bauen

2 Erfahrungen aus über 200 evaluierten Demonstrationsvorhaben seit 1980

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6 Entwicklung der energetischen Anforderungen

7 Ziele der Europäischen Union Anfang 2007 wurde von der EU mit dem Energiepaket der Aktionsplan Energieeffizienz 20/20/20 verabschiedet Verringerung des Primärenergieverbrauchs von 20 % bis 2020 Verringerung des Treibhausgases um 20 % bis 2020 Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger an der Gesamtenergieerzeugung um 20 % bis 2020

8 CO 2 - und Energieeffizienzziele d. EU Gipfeltreffen der der Staats- und und Regierungschefs der der EU EU am am Bis Bis Reduktion Reduktion des des Energieverbrauchs Energieverbrauchsum um % gegenüber gegenüber Prognose Prognose Bis Bis Steigerung Steigerung des des Anteils Anteils Erneuerbarer Erneuerbarer Energien Energienauf auf20 20 % am am Gesamtenergieverbrauch der der EU EU Bis Bis Reduktion Reduktion des des Treibhausgasausstoßes um um 20/30 20/30 % (Post-Kyoto-Abkommen) (Post-Kyoto-Abkommen) unter unter den den Stand Stand von1990 von1990 (Ziel: (Ziel: bis bis bis bis %) %) EU EU Energiedienstleistungs-Richtlinie vom vom April April Bis Bis Ende Ende Energieeinsparrichtwert von von 9 % (ab (ab Anfang Anfang % // a) a) EU-Richtlinie Gesamtenergieeffizienz vom vom Dezember Aktuell Aktuell novelliert novelliert Energie- und und Klimapaket der der EU EU (Beschluss am am ) Strategie Strategie zur zur Zielerreichung Zielerreichung (f. (f. DE DE 18% 18% REN REN //-14% -14% THG THG bis bis 2020) 2020) International weiches Ziel: Ziel: G8-Gipfel (Heiligendamm/Bali) Bali Bali Aktionsplan Aktionsplan unterstreicht unterstreicht den den Willen Willen aller aller Vertragsparteien, Vertragsparteien, angemessen angemessen zu zu einem einem künftigen künftigen Klimaregime Klimaregime beizutragen beizutragen und und legt legt fest, fest, dass dass alle alle Staaten Staatenüber ihre ihre mess- mess-und und überprüfbaren überprüfbaren Aktivitäten Aktivitäten berichten berichten müssen. müssen. Ornth

9 Umsetzung der EU-Richtlinie in Deutschland

10 Umsetzung der EU-Richtlinie in Deutschland verordnet durch BReg EU-RL Gesamtenergieeffizienz 3. Gesetz zur Änd. EnEG Ermächtigung f. Energieausweis EnEV Novelle Materielle Regelungen für Anforderungen, Methoden, Energieausweise, Inspektionen Beschluss BT DIN V Entwurf techrl Technische Richtlinien, Normen (z.b. vereinfachte Datenaufnahme, Energieverbrauchskennwerte), DIN V Energetische Bewertung von Gebäuden, DIN , DIN , Bbl.2 DIN 4108 Quelle: Hegner, BMVBS

11 CO 2 - und Energieeffizienzziele in DE Energie: Bis Bis Verdoppelung der der Energieproduktivität (Wirtschaftsleistung (Wirtschaftsleistung pro pro Primärenergieeinsatz) Primärenergieeinsatz) gegenüber (Koalitionsvertrag (Koalitionsvertrag v. v ) ) Bis Bis2020 Ausbau erneuerbarer Energien an an der der Stromproduktion auf auf % Bis Bis Erhöhung der der Erneuerbaren Energien am am Wärmeverbrauch auf auf % (EEWärmeG-E) (EEWärmeG-E) Klimaschutz: Bis Bis Verringerung der der CO CO 2 -Emissionen 2 um um40 40 % im im Vergleich zu zu (sofern (sofern EU EU % erreicht) erreicht) Bis Bis Verringerung der der THG THG um um % gegenüber (Kyoto) (Kyoto) Ornth

12 Energieproduktivität in Deutschland Quelle: Statusbericht Energiegipfel Ornth

13 IEKP Strategie zur Zielerreichung Altes Bundeskabinett Ende August 2007 in Meseberg: 29 Eckpunkte für ein Energie- und Klimaprogramm (IEKP) Ornth

14 Die Eckpunkte von Meseberg

15 IEKP - Auszug für Gebäudesektor Weiterer Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Stromanteil ca. 25 %) Bis 2020 Ausbau der EE im Strombereich auf 25-30% Intelligente Messverfahren für den Stromverbrauch Förderprogramme f. Klimaschutz und Energieeffizienz (Energieberatung, Markteinführungsprogramme, Exportinitiative, Umsetzung EDL-RL, ) Bis 2008/2009 Energieeinsparverordnung um Ø 30 % verschärfen, stufenweise Außerbetriebnahme von Nachtstromspeicherheizungen Novellierung der Heizkostenverordnung Verstetigung des CO 2 -Gebäudesanierungsprogramms Energetische Modernisierung der sozialen Infrastruktur (Investitionspakt) Bis 2020 Erhöhung des Anteils EE am Wärmeverbrauch auf 14 % (EEWärmeG) Programm zur energetischen Sanierung von Bundesgebäuden Stärkung von Energieforschung und Innovation Ornth

16 Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) Ziel: Bis 2020 Anteil von EE am Wärmeverbrauch 14 % Anwendungsbereich Gebäudekulisse in Anlehnung an EnEV Nutzungspflicht für EE zur Wärmeversorgung (Biomasse, Geothermie, solare Strahlungsenergie, Umweltwärme) Bei Nutzung solarer Strahlungsenergie Kollektorgröße mind. 3 bis 4 m² je 100 m² Nutzfläche Nutzung anderer EE wenn Wärmeenergiebedarf überwiegend daraus gedeckt (Bio-Gas und Bio-Öl nur wenn wirtschaftlicher als andere EE) Ersatzmaßnahmen: u.a. Unterschreitung EnEV-Anforderungen um 15 % (Nachweis mit Energiebedarfsausweis) Ausnahmen z. B. bei unangemessenem Aufwand, unbilliger Härte Ornth

17 Nutzungspflicht nach EEWärmeG 3 Eigentümer von Neubauten, die nach dem den Bauantrag stellen, müssen den Wärmebedarf anteilig mit Erneuerbaren Energien decken. Länder können eine Pflicht zur Nutzung erneuerbaren Energien in Altbauten festlegen (siehe Baden Württemberg ab 2010)

18 Anteil Erneuerbaren gemäß EEWärmeG 5 Bei Nutzung von solarer Strahlungsenergie wird die Nutzungspflicht dadurch erfüllt, dass der Wärmeenergiebedarf zu mindestens 15 % hieraus gedeckt wird oder in Wohngebäuden Solaranlagen mit einer Aperturfläche von mindestens 0,04 m² in Gebäuden mit max. 2 WE 0,03 m² in Gebäuden mit über 2 WE je m² Nutzfläche eingebaut werden. (Die Länder können höhere Mindestflächen festlegen)

19 IEKP: Energieeinsparverordnung Verschärfung der der energetischen Anforderungen um um Ø % Vereinheitlichung der der Berechnungsverfahren Ausweitung einzelner Nachrüstverpflichtungen Stufenweise Außerbetriebnahme von von Nachtstromspeicherheizungen Intensivierung privater privater Nachweispflichten (z. (z. B. B. Fachunternehmerbescheinigungen) zur zur Stärkung des des Vollzugs Anstreben einheitlicher Bußgeldvorschriften für für Neu- Neu-und und Altbauanforderungen Ornth

20 EnEV 2007 zur Erinnerung Keine Keine Verschärfung Verschärfungtrotz höherer höherer Energiepreise Energiepreise ( 1:1-Umsetzung ) Energieausweise für für Bestandsgebäude bei bei Neuvermietung Neuvermietung und und Verkauf, Verkauf, beizufügen beizufügen sind sind Empfehlungen Empfehlungenfür für die die kostengünstige kostengünstige Sanierung Sanierung Für Für Wohngebäude Wohngebäudeweiterhin DIN DIN V und und DIN DIN V Bei Bei Nichtwohngebäuden werden werden Beleuchtung Beleuchtung und und Klimatisierung Klimatisierung zusätzlich zusätzlich erfasst erfasst DIN DIN V für für Nichtwohngebäude Aushang Aushangbei bei bestimmten bestimmten öffentlichen öffentlichen Gebäuden Gebäuden Energetische Energetische Inspektion Inspektion von von Klimaanlagen Klimaanlagen > kw kw Ornth

21 Ab 2009: Anforderungen an alle Gebäude Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebedarf für Heizung, Lüftung, (Beleuchtung) und Kühlung den Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Gebäudenutzfläche und Ausrichtung mit der in Anlage 1 angegebenen technischen Referenzausführung übereinstimmt. Umfänglich sanierte Gebäude dürfen einen um 40% höheren Wert aufweisen

22 Referenzgebäude Referenzgebäudeverfahren Geplantes Gebäude H T,ref H T,real Referenz-RLT RLT Referenzheizung Referenzwarmwasser Referenzbeleuchtung f p,rlt,, real f p,heiz,, real f p,tww,, real f p,bel., real Q p,ref Nutzungsspezifisch: Innentemperatur Luftwechsel Wärmelasten Nutzungszeiten Warmwasserbedarf Q p,real Q p,real Q p,max

23 Referenzgebäudeverfahren Q p,real Q p,max Q p,ref = Q p,max

24 Berechnungsverfahren der EnEV 2009 Wohngebäude Gebäudeart Nichtwohngebäude Referenzgebäudeverfahren (Monatsbilanzverfahren) DIN V , EN 832, DIN V Referenzgebäudeverfahren (Monatsbilanzverfahren) DIN V Jahresprimärenergiebedarf Q P kwh/a Spez. Transmissionswärmeverlust HA T W/m²K Q P U-Werte nach Bauteilgruppen

25 Ab 2009: Jahres-Primärenergiebedarf Q P...ist nach DIN V auch für Wohngebäude zu ermitteln. oder alternativ nach: EN 832 in Verbindung mit DIN V und DIN V Q p,max Q p = Q p,h + Q p,c + Q p,w + Q p,aux

26 Kühlung von Wohngebäuden Wird die Raumluft gekühlt, erhöht sich der zulässige Primärenergiebedarf nicht. Der errechnete Endenergie- und Primärenergiebedarf erhöht sich für die gekühlte Gebäudenutzfläche bei Raumklimageräten der Effizienzklasse A, B, und C und Wohnungslüftungsanlagen mit reversibler Wärmepumpe um 16,2 kwh/m²a bei Kühlflächen mit Kaltwasserkreisen und elektrischer Kälteerzeugung um 10,8 kwh/m²a bei Deckung aus erneuerbaren Wärmesenken um 2,7 kwh/m²a bei sonstiger Kühlung um 18,9 kwh/m²a Klimaanlagen unterliegen einer Inspektionspflicht

27 Verantwortliche gemäß 26 Für die Einhaltung der Vorschriften dieser Verordnung ist der Bauherr verantwortlich, soweit in dieser Verordnung nicht ausdrücklich ein anderer Verantwortlicher bezeichnet ist. Für die Einhaltung der Vorschriften dieser Verordnung sind auch die Personen verantwortlich, die nach den bauordnungsrechtlichen Vorschriften der Länder als Entwurfsverfasser, Unternehmer, Bauleiter oder als Verteter dieser tätig werden.

28 Umsetzung der EU EPBD in Deutschland DIN V18599 Energetische Bewertung von Gebäuden Gemeinschaftsausschuß des NABau, NHRS und FNL Normungsantrag des BMVBS (2003): Nutzung existierender Ansätze so weit wie möglich europäisch Harmonisierung beachten so viel Vereinfachung wie möglich für Energiepass einheitlicher ganzheitlicher Ansatz für alle Gebäudetypen

29 Der erweiterte ganzheitliche Ansatz ( Nichtwohnungsbau)

30 2005: Erstveröffentlichung DIN V Teil 2: Nutzwärme- und Kältebedarf einer Zone Teil 3: Nutzwärme- und Kälte für die Luftaufbereitung Teil 1: Allgemeines Definitionen Vorgehensweise Zonierung Primärenergiefaktoren Teil 4: Endenergiebedarf für die Beleuchtung einer Zone Teil 5: Endenergiebedarf für die Heizung Teil 6: Endenergiebedarf für Wohnungslüftungsanlagen Teil 7: Endenergiebedarf für die Kältebereitstellung Teil 8: Endenergiebedarf Trinkwarmwasser Teil 9: Bewertung multifunktionaler Erzeugungsprozesse Teil 10: Randbedingungen (Standardnutzerprofile)

31 Die maßgeblichen Erweiterungen Bestimmung des Kühlbedarfs aus nicht nutzbaren Wärmeeinträgen Unterscheidung von Nutzungs- und Nicht-Nutzungszeiten Berücksichtigung der Luftaufbereitung in RLT-Anlagen Differenzierte Betrachtung des Luftwechsels hinsichtlich der Anteile Infiltration, freie Lüftung und mechanische Lüftung Berücksichtigung eines beweglichen Sonnenschutzes Differenzierte Behandlung von internen Wärmeeinträgen aus Personen, Arbeitsmitteln und Beleuchtung Berücksichtigung der Verteilverluste anlagentechnischer Systeme bei der Raumbilanz Möglichkeiten der überschlägigen Auslegung von Heiz- und Kühlanlagen

32 Sonnenschutzverglasung Gedämmte Fensterrahmen 3-fach-Verglasung Bewegungsmelder Tageslichtsensoren Energiemanagementsystem Gleichstromventilatoren Gegenstromwärmetauscher Wärmerückgewinnung Gaswärmepumpe Absorptionswärmepumpe Mikro-BHKW Luftdichtheitsprodukte Innovative Anstriche Aktive Doppelfassade Passive Doppelfassade Dezentrale Lüftung Bedarfsabhängige Lüftung Land Quelle: EU-Projekt Vergleich von nationalen Berechnungsnormen

33 Zeitschiene Energieeffizienz Letzte Verschärfung vor EPBD (EnEV 2002) Deutsche EPBD 1:1 Umsetzung (EnEV 2007) Meseberg 1. Verschärfung (EnEV 2009) 2. (geplante) Verschärfung (EnEV 2012) EPBD Veröffentlichung EPBD Umsetzungspflicht EPBD Neustruktur Veröffentlichung EPBD neu Umsetzungspflicht EU Ziele: -20 % Energieverbrauch -20 % Treibhausgaspotential 20 % Erneuerbare Energie NZEB Neubauniveau

34 Entwicklung der energetischen Anforderungen EPBD recast:

35 Entwicklung der energetischen Anforderungen (EPBD recast)

36 Entwicklung der energetischen Anforderungen (EPBD recast) EPBD recast:

37 Mögliche Entwicklung der energetischen Anforderungen (EnEV 2012)

38 Entwicklung der energetischen Anforderungen (EnEV 2012) Anpassung der Bewertungsansätze an reale Verhältnisse

39 Die ersten Null-Energiehäuser ( ) Berlin (Schreck) Münster (Waltermann)

40 Die kommerzielle Lösung WEBER 2001 NEH und 3-Liter-Haus Null-Heizenergiehaus

41 Aus konventionellen Wärmeerzeugungssystemen wurden saisonale solare Speichersysteme 25 4 m 2 Flachkollektor WL l Warmwasserspeicher Gas-Umlaufwasserheizer 11 kw m 2 Flachkollektor WL 8 WL 7 OG WL 1 WL 2 WL 3 Gas DG WL 1 Wärmetauscher WL 6 WL 5 EG WL 5 OG WL 2 WL 3 Kaltwasser UG Kaltwasser WL 4 EG WL 4 20 m 3 Langzeitspeicher 700 l Kombispeicher mit integriertem 150 l Warmwasserspeicher

42 Schlierberg/Freiburg 50 Plusenergie Einfamilienhäuser Fraunhofer IBP

43 Nearly Zero Energy Buildings ein weltweites Thema Fraunhofer IBP

44 Results - Detail of the Energy Certificate Fraunhofer IBP

45 Beispiel: Sanierung und CO 2 -neutrale Wärmeversorgung einer 50er Jahre- Wohnanlage in München: Ausgangssituation Träger: GWG Gemeinnützige Wohnstätten und Siedlungsgesellschaft mbh Siedlungstyp: Innerstädtische Blockbebauung Baujahr: (Nachkriegsjahre) 149 Wohneinheiten, m² BGF schlechter baulicher Zustand, starker Sanierungsbedarf, Einzelöfen (Holz, Gas, Öl, Elektro)

46 Ansichten H 23-25: Süd- West Ansicht H 33: West Ansicht H 33: Süd- Ost Ansicht H 27-29: Ost Ansicht Fraunhofer IBP

47 München: Konzept Neuorganisation der Wohnungsgrundrisse, behutsame Nachverdichtung Außenwanddämmsystem aus Resol-Hartschaum (WLG 022), Vakuumdämmung, 3-fach Wärmeschutzverglasung oberflächennahe Geothermie mit Erdgas-betriebener Kompressionswärmepumpe, Gasbrennwertkessel für Spitzenlast, solare Warmwasserbereitung, dezentrale Heizungspumpen

48 München: Ziele Primärenergiebedarf (Beheizung + Trinkwassererwärmung) von mindestens 50 % unter Anforderungen EnEV 2009 für Neubauten CO 2 -neutrale Wärmeversorgung: Erzeugung bzw. Kompensation der noch benötigten Restwärme mit erneuerbaren Energien LowEx-Ansatz: Minimierung des Einsatzes von hochwertiger Exergie über die gesamte Energiekette: Erzeugung - Transport - Anwendung (Geothermie, solare Warmwasserbereitung, Legionellenprophylaxe mit anodischer Oxidationsanlage, ) Hohe Regelgüte durch Einzelraumregelung, wohnungszentrale Heizungsabschaltung (dezentrale Heizungspumpen) Effizientes Lüftungsverhalten und Heizungsabschaltung durch Fensterkontakte Langfristige Vermietbarkeit durch Neugestaltung und energetische Ertüchtigung

49 München: Realisierung

50 Vergleichbare Projekte: Deutsche Botschaft Canberra Superwärmeschutz Einzelraumregelung Erdreichwärmepumpe Solar- und PV Anlage Mehrkosten: 170 /m² baulich 410 /m² anlagentechn Amortisation: 38 Jahre Fraunhofer IBP

51 Vergleichbare Projekte: Plusenergieschule Stuttgart Superwärmeschutz Hocheffizienzlüftung Einzelraumregelung Tageslichtoptimierung LED Beleuchtung Erdreichwärmepumpe Solar- und PV Anlage Mehrkosten (EnEV): 180 /m² baulich 520 /m² anlagentechn Amortisation: 65 Jahre Fraunhofer IBP

52 Trügerische Wirtschaftlichkeit Modellhafte Sanierung einer Schule (MOSES) - Stuttgart Investitionskosten für energetische Sanierung: 2 Mio. Euro Wärmeeinsparung ca. 75 %: kwh/a oder /a Statische Kapitalrückflusszeit: 94,7 Jahre Basis: Energiepreise 1996 Basis: Energiepreise ,6 Jahre Fraunhofer IBP

53 Variable Praxislösungen 3 Liter Häuser (Renken/Steidt) Monolithisch Ziegel Aktivhaus (Mehrkosten ca.100 /m²) Fertigbau Stadthaus (Mehrkosten ca. 0 /m²)