Energieträger und Energieverbrauch

Auf dieser Seite erfahren Sie viel Wissenswertes zu den Themen:
Energieeffizienz von Wohngebäuden und Heizungsanlagen,
Primärenergieverbrauch und Heizkosten verschiedener Baustandards.

Wir haben versucht die komplexen Zusammenhänge vereinfacht und dennoch in Anlehnung an aktuelle Normen darzustellen. Leider können wir Ihnen eine Auswahl wichtiger Begriffe aus der Energieeinsparverordnung (Enev) nicht ersparen. Wenn Sie bauen oder sanieren, werden Sie im Zusammenhang mit KFW-Förderanträgen und bei der Ausstellung des künftig geforderten Energiepasses mit einigen dieser Kennwerte zu tun haben.

Energiebilanz im (Sonnen)haus

Will man die energetische Qualität eines Wohngebäudes beurteilen kommt es auf drei Kriterien an: den Dämmstandard des Gebäudes die zum Einsatz kommenden Energieträger und die Effizienz der Anlagentechnik. Alles zusammengenommen drückt sich im spezifischen Primärenergiebedarf (pro m² und Jahr) aus.
Wegen besserer Vergleichbarkeit werden Energiekennwerte auf die beheizte Gebäudenutzfläche bezogen, was sich in dem Wort „spezifisch“ ausdrückt. Abweichend von dem landläufigen Begriff „Wohnfläche“ wird die Gebäudenutzfläche in der Enev (Energieeinsparverordnung) aus dem beheizten Gebäudevolumen Ve ermittelt: AN = 0,32 x Ve

1. Gebäude: Wärmebilanz und Energie- Kennwerte

Da man bei der Gebäudesubstanz von einer Nutzungsdauer über mehrere Generationen ausgehen kann, soll dem wärmetechnischen Zustand der Gebäudehülle – bei Neubauten, wie auch bei Sanierungen im Bestand - vorrangige Bedeutung beigemessen werden. Eine hierfür aussagekräftigste Größe ist der spezifische Jahresheizwärmebedarf qh
(in kwh/m²a), auch Gebäude- Energiekennzahl genannt.

Der Heizwärmebedarf Qh (kwh/a) bezeichnet die Wärme, die den beheizten Räumen das Jahr über zugeführt werden muss, um die gewünschte Solltemperatur (20 °C) sicherzustellen. Er wird aus der Bilanz von Wärmeverlusten und –gewinnen ermittelt, ohne jedoch die Anlagentechnik zu berücksichtigen. Zur Deckung des Heizwärmebedarfs trägt auch die Abwärme des Holzofens, des Speiches und der Verteilleitungen bei, soweit sie sich innerhalb der gedämmten Hülle befinden. Bei Einfamilien-Sonnenhäusern ohne Lüftungsanlage beträgt der auf die Nutzfläche bezogene spezifische Heizwärmebedarf etwa 40 kWh/m²a oder weniger.

Die Heizwärmeverluste setzen sich wie folgt zusammen:

Transmissionswärmeverlust QT (kWh/a): Wärme-Durchgangsverlust durch die thermische Hülle des Gebäudes (Außenwände, Fenster, Türen, Decken, Fußböden, Dächer). Der maßgebliche Kennwert für die Wärmedämmqualität eines Bauteils ist der Wärmedurchgangskoeffizient U (W/m²K), besser als „U-Wert“ bekannt. Der über die gesamte Gebäudehüllfläche gemittelte U-Wert, bezeichnet als „spezifischer Transmissionswärmeverlust HT' (kwh/m²a)“ ist die - in der EnEV einzuhaltende - Bezugsgröße für den Dämmstandard des Gebäudes .

Lüftungswärmeverlust QV (kWh/a) : Wärmeverlust, der durch den Austausch von verbrauchter Raumluft mit kalter Frischluft von außen entsteht. Er ist abhängig vom Gebäudevolumen und der Luftwechselzahl; diese wird nach Enev bei freier Fenster-Lüftung mit 0,6 /h (= 0,6-facher Luftwechsel pro Stunde) angenommen. Der Anteil der Fugenlüftung durch undichte Bauteile soll möglichst gering sein, nicht zuletzt um Bauschäden durch kondensierende Kaltluft zu vermeiden. Überprüfen läßt sich das durch einen sogenannten „Blower-Door-Test“ (Dichtheitsprüfung). Bei Verzicht auf die Dichtheitsprüfung wird ein Luftwechsel von 0,7 für die Berechnung angesetzt. Mechanische Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung reduzieren den Lüftungswärmeverlust erheblich – je nach Nutzungsgrad der Wärmerückgewinnung.

Die Heizwärmegewinne werden gegenbilanziert:

Solare Gewinne Qs (kwh/a) : Ertrag aus der passiven Sonnenenergienutzung über transparente Flächen eines Gebäudes (Fenster, Fenstertüren, Verglasungsflächen). Die Sonneneinstrahlung bewirkt eine Erwärmung der hinter der Verglasung befindlichen Raumflächen und –luft und führt dadurch zur Einsparung von Heizwärme. Im Monatsbilanzverfahren der Enev können diese separat für jeden Monat unter Berücksichtigung eines Ausnutzungsfaktors und in Abhängigkeit der Orientierung der Glasflächen ermittelt werden.

Interne Wärmegewinne Qi (kwh/a): Wärmegewinne infolge Betrieb elektrischer Geräte, künstlicher Beleuchtung, durch Körperwärme der Bewohner sowie durch Verluste des Wärmeversorgungssystems. Pauschal werden hierfür in der EneV 5 Watt püro qm Nutzfläche angesetzt.

Insgesamt setzt sich der Nutzwärmebedarf eines Wohngebäudes aus dem Heizwärmebedarf Qh und dem Trinkwarmwasserwärmebedarf QTW zusammen. Dieser wird nach EneV mit pauschal 12,5 kWh pro qm beheizter Nutzfläche angesetzt. Bei Sonnenhäusern werden diese beiden Werte zur Bestimmung des solaren Deckungsgrades in ein Solarsimulationsprogramm übertragen.

Mit den steigenden Energiepreisen sind auch die Anforderungen an den Heizwärmebedarf von Gebäuden im Laufe der Jahre gestiegen. Der vorläufige Endpunkt dieser Entwicklung ist das Passivhaus mit einem geforderten Energiekennwert von maximal 15 kWh pro qm Wohnfläche und Jahr. Dies wird durch eine hochwärmegedämmte, luftdichte und wärmebrückenfreie Gebäudehülle erreicht, wobei der Luftwechsel generell über eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung erfolgt. Eine Annäherung an diesen hohen Dämmstandard ist auch bei Sonnenhäusern möglich und insbesondere bei 100% solar versorgten Gebäuden sinnvoll. In jedem Fall sind aber auch Sonnenhäuser mit höherem Heizwärmebedarf dank aktiver Sonnenenergienutzung sehr sparsam zu beheizen.

2. Energieträger für Heizung und Warmwasser

Elektrischer Strom ist für Haushaltsgeräte und Beleuchtung, aber auch für Antriebe, Pumpen, Ventilatoren und Regelkomponenten der Anlagentechnik unverzichtbar. Dort sollte er als Hilfsenergie so sparsam als möglich eingesetzt werden. Als Energieträger zum Heizen jedoch ist elektrischer Strom viel zu kostbar: pro Kilowattstunde, die an der Steckdose ankommt, müssen mehr als 3 Kilowattstunden Primärenergie aufgewendet werden. Erst mit zunehmendem Anteil der erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärmekopplung an der Stromversorgung wird sich dieses Verhältnis Nutzenergie zu "grauer Energie" günstiger darstellen. Ein übermäßiger Stromeinsatz für die Gebäudeheizung - u.a. durch vermehrten Einsatz von elektrisch betriebenen Wärmepumpen - würde zudem das Stromnetz einseitig im Winterhalbjahr auslasten, mit der Folge, dass der Kraftwerkspark wesentlich erweitert werden müßte und die Strombezugspreise drastisch steigen.

Energieträger werden in der EnEv mit dem sogenannten Primärenergiefaktor fp bewertet, der auch den fossilen Rohenergieeinsatz außerhalb der "Systemgrenze Gebäude" miteinbezieht. Er beträgt für elektrischen Strom 2,7, für Heizöl und Gas 1,1, für Holz 0,2 und für die direkte Sonnenenergienutzung 0.

In der Anlagenaufwandszahl ep werden darüber hinaus auch die Verluste der Anlagentechnik berücksichtigt. Lesen Sie mehr darüber im Kapitel "Heizsysteme".

3. Effizienz der Heizungsanlage und elektrische Hilfsenergien

Früher hat man in der Normung die Energieeffizienz der Anlagentechnik mit „Nutzungsgraden“ ausgedrückt als dem Verhältnis Nutzenergie zu Energieaufwand. Heute spricht man von „Aufwandszahlen“, was nichts anderes bedeutet, als die Umkehrung dieses Verhältnisses. Also liegt beispielsweise der Verlustanteil eines System mit Aufwandszahl 1,2 bei 20%.

Verluste entstehen bei der Wärmeerzeugung (Qg), -speicherung (Qs), -verteilung (Qd) und -übergabe an den Raum (Qc,e) - und das sowohl bei der Heizung und Lüftungstechnik, als auch bei der Trinkwassererwärmung. Für die Gesamtenergiebilanz müssen sowohl diese Einzelverluste in Form von Aufwandszahlen, als auch die benötigten elektrischen Hilfsenergien einzeln erfasst werden. Hierzu sieht die EnEv verschiedene, zum Teil vereinfachte Verfahren vor.
Anzumerken ist, dass beim Sonnenhauskonzept der nicht nutzbare Anteil dieser Verluste verhältnismäßig gering ausfällt, soweit sich alle Komponenten innerhalb des beheizten Wohnbereiches befinden.

Ein effizientes Heizsystem setzt zusammengefasst folgende Kriterien voraus:

4. Gesamt-Energiebilanz Gebäude und Heizungsanlage

Sie lässt sich darstellen als das Produkt von Nutzenergiebedarf (Heizung + Warmwasser) und Anlagenaufwandszahl:
Primärenergiebedarf Qp = (Qh + Qw) x ep

Im folgenden Diagramm werden drei Baustandards für Einfamilienhäuser verglichen:

1. Neubau mit Mindestdämmstandard nach Energieeinsparverordnung / Gas-Brennwerttherme

2. Passivhaus / Lüftungskompaktgerät mit integrierter Wärmepumpe, Spitzenlastabdeckung direktelektrisch

3. Sonnenhaus mit Dämmstandard KFW-Effizienzhaus 70 / Heizsystem: Solaranlage (70%) und Holzfeuerung (30%)

Im Vergleich zum Passivhaus, das über ein Lüftungs-Kompaktgerät beheizt wird, verbraucht das Sonnenhaus - trotz etwa doppelt so hohem Heizwärmebedarf - nur etwa ein Fünftel bis ein Viertel an Primärenergie, im Vergleich zum Standardhaus sogar weniger als ein Zehntel! Dies wurde auch durch die Ergebnisse einer vom Sonnenhaus-Institut beauftragten Diplomarbeit bestätigt.

5. Heizkostenvergleich :