Projektarbeit in der Betriebswirtschaftslehre

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1 Projektarbeit in der Betriebswirtschaftslehre Thema: Betriebs- und Investitionskostenvergleich ausgewählter Wärmesysteme Dozent: Prof. Dipl.-Ing. Richard Kuttenreich Studiengang: Master Umwelt- und Verfahrenstechnik Semester: Wintersemester 2011/12 Abgabe: Verfasser: Matrikelnr.: Marina Fischer Dominik Lutzenberger

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG AUFGABENSTELLUNG UND EINFÜHRUNG... 3 AUFGABENSTELLUNGEN... 3 EINFÜHRUNG HEIZSYSTEME ANLAGENBESCHREIBUNG... 4 GAS-BRENNWERTHEIZUNG... 4 PELLETHEIZUNG... 5 WÄRMEPUMPENHEIZUNG WIRTSCHAFTLICHKEITSBERECHNUNG... 7 INVESTITIONSKOSTEN... 7 BETRIEBSKOSTEN... 9 AMORTISATIONSBETRACHTUNG FAZIT QUELLEN Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1: FUNKTIONSWEISE EINES BRENNWERTGERÄTES UND PRINZIPIELLER AUFBAU... 5 ABBILDUNG 2: ANLAGENSYSTEM GAS-BRENNWERTKESSEL... 5 ABBILDUNG 3: ANLAGENSYSTEM PELLETHEIZUNG... 6 ABBILDUNG 4: FUNKTIONSWEISE EINER WÄRMEPUMPE... 6 ABBILDUNG 5: ANLAGENSYSTEM WÄRMEPUMPENHEIZUNG... 7 Seite 2

3 1 Einleitung Ziel dieser Seminararbeit ist es verschiedene Heizsysteme anhand der in der Vorlesung erlernten Kostenvergleichsrechnungen auf ihre Wirtschaftlichkeit hin zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurden von uns drei Wärmesysteme für den häuslichen gebrauch ausgewählt. 2 Aufgabenstellung und Einführung Aufgabenstellungen Anhand einer Betriebs- und Investitionskostenberechnung soll am Ende dieser Arbeit ein Vergleich zwischen den Anlagentypen gemacht werden können. Die Abarbeitung soll sich auf die folgenden Aufgabenpunkte stützen. Beschreibung des Vorhabens Techn. Skizzen, Bilder geplanter Materialeinsatz geplanter Personaleinsatz, Lohnkosten Dazugehörige Wirtschaftlichkeitsberechnungen Überprüfung des Projektvorhabens mittels Investitionsrechnung Einführung Heizsysteme Rund ein Drittel des Energieverbrauchs in Deutschland entfällt auf die Wärmeerzeugung. Angesichts des Klimawandels rücken daher umweltschonende Heizmöglichkeiten in den Fokus öffentlicher Diskussionen. Gerade in den letzten Jahren hat die Heizgeräteindustrie viel in den Innovationsfortschritt der Brennwerttechnik investiert. Mit dem Ergebnis, dass bis zu 98 Prozent der eingesetzten Energie in Wärme umgesetzt wird. Es geht praktisch keine Energie mehr verloren. Um effizient und komfortabel zu heizen, gibt es gleich mehrere Heizalternativen. Einige Techniken sind bereits seit langem im Markt etabliert und spiegeln den aktuellen Stand der Technik wider. In den letzten Jahren sind zusätzlich weitere Heizungstechniken entwickelt worden, um zukunftsweisend und effizient Wärme zu erzeugen. Welche Anlage letztendlich verbaut wird, hängt von verschiedenen Faktoren wie der Größe des Objektes, dem Investitionsvolumen und den individuellen Bedürfnissen ab. Seite 3

4 Für unsere Berechnungen zur Wirtschaftlichkeit haben wir uns daher, einem Standardsystem und schon seit längerem eingesetzten, sowie zwei Innovativen Heizsystem bedient: Gas-Brennwertheizung Pelletheizung Wärmepumpenheizung 3 Anlagenbeschreibung Ob im Bestand eines Einfamilienhauses oder im Neubau, immer stellt sich die Frage nach dem besten Heizsystem. In der Regel spielt auch der Kostenfaktor der Anlage eine wesentliche Rolle für die Planung des Hauses An der Spitze effizienter Energietechnik unter den konventionellen Heizungssystemen (Öl, Gas) steht derzeit der Gas-Brennwertkessel. Angesichts steigender Energiepreise und der Klimadiskussion stehen als Alternativen zu Öl und Gas erneuerbaren Energien (Holz, Pellets, Solar), Wärmepumpen und Blockheizkraftwerke zur Verfügung. Gas-Brennwertheizung Erdgas-Brennwertgeräte zählen zu den effizientesten Wärmeerzeugern und sind daher bei Modernisierern besonders gefragt: Bereits jede zweite neue Gasheizung ist ein Brennwertgerät. Gegenüber konventionellen alten Heizkesseln nutzt die innovative Technologie den eingesetzten Brennstoff optimal und spart auf diese Weise bis zu 40 Prozent Energie. Mit sinkendem Energieverbrauch verringern sich auch die Schadstoffemissionen. So stoßen Erdgas- Brennwertgeräte fast 35 Prozent weniger CO 2 aus als Standardkessel. Erdgas-Brennwertkessel nutzen die im Abgas enthaltene Wärme und führen zusätzlich auch die bei der Kondensation des Wasserdampfes freigesetzte latente Wärme dem Heizkreislauf zu. Auf diese Weise verwenden die modernen Kessel Energie, die bei herkömmlichen Heizungen ungenutzt verloren geht. Zudem sorgt die moderne Technik dafür, dass die Heizung anders als bei Standardkesseln nicht permanent mit hohen Vorlauftemperaturen arbeitet. Die Heizleistung der Erdgas-Brennwertgeräte lässt sich flexibel an den jeweiligen Wärmebedarf anpassen. Standardkessel hingegen lassen bis zu 15 Prozent der eingesetzten Energie mit den Abgasen aus dem Schornstein entweichen. Seite 4

5 Darüber hinaus verlieren die Geräte zusätzlich bis zu 20 Prozent der Energie an den Raum, in dem sie aufgestellt sind. Dafür ist die vergleichsweise schlechte Dämmung der alten Wärmeerzeuger verantwortlich. Abbildung 1: Funktionsweise eines Brennwertgerätes und prinzipieller Aufbau Quelle: BDH e.v, Das folgende Bild zeigt die Einbindung des Anlagensystems mit allen Komponenten in die Hausstruktur Abbildung 2: Anlagensystem Gas-Brennwertkessel Quelle: Pelletheizung Holzpellets sind kleine Stifte aus gepresstem Sägemehl. Sie werden ohne Zusatzstoffe hergestellt und besitzen einen hohen Energieinhalt: Liter Öl entsprechen dem Heizwert von ca. zwei Kubikmetern Pellets. Pellets sind reine Biomasse und setzen beim Verbrennen pro kwh rund zehnmal weniger CO 2 frei als eine Elektroheizung. Pellet-Zentralheizungen kommen für Nennwärmeleistungen ab 3,9 kw aufwärts in Betracht. Pelletheizungen eignen sich insbesondere für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern. Sie verfügen über einen Vorratsbehälter für Brennstoffe. Die Pellets gelangen automatisch je nach Wärmebedarf über eine Förderschnecke in den Brenner. Brennstoffzufuhr und die Regelung der Seite 5

6 Verbrennung werden automatisch gesteuert. Wasserführende Öfen nutzen die Wärmeenergie, um Wasser zu erwärmen, das sich in Wassertaschen um die Brennkammer befindet. Abbildung 3: Anlagensystem Pelletheizung Wärmepumpenheizung Wärmepumpen nutzen die Sonnenenergie, die in Erde, Wasser und Luft gespeichert ist. Sie nehmen dabei Umweltwärme auf und führen die Wärme dann dem Heiz- und Brauchwasser zu. Dabei gilt, je geringer der Unterschied zwischen der Umwelt-Temperatur und der Wunsch- Temperatur des Raumes, desto weniger muss die Wärmepumpe arbeiten. Ideal sind daher Wärmequellen, die auch im Winter eine möglichst hohe Temperatur besitzen (z.b. Grundwasser) und Heizungen, die mit möglichst niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Abbildung 4: Funktionsweise einer Wärmepumpe Quelle: Das wichtigste Contra der Wärmepumpe ist ihr Strom-Verbrauch. Im Vergleich zu anderen Heizungen mit regenerativer Energie ist die Ökobilanz relativ schlecht - in der Praxis sogar oft nicht Seite 6

7 besser als die einer Gasheizung. Die Vorteile der Wärmepumpe kommen nur im Betrieb mit purem Öko-Strom voll zum Tragen. Abbildung 5: Anlagensystem Wärmepumpenheizung 4 Wirtschaftlichkeitsberechnung Die einzelnen Heizungsanlagen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Investitionskosten und Betriebskosten. Dabei rücken alternative Systeme immer mehr in den Vordergrund und locken mit geringem Verbrauch. Gleichzeitig erfordern sie immer noch relativ hohe Investitionen. Ob es sich lohnt, sollen die folgenden Wirtschaftlichkeitsberechnungen der drei Heizungssysteme zeigen. Die folgenden Berechnungen beziehen sich auf ein Einfamilienhaus der neueren Energieeffizienzklasse. Die Grundfläche wird mit ca. 150 m 2 veranschlagt. Pro Quadratmeter Nutzfläche wird eine Leistung von 50 Watt angenommen. Die Preise beziehen sich auf den Stand des Jahres Abkürzungsverzeichnis: Gas-Brennwertheizung Pelletheizung Wärmepumpenheizung GBH PH WPH Investitionskosten Als Investitionskosten werden die bei einer Anschaffung getätigten Ausgaben bezeichnet. Im betriebswirtschaftlichen Sinn handelt es sich nicht um Kosten, da Investitionen in die Seite 7

8 Anlagenbuchhaltung einfließen und zu Veränderungen der Abschreibungen führen. Diese Kosten werden in der folgenden Tabelle unter den verschiedenen Kostenpunkten gegenübergestellt. Kostenträger GBH PH WPH Kessel, Brenner, Regelung, Rauchrohr 5.260, ,- - Verteiler: Dach/Keller, Rohrleitungen, Puffer, Zubehör 1.900, ,- - Wärmetauscher 2.200, ,- - Fußbodenheizung 80 m 2 incl. Heizkreisverteiler 3.600, , ,- Warmwasserboiler le 150 l 550,- 550,- - Montage Pelletstank ,- - Wärmepumpe, Regelung, Erdkollektor, Verlegung ,- Erdkollektor, Verteiler, Rohrleitungen, Zubehör Speicher 400 l mit Frischwassersystem ,- Montage gesamt 2.200, , ,- Kosten Heizanlage ohne Nebenkosten: , , ,- Summe inkl. MwSt , , ,- Zu den eben berechneten Investitionskosten kommen im Weiteren die vor Inbetriebnahme anfallenden Nebenkosten hinzu. Kostenträger GBH PH WPH Summe inkl. MwSt , , ,- Gasanschluss 1.440,- - - Installation 830,- - - Dachleiter und Podest 200,- 500,- - Neutralisationsanlage 200,- - - Thermische Solaranlage 6 qm, Verrohrung, 4.600,- - - Pumpe, Montage Pelletslagerraum + Förderanlage ,- - Spez. Kamin Erdbewegung + Sand ,- Summe Nebenkosten inkl. MwSt , , ,- Gesamtkosten der Heizanlage ohne Förderung , , ,- Als Ergebnis der Investitionsvergleichsrechnung ergibt sich, dass die Pelletheizung die höchsten Anschaffungskosten besitzt. Nimmt man diese Anlage als Referenz, kann der Investor bei einer Gas-Brennwertheizung 8513 Euro sowie bei einer Wärmepumpenheizung 6435 Euro einsparen. Seite 8

9 Betriebskosten In der folgenden Tabelle werden die Betriebskosten aufgelistet, die im Betreib einer Heizung über das Jahr gesehen anfallen. Die sind zum einen die Zusammenstellung der Energielieferungen. Zur zweiten Position zählen Kosten der Bedienung, Wartung und Reinigung der Anlage und des Heizungsraums, die Schornsteinfeger, die Kosten des Betriebsstroms, die Kosten für die Erstellung der Heizkostenabrechnung und gegebenenfalls die Kosten für die Miete von Messgeräten. Die Betriebsstunden der Anlage werden mit 1800 Stunden über das Jahr angenommen. Bei einer Nutzfläche von 150 m 2 entspricht die aufzubringende Heizleistung 7,5 kw. Berechnung der Gaskosten pro Raumfläche: 7,5 kw x h = kwh Durchschnittlicher Nutzungsgrad Gas: 85% Heizwert: 10 kw / m 3 Gas Ertrag Solaranlage: kwh Gasverbrauch: ( ) kwh = kwh : (10 x 0,85) = 1376 m 3 Gaspreis: 0,671 Euro / m 3 Berechnung der Pelletkosten pro Heizleistung: 7,5 kw x h = kwh Durchschnittlicher Nutzungsgrad Pellets: 75% Heizwert: Pelletverbrauch: Pelletpreis: 4,9 kw / kg Pellets kwh : (4,9 x 0,75) = 3668 kg 0,25 Euro /kg Seite 9

10 Berechnung des Stromverbrauches pro Heizleistung 7,5 kw x h = kwh Durchschnittliche Jahresarbeitszahl: 4,7 Stromverbrauch: kWh : 4,7 = 2872 kwh WP-Strompreis: 19,59 Cent am Tag (40%) WP-Strompreis: 15,45 Cent in der Nacht (60%) Kostenträger GBH PH WPH Brennträger/Jahr 923,- 917,- - Grundpreis 200,- - 59,- Abgasuntersuchung, Schornsteinfeger 150,- 300,- Strom Pumpen, Steuerung (1.Tag/2.Nacht) 90,- 162,- 225,05,- 266,23,- Strom Solaranlage 85,- - - Neutralisation Kondensat 30,- - - Wartung über Wartungsvertrag - 120,- - Jahresbetriebskosten gesamt inkl. MwSt , ,- 550,28 Kosten einer KWh Wärmeleistung 10,7 ct 11,1 ct 4,1 ct Gaskosten: 1376 m 2 / Jahr x 0,671 Pelletkosten: 3668 kg / Jahr x 0,25 Energiekosten / Jahr: 2872 kw /h x 0,4 x 0, kw /h x 0,6 x 0,1545 Gewinnvergleichsrechnung Die Gewinnvergleichsrechnung soll dem Vergleich mehrere Investitionsverfahren dienen. Der Maßstab für die Vorteilhaftigkeit einer Investition ist der durch die Investition erzielte durchschnittliche Gewinn pro Periode. Die Nutzungsdauer für die drei Anlagentypen wird mit ca.15 Jahren gemittelt. Der Kalkulationszinsfuß wird mit 2,5 Jahren der Realität angenähert. Mit diesen Angaben können zunächst einmal die gesamten Fixkosten berechnet werden Seite 10

11 Fixe Kosten ges. [ /a] = Kalkulatorische Abschreib. [ /a] + Kalk. Zinsen [ /a] + Betriebskosten [ /a] Kapitalkosten [ ] = Kalkulatorische Zinsen [ ] + Kalkulatorische Abschreibung [ ] Kostenkomponente GBH PH WPH Anschaffungskosten (I 0 ) [ ] , , ,- Restwert (RW) [ ] 0,- 0,- 0,- Nutzungsdauer (n) [a] Jahresbetriebskosten gesamt inkl. MwSt. [ ] 1.448, ,- 550,28 Kalkulationszinsfuß (i) [%] 2,5 2,5 2,5 Kalkulatorische Abschreibung [ ] 1.764, , ,- Kalkulatorische Zinsen [ ] 330,90 437,31 357,- Fixe Kosten gesamt [ /a] 3.543, , ,28 Mit den soeben ermittelten gesamten Fixkosten kann nun eine Gewinnvergleichsrechnung aufgestellt werden. Es wird bei der Gegenüberstelllung der drei Varianten die Anlage ausgewählt, bei der die Gewinnspanne am größten ist. Als Referenz dient die Pelletheizung die mit den höchsten Gesamten Fixkosten in die Rechnung für den Gewinn eingeht. Gewinn [ /a] = Bezugswert [ /a] - Fixe Kosten gesamt [ /a] Kostenkomponente GBH PH WPH Bezugswert [ /a] 4.268, , ,84 Fixe Kosten gesamt [ /a] 3.543, , ,28 Gewinn [ /a] 725,14 0,- 1457,56 Die Rechnung zeigt, dass der Gewinn bei der Gas-Brennwertheizung mit ca. 725 Euro sowie bei der Wärmepumpenheizung mit ca Euro zu Buche schlägt. Rentabilitätsrechnung Bei der Rentabilitätsrechnung wird zusätzlich der Kapitaleinsatz berücksichtigt. Hier wird die absolute Vorteilhaftigkeit der Anlageninvestition festgestellt. Sie gibt dabei den Zinssatz an, mit dem sich der Kapitaleinsatz durchschnittlich verzinst. Seite 11

12 Rentabilität [%] = Gewinn [ /a] + Kalkulatorische Zinsen [ /a] ) / Gebundenes Kapital [ ] x 100 Kostenkomponente GBH PH WPH Gewinn [ /a] 725,14 0,- 1457,56 Kalkulatorische Zinsen [ /a] 330,90 437,31 357,- Gebundenes Kapital [ ] , , ,- Rentabilität [%] 8,0 2,5 12,7 Die höchste Rentabilität ergibt sich für die Wärmepumpenheizung mit 12,7%. Besonders ins Gewicht fällt hierbei der Gewinn der Anlage. Amortisationsbetrachtung Die günstigsten Investitionskosten hat die Gas-Brennwertheizung mit den in dieser Berechnung zusätzlich verwendeter thermischen Solarkollektoren. Für die Amortisation muss die Differenz zu den höchsten gesamten Fixkosten heran gezogen werden. Diese ergeben sich bei der Pelletheizung und wurden bereits im Gewinn verrechnet. Ohne die Berücksichtigung von Kreditzinsen und Preissteigerungen ergibt sich folgendes Bild: Amortisationsdauer [a] = Anschaffungskosten (I 0 ) [ ] / (Gewinn [ /a] + Kalkulatorische Abschreibung [ /a]) Kostenkomponente GBH PH WPH Anschaffungskosten (I 0 ) [ ] , , ,- Gewinn [ /a] 725,14 0,- 1457,56 Kalkulatorische Abschreibung [ ] 1.764, , ,- Amortisation Gas-Brennwertheizung: Amortisation Pelletheizung: Amortisation Wärmepumpe: 10,6 Jahre 15 Jahre 8,5 Jahre Seite 12

13 5 Fazit Der Vergleich der drei Anlagentypen zeigt, dass die Gas-Brennwertheizung für den Investor die sinnvollste Lösung darstellt. Doch auch bei diesem Anlagentyp ergeben sich mit der richtigen Technik und Handhabung noch weitere Einsparpotentiale. Diese besteht aus fünf wesentlichen Punkten bei dem sich zusätzlich 10% der Energie und somit bares Geld eingespart werden kann. Heizung erneuern: Gasbrennwertkessel sparen mehr als 40% Gas Kosten Heizen mit der Sonne: wie bereits für unser Berechnungsverfahren verwendet, spart ein Solarsystem insgesamt ein Viertel des Gasverbrauchs für Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Zusätzlich wird die Investition gefördert. Heizungspflege: Einstellen der Vorlauf- und Kesseltemperatur, auch bei neuen Anlagen, Funktionsprüfung der Regelung und Sicherheitseinrichtungen, Kessel-, Brenner-, und Heizkörper-Reinigung, Entlüften der Heizkörper und Auffüllen mit Wasser, Abgasmessung, Erneuerung von Verschleißteilen. Gebäude Dämmung: auch Nachträgliche Wärmedämmung ist hoch effizient und ist einer der Hauptpunkte für gutes Heizmanagement. Verbrauchsverhalten Energie clever nutzen: richtig Heizen & Lüften. Fairerweise muss auch der Vorteil einer Erdwärmepumpe erwähnt sein. Dieser liegt in der Förderung durch den Statt Förderfähig sind effiziente Wärmepumpen zur kombinierten Warmwasserbereitung und Raumheizung von Gebäuden sowie zur reinen Raumheizung von Nichtwohngebäuden. Demnach ergeben sich Förderungen von 900 Euro pauschal bei Anlagen bis 20 kw, 1200 Euro pauschal bei Anlagen von 20 kw bis 100 kw Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen: Euro pauschal bei Anlagen bis 10 kw. Darüber hinaus wird jedes weitere kw mit 120 Euro (bei Anlagen bis 20 kw) bzw. mit 100 Euro (bei Anlagen bis 100 kw).[quelle: Seite 13

14 6 Quellen Betriebswirtschaftliche Formelsammlung: 4 Auflage, Haufe Verlag Seite 14