Energieversorgungskonzept Neubaugebiet B 302

Energieversorgungskonzept Neubaugebiet B 302 erstellt für die StörtebekerHaus GmbH Am Redder 11 24558 Henstedt-Ulzburg durch die IPP ESN Power Engineering GmbH Rendsburger Landstraße 196-196 24113 Kiel

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Aufgabenstellung... 1 2 Energiewirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Wärmeerzeugung... 3 2.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen für den Einsatz der Wärmeerzeuger... 3 2.2 Berechnungsgrundlagen... 4 2.3 Gebäudesteckbriefe... 6 2.4 Eingesetzte Technologien...13 2.4.1 Pelletheizung...13 2.4.2 Wärmepumpe...13 2.4.3 Solarthermie zur Trinkwassererwärmung...14 2.4.4 Blockheizkraftwerk...15 3 Wirtschaftlichkeitsberechnung Photovoltaik...16 3.1 Einfamilienhaus und Villa...16 3.2 Doppelhaushälfte...17 4 Handlungsempfehlung...20

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1.1: Lage des Baugebietes... 1 Abbildung 2.1: Aufbau einer Pelletheizung...13 Abbildung 2.2: Funktion einer Wärmepumpe...13 Abbildung 2.3: Verschiedene Wärmequellen von Wärmepumpen...14

Tabellenverzeichnis Tabelle 2.1: Berechnungsgrundlagen für die weiteren Betrachtungen... 4 Tabelle 2.2: Energiewirtschaftliche Ansätze... 5 Tabelle 3.1: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa...16 Tabelle 3.2: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa mit Wärmepumpe...17 Tabelle 3.3: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte...18 Tabelle 3.4: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte mit Wärmepumpe...19

1 Einleitung und Aufgabenstellung Abbildung 1.1: Lage des Baugebietes In Norderstedt im Bereich des Schwarzen Weges und dem Scharpenmoor soll ein Wohngebiet mit 4 Grundstücken erschlossen werden. Im Rahmen dieses Konzeptes sollen verschiedene Möglichkeiten der Wärmeversorgung für unterschiedliche Gebäude in diesem Gebiet betrachtet werden. Es werden verschiedene Gebäudetypen (jeweils Einfamilienhaus, Doppelhaushälfte und Villa) mit unterschiedlichen Energiestandards betrachtet. Für Gebäude, dessen Bauanträge nach 01.01.2016 eingereicht werden, gilt eine neue verschärfte Energieeinsparverordnung (EnEV). Diese sagt im Kern aus, dass ein KfW-70 Gebäude welches nach der EnEV 2014 errichtet wurde nun als EnEV-Standard (EnEV 2016) gilt. KfW-55 Gebäude nach der EnEV 2014 entsprechen demnach ungefähr KfW-70 Gebäude nach der EnEV 2016 (vgl. Tabelle 1.1). Tabelle 1.1: Einordnung der neuen EnEV 2016 EnEV 2014 EnEV 2016 EnEV-Standard KfW-70 KfW-55 KfW-40 EnEV-Standard KFW-70 KFW-55 Seite 1 von 20

Um diese Vorgaben zu erreichen wird bei allen Gebäuden davon ausgegangen, dass eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung eingebaut wird. Da sich ein KfW-55-Gebäude (EnEV 2014: KfW-40) nach der neuen verschärften EnEV 2016 nicht wirtschaftlich darstellen lässt wird dieses in dem vorliegenden Konzept nicht betrachtet, sondern nur: EnEV-Standard KfW 70 Darauf aufbauend werden folgende Wärmeversorgungsvarianten auf Basis einer Vollkostenbetrachtung, d. h. unter Berücksichtigung von Kapitaldienst, Wartung und Energiebezugskosten, untersucht: Pelletkessel mit einem Erdtank Erdwärmepumpe Luftwärmepumpe Gasbrennwerttherme mit solarer Trinkwassererwärmung Pelletkessel mit einem Erdtank und solarer Trinkwassererwärmung Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Blockheizkraftwerk kombiniert mit einem Gas-Brennwertkessel zur Deckung der Spitzenlast Die Gasbrennwerttherme in Kombination mit einer solaren Trinkwassererwärmung wird nur bei Häusern, welche nach EnEV-Standard (EnEV 2014: KfW-70) gebaut werden, berücksichtigt, da ein besserer Standard nicht mit dieser Technologie erreicht werden kann, beziehungsweise die Gebäude sehr stark gedämmt werden müssten. Seite 2 von 20

2 Energiewirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Wärmeerzeugung 2.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen für den Einsatz der Wärmeerzeuger Bei der Errichtung neuer Gebäude muss eine Vielzahl an Gesetzen eingehalten werden. Zu diesen Gesetzen zählt auch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, kurz EEWärmeG. Zweck dieses Gesetzes ist es, insbesondere im Interesse des Klimaschutzes, der Schonung fossiler Ressourcen und der Minderung der Abhängigkeit von Energieimporten, eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen und die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Wärme aus Erneuerbaren Energien zu fördern. (EEWärmeG). Im Rahmen des EEWärmeG wird vorgeschrieben, dass die Eigentümer von Gebäuden, die neu errichtet werden, den Wärmeenergiebedarf anteilig durch die Nutzung Erneuerbarer Energien decken müssen. Nach Vorgabe des EEWärmeG muss folgender Wärmeanteil durch Erneuerbare Energien gedeckt werden: Bei Nutzung von solarer Strahlungsenergie: 15% Bei Nutzung von gasförmiger Biomasse: 30% Bei Nutzung von flüssiger Biomasse und fester Biomasse: 50% Bei Nutzung von Geothermie und Umweltwärme: 50% Es sind jedoch auch Ersatzmaßnahmen zugelassen: Mindestens 50% aus Anlagen zur Nutzung von Abwärme oder aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) Maßnahmen zur Einsparung von Energie (mind. 15% besser als EnEV) Nah- oder Fernwärme (mind. 50% KWK) Erneuerbare Energien und Ersatzmaßnahmen können zur Erfüllung der Pflicht miteinander kombiniert werden. Seite 3 von 20

2.2 Berechnungsgrundlagen Für die Ermittlung des Wärme- und Strombedarfes werden folgende Annahmen getroffen: Tabelle 2.1: Berechnungsgrundlagen für die weiteren Betrachtungen EFH DHH Villa Fläche in m² Heizfläche 200 153 233 Spez. Heizwärmebedarfe in kwh/(m²*jahr) Standard 42 42 42 KfW 70 32 32 32 Heizwärmebedarf in kwh/jahr Standard 8.400 6.426 9.786 KfW 70 6.400 4.896 7.456 Leistungsbedarf Heizung in kw Vbh Standard 6 1.600 5 7 KfW 70 4 4 5 Wärmebedarf WW Spezifisch in kwh/m² Absolut in kwh 2.500 12,5 1.913 2.913 Leistung in kw 15 15 15 Strombedarf in kwh Bedarf 5.000 4.400 5.000 Zur Ermittlung des Leistungsbedarfes für die Heizung wird von 1.600 Volllastbenutzungsstunden ausgegangen. Die höchste Leistung wird bei dem Einfamilienhaus (EFH) nach EnEV-Standard mit ca. 6 kw erwartet. Für die Warmwasserbereitung wird für eine schnelle Warmwasserbereitung hingegen eine Leistung von ca. 15 kw benötigt. Installiert wird in einem solchen Fall stets die größere benötigte Leistung, in diesem Fall also 15 kw. Seite 4 von 20

Es wird von folgenden energiewirtschaftlichen Ansätzen ausgegangen: Tabelle 2.2: Energiewirtschaftliche Ansätze Energiewirtschaftliche Ansätze Kapitalgebundene Kosten Dimension Zinssatz ca. 2% /Jahr Kapitaldienstfaktoren (Annuitätische Betrachtung): BHKW 10 Jahre 11,13% / Jahr Betrachtungs- Anlagen 20 Jahre 6,12% / Jahr zeitraum: Schornstein, Gasanschluss, Bohrung 40 Jahre 3,66% / Jahr Wartung/Reparatur/Versicherung/Betrieb Wärmepumpe ca. 50 /Jahr Solarthermiemodule ca. 50 /Jahr Pelletheizung ca. 500 /Jahr Gaskessel & Peripherie ca. 250 /Jahr BHKW & Peripherie ca. 300 /Jahr Energie- und Hilfsstoffkosten Grundpreis Erdgas 81,68 /Jahr Erdgas 5,520 ct/kwh Hs bei 1,10 Hi/Hs 5,018 ct/kwh Hi Stromkosten Wärmepumpentarif Arbeitspreis 20,29 ct/kwh el Stromkosten Wärmepumpentarif Grundpreis 13,50 /Jahr Stromkosten Arbeitspreis 25,95 ct/kwh el Stromkosten Grundpreis 57,83 /Jahr Holzpellets 4,90 ct/kwh Hi EEG-Umlage 0,25 ct/kwhel Energiesteuerrückerstattung 0,55 ct/kwh Hs EEX-Vergütung 3,284 ct/kwh el Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt. Seite 5 von 20

2.3 Gebäudesteckbriefe Aus den Bedarfen, den rechtlichen Rahmenbedingungen und den obigen energiewirtschaftlichen Ansätzen ergeben sich für die einzelnen Technologien und Baustandards die folgenden jährlichen Wärmegestehungskosten und CO 2 -Emissionen. Alle Kosten und Preise verstehen sich inkl. MwSt. Seite 6 von 20

Einfamilienhaus EnEv Standard Grundlagen 200 m² 5.000 kwh/jahr 8.400 kwh/jahr 2.500 kwh/jahr 10.900 kwh/jahr 6 kw 15 kw 15 kw Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Anlagenkonfiguration Brennstoffkosten CO2- Emissionen Summe Stromkosten Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Brennstoffbedarf Strombedarf Investitionen inkl. Förderung Technologie Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 0 kwh/jahr 2.472 kg/jahr 750 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 590 /Jahr 1.840 / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 4.500 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 930 /Jahr 2.080 / Jahr 2.060 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 4.900 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 1.010 /Jahr 2.130 / Jahr 2.820 kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 18.000 0 kwh/jahr 10.396 kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr 0 /Jahr 520 /Jahr 1.800 / Jahr 2.100 kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca. 24.000 0 kwh/jahr 2.192 kg/jahr 930 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 530 /Jahr 2.010 / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 25.740 3.570 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 740 /Jahr 2.280 / Jahr 2.060 kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 21.800 4.030 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 830 /Jahr 2.260 / Jahr 2.320 kg/jahr Seite 7 von 20

Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 200 m² 5.000 kwh/jahr 6.400 kwh/jahr 2.500 kwh/jahr 8.900 kwh/jahr 4 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Strombedarf Einfamilienhaus KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Brennstoffbedarf Summe Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten CO2- Emissionen Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 0 kwh/jahr 2.020 kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 480 /Jahr 1.726 / Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 4.024 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 830 /Jahr 1.980 / Jahr 2.320 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 4.329 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 890 /Jahr 2.010 / Jahr 2.490 kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 24.000 0 kwh/jahr 1.740 kg/jahr 930 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 417 /Jahr 1.897 / Jahr 0 kg/jahr (3.000 Förderung) Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer ca. 25.740 3.094 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 640 /Jahr 2.180 / Jahr 1.780 kg/jahr Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 21.800 3.459 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 720 /Jahr 2.150 / Jahr 1.990 kg/jahr Seite 8 von 20

Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 233 m² 5.000 kwh/jahr 9.786 kwh/jahr 2.913 kwh/jahr 12.699 kwh/jahr 7 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Doppelhaushälfte EnEv Standard Grundlagen Anlagenkonfiguration Jährliche Ausgaben Brennstoffbedarf Strombedarf Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 0 kwh/jahr 1.890 kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 450 /Jahr 1.696 /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 3.443 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 710 /Jahr 1.860 /Jahr 1.980 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 3.749 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 770 /Jahr 1.890 /Jahr 2.160 kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 18.000 0 kwh/jahr 7.641 kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr 0 /Jahr 380 /Jahr 1.660 /Jahr 1.544 kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca. 23.000 0 kwh/jahr 1.610 kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 390 /Jahr 1.810 /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 25.740 2.372 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 490 /Jahr 2.030 /Jahr 1.370 kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 21.800 2.711 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 560 /Jahr 1.990 /Jahr 1.560 kg/jahr Summe CO2-Emissionen Seite 9 von 20

Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Technologie 153 kwh/jahr 4.400 kwh/jahr 4.896 kwh/jahr 1.913 kwh/jahr 6.809 kwh/jahr 4 kw 15 kw 15 kw Investitionen inkl. Förderung Doppelhaushälfte KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Jährliche Ausgaben Brennstoffbedarf Strombedarf Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Summe CO2-Emissionen Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 0 kwh/jahr 1.540 kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 0 /Jahr 370 /Jahr 1.616 /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 3.078 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 640 /Jahr 1.790 /Jahr 1.770 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 3.311 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 690 /Jahr 1.810 /Jahr 1.910 kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca. 23.000 0 kwh/jahr 1.260 kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 0 /Jahr 304 /Jahr 1.724 /Jahr 0 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 25.740 2.008 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 420 /Jahr 1.960 /Jahr 1.160 kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 21.800 2.274 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 470 /Jahr 1.900 /Jahr 1.310 kg/jahr Seite 10 von 20

Villa EnEv Standard Grundlagen 233 m² 5.000 kwh/jahr 9.786 kwh/jahr 2.913 kwh/jahr 12.699 kwh/jahr 7 kw 15 kw 15 kw Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. Anlagenkonfiguration CO 2 -Emissionen Summe Stromkosten Brennstoffkosten Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Brennstoffbedarf Strombedarf Investitionen inkl. Förderung Technologie Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 5.000 kwh/jahr 2.880 kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 1.360 /Jahr 690 /Jahr 3.296 /Jahr 2.880 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 10.243 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 2.430 /Jahr 3.580 /Jahr 5.900 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 10.709 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 2.530 /Jahr 3.650 /Jahr 6.170 kg/jahr Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 18.000 5.000 kwh/jahr 12.329 kwh/jahr 980 /Jahr 300 /Jahr 1.360 /Jahr 620 /Jahr 3.260 /Jahr 5.371 kg/jahr Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) ca. 23.000 5.000 kwh/jahr 2.600 kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 1.360 /Jahr 620 /Jahr 3.400 /Jahr 2.880 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 25.740 9.410 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 2.260 /Jahr 3.800 /Jahr 5.420 kg/jahr Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 21.800 9.956 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 2.370 /Jahr 3.800 /Jahr 5.730 kg/jahr Mircro BHKW ca. 20.000 5.000 kwh/jahr 14.573 kwh/jahr 2.080 /Jahr 300 /Jahr 1.350 /Jahr 730 /Jahr 4.460 /Jahr 5.820 kg/jahr Seite 11 von 20

Fläche ca. allgemeiner Strombedarf ca. Heizwärmebedarf ca. Wärmebedarf für Warmwasser ca. Wärmebedarf gesamt ca. Leistungsbedarf Heizung ca. Leistungsbedarf Warmwasser ca. Zu installierende Leistung ca. 233 m² 5.000 kwh/jahr 7.456 kwh/jahr 2.913 kwh/jahr 10.369 kwh/jahr 5 kw 15 kw 15 kw Villa KfW-70 Grundlagen Anlagenkonfiguration Technologie Investitionen inkl. Förderung Strombedarf Brennstoffbedarf Jährliche Ausgaben Kapitalkosten Wartungskosten Stromkosten Brennstoffkosten Pelletheizung (3.000 Förderung) ca. 21.000 5.000 kwh/jahr 2.350 kg/jahr 746 /Jahr 500 /Jahr 1.360 /Jahr 560 /Jahr 3.166 /Jahr 2.880 kg/jahr Elektrische Erdwärmepumpe ca. 20.140 9.688 kwh/jahr 1.100 /Jahr 50 /Jahr 2.320 /Jahr 3.470 /Jahr 5.580 kg/jahr Luftwärmepumpe ca. 17.500 10.043 kwh/jahr 1.070 /Jahr 50 /Jahr 2.390 /Jahr 3.510 /Jahr 5.780 kg/jahr Summe CO 2 -Emissionen Erdgaskessel mit solarer Trinkwassererwärmung ca. Gemäß EnEV nicht möglich! Pelletheizung mit solarer Trinkwassererwärmung (3.000 Förderung) Elektrische Erdwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung Luftwärmepumpe mit solarer Trinkwassererwärmung ca. 23.000 5.000 kwh/jahr 2.070 kg/jahr 870 /Jahr 550 /Jahr 1.360 /Jahr 497 /Jahr 3.277 /Jahr 2.880 kg/jahr ca. 25.740 8.856 kwh/jahr 1.440 /Jahr 100 /Jahr 2.150 /Jahr 3.690 /Jahr 5.100 kg/jahr ca. 21.801 9.291 kwh/jahr 1.330 /Jahr 100 /Jahr 2.240 /Jahr 3.670 /Jahr 5.350 kg/jahr Mircro BHKW ca. 20.000 5.000 kwh/jahr 12.330 kwh/jahr 2.080 /Jahr 300 /Jahr 1.350 /Jahr 620 /Jahr 4.350 /Jahr 5.820 kg/jahr Seite 12 von 20

2.4 Eingesetzte Technologien 2.4.1 Pelletheizung Abbildung 2.1: Aufbau einer Pelletheizung Holzpellets sind kleine zylindrische Presslinge, die aus getrockneten, naturbelassenen Holzspänen hergestellt werden. Die Späne sind meist Abfall aus Sägewerken und werden dadurch recycelt. Um einen hohen Heizwert zu erreichen, werden die Späne vor der Weiterverarbeitung bis zu einem Wassergehalt von ca. 10% getrocknet. Die Pellets werden unter hohem Druck und ohne Zugabe von künstlichen Bindemitteln in die gewünschte Form gepresst. Pelletheizungen weisen einen ähnlichen Bedienungskomfort auf wie eine Öl- oder Gasheizung. Dabei werden die Pellets, z. B. in einem Raum, der direkt an den Heizungsraum angrenzt, gelagert. Eine andere Möglichkeit der Lagerung bieten Silos oder Lagercontainer, welche im Garten aufgestellt oder vergraben werden können. Das Brenngut wird mit Hilfe einer Förderschnecke oder einer Ansaugung aus dem Lager zu dem Kessel geführt. Durch eine Regelung des Kessels wird dem Feuer immer ausreichend Brennstoff zugeführt. Wenn der Wärmebedarf gedeckt ist, schaltet sich der Kessel automatisch ab und bei Bedarf wieder ein. 2.4.2 Wärmepumpe Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Teilen: der Wärmequellanlage, die der Umgebung der benötigte Energie entzieht, der eigentlichen Wärmepumpe, welche die gewonnene Umweltwärme nutzbar macht sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärmeenergie im Haus verteilt oder zwischenspeichert. Abbildung 2.2: Funktion einer Wärmepumpe Seite 13 von 20

Der technische Prozess läuft dabei in drei Schritten ab: 1. Gewinnung Bei der Erdwärmepumpe zirkuliert in der Wärmequellanlage eine Flüssigkeit, häufig eine Sole, d.h. Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist. Die Flüssigkeit nimmt die Umweltwärme aus dem Erdreich auf und transportiert diese zur Wärmepumpe. Bei der Luftwärmepumpe wird über einen Ventilator Außenluft angesaugt, welche Abbildung 2.3: Verschiedene Wärmequellen von Wärmepumpen der Wärmepumpe die Umgebungswärme zuführt. 2. Nutzbarmachung In der Wärmepumpe befindet sich ein weiterer Kreislauf, in dem ein so genanntes Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der Kältemitteldampf wird nun zu einem Verdichter/Kompressor weitergeleitet, wo er unter Einsatz von elektrischer Energie verdichtet wird. Dadurch hebt sich das Temperaturniveau des gasförmigen Kältemittels an, es wird also heißer. In einem weiteren Wärmetauscher, dem so genannten Verflüssiger, wird das unter hohem Druck stehende, heiße Kältemittelgas nun kondensiert, wobei es seine Wärme wieder abgibt. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel, in der der Druck des Kältemittels wieder verringert wird, geleitet. Das nun flüssige, entspannte Kältemittel wird schließlich zum Verdampfer zurückgeführt. 3. Beheizung In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich nun das Wärmeverteil- und Speichersystem. Darin zirkuliert als Heizmedium, in der Regel Wasser. Dieses Wasser nimmt die Wärme, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt, auf und leitet dieses entweder zu einem Verteilersystem, wie z. B. Flächenheizungen, oder zu einem Heizungspuffer- bzw. Warmwasserspeicher. 1 2.4.3 Solarthermie zur Trinkwassererwärmung Bei einer Solarthermieanlage werden auf dem Dach des Hauses sogenannte Solarpanels errichtet, welche von Wasser durchströmt werden. Das zirkulierende Wasser wird von der Sonne erwärmt und gibt die Wärme wiederum an das Trinkwarmwasser ab. Eine ausreichend große thermische Solaranlage kann in den Sommermonaten den Bedarf an Warmwasser in den meisten Fällen komplett decken. 1 www.waermepumpe.de/waermepumpe/funktion.html Seite 14 von 20

Da der Warmwasserbedarf in den Übergangs- und Wintermonaten höher ist und die Anlage bedingt durch die geringere Sonneneinstrahlung auch weniger Ertrag erwirtschaftet, kann die Solaranlage nicht in ausreichendem Maße Warmwasser bereitstellen. Für diese Übergangszeiten empfiehlt sich die Kombination einer Solaranlage für Warmwasser mit einer Gasheizung, Pelletheizung oder Wärmepumpe. Erst wenn der Bedarf an Brauchwasser nicht mehr durch Solar gedeckt werden kann, springt die andere Technik ein. Die Heizwärmeerzeugung erfolgt je nach installierter Technologie ausschließlich über Gasheizung, Pelletheizung oder Wärmepumpe. 2.4.4 Blockheizkraftwerk Die Besonderheit eines BHKWs liegt in der gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme. Hierfür wird Gas verbrannt, wodurch ein Motor (bei kleinen BHKWs zumeist ein Stirling- Motor) angetrieben wird. Dieser ist an einen Generator angeschlossen, welcher die Bewegungsenergie des Motors in Strom umwandelt. Die bei der Verbrennung entstandene Wärme und die Abwärme des Motors werden zur Warmwasserbereitung (Heizwasser und Trinkwarmwasser) genutzt. Dabei wird die Wärme mittels Wärmetauschern auf das zu erwärmende Wasser übertragen. Durch die gemeinsame Erzeugung von Strom und Wärme können Wirkungsgrade von mehr als 90% erreicht werden. BHKWs werden meist zur Grundlastdeckung von Strom und Wärme eingesetzt. Um die Spitzenlast abzudecken, werden zusätzlich Gaskessel installiert. Seite 15 von 20

3 Wirtschaftlichkeitsberechnung Photovoltaik Bei einer Betrachtung der Lage der Häuser im Baugebiet (vgl. Abbildung 1.1) ist festzustellen, dass alle Häuser eine süd-südost-ausrichtung aufweisen, bei der nicht mit einer Verschattung zu rechnen ist. 3.1 Einfamilienhaus und Villa In einem Einfamilienhaus, bzw. der Villa werden pro Jahr etwa 5.000 kwh Strom pro Jahr verbraucht. Bei einer Photovoltaikfläche von etwa 51 m² können ca. 8 kw P Spitzenleistung auf dem Dach realisiert werden. Damit können maximal ca. 6.872 kwh Strom generiert werden. Tabelle 3.1: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten Verschattungsgrad 0% 5% 10% 15% 20% 25% "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Einfamilienhaus/Villa 8 kwp 5.000 kwh/a 1.750 /kwp 14.000 856 /a 60 /a Solarer Ertrag Gesamtertrag Eigennutzung 25% Einspeisung 6.872 kwh 1.718 kwh 5.154 kwh 6.528 kwh 1.632 kwh 4.896 kwh 6.185 kwh 1.546 kwh 4.639 kwh 5.841 kwh 1.460 kwh 4.381 kwh 5.498 kwh 1.374 kwh 4.123 kwh 5.154 kwh 1.289 kwh 3.866 kwh Einspeisevergütung gem. EEG 2014 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% 916 446 639 169 5% 916 424 607 114 10% 916 401 575 60 15% 916 379 543 6 20% 916 357 511-48 25% 916 334 479-103 Die obige Tabelle zeigt, dass ab einem Verschattungsgrad von 20% kein jährlicher Überschuss mehr generiert werden kann. Bei einer Anlage mit einem Verschattungsgrad von etwa 0% kann ein Gewinn von jährlich 169 pro Jahr (brutto) erzielt werden. Bei einer angenommenen Laufzeit von 20 Jahren entspricht dieses einer Einsparung von ca. 3.400 nach Abzug der Kapitalkosten. Bei Erzeugung der Brauchwärme mittels einer Luftwärmepumpe oder einer Erdwärmepumpe ist der jährliche Überschuss deutlich höher. Durch den Strombedarf der Wärmepumpe ist auch der Strombedarf des Haushaltes höher und wird konstanter abgefragt. Dadurch kann ein höherer Anteil des erzeugten Stromes verwendet werden, sodass der jährliche Überschuss bei einer Verschattung von 0% auf 308 steigt (s. Tabelle 3.2). Seite 16 von 20

Tabelle 3.2: Wirtschaftlichkeit PV - Einfamilienhaus/Villa mit Wärmepumpe Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Einfamilienhaus/Villa - Wärmepumpe Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten 8 kwp ca. 9.000-10.700 kwh/a 1.750 /kwp 14.000 856 /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 40% Einspeisung 0% 6.872 kwh 2.749 kwh 4.123 kwh 5% 6.528 kwh 2.611 kwh 3.917 kwh 10% 6.185 kwh 2.474 kwh 3.711 kwh 15% 5.841 kwh 2.336 kwh 3.505 kwh 20% 5.498 kwh 2.199 kwh 3.299 kwh 25% 5.154 kwh 2.062 kwh 3.092 kwh Einspeisevergütung gem. EEG 2014 "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% 916 713 511 308 5% 916 678 486 247 10% 916 642 460 186 15% 916 606 435 125 20% 916 571 409 63 25% 916 535 383 2 Dies entspricht über einen Zeitraum von 20 Jahren einem Überschuss von ca. 6.200 nach Abzug der Kapitalkosten. 3.2 Doppelhaushälfte Aufgrund der Größe des Daches einer Doppelhaushälfte kann die PV-Anlage hier nur einen Bruchteil so groß sein wie bei den Einfamilienhäusern bzw. der Villa. Hier wurde mit einer installierten Leistung von 4 kw P gerechnet (vgl. Tabelle 3.3). Seite 17 von 20

Tabelle 3.3: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Doppelhaushälfte Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten 4 kwp 4.400 kwh/a 1.750 /kwp 7.000 428 /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 25% Einspeisung 0% 3.436 kwh 859 kwh 2.577 kwh 5% 3.264 kwh 816 kwh 2.448 kwh 10% 3.092 kwh 773 kwh 2.319 kwh 15% 2.921 kwh 730 kwh 2.190 kwh 20% 2.749 kwh 687 kwh 2.062 kwh 25% 2.577 kwh 644 kwh 1.933 kwh "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug Einspeisevergütung gem. EEG 2014 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% 488 223 320 54 5% 488 212 304 27 10% 488 201 288 0 15% 488 189 272-27 20% 488 178 256-54 25% 488 167 240-81 Die Tabelle zeigt, dass ab einem Verschattungsgrad von 10% kein jährlicher Überschuss mehr generiert werden kann. Bei einer Anlage mit einem Verschattungsgrad von etwa 0% kann nur ein kleiner Gewinn von jährlich 54 /Jahr (brutto) erzielt werden. Bei einer angenommenen Laufzeit von 20 Jahren entspricht dieses einer Einsparung von ca. 1.100 nach Abzug der Kapitalkosten. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Stromkosten weiter ansteigen, was die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage erhöhen würde. Bei einer jährlichen Strompreissteigerung von konservativen 3% pro Jahr kostet der Strom 2025 bereits ca. 34,87 ct/kwh. Hier beträgt die jährliche Einsparung dann schon 60% mehr. Bei der Variante mit einer Wärmepumpe kann ein größerer Anteil des erzeugten Stromes selbst verbraucht werden, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit noch besser darstellen lässt. Seite 18 von 20

Tabelle 3.4: Wirtschaftlichkeit PV - Doppelhaushälfte mit Wärmepumpe Installierte Leistung Stromverbrauch Spezifische Investitionen Gesamt Invest Jährliche Kapitalkosten Jährliche Wartungskosten Wirtschaftlichkeit Photovoltaik - Doppelhaushälfte - Wärmepumpe 4 kwp ca. 6.200-8.000 kwh/a 1.750 /kwp 7.000 428 /a 60 /a Solarer Ertrag Verschattungsgrad Gesamtertrag Eigennutzung 40% Einspeisung 0% 3.436 kwh 1.374 kwh 2.062 kwh 5% 3.264 kwh 1.306 kwh 1.959 kwh 10% 3.092 kwh 1.237 kwh 1.855 kwh 15% 2.921 kwh 1.168 kwh 1.752 kwh 20% 2.749 kwh 1.100 kwh 1.649 kwh 25% 2.577 kwh 1.031 kwh 1.546 kwh Einspeisevergütung gem. EEG 2014 "Gebäudeanlagen" bis 10 kwp Verdrängung Strombezug 12,40 ct/kwh 25,95 ct/kwh Jährlicher Überschuss Verschattungsgrad Fixkosten Stromverdrängung EEG-Vergütung Überschuss pro Jahr 0% 488 357 256 124 5% 488 339 243 94 10% 488 321 230 63 15% 488 303 217 32 20% 488 285 205 2 25% 488 267 192-29 Hierbei wird ab einem Verschattungsgrad von 10% bereits ein Überschuss von mehr als den oben angegebenen 54 erwirtschaftet. Bei einem Verschattungsgrad von 0% sind es sogar 124. Das bedeutet, dass nach einer Laufzeit von 20 Jahren ein Überschuss von etwa 2.500 nach Abzug der Kapitalkosten generiert werden kann. Positiv zu bewerten ist zudem die durch eine Errichtung einer PV-Anlage zu erzielende Verringerung der CO 2 -Emissionen. Diese beträgt ja nach Verschattungsgrad 1.500 bis 2.000 kg/jahr. Seite 19 von 20

4 Handlungsempfehlung Die Berechnungen haben gezeigt, dass für die drei verschiedenen Häuser nach EnEV- Standard (EnEV 2016; EnEV 2014: KfW-70) eine Lösung mittels Gaskessel und Solarthermie die wirtschaftlichste Variante ist. Hierbei sind die CO 2 -Emissionen aufgrund der Verwendung von Gas jedoch relativ hoch. Die zweit günstigste Möglichkeit ist der Einsatz einer Pelletkesselanlage. Die Pellets werden hierbei in einem Erdtank gelagert. Bei dieser Variante fallen durch die Verwendung von Holz als Brennstoff für die Wärmebereitstellung fast keine CO 2 -Emissionen an. Lediglich für die Deckung des Strombedarfes des Haushaltes fallen Emissionen an. Für die Häuser, welche nach dem KfW-70-Standard (EnEV 2016; EnEV 2014: KfW-55) errichtet werden, wird eine Lösung mittels Gaskessel und Solarthermie die Anforderungen eines KfW Hauses gemäß der neuen EnEV nicht mehr erfüllen können. Aus diesem Grund wurde eine solche Lösung für diese Gebäudetypen nicht betrachtet. Hier zeigt sich direkt eine Pelletlösung als wirtschaftlichste Möglichkeit, die Häuser mit Wärme zu versorgen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Erdtank im Garten zur Lagerung der Pellets vorzusehen ist. Dazu ist der Wartungsaufwand relativ hoch. Und die Pelletpreise sind in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen Eine andere Möglichkeit der Wärmeversorgung ist eine Wärmepumpe. Diese lässt sich durch den Einsatz von Photovoltaik auf dem Dach ähnlich wirtschaftlich darstellen, wie eine Pelletkesselanlage. Hierbei müsste kein Erdtank auf dem Grundstück vergraben werden, sodass der Platzbedarf wesentlich kleiner ist. Zudem ist der Wartungsaufwand deutlich geringer und die Entwicklung der Strompreise ist transparenter, als die der Pelletpreise. Als Technologie ist eine Erdwärmepumpe empfehlenswert, da die Temperatur des Erdreiches konstanter ist, als die der Luft, sodass bessere Wirkungsgrade erzielt werden können, als bei einer Luftwärmepumpe. Hinsichtlich der Photovoltaik sind die Grundstücke sehr gut ausgerichtet. Der notwendige Kapitaleinsatz kann während der 20 jährigen Nutzungsdauer unter optimalen Bedingungen verdoppelt werden, wenn davon ausgegangen wird, dass die Strompreise in Zukunft weiter steigen werden. Gerade bei einer Realisierung mit einer Wärmepumpentechnologie kann ein großer Anteil des erzeugten Stromes selbst verwendet werden, sodass sich eine Wirtschaftlichkeit sehr gut darstellen lässt. Seite 20 von 20