Energie im Haus: Energieeffizienz, erneuerbare Energien, dezentrale Stromerzeugung

Als Maßstab für die Energieeffizienz eines Gebäudes gilt der KfW-Effizienzhaus-Standard (s. Grafik). Dabei gilt, je kleiner der Wert, desto geringer ist auch der spezifische Energieverbrauch der Immobilie und desto höher ist in der Regel auch die Förderung.

Seitens der KfW gibt es im Rahmen der Baufinanzierung in verschiedenen Programmen die Möglichkeit, einen zinsgünstigen Kredit oder einen Zuschuss zu bekommen. Die wichtigsten Programme im Rahmen von Neubau- und Sanierungsmaßnahmen sind:

• Energieeffizient Bauen (Programm 153)
• Energieeffizient Sanieren (Programm 430)

Auch wenn im Einzelfall keine Förderung eines BHKW als Einzelmaßnahme durch die KfW möglich ist: Durch den BHKW-Einsatz im Maßnahmenpaket lassen sich die Primärenergiefaktoren kosteneffizient verringern und somit höhere Förderstandards, wie z. B. KfW-Effizienzhaus 55 und 40, erreichen.

Die Förderungen der KfW sind grundsätzlich mit einer Investitionsförderung des Brennstoffzellenprogramms KfW 433 kumulierbar.

Die ehemals durch die Energieeinsparverordnung (EnEV) festgelegten Standards (Referenzhaus der EnEV 2014 bzw. 2016) werden seit November 2020 durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG) geregelt.

Gasbrennwerttherme

Durch den Brennwerteffekt kann der Wirkungsgrad im Vergleich zu einem Niedertemperaturkessel um bis zu 15 % angehoben werden. Die gute Regelbarkeit heutiger Matrixbrenner und die sensorische Überwachung führen zu einem hohen sicherheitstechnischen Standard und zu einem minimierten Gasverbrauch. Durch eine neue Gasbrennwerttherme können gegenüber einer alten Ölheizung bis zu 35 % an Energiekosten eingespart werden.

Bei der Sanierung kann die neue Gasheizung in den Vorlauftemperaturen auch problemlos an vorhandene Leitungen und Radiatoren angeschlossen werden, wenngleich eine Prüfung auf sparsamere Flächenheizungen empfehlenswert ist.

BHKW und Brennstoffzelle

In einem Blockheizkraftwerk (BHKW) oder in einer Brennstoffzelle werden Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt. Zum Antrieb eines Stromgenerators werden in Motor-BHKWs gasförmige oder flüssige Brennstoffe eingesetzt, die anfallende Wärme wird über einen Wärmespeicher in den Heizkreislauf eingebracht. BHKW werden in der Regel wärmegeführt betrieben.

In Brennstoffzellen werden Strom und Wärme in einem elektrochemischen Verfahren erzeugt. Allen KWK-Verfahren ist gemein, dass hohe Gesamtwirkungsgrade von bis zu 95 % erreicht werden.

Während BHKWs bei der Leistung nach oben hin fast beliebig skalierbar sind, bieten einige Hersteller auch Mini-BHKWs im Bereich von 2 - 20 kW_el an. Für die Beheizung eines Einfamilienhauses sind Brennstoffzellen (< 2 kW_el) mit eingebauter Brennwert-Therme bestens geeignet.

Pelletheizung

Eine Pelletheizung bietet die Möglichkeit, die Beheizung und Warmwassererzeugung nachhaltig und zu vergleichsweise niedrigen Betriebskosten mit einem nachwachsenden Rohstoff zu betreiben. Ein weiterer Vorteil von Pelletheizungen liegt im Vergleich zu anderen Biomasseheizungen im weitgehend automatisierten Betrieb. Durch die genormten, verdichteten Holzpresslinge kann eine platzsparende Lagerung erfolgen, so dass es in der Regel ausreicht, die Vorräte einmal jährlich aufzufüllen sowie die Asche gelegentlich zu beseitigen.

Für einen effizienten Betrieb ist es außerdem empfehlenswert einen Pufferspeicher zu installieren, um die Pelletheizung vom Wärmeverbrauch zu entkoppeln. So kann ein optimaler Leistungsbereich gewährleistet werden.

Elektrische und Gaswärmepumpen

Auch elektrische Wärmepumpen und Gaswärmepumpen stellen einen wichtigen Baustein zum Beheizen von Gebäuden dar. Wärmepumpen machen die überall leicht verfügbare Umweltwärme für die Gebäudeheizung nutzbar, indem sie ein tiefgekühltes Kältemittel zur Erwärmung durch Luft, Wasser oder Erdreich führen. Danach wird das Kältemittel durch Verdichtung auf die im Heizungsvorlauf erforderliche Temperatur gebracht.

Insgesamt sind die Qualität und die Verfügbarkeit von Umweltwärme sowie die erforderliche Temperaturreduzierung des zu verdampfenden Kältemittels die größten Einflussfaktoren für die Effizienz von Wärmepumpen. Hier liegen Stärken und Schwächen der elektrischen und gasbetriebenen Systeme.

Neuer Kessel

Jede vierte Heizung in Deutschland ist älter als 25 Jahre und technisch somit längst überholt. Handelt es sich bei diesen um Gas- oder Ölheizungen, sind diese in aller Regel noch nicht mit der Brennwerttechnik ausgestattet, welche die im Abgas enthaltene Kondensationswärme (Brennwert) zusätzlich nutzt und damit den Wirkungsgrad der Heizung erhöht. Neben einer geringeren Umweltbelastung punkten moderne Geräte darüber hinaus mit niedrigeren Betriebskosten. Wie schnell sich die geringeren Betriebskosten bemerkbar machen und wann sich die Anlage amortisiert, hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. So können neben den reinen Investitionskosten für eine neue Gasbrennwerttherme außerdem noch zusätzliche Kosten durch Anpassungen am Schornstein anfallen, weil größere Mengen Kondensat entstehen. Demgegenüber können bis zu 25 % weniger Erdgas verbraucht werden.

Solarthermie & Photovoltaik

Oft existiert die Option, zum bestehenden Heizsystem zusätzlich eine PV- oder Solarthermieanlage zu installieren. So kann der Anteil erneuerbarer Energien vor allem im Sommer durch die Nutzung von Sonnenenergie in Form von Strom oder Wärme erhöht werden. Gleichzeitig wird die bestehende Heizung bzw. die Warmwasseraufbereitung entlastet und zudem der Strombezug aus dem Netz bei Nutzung von PV-Strom reduziert.

Biogas und Biomethan

Biogas wird aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen und tierischen Reststoffen der Landwirtschaft gewonnen sowie aus Abfallstoffen der Landschaftspflege. Weil nur die Menge an CO2 entsteht, die beim Wachstum in der Pflanze gebunden wurde, gilt das Gas als nahezu klimaneutral und dies wird bei der primärenergetischen Bewertung des Gebäudes mitberücksichtigt. Biomethan kann sowohl in Gasbrennwertthermen als auch in Brennstoffzellen oder BHKWs sowie in Gaswärmepumpen eingesetzt werden. Der Mehrpreis gegenüber Erdgas liegt bei ca. 5 ct/kWh. Die Möglichkeit, Biomethan zur Effizienzsteigerung einzusetzen, weist den Weg zu einem zunehmenden Einsatz von Gasen aus erneuerbaren Quellen wie Wasserstoff oder synthetischen Gasen. So erhalten auch die Energieverbraucher in dicht stehenden, städtischen Bestandsgebäuden die Möglichkeit, auf erneuerbare Energie umzusteigen und von geringeren Primärenergiefaktoren zu profitieren.

Dämmung und Fenster

Die Außenwände der meisten Bestandsbauten sind nur unzureichend gedämmt, insbesondere bei Gebäuden aus der Zeit von 1945 bis 1976. Eine komplette Dämmung ist in der Regel unerlässlich. Besondere Aufmerksamkeit bei der energetischen Sanierung verdienen hierbei Stellen mit großen Transmissionswärmeverlusten, wie Glasflächen (Fenster), Dachstuhl, oberste und unterste Geschossdecke sowie potenzielle Wärmebrücken wie Rollladenkästen, Anschlüsse und Balkone. Bei wesentlichen Umbauten müssen die neu verwendeten Fassadenteile bereits den Vorschriften des Gebäudeenergiegesetzes genügen.

Für Neubauten gelten besondere Anforderungen an die Fassadendämmung sowie an die Isolierung von Bauteilen (Fenster, Türen, Dachflächen). Paragraph 15, Absatz 1 GEG in Verbindung mit der Anlage 1 macht die maximalen Wärmedurchgangskoeffizienten verbindlich. Die KfW-40-Vorgabe sieht eine 32 cm dicke Dämmung vor, was ungefähr 0,1 W/(m²K) entspräche. Somit tragen die gesetzlichen Auflagen bereits maßgeblich zu einer energiesparenden Bauweise bei. Für die Kosten, welche im Vergleich zu den Gesamtbaukosten bzw. zum Immobilienwert in der Regel gering ausfallen, sind vor allem die eingesetzten Bau- und Dämmstoffe verantwortlich (s. Abb.).

Als Dämmstoffe kommen unzählige Materialien in Betracht, die sich alle hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit (Lambda, λ), der Rohdichte (Roh, ῤ) sowie individueller Eigenschaften wie der Brennbarkeit und der Ökobilanz (synthetisch, mineralisch, organisch) unterscheiden. Aus den Eigenschaften der verwendeten Materialien (inkl. Mauerung) lässt sich der Wärmedurchgangskoeffizient (U) der gesamten Konstruktion bestimmen. Für eine detaillierte, individuelle Berechnung können z. B. mit einem Tool auf der Website https://www.ubakus.de/ die geplanten oder bereits verbauten Dämm- und Baustoffe eingetragen werden, um eine Auskunft über die Höhe des Wärmeverlustes, die Ausbildung des Taupunktes, der Ökobilanz und weiteren Kennzahlen zu erhalten.

Ebenso sind Fenster mit Dreifachverglasung für eine geringe Wärmedurchlässigkeit wichtige Aspekte eines erfolgreichen Gesamtkonzeptes zur Energieeinsparung in Gebäuden.

Flächenheizung

Die Flächenheizung ist ein Oberbegriff für verschiedene Heizungsvarianten, welche die Wärme über die Flächen der Bauteile eines Gebäudes abgeben oder aufnehmen. Hierzu zählen z. B.

• Fußbodenheizung
• Wandheizung
• Deckenheizung
• Bauteilheizung

Flächenheizungen erhöhen die Thermische Behaglichkeit dadurch, dass sie Umfassungsflächen erwärmen. Durch die dafür notwendigen niedrigen Vorlauftemperaturen (Niedertemperaturheizsystem) eignen sie sich insbesondere für moderne Brennwerttechnik, Wärmepumpenheizungen, Brennstoffzellen sowie in Verbindung mit Solarthermie. Somit verbessert der Einsatz einer durchdachten Fußbodenheizung die Energieeffizienz des gesamten Hauses. Je niedriger die Temperaturen im Heizsystem, desto geringer die Abgasverluste und desto besser die Ausnutzung des Brennstoffs. Bei Wärmepumpen ist die Differenz der Außentemperatur/Erdwärme zur Systemtemperatur der Heizung entscheidend.

Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung

Lüftungsanlagen leisten einen wertvollen Beitrag zur Wohnqualität, auch in einem Mehrfamilienhaus. Neben der Steuerung der Luftfeuchtigkeit und Bekämpfung der Schimmelbildung können sie Energie einsparen, indem sie Lüftungsverluste stark reduzieren. Die vorzusehende Luftwechselrate von 33 % des Raumvolumens pro Stunde kann allein durch manuelles Stoßlüften kaum erreicht werden.

Kombiniert man die Abluftanlage mit einer Trinkwasserwärmepumpe können gleichzeitig die Ablufttemperaturen ausgenutzt werden.

Zur Erreichung eines hohen Effizienzstandards unter Einhaltung der erforderlichen Mindest-Luftwechselrate bietet sich außerdem eine Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung an. Dabei wird der Frischluftstrom von außen in einem Plattenwärmeüberträger an dem gesammelten Abluftstrom erwärmt. Der Wirkungsgrad heutiger Wärmeübertrager liegt bei 75 – 90 %.

Je nach der Berechnungsmethode der DIN V 18599 werden bei einem typischen Beispielhaus ca. 14 kWh/m²*a eingespart.

Trinkwasserwärmepumpe

Bei der Trinkwasserwärmepumpe wird die Wärme aus der Raumluft des Hauses gewonnen. Die der Raumluft entzogene Wärme wird zum Erwärmen des Wassers in einem Vorratsbehälter verwendet. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die höheren Ablufttemperaturen bei Verwendung einer Abluftanlage zu nutzen.

Auch lässt sich eine Trinkwasserwärmepumpe optimal mit einer PV-Anlage kombinieren und kann somit einen signifikanten Teil zur Gebäudeeffizienz beitragen.

Hydraulischer Abgleich

Der hydraulische Abgleich ist eine effektive Art, Heizkosten einzusparen und leistet einen wichtigen Beitrag zur richtigen Einstellung der Heizung. Werden nicht alle Räume gleichmäßig warm, wird durch die Bewohner häufig versucht, mit einer Erhöhung der Vorlauftemperatur diesen Mangel auszugleichen. Das führt zu einem unwirtschaftlichen Betrieb der Heizung, denn durch hohe Vorlauftemperaturen erhöhen sich die Verluste im Heizkreislauf wesentlich. Die Folge sind größere Abgasverluste und ein höherer Energieverbrauch.

Der ASUE-Flyer im handlichen DIN Langformat informiert den Hausbesitzer auf 22 Seiten ausführlich über alle wesentlichen Fragen zum hydraulischen Abgleich:

Rohrisolierung

Eine weitere Möglichkeit, Heizenergie und -kosten zu sparen besteht darin, Heizungsrohre, welche häufig lange Strecken von der Erzeugung bis zum Heizkörper zurücklegen, zu isolieren. Diese Maßnahme ist inzwischen verpflichtend. Damit kann bereits mit Dämmmaterial aus dem Baumarkt recht simpel Heizenergie und somit Heizkosten gespart werden. Dabei ist die Einsparung durch eine Isolierung der Rohre umso größer, je niedriger die Lufttemperatur im entsprechenden Raum, z. B. im Heizungskeller, ist. Günstige Kunststoffisolierungen gibt es bereits ab 2 Euro pro Meter.

Im November 2020 hat die Bundes-regierung das Gebäudeenergiegesetz (GEG) in Kraft gesetzt. Das Gesetz führt die bisherigen Regelungen der Energieeinsparverordnung (EnEV), des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) und des Energieeinsparungsgesetzes (EnEG) zusammen. Seit dem 1. November 2020 müssen Bauvorhaben nun die Anforderungen des neuen Gesetzes erfüllen.

Die Bestimmungen des GEG richten sich in erster Linie an Neubauten. Das mit Abstand größte Potenzial zur Energieeinsparung bietet jedoch der Gebäudebestand. Deshalb gibt das GEG auch hier einige Regeln vor.

Ausführliche Infos zum GEG finden Sie unter www.asue.de/gesetze_verordnungen/geg.

Bei einem Neubau kann von einem geringen Wärmebedarf bei niedrigen Vorlauftemperaturen ausgegangen werden. Daher sind grundsätzlich alle Heiztechnologien, ob BHKW, Gasbrennwertgerät, Pelletheizung, Wärmepumpe oder auch eine vollständige Versorgung mit erneuerbaren Energien mit Solarthermie und Photovoltaik möglich. Der Einsatz von Erdgas kann in einem Gasbrennwertkessel, in einer Gaswärmepumpe oder einer kleinen KWK-Anlage (Brennstoffzelle) erfolgen. Im Neubau bieten Gasbrennwertthermen durch ihren günstigen Betrieb und die Spitzenlastfähigkeit hervorragende Optionen für die Einbindung anderer erneuerbarer Energieformen.

Darüber hinaus leisten Brennstoffzellen beispielsweise durch ihre eigene Stromerzeugung bei hohem Wirkungsgrad und gleichzeitiger Nutzung der Wärme im Haus einen wertvollen Beitrag zur energetischen Bewertung des Hauses und wirken gleichzeitig entlastend auf das Stromnetz. In Kombination mit weiteren Effizienzelementen wie einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung, Solarthermie oder einer PV-Anlage kann somit auch die Beheizung eines sog. Niedrigstenergiehauses (nearly zero-energy buildings, NZEB) mit Erdgas (oder Biomethan oder Wasserstoff) als Energieträger gelingen und sogar KfW-Effizienzhaus-Standard 40 erreicht werden.

Ist die Heizung defekt, muss möglichst schnell Ersatz her. Gut beraten ist, wer sich schon frühzeitig Gedanken macht, ob die Heizung repariert oder getauscht werden soll. Im Fall eines Tausches besteht im Altbau wie im Neubau die Chance, die heimische Heizung zu modernisieren und an heutige und zukünftige Effizienzstandards anzupassen. Doch die Entscheidung erscheint auf den ersten Blick häufig nicht einfach: Unterschiedliche Gebäude stellen unterschiedliche Anforderungen, das Budget ist oft knapp und verschiedene Brennstoffe stehen zur Auswahl.

Das Beratungsportal Kesselheld.de hat im Jahr 2019 verschiedene Bundesverbände, Vereine, Energieunternehmen und Heizungsbauer zusammengebracht und fachkundige Informationen sowie hilfreiche Tipps über die zur Auswahl stehenden Technologien und Verfahren gesammelt. Die ASUE hat durch Jürgen Kukuk und Leon Hagemann die Artikel zur Gasbrennwerttherme und zu KWK-Anlagen beigesteuert. Im Ergebnis ist ein vollständiger Band mit den wichtigsten Fakten zur Kaufentscheidung entstanden, der den Interessenten zum kostenlosen Download zur Verfügung gestellt wird.

Die Gasbrennwerttherme – Ausgereift bei hohem technischen Standard

In dem Artikel werden die Eigenschaften der Gasthermen und insbesondere der Brennwerteffekt erklärt, der den Wirkungsgrad der Gasheizungen um ca. 10 % anheben kann. Die gute Regelbarkeit heutiger Matrixbrenner und die sensorische Überwachung führen zu einem hohen, sicherheitstechnischen Standard und zu einem minimierten Gasverbrauch. So können durch eine neue Gasbrennwerttherme gegenüber einer alten Ölheizung bis zu 35 % an

Energiekosten eingespart werden. Bei der Sanierung kann die neue Gasheizung in den Vorlauftemperaturen auch problemlos an vorhandene Leitungen und Radiatoren angeschlossen werden, wenngleich eine Prüfung auf sparsamere Flächenheizungen empfehlenswert ist.

Im Neubau bieten Gasbrennwertthermen durch ihren günstigen Betrieb und die Spitzenlastfähigkeit hervorragende Optionen für die Einbindung anderer Erneuerbarer Energieformen. So erfüllt ein kombiniertes System mit Solarthermie und Lüftungsanlage sämtliche Regeln aus EnEV und EEWärmeG ebenso wie eine Kombination aus Brennwertherme und solar angetriebener Trinkwasserwärmepumpe.

Heizen mit KWK-Anlagen

Die besonders effiziente Doppelnutzung des Brennstoffs zur Wärme- und Stromerzeugung eröffnet viele Nutzungskonzepte. So können Mikro-BHKW wegen der großen Wärmeproduktion vor allem im Altbau eingesetzt werden, während sich Heizungen mit Brennstoffzelle auch in sparsamen Neubauten anbieten. Bei der Stromproduktion bietet sich die Eigennutzung an, da der selbst produzierte Strom billiger ist, als die Entnahme aus dem Netz. Trotzdem wird überschüssiger Strom eingespeist und vergütet. Wird zum Betrieb der KWK-Anlagen Biomethan eingesetzt, so kann im Neubau sogar der Standard KfW-Effizienzhaus 40 Plus erreicht werden. Der langfristige Ersatz des Erdgases durch biogene und andere erneuerbare Gase ermöglicht den klimaneutralen Betrieb von stromerzeugenden Heizungen auch im dichten, städtischen Gebäudebestand.