Erneuerbare Energien gewinnen an Bedeutung

Die Bundesregierung hat Leitlinien und Ziele für eine zukünftige Energieversorgung festgelegt, die die Klimaschutzziele durch eine Minderung der Treibhausgasemissionen im Fokus haben. Diese Ziele können aber nur erreicht werden, wenn eine energetische ­Gebäudesanierung und energieeffizientes Bauen berücksichtigt werden.

Bis 2050 soll der Gebäudebestand energieeffizienter sein und es werden „Niedrigstenergiegebäude“ als Standard für alle Neubauten ab 2021, für behördliche Bauten bereits ab 2019, eingeführt. Dieser äußerst geringe Energiebedarf soll zu einem ganz wesentlichen Teil durch Erneuerbare Energien – einschließlich Ener­gie aus Erneuerbaren Quellen, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird – gedeckt werden. Das macht die Novellierung der EnEV (Energieeinsparverordnung) bis spätestens 2018 erforderlich.
Die EnEV wird flankiert von den Anforderungen des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) mit dem verpflichtenden Einsatz von Erneuerbarer Ener­gien zur Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden. Wärmeversorgungskonzepte in Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden lassen sich folglich nur umsetzen, wenn sie den Anforderungen des EEWärmeG und der EnEV gerecht werden. Für die Novellierung der EnEV ist eine Zusammenlegung mit dem EEWärmeG geplant.

EnEV verlangt Wärmeschutz
Die Energieeinsparverordnung gilt generell für alle beheizten und gekühlten Gebäudeteile, Wohngebäude und Nicht-Wohngebäude. Für Gebäude, die nicht regelmäßig beheizt, gekühlt oder benutzt werden, gibt es Sonderregelungen. Zu dieser Gruppe gehören z. B. Ferienhäuser. Werden Gebäude nur für kurze Dauer errichtet, z. B. Zelte oder Traglufthallen, fallen sie nicht unter die Verordnung. Das Gleiche gilt für speziell genutzte Gebäude wie Ställe und Gewächshäuser.
Als Wohngebäude (WG) werden solche Gebäude gezählt, die ausschließlich zu Wohnzwecken dienen. Ein gemischt genutztes Gebäude gilt als Wohngebäude, wenn mindestens die Hälfte der gesamten Gebäudefläche zu Wohnzwecken genutzt wird.
Nichtwohngebäude (NWG) sind Gebäude, die überwiegend für Nichtwohnzwecke genutzt werden. Dazu zählen gewerbliche, soziale, landwirtschaftliche, kulturelle oder zu Verwaltungszwecken genutzte Einrichtungen. Darüber hinaus sind Hochschul- bzw. Universitätsgebäude, Theater, Kirchen, Gebäude auf Sportanlagen und Kulturhallen als Nichtwohngebäude zu bewerten. Ebenso gehören Schulen, Hotels, Restaurants, Werkstätten und ähnliche Gebäude in diese Gruppe.
Die EnEV regelt:

• Energieausweise für Bestandsgebäude und Neubauten,
• bautechnische und energetische Mindestanforderungen für Neubauten,
• bautechnische und energetische Mindestanforderungen für einen Umbau, eine Modernisierung, einen Ausbau oder eine Erweiterungen eines bestehenden Gebäudes,
• energetische Mindestanforderungen für Heizungs-, Klima- und Belüftungsanlagen sowie für die Trinkwassererwärmung,
• die Inspektion von Klimaanlagen,
• Ordnungswidrigkeiten (Bußgelder bei Nichteinhaltung der Gesetze),
• Stichprobenkontrollen von Energieausweisen und Inspektionsberichten von Klimaanlagen.

Die Energieeinsparverordnung 2014 trat am 1. Mai 2014 in Kraft und löste die bis dahin geltende EnEV 2009 ab. Maßgebliche Verschärfungen bringt die EnEV 2014 seit dem 1. Januar 2016.

Hauptanforderungsgrößen der EnEV
Die Hauptanforderungsgröße der Ener­gieeinsparverordnung ist der Jahresprimärenergiebedarf QP. Dies ist die Ener­giemenge, die zur Deckung des Jahres-Heizenergiebedarfs und für den Warmwasserbedarf benötigt wird. Hinzugerechnet werden die Verluste bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung des jeweiligen Brennstoffes außerhalb der Systemgrenze „Gebäude“ (Bild 1).
Die Umrechnung von Endenergiebedarf QE auf Primärenergiebedarf QP erfolgt über den Primärenergiefaktor fP – und damit ist der nicht erneuerbare Anteil an der jeweiligen genutzten Primärenergie gemeint. Er ist festgelegt in der DIN V 18599 sowie in der EnEV und berechnet sich nach der Gleichung
Q_P = Q_E · f_P

Q_P: Primärenergiebedarf in kWh
Q_E: Endenergiebedarf in kWh
f_P: Primärenergiefaktor (einheitenlos)

Dadurch wird der Primärenergiefaktor zu einer wesentlichen Steuergröße für die Anlagentechnik. Niedrige Primärenergiefaktoren lassen damit auch weniger effiziente Anlagentechnik zu. Diejenigen Anteile am Energiebedarf des Gebäudes, die z. B. über Umweltenergie wie Solarenergie gedeckt werden, gehen nicht in den Jahresprimärenergiebedarf ein. Am Markt erhältliche Elektro-Wärmepumpen haben Arbeitszahlen, die deutlich höher als der Primärenergiefaktor für Strom sind. Eine Verringerung des Primärenergiefaktors für Strom, wie seit dem 1. Januar 2016 von 2,4 auf 1,8, verschafft damit den Elektro-Wärmepumpen bei gleichbleibender Effizienz Vorteile. Die wirtschaftlichen Zusammenhänge werden allerdings nicht mit dem Primärenergiefaktor erfasst.
Zu errichtende Wohngebäude sind so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebedarf für Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung und Kühlung (bei Nichtwohngebäuden darf auch die Beleuchtung eingerechnet werden) 75 % des Wertes des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Gebäudenutzfläche und Ausrichtung nach Werten der EnEV nicht überschreiten. Es gilt für den maximalen, zulässigen Primär­energiebedarf:

Q_{P, max.} = Q_{P, zul.} = Q_{P, geplant} ≤ 0,75 · Q_{P, Referenz}

Q_{P, max.}: max. zul. Primärenergiebedarf
in kWh
Q_{P, zul.}: max. zul. Primärenergiebedarf in kWh
Q_{P, geplant}: Primärenergiebedarf des
geplanten Gebäudes in kWh
Q_{P, Referenz}: Primärenergiebedarf des
Referenzgebäudes in kWh

Der Faktor 0,75 berücksichtigt die ab 1. Januar 2016 geltende Reduktion des zulässigen Jahresprimärenergiebedarfs um 25 %.
Die zweite Anforderungsgröße betrifft den baulichen Wärmeschutz. Wohngebäude sind so zu planen und auszuführen, dass sie den geforderten Mindestwärmeschutz gewährleisten. Die Gebäudehülle, also die wärmeübertragende Umfassungsfläche, muss gewährleisten, dass die Höchstwerte des spezifischen Transmissionswärmeverlustes die Werte der EnEV (H‘T, max.) aber auch das 1,0-Fache der Werte des Referenzhauses (H‘T, Referenz) nicht überschritten werden (Tabelle 2). Die Vorschrift gilt mit der Verschärfung seit dem 1. Januar 2016 mit Bezug auf das Referenzhaus:
H‘_{T, Wohngebäude} ≤ 1,0 · H_{‘T, Referenz} ≤ H_{‘T, max.}

H_{‘T, Wohngebäude}: spezifischer Transmissionswärmeverlust in W/(m² · K)
H_{‘T, Referenz}: spezifischer Transmissionswärmeverlust des Referenzgebäudes in
W/(m² · K)
H_{‘T, max.}: spezifischer Transmissionswärmeverlust aus der EnEV in W/(m² · K)

Für Nichtwohngebäude gilt, dass der Wärmeschutz der Gebäudehülle die höchstzulässigen Mittelwerte der U-Werte der Außenbauteile des Gebäudes nicht überschreitet. Das wird allerdings nur für beheizte Zonen mit Raum-Solltemperaturen von mindestens 19 °C herangezogen. In Tabelle 3 sind die Werte nach EnEV aufgelistet.

Nachweisverfahren
Der Nachweis erfolgt über das Referenzgebäudeverfahren. Hierfür wird ein Gebäudeentwurf erstellt, der Standort, Ausrichtung (Orientierung), Geometrie (Abmessungen), Bauteilflächen und Nutzung berücksichtigt. Für diesen Gebäudeentwurf wird der Jahresprimärenergiebedarf (Q_{P, geplant}) unter Berücksichtigung des geplanten, baulichen Wärmeschutzes und der Anlagentechnik errechnet. Dann wird der Jahresprimärenergiebedarf des Referenzgebäudes (Q_{P, Referenz}) ermittelt. Das Referenzgebäude ist mit gleicher Geometrie, Nutzung und Ausrichtung wie das geplante Gebäude zu berechnen. Zugrunde zu legen sind die technischen Ausführungen für den Wärmeschutz und für die Anlagentechnik nach Referenztabelle der EnEV mit den entsprechenden Primär­energiefaktoren und den Wetterdaten für den Standort Potsdam. Bild 2 zeigt das Referenz-Wohngebäude, Bild 3 die Anforderungen für das Referenz-Nichtwohngebäude.
Für den Nachweis kann das Monatsbilanzverfahren zur Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs nach DIN V 18599 in allen Fällen bei Wohngebäude und Nichtwohngebäude genutzt werden. Für Wohngebäude, die nicht gekühlt werden, ist auch ein Nachweis nach DIN V 4701-10 und DIN V 4108-6 zugelassen.

EEWärmeG regelt die Einbindung Erneuerbarer Energien
Die Energieeinsparverordnung wird flankiert von den Anforderungen des EEWärmeG (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) mit dem verpflichtenden Einsatz von Erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden. Wärmeversorgungskonzepte in Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden lassen sich folglich nur umsetzen, wenn sie den Anforderungen des EEWärmeG und der EnEV gerecht werden.
In neu zu errichtenden Gebäuden muss mit einem bestimmten Anteil Erneuerbarer Energien der Wärmebedarf erzeugt werden. Als Ersatzmaßnahmen können andere, klimaschonende Maßnahmen ergriffen werden. Hierzu gehört ein verbesserter Wärmeschutz, Abwärmenutzung, der Bezug von Wärme aus Fernwärmenetzen oder aus Kraft-Wärme-Kopplung. Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz ist erfüllt, wenn einer der folgenden Anteile am Wärmebedarf erreicht wird (Kombinationen sind möglich):

• 15 % aus solarer Strahlungs­energie (nur thermisch),
• 30 % mit einem Biogas-BHKW,
• 50 % mit einem effizienten Bio­ölkessel oder einem Biomasseheizkessel,
• 50 % aus Geothermie oder Umweltwärme.

Als Ersatzmaßnamen sind zulässig:

• 50% aus Abwärme (Wärmepumpe, Lüftungsanlagen mit WRG, sonstige Abwärme),
• 50 % aus Kraft-Wärme-Kopplung,
• 50 % aus einem Nah- oder Fernwärmeversorgungsnetz (mit einem wesentlichen Anteil Erneuerbarer Energien oder mindestens 50 % Abwärmenutzung oder mindestens 50 % aus Kraft-Wärme-Kopplung),
• 15 % verbesserter Wärmeschutz und 15 % geringerer Primärenergiebedarf.

   

Wenn die Trinkwassererwärmung durch eine Solaranlage unterstützt wird, sieht das Gesetz pauschal vor, dass bei Ein- und Zweifamilienhäusern 4 m2 Kollektorfläche pro 100 m2 beheizter Nutzfläche (gemäß EnEV) installiert werden. Bei größeren Gebäuden sind es 3 m2 pro 100 m2 beheizter Nutzfläche.

Auswirkung auf die energetische Versorgung von Gebäuden
Die ENEV stellt hohe Anforderungen an den zulässigen Jahres-Primärenergiebedarf. Die bauphysikalische Planung eines Gebäudes mit anschließender Komplettierung durch die Anlagentechnik ist nicht mehr möglich. Auch erscheint es unwahrscheinlich, die Anforderungen der EnEV nur über die Gebäudehülle mit baulichem Wärmeschutz zu erreichen. Zusätzlich sind die Forderungen des EEWärmeG zu berücksichtigen.
Am Beispiel eines frei stehenden Einfamilienhauses lässt sich darstellen, mit welcher Anlagentechnik bei Mindest-Wärmeschutz nach Referenzwerten der EnEV eine Baugenehmigung erteilt werden kann (Bild 4). Ähnliche Bedingungen gelten auch für die Planung von Mehrfamilienhäusern. Das Beispielgebäude hat diese Eckdaten:

• 1,5-geschossig mit Vollkeller,
• Grundfläche von A_G = 96 m² (Nutzfläche AN = 214,1 m²),
• beheiztes Volumen Ve = 669,0 m³,
• Hüllfläche A = 455,0 m².

Den energetischen Nachweis nach EnEV zu erfüllen, stellt für Elektro-Wärmepumpen aufgrund ihrer Arbeitszahlen und des günstigen Primärenergiefaktors für Strom keine Probleme dar. Sowohl erdgekoppelte Wärmepumpen als auch Luft/Wasser-Wärmepumpen können zum Einsatz kommen. Gas- oder Öl-Brennwertgeräte müssen aufgrund der Forderungen des EEWärmeG mit zusätzlicher Anlagentechnik zur Einkopplung von Umweltenergie ausgerüstet werden. Für ein Gebäude mit baulichem Wärmeschutz nach EnEV-Referenz ist allerdings Brennwerttechnik mit einer solarthermischen Anlage für die Trinkwassererwärmung nicht mehr ausreichend. Zusätzliche Anlagentechnik wie eine Wärmerückgewinnung oder zusätzlicher baulicher Wärmeschutz sind erforderlich. Ein Pelletkessel, obwohl weniger effizient als Gas- oder Öl-Brennwerttechnik, erfüllt sowohl die Anforderungen der EnEV aufgrund des niedrigen Primär­energiefaktors für Holz als auch die des EEWärmeG. Für die Nutzung von Biogas oder Bioöl in effizienten Brennwertgeräten gibt es Restriktionen: Nach EnEV und EEWärmeG darf der Primär­energiefaktor 0,5 nur dann angesetzt werden, wenn das Biogas oder Bio­öl im unmittelbaren räumlichen Zusammenhang mit dem Gebäude erzeugt wird.

Fazit
Bei neu geplanten Einfamilienhäusern und zukünftigen Niedrigstenergiehäusern wird der Anteile der Energieträger Erdgas oder Heizöl eher abnehmen, Biogas und Bioöl sind ohnehin keine Option. Elektrische Energie wird vermehrt zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Photovoltaik und Elektrowärmepumpen wird zunehmen, zumal damit auch Forderungen aus dem EEWärmeG erfüllt werden. Bei Mehrfamilienhäusern wird die Deckung des Wärmebedarfs durch Gas und Strom dominierend. Der Einsatz von Gerätekombinationen (Strom, Wärme) zur Erfüllung der Anforderungen aus EEWärmeG und EnEV wird hier ebenso wie Nah- und Fernwärme aus KWK oder Erneuerbaren Energien zunehmen.
Elektro-Wärmepumpen lassen eine vereinfachte Erfüllung des EEWärmeG und der EnEV zu, insbesondere durch den geminderten Primärenergiefaktor für Strom mit der Verschärfung ab 1. Januar 2016. Brennwertkessel und solarthermische Anlagen sind weiterhin möglich, allerdings jetzt nur noch in Verbindung mit zusätzlichen Verbesserungen des baulichen Wärmeschutzes oder zusätzlicher Anlagentechnik wie Lüftung mit Wärmerückgewinnung.
Die Einkopplung von erneuerbarem Strom (PV, Windkraft) ist zukünftig verstärkt für hocheffiziente Gebäude von Interesse. Eine alleinige Erfüllung der zukünftigen Anforderungen durch baulichen Wärmeschutz ist kaum mehr realistisch. Bei allen möglichen Maßnahmen wird aber sicherlich eine wirtschaftliche Betrachtung eine entscheidende Rolle spielen.

Autor: Prof. Dr.-Ing. Klaus Heikrodt, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Labor für Energietechnik, Lemgo