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2009-03

Projektinformationen und Service

IEAA - Integration energierelevanter Aspekte in Architekturwettbewerben

In Projektentwicklung und Vorentwurf (Architekturwettbewerb) von Gebäuden wird eine Vielzahl von Entscheidungen getroffen, die die Energieeffizienz eines Gebäudes maßgeblich beeinflussen. Gerade für diese Planungsphasen existieren jedoch bis dato kaum Instrumente für eine rasche Beurteilung der Energieeffizienz des Gebäudeentwurfs.

Im Zuge des Projektes „IEAA - Integration energierelevanter Aspekte in Architekturwettbewerben“, eines vom Klima- und Energiefonds geförderten Forschungsprojektes, beschäftigt sich ein Projektteam bestehend aus dem Interuniversitären Forschungszentrum für Technik, Arbeit und Kultur (IFZ Graz), dem Institut für Wärmetechnik (TU Graz), der Arbeitsgruppe Ressourcenorientiertes Bauen, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (BOKU Wien), mit der Entwicklung eines Tools zur Beurteilung der Energieeffizienz von Gebäuden in frühen Planungsstadien. Im Rahmen des Projektes wurden bereits fünf Architekturwettbewerbe erfolgreich begleitet, das IEAA- Bewertungstool und ein Leitfaden zur Implementierung von energierelevanten Aspekten in Architekturwettbewerben werden Ende April 2010 für Interessierte kostenlos verfügbar sein.

Abbildung 1: Graphische Auswertung eines Wettbewerbsprojektes (IFZ)

Nähere Informationen:
Arch. DI Heimo Staller,
IFZ - Interuniversitären Forschungszentrum für Technik, Arbeit und Kultur,
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2009-03

Wassermanagement

Abbildung 1: Führung durch Dipl.-Ing. Peter Engels (links im Bild) (Quelle: Mathias Kaiser)

Regenwassernutzung für Bewässerungszwecke in privaten Hausgärten, öffentlichen Grünflächen, Golfplatzanlagen und Sportstätten liegen voll im Trend. Grund dafür ist die spürbare Klimaveränderung mit veränderter jahreszeitlicher Niederschlagsverteilung. Starkregenereignisse aber auch längere Trockenperioden erfordern mittelfristig ein Umdenken in der Bewässerungstechnik.

Einsatz von Regenwasser in Gärtnereienutzung

Von Uli Ehlert, Stefan Prakesch, Mathias Kaiser, Clemens Ruck, Klaus W. König, Michael Wilhelm *

Grund für die fbr-Fachgruppe „Betriebswassernutzung in Industrie, Gewerbe und Kommunen“ sich beim Gartenbaubetrieb Engels in Pulheim-Sinnersdorf etwa 15 km südlich von Düsseldorf über Möglichkeiten der Bewässerung mit Regenwasser zu informieren. Ermöglicht wurde das Treffen durch einen Kontakt von fbr-Vizepräsident Klaus W. König zur Landwirtschaftskammer Rheinland. Dort berät Herr Dipl. Ing. Franz-Josef Viehweg die Gartenbaubetriebe in der Landwirtschaftskammer Rheinland bei der Nutzung von Regenwasser. Laut Herrn Viehweg zählt die Gärtnerei Engels für deutsche Verhältnisse zu den überdurchschnittlich großen Betrieben. Den Investitionsbedarf schätzt er bei dieser Ausstattung auf ca. 2-3 Mio. € pro Hektar Gesamtfläche. Die Regeln der Technik für die Verwendung von Regenwasser im Gartenbau hat Herr Viehweg seit mehr als 10 Jahren geprägt bzw. dokumentiert. „Technik im Gartenbau unter Glas, Regenwassersammelbecken“ heißt das von ihm verfasste Arbeitsblatt in der Serie „Gartenbau“ des Kuratoriums für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft.

Warum Regenwassernutzung?

Grund für die Nutzung von Regenwasser ist die bessere Wasserqualität gegenüber dem Stadt- und dem Grundwasser. Regenwasser eignet sich wesentlich besser zum Gießen der Pflanzen. Das vor Ort zu beziehende Stadtwasser und auch das Grundwasser sind sehr kalkhaltig. Trotz des derzeit für den Gartenbaubetrieb (noch) kostenfrei zu beziehenden Grundwassers wird in den Gewächshäusern mit Regenwasser bewässert, da das Brunnenwasser mit seinen (unkontrolliert) enthaltenen Mineralien oft zur Überdüngung der Pflanzen führt.

Das Regenwassernutzungssystem im Betrieb

Die Gärtnerei wird von Herr Dipl.-Ing. Peter Engels (Abbildung 1) als Familienbetrieb geführt (mit Ehefrau und Sohn). Produziert werden ausschließlich Topfpflanzen auf 2,5 ha Fläche. Die Gesamtfläche des Betriebs beträgt 6,00 ha, davon sind

Der Betrieb begann mit der Aufzucht von Alpenveilchen. Inzwischen muss der Markt mit immer neuen Zierpflanzen versorgt werden, was eine extreme Flexibilität der Gartenbaubetriebe voraussetzt.
Betriebswassernutzung erfolgt im Betrieb durch das Auffangen des auf den Dachflächen der Gewächshäuser und der umliegenden Wohnhäuser anfallenden Regenwassers. Die zur Zucht von Pflanzen genutzten Freiflächen werden nicht zur Gewinnung von Regenwasser genutzt, da zum einen bei einem Starkregenereignis die anfallende Menge Regenwasser nur mit sehr großem technischen Aufwand bewältigt werden könnte, zum anderen wird bei jedem Regen auch der Dünger aus dem Pflanzensubstrat ausgespült, der dann unkontrolliert in den Gießwasserkreislauf eingebracht würde. Das anfallende Regenwasser wird zuerst im Außenbereich in insgesamt sechs offenen Becken mit einem Fassungsvermögen von je 1.000 m³ aufgefangen. Überschüssiges Regenwasser, das die offenen Behälter nicht aufnehmen können, versickert auf den Freiflächen. Von dort wird das Regenwasser je nach Bedarf in insgesamt vier unter den Gewächshäusern liegende Speicher mit einem Fassungsvermögen von je 30 bis 40 m³ geleitet. Die vier unterirdischen Speicher unter den Gewächshäusern sind notwendig, da das mit Dünger angereicherte überschüssige Gießwasser je nach Düngerbeigabe gesondert wiederverwertet wird.
Die nach oben offenen Regenspeicher haben im Zulauf keine Filter, Sediment wurde bisher nicht entfernt. Die Tanks sind untereinander verbunden. Das Folienende wird mit Spannseilen über die seitlich stabilisierende Wellblechoberkante gezogen. Der Überlauf rinnt auf Grund einer Funktionsstörung im Ablauf allseitig über diese Kante außen am Wellblech herunter und versickert in nicht verfüllten Arbeitsraum. Die Konstruktion stammt aus Holland. Sie ist Bestandteil des Arbeitblattes von Herrn Viehweg. Auch die Fachgruppe ist der Meinung, dass unter bestimmten ungünstigen Umständen das Sickerwasser die Sohlfläche unter dem Behälter aufweichen kann mit der Gefahr eines so genannten „Grundbruchs“. Besonders wichtig erscheint daher eine sichere Lösung der Überlaufsituation und Abführung der Überlaufmengen in dafür vorgesehene Versickerungsflächen, sowie eine regelmäßige Kontrolle dieser Einrichtungen.

Abbildung 2: Regenwasseraufbereitung System Beeckmann (aus Holland), mit Spaltsiebfilter (Quelle: Mathias Kaiser)

Abbildung 3: Regenwasseraufbereitung System Beeckmann (aus Holland), mit UV-Kartuschen (stehende Röhren) (Quelle: Mathias Kaiser)

Zunächst greift die Pumpentechnik auf 4 x 10 m³ Ortbetonzisternen zu, die unter dem Boden der Gewächshäuser liegen. Dort sammelt sich das von den Bewässerungstischen (Ebbe-Flut-Prinzip) zurückfließende Wasser. Es enthält noch Dünge- und andere Zusatzstoffe. Das rückfließende Wasser wird zuerst über ein Spaltsieb (Abbildung 2) geführt, dann durch einen Sandfilter geschickt und so von Erde- und Pflanzenresten befreit. Danach folgt die UV-Licht-Desinfektion (besonders wichtig für Jungpflanzen). Eine Rückspülung geschieht regelmäßig automatisch innerhalb der UV-Kartuschen (Abbildung 3) mit Salpetersäure, ebenfalls die Kontrolle von ph-Wert und Leitfähigkeit des Wassers. Das mit Salpetersäure versetze Reinigungswasser wird dem Gießkreislauf wieder zugeführt. Es dient dann den Pflanzen als Stickstoffdünger. Problem: Das desinfizierte UV-Licht zerstört auch einige der Wirksubstanzen im Düngemittel. Deshalb wird bei Gärtnerei Engels künftig UV-Desinfektion ersetzt durch Homöopathie-artig eingesetzte Wurzelhilfsstoffe. Diese Entwicklung stammt aus den holländischen erdefreien Gemüsekulturen. Das erfordert eine 24-Stunden-Bereitschaft der Kontrolle und Betreuer!

Abbildung 4: Blick auf gefüllten Stahl-Folien-Behälter mit 1.000 m³ Fassungsvermögen, Fabrikat B. E. DeLier B.V. (Quelle: Mathias Kaiser)

Fazit

Regenwassernutzung ist bei Gärtnereien von Vorteil. Die Technik nach DIN 1989 sowie die bei Großanlagen in der Industrie übliche Pumpen- und Speichertechnik ist in dieser Branche wenig bekannt, da die Information von der Gärtnereiberatung der Regierungspräsidien bzw. Landwirtschaftsämter, je nach Bundesland, kommt. fbr und DIN 1989 werden von dort aus kaum wahrgenommen.

*) Dipl.-Ing. Uli Ehlert, Dipl.-Ing.Stefan Prakesch, Dr. Mathias Kaiser, Dipl.-Ing. Clemens Ruck, Dipl.-Ing. Klaus W. König und Michael Wilhelm sind Mitglieder der fbr-Fachgruppe „Betriebswassernutzung in Industrie, Gewerbe und Kommunen“ der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V. (fbr); E-mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]

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2009-03

Projektinformationen und Service

Projekt *„HeatBoxQuality – Dezentrale Hydraulikstationen auf dem Prüfstand

Abbildung 1: Versuchsaufbau zur messtechnischen Charakterisierung von Wohnungsstationen - Im Vordergund (rechts) ist ein Prüfling zu erkennen, im Hintergrund (links) befindet sich die Versorgungsinfrastruktur

Die Wärmeversorgung von Reihenhausanlagen, Geschoßwohnbauten und Heime über „Zwei-Leiter-Netze“ in Verbindung mit dezentralen Hydraulikstationen (sogenannte Wohnungsstationen) gewann in den letzten Jahren aufgrund zahlreicher technischer Vorteile (geringste Rücklauftemperaturen, geringste Wärmeverluste, höchste Wasserhygiene, höchster Komfort, etc.) und in Folge von Markteinführungsprogrammen zunehmend an Bedeutung.

Dieses Wärmeverteilsystem ist im Neubau als auch im Bestand einsetzbar, ist grundsätzlich mit jeder Energieform kombinierbar, bietet aufgrund geringster Rücklauftemperaturen aber vor allem in Verbindung mit Solarwärme, Wärmepumpen, Mikronetzen, Fernwärmeanwendungen und Gas-Brennwert optimale Rahmenbedingungen.
Der Komponente „dezentrale Hydraulikstation“ kommt im Zwei-Leiter-Netz eine wichtige Aufgabe zu, denn sowohl die Hydraulik bzw. die Regelung für Warmwasserbereitung als auch Raumheizung ist in der Hydraulikstation integriert. Ebenfalls beinhaltet die Hydraulikstation die Komponenten zum hydraulischen Abgleich mit parallelen Verbrauchern (andere Wohnungen) sowie Instrumente zur Wärmeverrechnung.
Aufgrund der hohen Bedeutung von dezentralen Hydraulikstationen in Zwei-Leiter-Netzen müssen diese Produkte qualitativ hochwertig sein. Ist das nicht der Fall, stellt sich ein kontraproduktives Ergebnis mit reduziertem Komfort (unzufriedene Kunden) sowie unnötig hohen Temperaturniveaus im Wärmeverteilnetz und damit erhöhten Wärmeverlusten ein. Fundierte Prüfergebnisse fehlen genauso wie einheitliche Kennzahlen, die einerseits einen hohen Qualitätsstandard garantieren und andererseits die Vergleichbarkeit zwischen den Produkten zulassen.
Genau hier setzt das gegenständliche Projekt mit einer Vielzahl angepasster Arbeitsinhalten an. Nachfolgende Maßnahmen zur Zielerreichung wurden definiert:

• Entwicklung eines Prüfkonzepts und Aufbau eines Prüfungsumfeldes im Mess- und Prüflabor der AEE INTEC, das die Qualität von dezentralen Hydraulikstationen beschreibt
• Messtechnische Erfassung der Hydraulikstationen der wesentlichen Hersteller
• Definition von Kennzahlen zur Beschreibung der Qualität der Wohnungsstationen bzw. zum unmittelbaren Vergleich der Produkte
• Schwachstellendefinition und Ausschöpfen der Weiterentwicklungspotenziale in unmittelbarer Zusammenarbeit mit den Herstellern.
• Definition eines „Allgemeinen Qualitätsstandards“ (Mindestanforderungen) und zielgruppengerechte Zusammenfassung in einem „Musterausschreibungstext“ sowie in einem „Anwendungsleitfaden“
• Modellierung eines realitätsnahen Berechnungstypes zur simulationsgestützten Abbildung von dezentralen Hydraulikstationen
• An die Zielgruppe angepasste Verbreitungsstrategien (Expertenworkshop, Veröffentlichungen bei Fachtagungen und in Fachzeitschriften, Downloads, etc.)

Das im Rahmen des österreichischen Forschungsprogramms „Energie 2020“ vom Klima- und Energiefonds finanzierte Projekt startete im Jänner 2009 und läuft bis Ende Juni 2010.

Projektleitung: AEE INTEC, Ing. Christian Fink, DI (FH) Alexander Kaiser

Projektpartner: Institut für Wärmetechnik an der TU Graz
Buderus Austria Heiztechnik GmbH
Danfoss Ges.m.b.H.
Hoval Gesesellschaft m.b.H.

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2009-03

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1: Reihenhausanlage (Quelle: Kohlbacher)

Eine gesamtheitliche Bewertung von Wärmeversorgungssystemen geht weit über einen rein betriebswirtschaftlichen Vergleich hinaus. Eine Gegenüberstellung verschiedener Wärmeversorgungssysteme nach energetischen, wirtschaftlichen und umweltbezogenen Kriterien zeigt, dass beim heute üblichen Gebäudestandard für Neubauten Energie-, Emissions- und Kosteneinsparungen von bis zu 80% erreicht werden können.

Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden
Energetische, wirtschaftliche und umweltbezogene Kriterien
(Kurzfassung einer umfangreichen Dokumentation mit Bewertungsschema und Beispielen [1]. Kostenloser Download http://www.aee.intec.at)

Von Gerhard Faninger *

Einführung

Nach Energieeinsatz und CO₂-Emission zählt der Gebäudesektor zu dem wichtigsten Bereich für energieeffiziente Maßnahmen und für die Reduktion der energiebedingten CO₂-Emissionen: Um 30% des Energieeinsatzes in Österreich entfallen auf Raumwärme und Warmwasser und die Wärmeversorgung von Gebäuden trägt mit etwa 17% zu den umweltrelevanten CO₂-Emissionen in Österreich bei.
Für den Gebäudebereich existieren markterprobte Techniken zur Steigerung der Energieeffizienz (Wärmedämmung der Gebäudehülle, energieeffiziente Heizungstechniken, stromsparende Haushaltsgeräte) und es bieten sich gute Voraussetzungen für den Einsatz erneuerbarer, lokal verfügbarer Energieträger zur Wärmeversorgung (über thermische Solaranlagen, biogene Heizungstechniken, Wärmepumpen mit Nutzbarmachung von Umweltwärme) und zur Stromversorgung (über solarelektrische Anlagen – Photovoltaikanlagen) an. Insbesondere im Gebäudebereich lässt sich das „Win-Win“-Prinzip optimal umsetzen: Vorteile für Hauseigentümer und Mieter, Beitrag zur Versorgungssicherheit, Beitrag zum Umweltschutz, Unterstützung der Energiepolitik bei der Umsetzung des Kyoto-Zieles und Vorteile für die österreichische Wirtschaft durch Schaffung neuer und zukunftssicherer Arbeitsplätze.
Mit Wärmeschutzmaßnahmen an der Gebäudehülle und mit effizienten Heizungstechniken mit Nutzung erneuerbarer Energieträger lässt sich der Brennstoffeinsatz für Raumwärme und Warmwasser gegenüber heute üblichen Gebäuden („Standard-Gebäude“ mit konventioneller Heizungstechnik) beträchtlich reduzieren: bis zu 80% Reduktion an Brennstoffen und CO₂-Emission. Aber auch im Bereich des Stromeinsatzes in einem Haushalt (Haushaltsgeräte und Beleuchtung) lassen sich mit markterprobten energieeffizienten Geräten Stromeinsparungen von über 50% erreichen, und dies ohne Komfortverlust.
Die Maßnahmen zur Reduktion des Energieeinsatzes und der damit verbundenen Verminderung umweltrelevanter Emissionen müssen überlegt und gezielt gesetzt werden. Grundsätzlich gilt, dass Gebäude und Wärmeversorgung als Einheit betrachtet werden müssen (siehe Abbildung 2). Als Grundlage für eine Entscheidung in Planung, Ausführung und Betrieb müssen Kriterien für die Bewertung von energieeffizienten und umweltverträglichen Maßnahmen vorgegeben werden, in Verbindung mit einem transparenten Bewertungsschema.

Abbildung 2: Gesamtheitliche Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden: Bewertungsschema

Bewertungskriterien und Bewertungsschema

Die Kenngrößen zur Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden (inklusive Heizungssystem) beziehen sich auf energetische, wirtschaftliche und umweltbezogene Kriterien (Abbildung 3).

Die energetische Bewertung
Die Energetische Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden umfasst Heizwärmebedarf, Heizenergiebedarf und Brennstoffeinsatz. Der aktuelle Heizwärmebedarf wird über den heute genormten „Gebäudeausweis“ ermittelt bzw. den Berechnungen zugrunde gelegt. Der Heizenergiebedarf – zur Abdeckung des Heizwärmebedarfes - wird aus dem Heizwärmebedarf über den Nutzungsgrad des Heizungssystems abgeleitet. In den Berechnungen wird von energieeffizienten Heizkesseln ausgegangen.
Typisch für einen Haushalt ist ein Warmwasserbedarf von 120 bis 140 Liter/Tag (50°C), zusätzlich 30% Wärmeverluste im Speicher und Rohrleitungen. Der Heizwärmebedarf für Warmwasser in einem Haushalt wird nach Erfahrungswerten mit 3.000 kWh/Jahr angesetzt.
Der Stromeinsatz in Haushalten bezieht sich einerseits auf den Hilfsstrom zum Antrieb der Heizungsanlage und andererseits für Haushaltsgeräte sowie TV, Radio, PC und Beleuchtung.
Hilfsstrom für Heizungsanlagen betrifft den Antrieb der Umwälzpumpen im Heizungssystem sowie für Regelung und Steuerung. Für Heizungssysteme mit Warmwasserheizung wird der Einsatz an Hilfsstrom vergleichbar sein. Bei Luftheizungen (Passivhäuser) kommt allerdings der im Vergleich zu Warmwasserheizungen höhere Strombedarf für die Luftumwälzung – bei kontrollierter Wohnraumlüftung auch außerhalb der Heizsaison - hinzu. Bei solarthermischen Anlagen ist der Strom für den Antrieb der Umwälzpumpe im Kollektorkreis und bei externen Wärmetauschern auch der Umwälzpumpe im Speichersystem zu beachten: Erfahrungswerte zwischen 80 kWh/Jahr bis 150 kWh/Jahr. Der Strombedarf für die Regelung von Wärmepumpen ist in der Arbeitszahl der Wärmepumpe berücksichtigt.
Eine detaillierte Energiebilanzierung sollte den Hilfsstrom zum Betrieb der Heizungsanlage einbeziehen.
Mit modernen und energieeffizienten Haushaltsgeräten sowie mit Energiesparlampen lassen sich im Vergleich zu älteren Produkten Stromeinsparungen um mehr als 50% erzielen.
Die Annahmen zur Energetischen Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden werden in [1] ausgewiesen.

Abbildung 3: Kenngrößen zur Bewertung der Wärmeversorgung

Die wirtschaftliche Bewertung der Wärmeversorgung
Die wirtschaftliche Bewertung von Energiesparmaßnahmen und Energie-Erzeugungsanlagen/Heizungssystemen kann nach betriebswirtschaftlichen und nach volkswirtschaftlichen Kriterien erfolgen. Bei der betriebswirtschaftlichen Bewertung werden Aspekte des Umweltschutzes, der Versorgungssicherheit, der Risiken, der Wertschöpfung etc. nicht berücksichtigt. Eine volkswirtschaftliche Bewertung führt zu einer gesamtheitlichen Bewertung von Energiesystemen. Diese hat zu berücksichtigen: Kosten/Nutzen-Verhältnis, Volkswirtschaftliche Kriterien (Umwelt, Nachhaltigkeit, Import, Wertschöpfung etc.), Versorgungssicherheit (Verfügbarkeit, Preisentwicklung), Risiken (Betriebssicherheit, Gefahrenpotential etc), Lebensqualität (Komfort, Umwelt, Unabhängigkeit etc.).
Von besonderem Einfluss auf die Wirtschaftlichkeitsrechnung sind einerseits die angenommene Lebensdauer für Komponenten und Systeme der Heizungsanlage und andererseits der Betrachtungszeitraum (Abschreibungszeit).
Mit der statischen Methode wird die Amortisationsdauer des im Betrieb kostengünstigeren Energiesystems, mit jedoch höheren Investitionskosten ermittelt. Die dynamische Methode führt zu den mittleren jährlichen Gesamtkosten (über den Betrachtungszeitraum), zu Annuitäten und zu den Barwerten der Gesamtkosten.
Für die betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung von Energiesystemen nach der Dynamischen Amortisationsmethode steht ÖNORM M 7140 zu Verfügung.
Mit kalkulatorischen (fiktiven) Energiepreiszuschlägen (für externe Kosten) werden die Umweltschäden in der Wirtschaftlichkeitsrechnung berücksichtigt und ermöglichen damit einen Vergleich von Heizungssystemen auch nach umweltbezogenen Kriterien. Damit werden die energieintensiven und die Umwelt belastenden Energieversorgungssysteme unrentabler, während Energiesparmassnahmen und der Einsatz erneuerbarer Energiequellen einen rechnerischen Bonus erhalten.

Vorgehensweise bei der wirtschaftlichen Bewertung
Die wirtschaftliche Bewertung bezieht sich zunächst auf den aus dem Heizenergieeinsatz abgeleiteten Brennstoffeinsatz (über den Heizwert des eingesetzten Brennstoffes) und in weiterer Folge auf die Brennstoffkosten für das erste Betriebsjahr (über die aktuellen Kosten des eingesetzten Brennstoffes). Da insbesondere in den letzten Jahren die Brennstoffpreise großen zeitlichen Schwankungen unterworfen waren, sind bei wirtschaftlichen Betrachtungen die jeweils an Standort aktuellen Preise einzuholen. Auch bei den Investitionskosten – einschließlich Installation und Inbetriebnahme – ist von aktuellen Angeboten auszugehen. Die Effizienz einer Heizungsanlage wird wesentlich von der Planung des Heizungssystems, inklusive Regelungs- und Steuerungsstrategie bestimmt. Bei der Auswahl des Heizungssystems sollte deshalb darauf geachtet werden, inklusive Vorsehen eines Pufferspeichers zur Unterstützung eines weitgehend kontinuierlichen Betriebes („Energiemanagement“).
Jährliche Wartungs- und Erneuerungskosten können die Betriebskosten wesentlich mitbestimmen und sollten deshalb nicht vernachlässigt werden. Erneuerungskosten lassen sich aus den Investitionskosten in Verbindung mit der angenommenen Lebensdauererwartung von Komponenten und Systemen eines Heizungssystems auf Jahreskosten umrechnen. Damit setzen sich die jährlichen Betriebskosten einer Heizungsanlage aus den Jahresbrennstoffkosten und den Jahresinvestitionskosten zusammen. Für eine erste Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von Energiesparmaßnahmen und Heizungssystemen werden die für das erste Betriebsjahr abgeleiteten Heizkosten (meist nur Brennstoffkosten) mit den Investitionskosten in Relation gesetzt. Ermittelt wird der Zeitraum zur Abdeckung höherer Investitionskosten (abzüglich möglicher Förderungen) durch geringere Jahresbetriebskosten: Amortisationsdauer. Im privaten Bereich werden im Allgemeinen etwa 10 Jahre zum Erwirtschaften von Mehrausgaben akzeptiert. Als Vergleichssystem wird meist eine Ölheizung herangezogen: Öl-Äquivalent. Die aktuellen Marktdaten im Bereich Pellets- und Wärmepumpenheizungen sowie solarthermischen Anlagen bestätigen, dass sich diese Erwartungen am Markt bereits erfüllen.
Abbildung 4 illustriert die Jahreskosten von Ölkessel, Pelletskessel und Wärmepumpe und in Abbildung 5 wird der Strombedarf für Wärmepumpen-Systeme für Heizung und Warmwasser in einem Niedrigenergie- Wohnhaus und im Vergleich mit einem Ölkessel für Heizung und Elektroboiler für Warmwasser ausgewiesen. Mit dem Einsatz einer Wärmepumpe muss der Strombedarf in einem Haushalt nicht zwangsläufig steigen, wenn damit die Warmwasserbereitung über einen Elektroboiler vermieden und andererseits auch der Strombedarf für Haushaltsgeräte mit dem Einsatz effizienter Geräte reduziert wird.

Abbildung 4: Heizungssysteme im wirtschaftlichen Vergleich

Abbildung 5: Strombedarf für Wärmepumpen-Systeme für Heizung und Warmwasser im Vergleich mit einem Ölkessel für Heizung und Elektroboiler für Warmwasser
(Einfamilien-Wohngebäude in Niedrigenergie-Bauweise, Heizwärme: 9.800 kWh/Jahr, Warmwasser: 3.000 kWh/Jahr)

Bewertung der „Nachhaltigkeit“ der Wärmeversorgung
Eine gesamtheitliche Bewertung von Heizungsanlagen bezieht sich vorrangig auf die Effizienz des Heizungssystems und auf den Einsatz von Energieträgern mit geringen/fehlenden klimarelevanten Emissionen bei Erzeugung und Nutzung. Neben den energetischen und wirtschaftlichen Kriterien sind für die Bewertung der „Nachhaltigkeit“ der Wärmeversorgung von Gebäuden auch die umweltbezogenen Kriterien von Bedeutung (Abbildung 6). Die umweltbezogene Bewertung bezieht sich auf die aus der Heizenergie abgeleiteten Primärenergie und der energiebedingten, umweltrelevanten CO₂-Emission, jeweils bezogen auf die gesamte Energiekette von Aufbringung, über Transport und Verarbeitung bis zum Einsatz. Aus der CO₂-Emission werden die damit verbundenen Umweltkosten als „externe Kosten“ abgeleitet.
Die energetische und umweltbezogene Bewertung von Brennstoffen für die Heizkessel und von Strom für die Wärmepumpe erfolgt aus der Heizenergie mit dem Primärenergie-Faktor PEF (Verhältnis von Primärenergie (kWh_primär) zu Endenergie (kWh_end), dem CO₂-Faktor (Umweltrelevante CO₂-Äquivalent-Emission in g CO₂/kWh_end und mit dem Faktor für Externe Kosten (Euro/kWh_end).
In den vorliegenden Berechnungen werden die von GEMIS ausgewiesenen Umrechnungsfaktoren verwendet. GEMIS ist ein im Jahre 1987 entwickeltes und in den laufenden Jahren immer adaptiertes Rechenmodell zur Ableitung von Primärenergie- und CO₂-Faktoren für Energieträger. GEMIS bedeutet Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme. GEMIS berücksichtigt nicht nur den Energieaufwand von Aufbringung bis Einsatz, sondern auch die Erneuerbarkeit der Energieträger (Tabelle 1). Die Kenndaten für die PE- und CO₂-Faktoren für Strom werden aus den Anteilen der Energieträger bei der Stromerzeugung abgeleitet. Wie bei der Ermittlung des Primärenergie-Faktors PEF werden die CO₂-Äquivalent-Emissionen in den Vorketten des Energieträgers berücksichtigt.

Externe Kosten - bezogen auf Endenergie kWh_end - sind Kosten, die nicht vom Verursacher (Produzent, Käufer bzw. Nutzer), sondern von der Allgemeinheit (d.h. aus den Steuer- bzw. Abgabeneinnahmen der öffentlichen Hand) getragen werden müssen. Verursacht werden diese Kosten durch Schäden, die durch Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Produkten entstehen (siehe Tabelle 2 und [2]). Die Ableitung der externen Kosten für Brennstoffe erfolgt aus der Heizenergie des Brennstoffeinsatzes. Mit „externen Kosten“ kann eine betriebswirtschaftliche Bewertung in eine volkswirtschaftliche Bewertung übergeführt werden.

Tabelle 1: Umrechnungsfaktoren für Primärenergie und CO₂-Emission
Primärenergie: Nicht-erneuerbarer Energieeinsatz vor Ort plus Energieaufwand für Förderung, Verteilung und Umwandlung
CO₂-Emission: Bezogen auf den Einsatz nicht-erneuerbarer Energieträger plus Emission bei Förderung und Umwandlung
CO₂-Äquivalent: Mitberücksichtigung auch anderer Treibhausgase, gewichtet nach deren Einfluss auf den Treibhauseffekt.
(Quelle: Datensätze von GEMIS (2004)

Tabelle 2: Externe Kosten der Energieträger für Heizungssysteme in Gebäuden [2]
(Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, Österreich, 2002

Heizungssysteme im Vergleich

Die Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden erfolgt in Abbildung 5 am Beispiel eines Einfamilienwohnhaus mit verschiedenen Heizungssystemen (Ölkessel, Gaskessel, Pelletskessel und Wärmepumpe) nach energetischen Kriterien (Heizenergie, Primärenergie, Brennstoffeinsatz) und umweltbezogenen Kriterien (CO₂-Emission, Externe Kosten). Es wird von modernen Heizungstechniken und einem heute üblichen Gebäudestandard bei Neubauten (Energiesparhaus/Niedrigenergiehaus) ausgegangen. Die Ergebnisse belegen, dass mit Pelletsheizungen und Wärmepumpen im Vergleich zu einer Ölheizung beträchtliche Einsparungen/Reduktionen an Heizenergie, Primärenergie, CO₂-Emission und externen Kosten erzielt werden: über 80%.

Abbildung 6: Bewertung von Heizungssystemen: Ölkessel, Gaskessel, Pelletskessel und Wärmepumpen mit vom Heizungssystem getrennter Solaranlage zur Warmwasserbereitung

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Die aktuelle Energie- und Umweltsituation sowie die unbefriedigende Zukunftsoption am Energiemarkt legen nahe, die Wärmeversorgung von Gebäuden nach den Kriterien der „Nachhaltigkeit“ zu planen und auszuführen. Ein rein betriebswirtschaftlicher Vergleich wird nicht ausreichen.
Eine gesamtheitliche Bewertung von Heizungsanlagen bezieht sich vorrangig auf die Effizienz des Heizungssystems und auf den Einsatz von Energieträgern mit geringen bzw. fehlenden klimarelevanten Emissionen bei Erzeugung und Nutzung. Neben den energetischen und wirtschaftlichen Kriterien sind für die Bewertung der „Nachhaltigkeit“ der Wärmeversorgung von Gebäuden auch die umweltbezogenen Kriterien von Bedeutung. Die umweltbezogene Bewertung bezieht sich auf die aus der Heizenergie abgeleitete Primärenergie und auf die umweltrelevante CO₂-Emission, jeweils bezogen auf die gesamte Energiekette von Aufbringung, über Transport und Verarbeitung bis zum Einsatz. Aus der CO₂-Emission werden die damit verbundenen Umweltkosten als „externe Kosten“ abgeleitet.
Die „Nachhaltigkeit“ der Wärmeversorgung wird vom Gebäudestandard („Standardhaus“ -IST-Zustand - , „Energiesparhaus“, „Niedrigenergiehaus“ und „Passivhaus“) und von dem Heizungssystem (Effizienz und Einsatz erneuerbarer Energieträger) bestimmt.
Der Wärmeschutz des Gebäudes zur Verminderung der Transmissionswärmeverluste bestimmt den Heizwärmebedarf für Raumwärme, welcher mit solararchitektonischen Elementen in der Gebäudehülle („passive“ Sonnenenergienutzung) und mit internen Wärmegewinnen über Haushaltsgeräte und Personen reduziert wird.
Die zur Abdeckung der erforderlichen Heizwärme erforderliche Heizenergie lässt sich weiters über „aktive“ Solarwärme, erzeugt über solarthermische Anlagen, sowie über Nutzung von Umweltwärme mit der Wärmepumpentechnik vermindern. Mit kontrollierter Wohnraumlüftung - in Verbindung mit Wärmerückgewinnung - lassen sich um bis zu 70% der Lüftungswärmeverluste - aus der hygienisch erforderlichen natürlichen Lüftung - als nutzbare Abwärme dem Heizungssystem wieder zuführen.
Die Kriterien von „nachhaltigen“ Heizungssystemen erfüllen Heizungen mit Nutzung biogener Brennstoffe (z.B. Pelletskessel), Solarwärme (solarthermische Anlagen insbesondere zur Warmwasserbereitung, in Niedrigenergiegebäuden auch zur Raumzusatzheizung) und der erneuerbaren Energiequelle „Umweltwärme“ (nutzbar gemacht über Wärmepumpen).
Ein Vergleich der energetischen und umweltbezogenen Kenndaten eines Wohnhauses in Niedrigenergie- und Passivhausstandard führt zu dem Ergebnis, dass auch Niedrigenergiegebäude mit Einsatz eines nachhaltigen Heizungssystems (solarunterstützte Pelletsheizung, Erdreichwärmepumpe) vergleichbare Ergebnisse zu Passivhäusern in der Energiebilanz erreichen können. Die Entscheidung für Niedrigenergiehaus oder Passivhaus wird damit von wirtschaftlichen Aspekten und der „Wohnbehaglichkeit“ (kontrollierte Wohnraumlüftung) beeinflusst werden.
Die Wege zu einem „nachhaltigen Gebäude“ führen somit über den Wärmeschutz der Gebäudehülle, die Effizienz des Heizungssystems, den Einsatz erneuerbarer Energieträger und letztlich auch über eine energiebewusste Betriebsführung.
Aus den Berechnungen lässt sich das große Potential an Brennstoffeinsparung und CO₂-Reduktion bei der Wärmeversorgung von Gebäuden ableiten. Als Vergleichssystem wird eine moderne Ölheizung herangezogen.
Das Energieeinspar- und das CO₂-Reduktionspotential kann bereits heute - bei den derzeitigen Energiepreisen und den Investitionskosten für moderne Heizungstechniken - unter betriebswirtschaftlichen Aspekten erreicht werden, bei Akzeptanz einer Amortisationszeit von 15 Jahren oder mit finanzieller Unterstützung aus dem öffentlichen Budget (z.B. Wohnbauförderung).
Das Reduktionspotential und die abgeleitete Verminderung „externer Kosten“ im Vergleich zu einer Ölheizung könnten Richtwerte für die Förderungssätze im Rahmen der Wohnbauförderung liefern: Ökologisch-orientierte Wohnbauförderung.

*) Univ. Prof. Dipl. Ing. Dr. mont. Gerhard Faninger ist im Ruhestand und weiterhin als außerordentliches Mitglied an der Fakultät für Interdisziplinäre Forschung und Fortbildung, iff, Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, Abteilung für Weiterbildung und Kulturelle Nachhaltigkeit tätig; Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]