Studienarbeit. Vergleich der Wirtschaftlichkeit zweier energetischer. Gebäudesanierungsmaßnahmen. Prof. Dipl.-Ing. Richard Kuttenreich

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1 Studienarbeit Vergleich der Wirtschaftlichkeit zweier energetischer Gebäudesanierungsmaßnahmen Dozent: Studiengang: Prof. Dipl.-Ing. Richard Kuttenreich Master Umwelt- und Verfahrenstechnik Abgabe: Abgegeben von Rang Jens

2 Inhaltsverzeichnis 1. Thematik Investitionsrechenverfahren Kostenvergleichsrechnung Gewinnvergleichsrechnung Rentabilitätsrechnung Amortisationszeit Zusammenfassende grafische Gegenüberstellung Fazit Für den betrachteten Fall Weitere Gedanken und Schlussfolgerungen Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Wärmegewinne, -Verluste und Energieflüsse in einem Haus [1]... 3 Abbildung 2: Gegenüberstellung ges. Kosten... 9 Abbildung 3: Gegenüberstellung Gewinn... 9 Abbildung 4: Gegenüberstellung Rentabilität... 9 Abbildung 5: Gegenüberstellung Amortisation... 9 Abbildung 6: Fenster mit Schwachstelle Fensterrahmen [4] Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Übersicht über Rahmenbedingungen, Energiebedarf und Sanierungskosten... 4 Tabelle 2: Kostenvergleichsrechnung... 7 Tabelle 3: Gewinnvergleichsrechnung... 7 Tabelle 4: Rentabilitätsrechnung... 8 Tabelle 5: Amortisationszeit

3 1. Thematik Ziel dieser Studienarbeit ist eine wirtschaftliche Bewertung zweier Szenarien in denen verschiedene energetische Gebäudesanierungsmaßnahmen für ein Einfamilienhaus untersucht werden. In Zeiten der Erderwärmung muss sich jeder Hausbesitzer fragen, ob er durch Wärmedämmmaßnahmen den Wärmeverlust an die Umwelt minimieren möchte und somit einen Beitrag zum Klimaschutz leistet. Falls dies nicht aus ideellen Gründen geschieht, sollte angesichts deutlich steigender Energiepreise eine Umsetzung aus wirtschaftlichen Gründen erfolgen. Der durchschnittliche Jahresheizenergiebedarf sowie auch die dafür anfallenden Kosten würden sich deutlich reduzieren. Für die Wirtschaftlichkeits-Berechnungen muss im Vorfeld der Jahresheizenergiebedarf eines Einfamilienhauses ermittelt werden. Dazu wird das Monatsbilanzverfahren nach EnEV (Energie-Einspar-Verordnung) angewandt. Angaben die Wand- und Fensterflächen je Himmelsrichtung betreffen, liest man aus Gebäudeplänen heraus und pflegt diese dann in ein EnEV- Excel-Tool ein. Darin berücksichtigt werden auch Klimadaten mit ihrem Einfluss auf den Jahresheizenergiebedarf. In der Gegenüberstellung der Szenarien sind diese konstant. Die einzigen Variablen ergeben sich in den U-Werten (Wärmedurchgangs-Werte) der Außenwände und Fenster, die aus den Sanierungsmaßnahmen resultieren. Zur Veranschaulichung zeigt Abbildung 1 die Energieflüsse in einem Haus, sowie die energetischen Gewinne und Verluste. Abbildung 1: Wärmegewinne, -Verluste und Energieflüsse in einem Haus [1] 3

4 Um das Energieeinsparpotenzial im Zuge der beiden Sanierungs-Szenarien ermitteln zu könne, wird auch der Jahresheizenergiebedarf des unsanierten Zustandes des Hauses berechnet. Einzige Variablen sind die U-Werte der Außenwände und Fenster. Tabelle 1 zeigt die verschiedenen Rahmenbedingungen mit denen die Berechnung des Jahresheizenergiebedarfs durchgeführt wird, sowie die Sanierungskosten in den beiden Szenarien. Tabelle 1: Übersicht über Rahmenbedingungen, Energiebedarf und Sanierungskosten Konstante Rahmenbedingungen Anzahl Personen U-Wert Kellerboden [W/(m²*K)] U-Wert Kellerwand [W/(m²*K)] U-Wert oberste Geschossdecke [W/(m²*K)] U-Wert Dach [W/(m²*K)] Variierende Rahmenbedingungen 4 0,360 0,430 0,243 0,211 Keine Sanierung Szenario 1 Szenario 2 U-Wert Außenwand [W/(m²*K)] 1,977 0,333 0,125 U-Wert Fenster [W/(m²*K)] 1,500 1,000 0,600 Energiebedarf [kwh/a] Keine Sanierung Szenario 1 Szenario 2 Jahresheizenergiebedarf EnEV [kwh/a] , , ,64 Einsparung zum unsanierten Fall [kwh/a] 0, , ,75 Sanierungskosten spezifisch Wand Keine Sanierung Szenario 1 Szenario 2 Materialkosten [ /m²] - 40,00 100,00 Arbeitskosten [ /m²] - 43,00 43,00 Zu renovierende Wandfläche [m²] 149 Fenster Keine Sanierung Szenario 1 Szenario 2 Materialkosten [ /m²] - 198,00 349,00 Arbeitskosten [ /m²] - 43,00 43,00 Zu renovierende Fensterfläche [m²] 47 Sanierungskosten gesamt Keine Sanierung Szenario 1 Szenario 2 Wand , ,00 Fenster , ,00 Summe , ,00 Türkis hinterlegte Zellen stellen konstante Werte dar. Gelbe Zellen sind variable Eingabe- Zellen. Rote Zahlen sind berechnete Werte wobei Excel hier auf die gelben und türkisenen Zellen zurückgreift. Zellen mit rotem Rand sind selbst getroffene Annahmen auf die sämtliche Berechnungen aufbauen. 4

5 Im EnEV-Excel-Tool werden folgende Einflussfaktoren auf die Berechnung des Jahresheizenergiebedarfs berücksichtigt: Monatliche Solare Gewinne (konstant in allen Szenarien) Monatliche Interne Gewinne durch Personen und elektrische Geräte (konstant in allen Szenarien) Monatliche Wärmeverluste durch Lüftung und Transmission (konstant in allen Szenarien) Durchschnittliche monatliche Temperatur- und Strahlungsdaten (konstant in allen Szenarien) Variierende U-Werte bei Außenwänden und Fenstern Die verwendeten U-Werte in Szenario 1 und Szenario 2 ergeben sich aus zuvor getroffenen Annahmen: Szenario 1 (Wand): auf bestehende Ziegelwand werden 10 cm Styropor zur Wärmedämmung angebracht Szenario 1 (Fenster): Erneuerung der 2-fach verglasten Fenster durch 3-fach verglaste Fenster Szenario 2 (Wand): zusätzliche 30 cm Styropor zur Wärmedämmung Szenario 2 (Fenster): Erneuerung der Fenster durch 3-fach verglaste Fenster mit Halogengas-Füllung 5

6 2. Investitionsrechenverfahren Im Folgenden werden vier Investitionsrechenverfahren durchgeführt und dargestellt [2]. Es sind: Kostenvergleichsrechnung Gewinnvergleichsrechnung Rentabilitätsrechnung Amortisationszeitberechnung Um eine gewisse Aussagekraft der vier Methoden erzielen zu können werden verschiedene Parameter, die sich zeitlich verändern, berücksichtigt und anschließend über die Nutzungsdauer (30 Jahre) gemittelt, um dann in die Berechnung mit einfließen zu können. Diese wären: Energiepreissteigerung um 5 % pro Jahr. Als Basis dient ein aktueller Preis von 0,11 /kwh für Propangas. Annahme: Propangas-Befeuerung der Heizung Inflation von 1,8 % pro Jahr auf die Einsparung (Gewinn) durch den geringeren Jahresheizenergiebedarf, die den Gewinn weniger Wert werden lässt Einen entgangenen Gewinn durch 2 % Zinsen pro Jahr, wenn man die Investitionssumme etwa bei einer Bank angelegt hätte 2.1 Kostenvergleichsrechnung Zunächst werden nur die Kosten beider Szenarien gegenübergestellt, dargestellt in Tabelle 2. Dabei sind wie bereits erwähnt die gelb hinterlegten Zellen wieder Eingabezellen, die rote Schrift zeigt, dass der Wert in der Zelle berechnet wird und die braune Schrift deutet darauf hin, dass ein zuvor errechneter Wert übernommen wird. Die Sanierungskosten sind nach Tabelle 1 berechnet und die Angaben für Nutzungsdauer, Kalkulationszinsfuß sowie der Restwert sind angenommen. Die durchschnittlichen Energiekosten pro kwh sind wie oben aufgeführt errechnet. Der Jahresheizenergiebedarf wurde mit einem Excel-Tool nach EnEV ermittelt woraus sich die durchschnittlichen jährlichen Kosten für Energie ergeben. Aus den Angaben werden die kalkulatorischen Zinsen berechnet, indem Restwert und Anschaffungswert addiert werden, durch zwei dividiert werden und anschließend mit dem Zinssatz multipliziert werden. Die kalkulatorischen Abschreibungen erhält man durch Subtraktion des Restwertes von Anschaffungswert und Division durch die Nutzungsdauer. Abschreibungen und Zinsen ergeben in Summe die Kapitalkosten. Dazu werden noch die Betriebskosten für Energie hinzugerechnet woraus sich die jährlichen Gesamtkosten ergeben. Die Differenz der beiden Szenarien ist ebenfalls aufgeführt. 6

7 Tabelle 2: Kostenvergleichsrechnung Kostenvergleichsrechnung Angaben Szenario 1 Szenario 2 Sanierungskosten gesamt [ ] , ,00 Restwert [ ] 7.000, ,00 Nutzungsdauer [a] 30 Kalkulationszinsfuß [%] 6% 6% Durchschnittliche Energiekosten [ /kwh] 0,2436 Jahresheizenergiebedarf [kwh/a] , ,64 Durchschnittliche Energieverbrauchskosten [ /a] 4.349, ,48 Kapitalkosten Kalkulatorische Abschreibung [ ] 556, ,03 Kalkulatorische Zinsen [ ] 920, ,93 Kapitalkosten [ ] 1.477, ,96 Betriebskosten Durchschnittliche Energieverbrauchskosten [ /a] 4.349, ,48 Gesamte Kosten [ /a] 5.826, ,45 Kostendifferenz [ /a] 122,97 Die Höhe des Restwertes sowie der Kalkulationszinsfuß-Satz sind selbst getroffene Annahmen. Die Berechnungen weisen niedrigere jährliche Kosten für das erste Szenario auf. 2.2 Gewinnvergleichsrechnung In Tabelle 3 wird die Gewinnvergleichsrechnung veranschaulicht. Tabelle 3: Gewinnvergleichsrechnung Gewinnvergleichsrechnung Angaben Szenario 1 Szenario 2 Durchschnittliche Erlöse [ /a] 3.456, ,35 Durchschnittlich entgangene Gewinne [ /a] 640, ,54 Tatsächliche durchschnittliche Erlöse [ /a] 2.815, ,81 Kalkulatorische Abschreibung [ /a] 556, ,03 Kalkulatorische Zinsen [ /a] 920, ,93 Fixe Kosten gesamt [ /a] 1.477, ,96 Durchschnittlicher Gewinn [ /a] 1.338,34 475,84 Gewinndifferenz [ /a] 862,50 Dabei werden die durchschnittlichen Erlöse, die sich aus dem Minderverbrauch an Heizenergie ergeben, gegenübergestellt. Bei diesen werden über 30 Jahre jeweils 1,8 % Inflationsver- 7

8 lust eingerechnet und anschließend gemittelt. Dieser Wert dient dann als Ausgangsbasis für die weiteren Berechnungen. Von diesen Erlösen werden die im gleichen Verfahren ermittelten durchschnittlich entgangenen Gewinne subtrahiert. Die durchschnittlich entgangenen Gewinne ergeben sich aus einer alternativen Anlagemöglichkeit der Investitionssumme für die Sanierung. Hierfür wird eine Verzinsung von 2 % pro Jahr angenommen. Von den sich daraus ergebenden tatsächlichen durchschnittlichen Erlösen werden kalkulatorische Zinsen und Abschreibungen abgezogen woraus sich nun der tatsächliche durchschnittliche Gewinn pro Jahr ergibt. Die Differenz der beiden Szenarien ist ebenfalls aufgeführt. In dieser Rechnung ergibt sich für Szenario 1 ein um 862,50 höherer Gewinn pro Jahr als für Szenario Rentabilitätsrechnung In diesem Kapitel wird eine Rentabilitätsrechnung für die beiden Szenarien durchgeführt. Sie wird in Tabelle 4 veranschaulicht. Tabelle 4: Rentabilitätsrechnung Angaben Rentabilitätsrechnung Szenario 1 Szenario 2 Durchschnittlicher Gewinn [ ] 1.338,34 475,84 Kalkulatorische Zinsen [ ] 920, ,93 Durchschnittlicher Gewinn vor Zinsen [ ] 2.259, ,77 Durchschnittlich gebundenes Kapital [ ] , ,50 Rentabilität [%] 14,72% 8,04% Differenz in der Rentabilität 6,68% Die durchschnittlichen Gewinne werden aus der Gewinnvergleichsrechnung übernommen. Dazu werden kalkulatorische Zinsen addiert, was den Gewinn vor Zinsen ergibt. Das durchschnittlich gebundene Kapital berechnet sich aus der Summe von Anschaffungs- und Restwert geteilt durch zwei. Die Rentabilität ermittelt man durch Division von durchschnittlichem Gewinn vor Zinsen und durchschnittlich gebundenem Kapital, multipliziert mit 100. Die Differenz ist wiederrum dargestellt. Szenario 1 weist eine um 6,68 % höhere Rentabilität auf als Szenario Amortisationszeit In folgender Tabelle 5 wird die Amortisationszeit in Jahren beider Szenarien ermittelt und gegenüber gestellt. Diese wird durch Division von Anschaffungskosten durch die Summe von durchschnittlichem jährlichen Gewinn und Abschreibungen erhalten. 8

9 Tabelle 5: Amortisationszeit Amortisationszeit Angaben Szenario 1 Szenario 2 Ursprünglicher Kapitaleinsatz [ ] , ,00 Durchschnittlicher jährlicher Gewinn [ /a] 1.338,34 475,84 Kalkulatorische Abschreibungen [ /a] 556, ,03 Amortisationszeit [a] 12,50 25,36 Differenz [a] 12,85 Es zeigt sich, dass das Szenario 1 mit 12,5 Jahren eine um 12,85 Jahren niedrigere Amortisationszeit aufweist als Szenario 2 mit 25,36 Jahren. 2.5 Zusammenfassende grafische Gegenüberstellung Die folgenden Abbildungen zeigen eine grafische Gegenüberstellung der berechneten Ergebnisse. Gesamte Kosten [ /a] Gewinn [ /a] Abbildung 2: Gegenüberstellung ges. Kosten Abbildung 3: Gegenüberstellung Gewinn 20% 15% 10% 5% Rentabilität [%] 14,72% 8,04% Amortisation [a] 25,36 12,50 0% Abbildung 4: Gegenüberstellung Rentabilität Abbildung 5: Gegenüberstellung Amortisation 9

10 3. Fazit 3.1 Für den betrachteten Fall Mit den angenommenen Werten für Materialkosten und Arbeitskosten und den daraus resultierenden Investitionskosten, sowie den Annahmen der beiden Sanierungsszenarien und den sich daraus verändernden U-Werten mit den Auswirkungen auf den Jahresheizenergiebedarf und den durchgeführten Investitionsrechenverfahren ergibt sich ein klares Fazit: Bei einem Beschluss für eine Gebäudesanierungsmaßnahme sollte sich für das erste Szenario entschieden werden! Alle vier durchgeführten Verfahren weisen einen Vorteil für das erste Szenario aus. Die Gesamt-Kosten pro Jahr liegen um 123 Euro niedriger als bei Szenario 2. Des Weiteren zeigt es einen höheren durchschnittlichen Gewinn pro Jahr auf - im Gegensatz zur alternativen Variante. Auch bei der Rentabilitätsrechnung, in der die absolute Vorteilhaftigkeit einer Investition festgestellt wird, zeigt das erste Szenario eine um 6,7 % höhere Rentabilität [3]. Schlussendlich weist es auch bei der Berechnung der Amortisationszeit eine um die Hälfte geringere auf. 3.2 Weitere Gedanken und Schlussfolgerungen Nach weiteren Überlegungen über zusätzliche Eingabefunktionen im EnEV-Excel-Tool bezüglich der U-Werte ergeben sich weitere interessante Ergebnisse. Wenn der U-Wert der Fenster unverändert bei 1,5 W/(m²*K) belassen wird, gleichzeitig aber die Wand-Konfiguration des zweiten Szenarios mit einem U-Wert von 0,125 W/(m²*K) eingegeben wird, erhält man einen sogar leicht niedrigeren und damit besseren Jahresheizenergiebedarf als im oben betrachteten Szenario 1. Das heißt, dass die Energieeinsparung hauptsächlich durch die angebrachte Dämmung an den Außenwänden resultiert. Die deutlich teurere Fenstersanierung erbringt im Vergleich zur Wand nur einen relativ geringen Anteil an Energieeinsparung. Folglich muss allgemein die Sinnhaftigkeit einer Fenstersanierung vor allem nach dem wirtschaftlichen Aspekt kritisch hinterfragt werden. Eine reine und gute Wandsanierung (z.b.: 30 cm Styropor-Dämmung) erreicht den gleichen Energieeinsparungseffekt wie eine mittelgute Wand- plus Fenstersanierung (beispielsweise Konfiguration von Szenario 1, vgl. Seite 5). Ein weiterer zu bedenkender Aspekt ist das Fenster an sich. Mit dem Austausch eines alten zweifach verglasten Fensters durch ein neues dreifach verglastes mit Halogengasfüllung ist zwar der U-Wert des Glases deutlich gesenkt. Allerdings ist dabei nicht gewährleistet ob auch der Fenster-Rahmen (Abbildung 6) einen niedrigen Wärmedurchgang aufweist. Falls dies nicht der Fall ist kann es trotz hervorragenden U-Werten für Glas zu nicht unerheblichen Wärmeverlusten führen. Hier liegt oftmals der Schwachpunkt. Abbildung 6: Fenster mit Schwachstelle Fensterrahmen [4] 10

11 4. Literaturverzeichnis [1] Energie effizient sparen, [Online]. Available: [Zugriff am ]. [2] J. Wöltje, Betriebswirtschaftliche Formelsammlung, Haufe. [3] J. Wöltje, Betriebswirtschaftliche Formelsammlung, Haufe, p [4] [Online]. Available: [Zugriff am ]. 11