Evaluierung eines energieeffizienten Gebäudekomplexes mit möglicher KFW-Förderung

Tesis (Bachelor) , 2021 , 61 Páginas , Calificación: 1,0

Ingeniería - Ingeniería industrial

Diese Bachelorarbeit gibt einen umfassenden Einblick in das Thema der Heizungsoptimierung und den Sanierungsmöglichkeiten von Bestandsgebäuden in Relation zur Heizkostensenkung. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der Evaluierung der effizientesten Optimierungsmaßnahme in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung einer BEG.

Zu Beginn dieser Arbeit werden Grundlagen des Gebäudesektors und der Handlungsbedarf, der damit einhergeht, erläutert. Die Bundesregierung hat mithilfe neuer Gesetze und Förderungen den Fokus auf den Wärmesektor gelenkt, wodurch sich der Druck, aber auch die Attraktivität einer Sanierung erhöht hat.

Danach geht es um die Aufnahme des Ist-Standes des Gebäudekomplexes. Die Wärmeerzeugungsanlage und der Gebäudezustand liegen hierbei im Fokus. Außerdem werden wichtige Begrifflichkeiten geklärt und Funktionseigenschaften erläutert. Im Anschluss erfolgt ein Energieeffizienz-Experteninterview, in dem die IGT Wirl bezüglich Optimierungsmaßnahmen beraten und die zukünftig richtige Vorgehensweise abgesprochen wird.

In dem praxisrelevanten Teil der Bachelorarbeit wird mithilfe von Softwareunterstützung untersucht, inwiefern die gewählten Maßnahmen als zweckmäßig zu erachten sind und diese in der Praxis Anwendung finden. Durch das Aufzeigen mehrerer Optimierungsvarianten wird dem Leser verdeutlicht, welche Möglichkeiten es gibt und welchen Einfluss diese auf den Ist-Stand des Bestandsgebäudes haben.

Im Anschluss werden diese Varianten verglichen und unter Betrachtung ihrer Praxistauglichkeit bewertet. Den Schlussteil dieser wissenschaftlichen Arbeit bilden die Handlungsempfehlungen und Zusammenfassung der Ergebnisse.

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Symbol- und Einheitsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung und Relevanz der Thematik
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau und methodische Vorgehensweise

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Gegebenheiten
2.2 Klimaschutzprogramm
2.3 Politische Steuerungsstrategien und Maßnahmen
2.4 Gebäudeenergiegesetz
2.5 Bundesförderung für effiziente Gebäude

3 Aktuelle Gegebenheiten
3.1 Ist-Zustand des Gebäudekomplexes
3.2 Aktuelle Wärmeerzeugungsanlage
3.3 Funktionsweise einer Gas-Brennwerttherme mit Integration von Solarthermie
3.4 Energieeffizienz-Experten-Interview

4 Simulation
4.1 Vorstellung der genutzten Software
4.2 Modellierung des Gebäudekomplexes
4.3 Variante 1: Kollektorflächen erweitern
4.4 Variante 2: Fenstertausch
4.5 Variante 3: Gebäudedämmung
4.6 Auswertung der Simulationsvarianten an der Gebäudehülle und den Kollektorflächen
4.7 Variante 4: Heizungsoptimierung

5 Ergebnisse
5.1 Auswertung der Ergebnisse und Handlungsempfehlungen
5.2 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1: Anteile erneuerbarer Energien in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr

Abbildung 2: Grundriss Gebäudekomplex

Abbildung 3: Darstellung der Gas-Brennwerttherme in Kombination mit Solarkollektoren

Abbildung 4: Funktionsschema einer Gas-Brennwerttherme

Abbildung 5: Funktionsschema einer Solaranlage für die Warmwasserversorgung

Abbildung 6: Gebäudekomplex in 3D-Ansicht

Abbildung 7: Energetische Bewertung des Ist-Standes des Gebäudekomplexes

Abbildung 8: Energetische Bewertung nach Austausch aller Fenster

Abbildung 9: Ergebnis Ist-Stand

Abbildung 10: Spezifischer Transmissionswärmeverlust aller analysierten Varianten

Abbildung 11: 3D-Dartstellung der Rückseite des Gebäudekomplexes

Abbildung 12: Grundlagen der Datenberechnungen

Tabellen

Tabelle 1: Förderübersicht BEG für Einzelmaßnahmen

Tabelle 2: Auszug der Raumdatenberechnungen

Tabelle 3: Auszug der Einstellwerte aller Thermostatventile

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Symbol- und Einheitsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Problemstellung und Relevanz der Thematik

Der durch den Menschen verursachte Klimawandel wird weiter voranschreiten, wenn es nicht gelingt, das Volumen der globalen Treibhausgasemissionen zu senken. Dies hätte zur Folge, dass extreme Klimaereignisse häufiger und inten­siver auftreten würden. Um dies zu vermeiden, ist ein sofortiges Entgegenwir­ken des Klimawandels unumgänglich. Folglich ist es erforderlich, dass die hauptverantwortlichen Nationen Maßnahmen einleiten, um die Emissionen drastisch zu senken.¹ Deutschland, als eine führende Industrienation, trägt eine besondere Verantwortung für den weltweiten Klimawandel.² Daher ist am 18. Dezember 2019 das Klimaschutzprogramm 2030 in Kraft getreten, in dem das nationale Klimaschutzziel „55 Prozent weniger Treibhausgase im Vergleich zum Jahr 1990“ ³ verbindlich festgeschrieben wurde. Deutschland ist damit weltweit die erste Regierung, die mit konkreten Zielen dem Klimawandel entgegenwirken will. Das Herzstück des Klimaschutzprogramms ist u. a. die neue CO2- Bepreisung ab dem Jahr 2021. Diese beinhaltet die Einführung eines Preises für den Ausstoß von klimaschädlichem CO2 für Verkehr und Wärme. Der über die Jahre kontinuierlich steigende Preis soll mehr Anreize für den Klimaschutz in der Wirtschaft und bei den Verbrauchern setzen. Die dadurch generierten Einnahmen werden zudem in Klimaschutzmaßnahmen reinvestiert, bspw. in die Gebäudesanierung. Unter dem Motto „Wer sich klimafreundlich verhält, wird unterstützt“ ⁴ enthält das Klimaschutzprogramm gerade für die erste Zeit stärke­re Fördermaßnahmen, um möglichst viele Menschen zum klimafreundlichen Wohnen, Bauen und Sanieren zu motivieren. Energetische Sanierungsmaß­nahmen wie der Heizungstausch, der Einbau neuer Fenster, die Dämmung von Dächern und Außenwänden sowie die Heizungsoptimierung werden seit 2020 steuerlich gefördert. Zusätzlich wurden die bestehenden Fördersätze der Kre­ditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) um weitere 10 % erhöht.

Aus diesem aktuellen Anlass erwägt das Ingenieurbüro Intelligente Gebäude­technik (IGT) Ing.-Büro Wirl GmbH den Hauptstandort in Wernigerode energe­tisch zu sanieren. Hieraus ergibt sich die Motivation für die vorliegende Ab­schlussarbeit.

1.2 Zielsetzung

Da auf den Gebäudesektor, laut EU-Kommission, rund 40 % des Energiever­brauchs entfallen, bildet dieser den Schlüssel für die Zielerreichung des Klima­schutzprogramms 2030. Deutschlands gesamter Endenergieverbrauch liegt bei rund 2.500 TWh. Ein Drittel hiervon, was in etwa 800 TWh entsprechen, entfal­len allein auf die Beheizung und Warmwasserbereitung von Gebäuden. Da sich der Strombereich mit etwa 520 TWh weit darunter befindet, liegen die höchsten Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenziale aller Energieverbrauchssekto­ren in Deutschland, mit Ausnahme des Kohlestroms, im Gebäudebereich.⁵ Hier­für bietet der Markt umfangreiche technische Lösungen an. Von der effizienten Brennwerttechnik, über Wärmepumpen und Holzzentralheizungen bis hin zu hybriden Heizsystemen sowie Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)-Anlagen und Brennstoffzellenheizungen. Um den ambitionierten Zielen des Klimaschutzpro­gramms 2030 näher kommen zu können, müssen die veralteten Heizungsanla­gen durch diese neuen klimafreundlichen Systeme wirtschaftlich, kundenfreund­lich und möglichst unkompliziert ersetzt werden. Neben der Erneuerung der Wärmeerzeugungsanlage sind die Wärmedämmung, der Fensterbestand und das Heiz- bzw. Lüftungsverhalten die wichtigsten Faktoren auf den Endenergie­verbrauch. Diese gilt es für die Senkung des Energiebedarfs in Bestandsge­bäuden gleichermaßen zu bewerten und möglicherweise zu erneuern.

Die Bundesregierung hat darauf reagiert und zum 01. Juli 2021 die neue Bun­desförderung für effiziente Gebäude (BEG) vollständig umgesetzt und erfolg­reich begonnen.⁶ Die BEG soll es Verbrauchern zukünftig einfacher gestalten einen Zuschuss oder Förderkredit für energetische Sanierungsmaßnahmen im Sinne des Klimaschutzprogramms 2030 zu beantragen und zu erhalten.

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit besteht darin, unter Berücksichtigung technischer sowie wirtschaftlicher Faktoren, die Umsetzbarkeit einer energeti­schen Sanierung des IGT Wirl Ingenieurbüros in Wernigerode zu prüfen und zu beurteilen in welchen Maßen diese sinnvoll ist. Im Zuge dessen wird eine mög­liche Förderung der BEG geprüft und in die Wirtschaftlichkeitsberechnung mit­einbezogen. Für die Beantragung der BEG ist es in den meisten Fällen notwen­dig, einen zertifizierten Energieeffizienz-Experten (EEE)⁷ hinzuzufügen, da die KfW Förderbank und das BAFA nur Gutachten bzw. detaillierte energetische Fachplanungsunterlagen dieser Experten akzeptieren und bearbeiten. Im An­schluss an dieses Beratungsgespräch und die daraus resultierenden Sanie­rungsmöglichkeiten werden der IGT Wirl anhand der Ergebnisse Handlungs­empfehlungen unterbreitet.

1.3 Aufbau und methodische Vorgehensweise

Diese Bachelorarbeit gibt dem Leser einen umfassenden Einblick in das Thema der Heizungsoptimierung und den Sanierungsmöglichkeiten von Bestandsge­bäuden in Relation zur Heizkostensenkung. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der Evaluierung der effizientesten Optimierungsmaßnahme in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung einer BEG.

Im Anschluss an die Einleitung setzt sich Kapitel 2 mit den Grundlagen des Ge­bäudesektors und dem Handlungsbedarf, der damit einhergeht, auseinander. Die Bundesregierung hat mit Hilfe neuer Gesetze und Förderungen den Fokus auf den Wärmesektor gelenkt, wodurch sich der Druck, aber auch die Attraktivi­tät einer Sanierung erhöht hat.

Kapitel 3 beschäftigt sich mit der Aufnahme des Ist-Standes des Gebäudekom­plexes. Die Wärmeerzeugungsanlage und der Gebäudezustand liegen hierbei im Fokus. Außerdem werden wichtige Begrifflichkeiten geklärt und Funktionsei­genschaften erläutert. Im Anschluss erfolgt ein EEE-Interview, in dem die IGT Wirl bezüglich Optimierungsmaßnahmen beraten und die zukünftig richtige Vorgehensweise abgesprochen wird.

In dem praxisrelevanten Teil der Bachelorarbeit wird mit Hilfe von Softwareun­terstützung untersucht, inwiefern die gewählten Maßnahmen als zweckmäßig zu erachten sind und diese in der Praxis Anwendung finden. Durch das Aufzei­gen mehrerer Optimierungsvarianten wird dem Leser verdeutlicht, welche Mög­lichkeiten es gibt und welchen Einfluss diese auf den Ist-Stand des Bestands­gebäudes haben.

Im Anschluss werden diese Varianten in Kapitel 5 verglichen und unter Betrach­tung ihrer Praxistauglichkeit bewertet. Den Schlussteil dieser wissenschaftli­chen Arbeit bilden die Handlungsempfehlungen und Zusammenfassung der Ergebnisse.

Aus Gründen der Vereinfachung und der besseren Lesbarkeit wird in dieser Arbeit die männliche Form verwendet. Nichtsdestotrotz beziehen sich die An­gaben auf alle Geschlechter.

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Gegebenheiten

Die Energiewende in Deutschland ist trotz des enormen Potenzials und Hand­lungsbedarfs im Wärmesektor bislang vor allem eine Stromwende. Im Stromsektor ist der Anteil der erneuerbaren Energien seit 1990 um etwa 40 % angestiegen. Im Gegenteil dazu vollzieht sich der Anstieg im Wärmesektor deutlich weniger dynamisch, wie in Abbildung 1 dargestellt ist, obwohl genü­gend innovative Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Wärme verfügbar sind.^{8 9}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Anteile in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr9

Die Wichtigkeit der Nutzung von erneuerbaren Energien spiegelt sich in den Zahlen der Vermeidung klimaschädlicher Treibhausgase¹⁰ wider. Im Jahr 2020 haben erneuerbare Energien Treibhausgasemissionen von rund 227 Mio. Ton­nen CO2-Äquivalenten¹¹ vermieden. Durch die deutlich größere Verwendung von erneuerbaren Quellen im Stromsektor macht dieser mit 181 Mio. Tonnen CO2-Äquivalenten (80 % der Gesamtmenge) auch den größten Teil der vermie­denen Emissionen aus. Im Wärmesektor wurden Treibhausgase in Höhe von 36 Mio. Tonnen CO2-Äquivalenten vermieden (16 % der Gesamtmenge).¹² Da­bei wird ersichtlich, welch ein enormes Potenzial im Wärmesektor vorhanden ist. Aus diesem Grund wurde dieser vom Geschäftsführer des Bundesverbands der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH) als „schlafender Riese“ bezeich- net.¹³

2.2 Klimaschutzprogramm 2030

Trotz der vermiedenen Treibhausgasemissionen von rund 227 Mio. Tonnen durch erneuerbare Energien muss Deutschland, im Zuge der EU- Lastenteilungsverordnung¹⁴, die CO2-Emissionen bis 2030 um bis zu 38 % im Vergleich zum Jahr 2005 vermindern.¹⁵ Gegenwärtig besteht dahingehend eine kumulierte Lücke von etwa 380 Mio. Tonnen CO2-Äquivalenten.¹⁶ Dennoch stiegen die Treibhausgasemissionen trotz technologischen Fortschritts und poli­tischen Vereinbarungen weiter an. Mit dieser Ausrichtung der Klimapolitik konn­te das Ziel nicht erreicht werden, weshalb die Bundesregierung, auch um Straf­zahlungen zu vermeiden, das Klimaschutzprogramm 2030 einführte. Die CO2- Bepreisung für Verkehr und Wärme, welche bis 2030 jedes Jahr exponentiell steigen soll, gilt als elementares Instrument zur Erreichung der Klimaschutzzie­le. Dies ist laut Wissenschaftlern der volkswirtschaftlich kosteneffizienteste Weg, um die CO2-Emissionen zu reduzieren.¹⁷ Die dadurch generierten Ein­nahmen werden in Klimaschutzmaßnahmen reinvestiert oder in Form von För­dermaßnahmen zurückgezahlt. Das politische Ziel der CO2-Bepreisung zielt darauf ab, alle Bürgerinnen und Bürger anzusprechen und zum Handeln zu be­wegen.

2.3 Politische Steuerungsstrategien und Maßnahmen

Um die hohen CO2-Minderungspotenziale im Wärmesektor zu erschließen und damit der Erreichung der festgelegten Ziele des Klimaschutzprogramms 2030 einen großen Schritt näher zu kommen, verfolgt die Bundesregierung Deutsch­lands verschiedene Strategien. Diese lauten wie folgt:¹⁸

- Verringerung des Wärmebedarfs durch eine erhöhte Gebäudeenergieeffizienz
- Verbesserung der Wärmeerzeugung durch eine erhöhte Heizanlageneffizienz
- Deckung des verbleibenden Wärmebedarfs durch die Nutzung erneuerbarer Energien

„Die politische Steuerung zielt daher darauf ab, den Wärmebedarf möglichst zu verringern, den Anteil der erneuerbar gewonnenen Wärme zu erhöhen und möglichst moderne und hocheffiziente Anlagentechniken einzusetzen.“¹⁹ Die wichtigsten politischen Steuerungsinstrumente im Wärmesektor waren bislang das Energieeinsparungsgesetz (EnEG), die Energieeinsparverordnung (EnEV) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG).

Am 1. November 2020 ist das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Kraft getreten, welches das Energieeinsparungsgesetz, die Energieeinsparverordnung und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz redundant werden lässt.²⁰

2.4 Gebäudeenergiegesetz

Das EnEG, die EnEV und das EEWärmeG wurden durch das GEG in einem „modernen“ Gesetz zusammengeführt. Mit dem GEG werden die für das Klima­schutzprogramm 2030 beschlossenen Maßnahmen in Bezug auf Gebäude um- gesetzt. Das GEG enthält Anforderungen an die energetische Qualität von Neubauten sowie Bestandsgebäuden, die Erstellung und Verwendung von Energieausweisen²¹ sowie an den Einsatz erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden.

Die Mindestanforderungen an Neubauten bleiben im Vergleich zu den vorigen Verordnungen im Wesentlichen gleich. Viel häufiger vertreten und den bedeu­tend größeren Umfang machen die Bestandsgebäude aus. Für Bestandsge­bäude bestehen unabhängig von einer geplanten Sanierung einige Austausch­und Nachrüstpflichten, die es als Eigentümer zu erfüllen gilt. Darunter fallen bspw. der Austausch bestimmter Heizkessel und die Dämmung von Geschoss­decken bzw. Heizungs- und Wasserrohren.²² Durch eine im GEG enthaltene Klausel zur Überprüfung der energetischen Anforderung an Neubau und Ge­bäudebestand im Jahr 2023 gilt es zu klären, ob eine Nachrüstpflicht gemäß GEG für den Gebäudekomplex der IGT Wirl besteht.

Da weitere Steigerungen der Bau- und Wohnkosten vermieden werden sollen, hat die Bundesregierung zum 1. Juli 2021 die neue BEG vollständig umgesetzt und begonnen. Diese setzt wichtige Impulse auf dem Weg zu einem klimaneut­ralen Gebäudebereich durch eine neue Förderstruktur und verbesserte Anrei- ze.²³

2.5 Bundesförderung für effiziente Gebäude

Die bisher bestehenden Förderprogramme der KfW und der BAFA für die Ener­gieeffizienz und Nutzung erneuerbarer Wärme von Gebäuden wurden in der BEG neu strukturiert und zusammengefasst. Das Ziel der BEG ist es, die At­traktivität der Förderungen zu steigern, indem die Antragsverfahren vereinfacht und die Förderbeiträge deutlich erhöht werden. So sollen Immobilienbesitzer zu Investitionen in besonders energieeffiziente Gebäude oder nachhaltige Techno- logien motiviert werden. Dabei gilt der Grundsatz „Je höher das erreichte ener­getische Niveau, desto höher die Förderung.“ ²⁴

Zu den wichtigsten Neuerungen gehört die Unterscheidung in drei Förderpro­gramme. Dabei handelt es sich um die Bundesförderung für effiziente Gebäude - Wohngebäude (BEG WG), Nichtwohngebäude (BEG NWG) sowie Einzel­maßnahmen (BEG EM). Da es sich bei dem Vorhaben der IGT Wirl um keine Komplettsanierung, sondern lediglich um Teilsanierungen bzw. einer Effizienz­steigerung der Energiebereitstellung von Wärme handelt, wird nicht weiter auf die Förderprogramme der BEG WG oder BEG NWG eingegangen. Einzelne Sanierungsmaßnahmen wie die Erneuerung der Heizungsanlage, Heizungsop­timierungen oder die Verbesserung der Gebäudehülle fallen unter die BEG EM, für die bereits seit Januar 2021 attraktivere Fördersätze zur Verfügung stehen (siehe Tabelle 1).^{25 26}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Förderübersicht BEG für Einzelmaßnahmen26

Tabelle 1 stellt die möglichen Fördersätze der KfW und BAFA entsprechend der jeweiligen Einzelmaßnahmen dar. Der Fokus liegt hierbei auf der Gebäudehül­le, den Heizungsanlagen sowie der Heizungsoptimierung, auf die im späteren Verlauf noch genauer eingegangen wird.

Bei Antragstellung aller förderfähigen Maßnahmen muss der EEE zwingend eingebunden werden. Ausgenommen sind lediglich Anlagen zur Wärmeerzeu­gung und Heizungsoptimierung.²⁷ Das optionale hinzuziehen eines EEE kann dennoch sinnvoll sein, da die zusätzlich entstehenden Beratungs- und Pla­nungskosten förderfähig sind und dieser durch die spezielle Weiterbildung zum EEE ein Know-How mitbringt, welches bei der Planung hilfreich ist.²⁸ Der EEE erstellt eine detaillierte technische Projektbeschreibung, in der die zu beantra­genden Maßnahmen erläutert werden. Antragstellerinnen und Antragsteller können bei allen förderfähigen Vorhaben zwischen einer Zuschussförderung der BAFA oder einer Kreditvariante der KfW Förderbank wählen.

Für die Beurteilung welche Einzelmaßnahme gewählt wird und in welchem Um­fang diese sinnvoll wäre, muss zunächst der aktuelle Stand aufgenommen wer­den. Im Anschluss daran kann der mögliche Soll-Zustand geplant werden, wo­bei nochmals genauer auf die passende BEG EM eingegangen wird.

3 Aktuelle Gegebenheiten

3.1 Ist-Zustand des Gebäudekomplexes

Der zu betrachtende Gebäudekomplex liegt in Wernigerode Am Kupferhammer 6/8 und ist aufgeteilt in Büro- und Wohnflächen. Das Gebäude mit der Haus­nummer 8 umfasst den Wohnsitz der Familie Wirl, welcher in Abbildung 2 rot eingerahmt ist. Der blau eingerahmte Bereich ist der Hauptsitz der IGT Wirl und beinhaltet in Hausnummer 6 a/b mehrere Büroflächen, eine Mietwohnung sowie eine Ferienwohnung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Grundriss Gebäudekomplex

Auf das Haus der Familie Wirl entfällt insgesamt eine Wohnfläche von 201,15 m2.^{29 30} Im ersten Obergeschoss des Hauses 6 a/b entfallen 96,97 m2 auf das IGT Wirl Ingenieurbüro und 36,23 m2 auf die Ferienwohnung.³¹ Im Unterge- schoss befanden sich seither zwei Mietwohnungen. Die bislang noch bestehen­de Mietwohnung besitzt eine Fläche von 65,76 m2. Die zweite Mietwohnung mit einer Fläche von 67,44 m2 wurde zum 01. Juli 2021 auf Eigenbedarf gekündigt und wird aktuell für die Vergrößerung der IGT Wirl Büroflächen ausführungsreif geplant.³² Der Gebäudekomplex hat demnach eine Gesamtfläche von 467,55 m2.

Das Gebäudedach, bei dem es sich um ein Walm- und teilweise Flachdach handelt, ist kein Bestandteil der Planung und wird dementsprechend nicht wei­ter betrachtet. Bei den Fenstern des Gebäudekomplexes handelt es sich um zweifachverglaste Fenster mit einem U-Wert³³ von 3,0 W/m2K. Es gilt zu über­prüfen, ob ein Fenstertausch zu einer Dreifachverglasung zum jetzigen Zeit­punkt wirtschaftlich ist. Im Erdgeschoss des Wohnhauses befindet sich im Hauswirtschaftsraum eine Gas-Brennwerttherme, die den gesamten Gebäude­komplex mit Warmwasser und Wärme in Form von Plattenheizkörpern in den Räumen und Röhrenheizkörpern in den Gängen sowie einer Bodenheizung im Wohnhaus versorgt. Aus datenschutzrechtlichen Gründen werden die einzelnen Verbrauchsdaten der Mieter sowie des Wohnhauses der Familie Wirl in der Heizkostenabrechnung nicht mit angegeben. Der gesamte Heizkostenver­brauch des Gebäudekomplexes lag im Zeitraum vom 01. Januar 2020 bis 31. Dezember 2020 bei 43.458 kWh, was Heizkosten in Höhe von insgesamt 3.768,38 € entspricht.³⁴ Nach Verteilung der Kosten in diesem Zeitraum fallen 730,88 € auf die Büroräume der IGT Wirl im ersten Obergeschoss an.

In Kapitel 4 wird der zukünftige Soll-Verbrauch des gesamten Gebäudekomple­xes für jede Optimierungsvariante berechnet, woraus abgeleitet werden kann, ob und in welchem Maße eine BEG EM sinnvoll wäre oder nicht. Anteilig zu den Wohn- und Büroflächen können daraus die Energie- und Kostenersparnisse für die IGT Wirl berechnet werden.

3.2 Aktuelle Wärmeerzeugungsanlage

Die aktuelle Wärmeerzeugungsanlage des Gebäudekomplexes ist die Gas­Brennwerttherme Logamax plus GB192-35 iW H mit einer Kesselleistung von 35 kW der Marke Buderus, die im Jahr 2017 verbaut wurde. Das Hybridgerät beinhaltet Brennwerttechnik und kombiniert diese durch die Installation eines zweiten Heizkreises und eines zusätzlichen Pufferspeichers mit zwei Hochleis­tungs-Flachkollektoren für die solare Warmwasserbereitung. So können auch hohe Warmwasseranforderungen sowie eine sehr hohe Effizienzklasse erreicht werden. Durch die bedarfsorientierte Ansteuerung sorgt das Gerät dafür, dass nur dann Energie verbraucht wird, wenn es notwendig ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Darstellung der Gas-Brennwerttherme in Kombination mit Solarkollektoren35

Abbildung 3 stellt die Wärmeerzeugung und -bereitstellung des Gebäudekom­plexes vereinfacht dar. Die als schwarzes Rechteck abgebildete Gas­Brennwerttherme steuert die Wärmezufuhr in die einzelnen Räume, wobei die roten Linien den Vorlauf und die blauen Linien den Rücklauf darstellen. Durch die regenerative Unterstützung der Solarkollektoren speichert der in grau dar-³⁵ gestellte Pufferspeicher die erzeugte Wärme in Form von heißem Wasser und gibt diese bei Bedarf an das Heizungssystem wieder ab.

3.3 Funktionsweise einer Gas-Brennwerttherme mit Integration von Solarthermie

Die in Deutschland meistgenutzten Heizungstechniken basieren auf dem Ein­satz von Gas (2020 ca. 50 %).³⁶ Dabei machen Gas-Brennwertthermen mit 7,2 Mio. Anlagen den größten Teil der in Deutschland bestehenden Wärmeerzeu­gern aus.³⁷ Durch die Deckung nahezu aller Leistungsbereiche, wie Einzelwoh­nungen sowie Ein- und Mehrfamilienhäusern, einer sehr kurzen Anlaufzeit und keinerlei Problematik mit stark schwankenden Leistungsanforderungen weisen Gas-Brennwertthermen eine flexible Einsetzbarkeit auf.³⁸ Moderne Brennwert­techniken erreichen durch die ressourcenschonende und umweltfreundliche Nutzung von Energie und Gas Wirkungsgrade von mehr als 110 %.³⁹ Solch ho­he Wirkungsgrade werden durch die Konstruktion von Brennwertgeräten mög­lich, welche sich durch zusätzliche Wärmetauscher, eine Abgasführung und einen Kondensatsammler von herkömmlichen Wärmeerzeugern unterschei- den.⁴⁰

In einer Brennwerttherme erhitzt die Wärme der Flamme, die durch die Ver­brennung von Gas entsteht, über einen Wärmetauscher das Heizungswasser. Das aufgeheizte Wasser wird mit einer Heizungspumpe über die Rohrleitungen des Heizungsvorlaufes in die Heizkörper des Gebäudekomplexes gepumpt (siehe Abbildung 4, Nummer 1 und 2). Die Heizkörper werden dadurch erhitzt und geben über ihre Oberfläche Wärme an den umgebenden Raum ab. Infol­gedessen kühlt das Heizungswasser wieder ab und wird über den Heizungs­rücklauf der Heizungsanlage zurückgeführt und erneut aufgeheizt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Herkömmliche Heizungsanlagen geben das, bei der Verbrennung des Gases, entstandene Kohlendioxid und den heißen Wasserdampf durch den Schorn­stein ab (Ablufttemperatur beträgt etwa 150 °C), wodurch wertvolle Energie ver­loren geht.

1 erster Wärmetauscher
2 Heizungsvorlauf
3 Gas
4 Luft
5 Abgas
6 zweiter Wärmetauscher
7 Heizungsrücklauf
8 Abgasventilator
9 Kondensatablauf

Gas-Brennwertthermen nutzen zum größten Teil auch diese im Abgas enthalte­ne, sogenannte rückgewonnene Energie effektiv, indem die Wärme aus dem Wasserdampf des Abgases entzogen wird. Im hinteren, kühleren Teil des Brennwertgerätes kondensiert^{41 42} der Wasserdampf am zweiten Wärmetauscher, da der Wasserdampf wärmer ist als die Oberflächen (siehe Abbildung 4, Num­mer 6). Die erstandene Kondensationswärme wird dem Heizkreislauf zurückge­führt und dazu genutzt, das abgekühlte Rücklaufwasser zu erwärmen. Dadurch kommt das Heizungswasser bereits vorgewärmt am Brenner an, wodurch weni­ger Energie benötigt wird, um die gleiche Menge an Wasser aufzuheizen.

Zusätzlich wird die Restwärme des abgeführten Abgases dazu genutzt, die durch das Zuluftrohr, welches innerhalb des Abgasrohres verläuft, frisch zuge­führte Luft für den Brenner vorzuwärmen. Dadurch kommt die frisch zugeführte Luft warm am Brenner an, sodass zusätzliche Energie gespart wird.

[...]

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¹ Vgl. Kemfert (2005: 209).

² Vgl. Presse- und Informationsamt der Bundesregierung (2021).

³ Presse- und Informationsamt der Bundesregierung (2021).

⁴ Ebd.

⁵ Vgl. Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (2021).

⁶ Vgl. KfW Förderbank (2021).

⁷ Energieeffizienz-Experten sind auf die Energieberatung von Gebäuden spezialisiert und müs­sen in den Förderprogrammen der BAFA und KFW gelistet sein.

⁸ Vgl. Ohlhorst (2019: 172).

⁹ Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (2021).

¹⁰ Treibhausgase sind Gase in der Erdatmosphäre, die zum Treibhauseffekt führen.

¹¹ CO2-Äquivalente sind eine Maßeinheit der unterschiedlichen Treibhausgase, um zu verglei­chen, wie stark ein Gas zum Treibhauseffekt beiträgt.

¹² Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (2021).

¹³ Vgl. Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (2021).

¹⁴ Die Lastenteilungsverordnung wurde von allen EU-Mitgliedsstaaten als verbindliches Ziel vereinbart. Ziel ist es, die EU-internen Emissionen im Zeitraum von 2021 bis 2030 um min­destens 40 % gegenüber dem Stand von 1990 zu reduzieren.

¹⁵ Vgl. Europäische Union (2018).

¹⁶ Vgl. Mönnig et al. (2020: 10).

¹⁷ Vgl. Presse- und Informationsamt der Bundesregierung (2021).

¹⁸ Ohlhorst (2019: 172).

¹⁹ Ebd.: 173.

²⁰ Vgl. Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (2020).

²¹ Der Energieausweis ist ein Dokument, das Auskunft über die energetischen Eigenschaften eines Gebäudes gibt.

²² Vgl. Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (2020).

²³ Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2021).

²⁴ Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2021).

²⁵ Vgl. ebd.

²⁶ Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2021).

²⁷ Vgl. Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2021).

²⁸ Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2021).

²⁹ Eigene Darstellung auf Grundlage der Grundrisspläne.

³⁰ Siehe Anhang 1 und 2.

³¹ Siehe Anhang 4.

³² Siehe Anhang 3.

³³ Der Wärmedurchgangskoeffizient oder U-Wert beziffert einen Wärmeverlust. Er gibt an, wie­viel Wärme in Watt pro Quadratmeter bei einer Temperaturdifferenz von einem Grad Celsius entweicht.

³⁴ Siehe Anhang 5.

³⁵ Buderus (2021).

³⁶ Vgl. Statista (2021).

³⁷ Vgl. ebd.

³⁸ Vgl. Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (2021).

³⁹ Vgl. Beckmann (2020: 192).

⁴⁰ Vgl. Laasch/Laasch (2005: 334).

⁴¹ Laasch/Laasch (2005: 335).

⁴² Als Kondensation wird das Übergehen eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Zu­stand bezeichnet. Sämtliche entzogene Wärme wird in Form der Kondensationswärme in die Zustandsänderung investiert.

• Universidad: University of Applied Sciences Wernigerode
• Calificación: 1,0
• Autor: Marcel Lerich (Autor)
• Año de publicación: 2021
• Páginas: 61
• No. de catálogo: V1176556
• ISBN (PDF): 9783346604279
• ISBN (Libro): 9783346604286
• Idioma: Alemán
• Etiqueta: KfW, Bafa, energieeffizient, evaluieren, Evaluierung, Klimaschutzprogramm, Gebäudeenergiegesetz, BEG, Bundesförderung, Wärmeerzeugung, Gebäude, Gebäudeeffizienz, Solarthermie, Gas-Brennwerttherme, Gas, Energie, Energieeffizienz-Experte, energieffizienz, Hottgenroth, Kollektorfläche, Fenster, Fenstertausch, Gebäudedämmung, Dämmung, Heizung, Heizungsanlagen, Heizungsoptimierung