Wärmepumpe mit Blick auf zukünftige EnEV und EEWärmeG

Energiepolitik 01. Juni 2012

Die Energieeinsparverordnung (EnEV) regelt die Anforderungen an neue und bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude. Gleichzeitig gilt im Neubau ab dem 1.1.2009 das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) mit der Pflicht zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Deckung des Wärmeenergiebedarfes.

Zum 01.05.2011 wurde das EEWärmeG auf bereits errichtete öffentliche Gebäude ausgeweitet.

Für neue Wohngebäude ergeben sich Anforderungen entsprechend EnEV 2009 an:

  • den zulässigen Jahres-Primärenergiebedarf und
  • den zulässigen spezifischen Transmissionswärmeverlust

sowie durch das EEWärmeG:

  • eine Nutzungspflicht Erneuerbarer Energien bzw.
  • die Einhaltung von Ersatzmaßnahmen.

EnEV 2012: Referenzgebäude Luft/Wasser-Wärmepumpe

Mit der EnEV 2012 soll der nationale Neubaustandard bis 2020 schrittweise an den künftigen Niedrigstenergiegebäudestandard der EU-Gebäuderichtlinie (EPBD) herangeführt werden.

Die Wärmepumpe hat einen stabilen Marktanteil von 40 % im Neubau von Ein- und Zweifamilienhäusern. Deshalb schlagen wir die Einführung eines Referenzgebäudes in der EnEV mit Luft/Wasser-Wärmepumpe für Ein- und Zweifamilienhäuser vor. Optional lässt sich die Wärmepumpe zusätzlich mit Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung kombinieren.

Wird das Referenzgebäude von jetzt Brennwertkessel auf Luft/Wasser-Wärmepumpe umgestellt, so ändern sich dadurch auch die Vorgaben für Wärmeübergabe und Auslegungstemperatur: Anstelle freier Heizflächen mit Thermostatventil und 1 K Regeltoleranz sieht das neue Referenzgebäude Flächenheizung und Einzelraumregelung mit Zweipunktregler und Schaltdifferenz von 0,5 K vor. Die Auslegungstemperatur wird von 55/45 °C auf die für Wärmepumpen üblichen 35/28 °C reduziert. Zudem entfällt die solarthermische Anlage, da die Warmwasserbereitung ebenfalls erneuerbar über die Luft/Wasser-Wärmepumpe abgedeckt wird. Die Lüftung kann gleichbleibend durch eine zentrale Abluftanlage oder – um den Primärenergiebedarf weiter zu senken – durch eine zentrale Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnungsgrad von 70 % erfolgen.

Auf Basis der Hottgenroth-Software „Energieberater 7.08“ wurden Beispielrechnungen für verschiedene Anlagenvarianten durchgeführt. Basis war ein typisches Einfamilienhaus mit den entsprechenden EnEV-2009-Referenzvorgaben sowie ein Primärenergiefaktor für den Strommix (nicht erneuerbarer Anteil) von 2,4 gemäß aktueller DIN EN 18599-2011.

25 % geringerer Primärenergiebedarf

Die Anlagenvariante Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Abluftanlage ergibt dabei einen um 13 % geringeren Jahres-Primärenergiebedarf gegenüber der bisherigen Referenztechnologie Brennwert/Solar mit Abluftanlage. Eine Kombination von Luft/Wasser-Wärmepumpe und Zuluft-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung reduziert den Primärenergiebedarfs sogar um 25 %. Alle beschriebenen Verschärfungen lassen sich allein über Veränderungen der Anlagentechnik erreichen. Eine Verschärfung der Anforderungen an die Gebäudehülle ist nicht notwendig.

 

Tabelle 1: ermittelte Jahres-Primärenergiebedarfe

 

Qp [kWh/m²a]

[%]

EnEV heute (Brennwert 55/45, Abluftanlage)

91,22

100

EnEV heute (Brennwert 35/28, Abluftanlage)

90,89

99,6

Luft/Wasser-Wärmepumpe, Abluftanlage

78,92

86,5

Luft/Wasser-Wärmepumpe, Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung

68,39

74,9

 

In der Beispielrechnung wurde eine 8 kWp Photovoltaikanlage - das ist etwa ein 60 m² großes PV-Modul - auf dem Dach installiert, die im Jahr ca. 7800 kWh erzeugt. Das ist eine recht große Anlage für ein Ein-Familien Haus, liegt aber im üblichen Bereich.

Im neuen Referenzhauses ergibt sich bei der Kombination einer Photovoltaikanlage mit Luft/Wasser-Wärmepumpe und Abluftanlage ein um 65 % reduzierter Jahres-Primärenergiebedarf . Beim Zusammenspiel einer Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung und einer Photovoltaikanlage  wächst das Einsparpotential an Jahres-Primärenergiebedarfs auf über 70 %.

 

Tabelle 2: ermittelte Jahres-Primärenergiebedarfe mit Photovoltaikanlage

 

Qp [kWh/m²a]

[%]

Luft/Wasser Wärmepumpe, Abluftanlage, PV

31,92

34,9

Luft/Wasser Wärmepumpe, Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung, PV

23,77

26,1

 

Photovoltaikanlagen in Verbindung mit Wärmepumpen bereiten also den Weg zum Niedrigstenergiegebäude im Jahr 2020, deren Kombination mit besseren Wärmedämmmaßnahmen zu ergänzen ist.

Als weiteres Argument für eine EnEV-Referenz mit Wärmepumpe möchten wir eine mögliche Nutzung dieser Technik in einem „Smart Grid“ benennen. Zukünftig könnte die Wärmepumpe damit einen aktiven Beitrag zur Integration des Stroms aus erneuerbaren Energien in ein (dann) intelligentes Stromnetz leisten.

EEWärmeG

Die Anteile an Erneuerbaren Energien, die im Neubau zur Erfüllung des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) nachgewiesen werden müssen, variieren je nach Wärmeerzeuger. So müssen beispielsweise durch die Nutzung solarer Strahlungsenergie lediglich 15 % des gesamten Wärme- und Kälteenergiebedarfs gedeckt werden. Bei der Nutzung von Geothermie und Umweltwärme beträgt die Nutzungspflicht hingegen mindestens 50 %.

Eine Ungleichbehandlung erfolgt auch bei beim Effizienz-Nachweis: So müssen Wärmepumpen nicht nur ein Umweltzeichen wie Euroblume, Blauer Engel oder ehpa-Gütesiegel besitzen. Vielmehr muss ihre Effizienz darüber hinaus durch eine differenzierte, anlagenspezifische Mindestjahresarbeitszahl belegt werden. Bei Solarkollektoren reicht es hingegen, nur eine je nach Wohn-Nutzfläche definierte Mindestgröße sowie das Zertifikat „Solar Keymark“ nachzuweisen. Dessen Effizienzkriterien erfüllt bereits ein Kollektor, der einen produktbezogenen Mindestertrag nachweisen kann.

Mit der Novelle des EEWärmeG in 2011 wurde die Nutzungspflicht  auch auf bereits errichtete öffentliche Gebäude ausgeweitet. Seither entfällt die Unterscheidung nach Wärmeerzeuger zumindest für öffentliche Gebäude. Die Nutzungspflicht beträgt nun 15 % für alle Wärmeerzeuger mit Ausnahme von gasförmiger Biomasse, deren Nutzung mindestens 25 % des gesamten Wärme- und Kältebedarfs decken muss.

Das ist eine positive Neuerung, die auch für den Neubausektor übernommen werden sollte. Das EEWärmeG hat sich bisher eher dadurch ausgezeichnet, dass die Nutzungspflicht erneuerbarer Energien mittels Ersatzmaßnahmen über die Gebäudehülle umgangen wurde.

 

Tabelle 3: Anforderungen EEWärmeG ohne Ersatzmaßnahmen

Erfüllung EEWärmeG zu 100 % durch

Mindestanteil

Neubau

Mindestanteil bereits errichtete öffentliche Gebäude

Erneuerbare Energien

Solare Strahlungsenergie

15 %

15 %

Gasförmige Biomasse

30 %

25 %

Geothermie und Umweltwärme

50 %

15 %

Flüssige Biomasse

50 %

15 %

Feste Biomasse

50 %

15 %

 

Kritikpunkte Biomasse

Die Nutzung von gasförmiger Biomasse ist generell kritisch zu betrachten, da die verfügbaren Flächen nicht ausreichen, um eine adäquate Versorgung sicherzustellen. So hat Dr. Rolf-Michael Lüking von der Gesellschaft für Rationelle Energieverwendung nachgewiesen, dass die zur Verfügung stehende Fläche etwa um den Faktor 10 zu gering ist, um eine Vollversorgung sicherstellen zu können. Diese Aussage gilt sowohl für das Jahr 2010 als auch im Hinblick auf 2050, wo bereits mit einer Halbierung des Energie- und Wärmebedarfes pro Person auf 26 MWh gerechnet wurde (siehe auch Abbildung 1 und Abbildung 2).

 



Abbildung
1: Verfügbare landwirtschaftliche Fläche für Biogas in 2010, Quelle: Dr. Rolf-Michael Lüking, Folienpräsentation Expertentreffen BWP/DGS 28.11.2011

 



Abbildung 2
: Verfügbare landwirtschaftliche Fläche für Biogas in 2050, Quelle: Dr. Rolf-Michael Lüking, Folienpräsentation Expertentreffen BWP/DGS 28.11.2011


Nach Lüking kann ein hoher regenerativer Deckungsanteil bei der Energie- und Wärmeversorgung in Deutschland nur durch die Nutzung von Strom aus Photovoltaik und Wind erreicht werden. Ihm zufolge steht auf Dächern, Fassaden und Freiflächen 15 Mal mehr Platz für die Installation von Solar- und Windstromanlagen zur Verfügung als tatsächlich benötigt wird (siehe Abbildung 3). Da die Wärmeversorgung in diesem Szenario weitestgehend auf den Energieträger Strom umgestellt werden müsse, werde die Wärmepumpe künftig zu einer Schlüsseltechnologie.

Derzeit bestehen noch Probleme bei der Integration der fluktuierenden Einspeisungenvon Solar- und Windstrom. Diese können aber durch den Ausbau elektrischer Netz- und Speicherkapazitäten sowie die Flexibilisierung des Stromverbrauchs behoben werden. Als schalt- und regelbare Verbraucher böten Wärmepumpen  – ebenso wie das gesamte Gebäude, das als thermischer Speicher genutzt werden kann – wesentliche Potentiale, den Stromverbrauch künftig flexibel an das vorhandene Angebot anzupassen.  

 



Abbildung 3
: Verfügbare Fläche für Solar- und Windstromanlagen, Quelle: Dr. Rolf-Michael Lüking, Gesellschaft für Rationelle Energieverwendung e.V.

Auch das Wuppertal Institut kommt in einer Studie zu den Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse zu dem Schluss, dass sich mit Biogas nur 4,3 % des jährlichen Energie- und Wärmebedarfs decken ließen. Die im Auftrag des Bundesverbandes der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft (BGW) und der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfachs (DVGW) erstellte Studie belegt, dass über alle Biogaskategorien bis zum Jahr 2030 ein Gesamtpotenzial von 78 Mio MWh/a für eine Aufbereitung und Einspeisung zur Verfügung stehen könnten[1]. Rechnet man dann mit etwa 80 Millionen Einwohnern in Deutschland und einem jährlichen Energie- und Wärmebedarf, der laut Lücking für das Jahr 2050 bei 26 MWh pro Person liegen wird, blieben jedem Bewohner nur 0,9 MWh pro Jahr zum Verbrauch. Biomasse kann demnach nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur zukünftigen Wärmeversorgung leisten und sollte bestenfalls zur Verstromung in modernen GuD-Kraftwerken zum Einsatz kommen.

Vorschlag EEWärmeG 2012

Die Ausweitung der Nutzungspflicht von erneuerbaren Energien zur Deckung des Wärmeenergiebedarfs auf bereits errichtete öffentliche Gebäude und die zunehmende Gleichbehandlung der Wärmerzeuger ist sehr zu begrüßen. Doch um den energetisch schlechten Zustand im Bestandsgebäudebereich anzugehen, müssen die Nutzungspflicht sowie eine zeitlich begrenzte finanzielle Förderungsmöglichkeit auf alle Bestandsgebäude ausgeweitet werden. So könnte  durch die Einbeziehung Erneuerbarer Energien der Primärenergiebedarf um bis zu 80 % sinken.

Fördermittel könnten zum Beispiel mit einer Priorisierung auf hohe Einsparpotentiale vergeben werden und müssten zeitlich beschränkt und stark degressiv ausgestaltet werden.

Laut einer Untersuchung des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) gab es im Zeitraum 2005-2008 im Eigenheimbereich eine Sanierungsaktivität von 30 %. Eine umfassende Sanierung in der Kombination von Heizung und Dämmung erfolgte allerdings nur bei jeder zehnten Sanierung. Fehlende Aufklärung, zu wenig Anreize und kaum Vollzug sind nach Erkenntnissen der Studie die Gründe dafür.

Wärmemarkt hat Schlüsselfunktion

Der Wärmemarkt ist der Schlüssel zum Erreichen der Klimaschutz- und Energieeinsparziele: Denn deutsche Haushalte verbrauchen 30 % der gesamten Endenergie, davon dienen 75 % zur Deckung des Raumwärmebedarfs (Abbildung 4).

 


Abbildung 4
: Endenergieverbrauch in Deutschland

Hier bietet sich folglich das größte Potential zur Einsparung von Endenergie. Auch eine Verminderung der CO2-Emissionen kann nur durch eine deutliche Reduzierung des Raumwärmebedarfs erreicht werden (Abbildung 5).

Zwar hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, bis 2020 die Sanierungsrate bereits errichteter Gebäude von bisher einem auf zwei Prozent zu steigern, doch fehlen bisher geeignete Initiativen zur Umsetzung. Die politische Vernachlässigung des Wärmemarktes muss schnellstens aufhören, wenn das dort vorhandene Potential nicht “verheizt“ werden soll.

 



Abbildung 5:
Endenergieverbrauch der privaten Haushalte nach Energieträger und Verwendungszwecken


Literaturverzeichnis

Dr. Uwe Hartmann, Geschäftsführer des DGS Landesverband Berlin Brandenburg Expertentreffen DGS und Bundesverband Wärmepumpe am 28.11.2011 in Berlin, erschienen in Sonnenenergie, 1-2012

Dr. Rolf-Michael Lüking, Gesellschaft für Rationelle Energieverwendung, Wärmeversorgung im Übergang zu einem regenerativen Energieversorgungssystem, Folienpräsentation Expertentreffen BWP/DGS 28.11.2011

Dr. Julika Weiß, IÖW, Empfehlungen zur Neujustierung der Instrumente unter Berücksichtigung der zentralen Einsparpotentiale, Konferenz „Wege aus dem energetischen Sanierungsstau“. 08.11.2010 Berlin

Wuppertal Institut für Klima Umwelt Energie Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse, Untersuchung im Auftrag von BGW und DVGW, Band 1: Gesamtergebnisse und Schlussfolgerungen (Wuppertal Institut), Januar 2006

BMVBS, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, Planung neuer Wohngebäude nach Energieeinsparverordnung 2009 und Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, 12/2010

WWF Deutschland, Modell Deutschland-Klimaschutz bis 2050, Oktober 2009

 

<hr />

[1] Wuppertal Institut für Klima Umwelt Energie Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse, Untersuchung im Auftrag von BGW und DVGW, Band 1: Gesamtergebnisse und Schlussfolgerungen (Wuppertal Institut), Januar 2006


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