Active Energy Management mit Wärmepumpe und Photovoltaik

 

"Active Energy Management" heißt hier die Konzeptplanung und Abwicklung der regenerativen Energieversorgung von Gebäuden mit WP+PV, optimiert nach wirtschaftlichen Aspekten. 

 

Konkret: Wie erreicht man in einem bestehenden Gebäude:

1. Mit möglichst geringem Investitionsvolumen eine möglichst gute Energieeffizienzklasse, am besten A+ oder A?
2. Die gewünschte Temperaturverteilung in den verschiedenen Bereichen: Wohnen, Schlafen, Bad, Küche, Nebenräume?
3. Einen optimalen Betrieb der Wärmepumpe mit möglichst geringem Stromverbrauch?

 

Hierzu wurden seit 2014 vom Air Service Süd Lösungen auf der Basis von Wärmepumpen (WP) und Photovoltaik (PV) entwickelt, die wir Besitzern von bestehenden Gebäuden zur Verfügung stellen möchten. Air Service Süd (ASS) arbeitet dabei als Architect Engineer und Berater. ASS ist kein Hersteller und Errichter dieser Anlagen und auch kein Energieberater für BAFA oder KfW

 

Unser Portfolio*:

1. Analyse des bestehenden Gebäudes
2. Erarbeitung eines Anlagen Konzepts für PV, WP, und Modifizierung der Wärmeverteilung.
3. Erstellung der Ausschreibung
4. Bewertung der Angebote
5. Unterstützung des Kunden bei den Vergabegesprächen
6. Unterstützung des Kunden bei der Abnahme der Anlage

* Kunden mit entsprechenden technischen Vorkenntnissen und Zeit und Bereitschaft für das erforderliche Engagement bei der Umrüstung auf WP + PV benötigen meist nur die Punkte 1-2 zur Abwicklung des Projektes in eigener Regie. Mit den Ergebnissen aus den Punkten 1-2 kann der Kunde selbst die Anfragen an potentielle Anbieter erstellen.   

 

Unsere Vorgehensweise:

• In einem für Sie kostenlosen und unverbindlichen Vorgespräch ermitteln wir gemeinsam ihren Bedarf an Leistungen aus unserem Portfolio.
• Ein bereits vorliegender Energieausweis oder individueller Sanierungsfahrplan iSF eines KfW- Energieberaters kann selbstverständlich mitverwendet werden und reduziert damit unseren Aufwand.
• Auf dieser Basis erstellen wir einen Leistungskatalog und geben Ihnen dafür ein Festpreisangebot ab.
• Sie entscheiden sich ggf. für eine Auftragserteilung an den ASS.

 

 

 

Historie des Geschäftsfeldes Active Energy Management mit WP+PV des ASS

 

2014 hatte der Inhaber des ASS, ein promovierter Dipl.-Ing., der sich nach seinem Ausscheiden aus dem Kraftwerkbau bis dahin "nur" mit Flugdienstleistungen beschäftigt hatte, die Idee, sein Einfamilienhaus mittels Photovoltaik und Wärmepumpe zu einem Null-Energiehaus* umzubauen, möglichst noch incl. Haushaltstrom.  

*Null-Energie heißt hier: Im Jahresmittel wird nicht mehr Strom aus dem Netz entnommen als eingespeist. 

2014 war ein solches Projekt, sofern es technisch realisierbar war, eine durchaus wirtschaftliche Kapitalanlage. Bei Strompreisen von 0,28 €/kWh und Einspeisevergütungen von 0,14 €/kWh ließ sich eine Kapitalverzinsung zwischen 3%-5% erreichen, und das In den damaligen Zeiten der Null-Zins Politik. Weiterhin waren bis 2014  die Öl- und Gaspreise über die vorangegangenen 10 Jahre kontinuierlich gestiegen. Das ließ ebenfalls steigende Einsparungen für die Zukunft erwarten. Schlussfolgerung: Es lohnte sich. 

 

 

Aber ließ sich ein Null-Energiehaus  technisch so einfach mit PV und WP realisieren?

 

Null-Energie Häuser waren 2014 noch staatlich geförderte Forschungsprojekte von Universitäten, wobei die Zusatzkosten meist in der Größenordnung der Kosten für ein "Normalhaus" lagen. 

 

ASS nahm die Herausforderung an und rüstete das eigene Einfamilienhaus mit einer PV-Anlage mit  9,81 kWP**

(**maximal erreichbare Spitzenleistung bei senkrechter Sonneneinstrahlung und höchstem Sonnenstand) und einer Luft WP aus. Mit dieser Grundausstattung wurde bereits das erste Etappenziel: Null-Energiehaus* bezogen auf die Heizung erreicht.

 

Nicht gelöst wurden mit der Grundausstattung folgende Anforderungen:

1. Anforderungsgemäße Wärmeverteilung im Haus
2. Null-Energiehaus* incl. Haushaltsstrom
3. Optimaler Betrieb der Wärmepumpe

zu 1)

Bei einer Öl- oder Gasheizung mit Vorlauftemperaturen zwischen 55°C und 65°C lassen sich gewünschte Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Wohnbereichen einfach durch die Temperaturregler an den Heizkörpern einstellen. Bei einer WP sind die erreichbaren Vorlauftemperaturen, bei denen die WP optimal betrieben werden kann, deutlich niedriger.

Möglichkeiten zur Behebung dieses prinzipiellen Nachteils der WP:

• Heizkörper mit erhöhter Leistung in den Räumen mit erhöhtem Wärmebedarf
• Ausrüstung von Heizkörpern mit Ventilatoren

zu 2) und 3)

Je optimaler die WP betrieben wird, um so eher ist das Ziel "Null-Energiehaus incl. Haushaltstrom" erreichbar. 

Daher lassen sich die Maßnahmen zur Wirkunsgradoptimierung einprägsam auf ein Ziel fokussieren:

 

Nur gerade soviel Vorlauftemperatur wie nötig, um die gewünschten Raum- und Warmwassertemperaturen zu erreichen bei gleichzeitig möglichst geringer Rücklauftemperatur des Heizungswassers in den Wasserspeicher.

 

Beim Neubau lässt sich das am einfachsten mit einer Fußbodenheizung erreichen, beim bestehenden Gebäude bieten sich hierfür folgende Lösungen an:

• Einbau eines zusätzlichen Heizkörpers, ggf. mit Ventilatoren an geeigneter Stelle im Haus, durch den der gesamte Heizungsrücklauf vor Eintritt in den Speicher weiter heruntergekühlt wird.
• Einbau eines oder mehrer Wandheizelemente in den Rücklauf einzelner Wohnbereiche oder in den Gesamtrücklauf  

 

Heizungsregelung:

Die Heizungsregelung wird üblicherweise vom Hersteller in Richtung Kundenkomfort optimiert, d.h. so, dass der Kunde möglichst nie in den Keller zu seiner Heizung muss (und deshalb den Kundendienst auch möglichst wenig belästigt). Für etwas technisch Interessierte schlummert hier jedoch ein großes Einsparpotential, wenn man bereit ist, folgende Einstellmöglichkeiten flexibel zu nutzen:

• Händische Einstellung des Sollwertes für die "Speichertemperatur oben". Diese steuert den Einschaltpunkt der WP. Als Sollwert wird die Temperatur gewählt, die für die Warmwassererzeugung mindestens erforderlich ist.
• Absenken des Sollwertes für die "Speichertemperatur unten". Diese steuert den Ausschaltpunkt der WP.
• Absenkung der Speichertemperatur in den Tageszeiten, in denen keine größeren Warmwassermengen für Duschen oder Baden benötigt werden.
• Nur gerade soviel Leistung der Umwälzpumpe, wie erforderlich.

 

 

 

Forschungs- und Entwicklungsprojekt (F&E):

Optimierung einer WP-Heizungsanlage auf die Belange eines Einfamilienbestandshauses

 

Das F&E-Projekt hatte 4 Zielrichtungen:

1. Analyse der Fähigkeiten und Einschränkungen marktüblicher WP-Systeme bei deren Einsatz in einem typischen Bestandsgebäude (Freistehendes Einfamilienhaus, Baujahr 1978).
2. Entwicklung und Erprobung von Zusatzmaßnahmen, mittels derer WP-Systeme mit der gleichen Effizienz wie in für WP-Betrieb ausgelegten Neubauten betrieben werden können.
3. Einsatz der Zusatzmaßnahmen derart, dass sich auch bei heiztechnisch schwierigen Gebäuden, z.B. mit offenem Treppenhaus im Wohnbereich die gewünschten unterschiedlichen Temperaturen in den verschiedenen Bereichen einstellen lassen
4. Einsatz der Zusatzmaßnahmen derart, dass das Ziel Null-Energiehaus incl. Haushaltstrom erreicht wird. 

 

Ergebnisse zu 1)

• Eine anforderungsgemäße Wärmeverteilung in einem Bestandshaus lässt sich ohne Zusatzmaßnahmen nicht herstellen: Im Obergeschoss mit Schlafzimmern war die Temperatur 2°C höher als im Wohnzimmer, in der Küche 2°C kälter.
• Eine WP lässt sich in einem Bestandshaus ohne Zusatzmaßnahmen nicht optimal betreiben: Bei der kältesten Umgebungstemperatur* (*Mittelwert der maximalen und minimalen Temperatur innerhalb  von 24h) von lediglich -6°C im ersten Betriebsjahr musste die Heizung mit einer Vorlauftemperatur von 55°C und einer Leistung der Umwälzpumpe von 20W gefahren werden, um im Wohnzimmer 20°C zu erreichen.

 

Ergebnisse zu 2)

 

Obwohl von vornherein klar war, dass ohne Zusatzmaßnahmen ein zufriedenstellender Betrieb einer WP in einem Bestandshaus in der Regel nicht zu erwarten ist, wurde die WP unter 3 Aspekten zunächst bewusst ohne diese Zusatzmaßnahmen eingebaut, um folgende Ziele zu erreichen:

• Messtechnische Ermittlung des Leistungsverhaltens der WP zunächst ohne Zusatzmaßnahmen
• Entwicklung des effektiven Einsatzes der möglichen Zusatzmaßnahmen anhand der im ersten Betriebsjahr ermitteltelten Messdaten.
• Messtechnische Erfassung der Wirkung der Zusatzmaßnahmen durch Vergleich der Messwert ohne/mit Zusatzmaßnahmen

Wesentlich zur Beurteilung der Effizienz der WP ist die Messung des COP (coefficient of performance, Arbeitszahl).

Dieser Wert gibt an, wieviele kWh Wärmeenergie mit 1kWh Strom aus der Umgebung ins Haus "gepumpt" werden. Dieser Wert sinkt mit sinkender Umgebungstemperatur.

 

Bild 1: COP in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur im ersten Betriebsjahr WP ohne Zusatzmaßnahmen

 

 

Bild 2: COP in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur mit Zusatzmaßnahmen

(Messergebnisse vom 18.01.2019 -31.12.2022) 

 

Bei einer Umgebungstemperatur von z.B 0°C verbessert sich der COP von 2,8 auf 3,6, d.h. um 28,6%

 

 

Die durch die Zusatzmaßnahmen bewirkte Verbesserung des COP ist wie der COP selbst ebenfalls von der Umgebungstemperatur abhängig: 

 

Bild 3: Wirksamkeit der Verbesserungsmaßnahmen (Differenz COP mit - COP ohne VbM) auf den COP in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

 

 

Das Zusammenwirken von WP und Haus lässt sich am besten mit der Messung des Energieverbrauchs der

Wärmepumpe ebenfalls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur darstellen. 

 

Bild 4: Energieverbrauch der WP in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ohne Zusatzmaßnahmen Messergebnisse im ersten Betriebsjahr 

 

Bild 5: Energieverbrauch in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur mit Zusatzmaßnahmen

(Messergebnisse vom 18.01.2019 -31.12.2022)

 

Je tiefer die Umgebungstemperatur ist, umso mehr wird der Energieverbrauch des Hauses durch die Zusatzmaßnahmen reduziert:

 

Bild 6: Wirksamkeit der Verbesserungsmaßnahmen (Differenz kWh/Tag mit - kWh/Tag ohne Verbesserungsmaßnahmen) auf den Energieverbrauch in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

 

Der Energieverbrauch pro Tag verringert sich bei einer Umgebungstemperatur von

•     0°C um 18 kWh, d.h. um 26,5%, bei
• -10°C um 46 kWh, d.h. um 42%.

 

Mit Zusatzmaßnahmen brauchte die Heizung bei einer Umgebungstemperatur* von -10°C (kälteste Temperatur im Messzeitraum vom 18.01.2019 -31.12.2022) lediglich eine Vorlauftemperatur von 45°C und eine Leistung der Umwälzpumpe von 11W, um im Wohnzimmer 21°C zu erreichen. Zum Vergleich noch einmal der Messpunkt ohne Zusatzmaßnahmen: Umgebungstemperatur -6°C (kälteste Temperatur im 1. Betriebsjahr), Vorlauftemperatur von 55°C, Leistung der Umwälzpumpe 20W, Wohnzimmertemperatur 20°C.

Mit Zusatzmaßnahmen stellten sich bei einer Umgebungstemperatur* von -10°C Rücklauftemperaturen < 30°C ein, ohne Zusatzmaßnahmen bei -6°C: ca. 40°C.

 

Durch die Zusatzmaßnahmen steigt die Grädigkeit (Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur) der Heizung in der Kälteperiode von 5°C auf 15°C. 

 

 

Ergebnisse zu 3)

Mit Zusatzmaßnahmen lässt sich bei allen Umgebungstemperaturen im Heizbetrieb die gewünschte Temperaturverteilung einstellen, hier:

• Wohnzimmer: 21°C-22°C
• Küche: 21°C-22 °C
• Schlafzimmer: 18°C
• Bad: >22°C
• Sonstige Räume (abhängig von der tatsächlichen Nutzung): 18°C-20°C

 

Ergebnisse zu 4)

Mit Zusatzmaßnahmen lässt sich mit einer PV-Anlage mit 10 kWP das Ziel Null-Energiehaus incl. Haushaltstrom im Mittel erreichen, d.h. in sehr kalten Wintern wird das Ziel um ca. 1000 kWh unterschritten, in milden Wintern um ca. 1000 kWh übertroffen.

 

 

 

Weiterentwicklung vom Null-Energiehaus zum "Minikraftwerk"

 

Einsatz einer Batterie

 

2014 lohnte sich der Einsatz einer Batterie aus folgenden Gründen noch nicht:

• Sehr hohe Investitionskosten (2014 ca. 15000 € für 10 kWh Speichervolumen)
• Geringes jährliches Einsparpotential von lediglich ca. 280 € wegen der geringen Differenz zwischen Strompreis und Einspeisevergütung.  
• Eine Batterie hat einen Wirkungsgrad < 100%, d.h. nur ein Teil der in die Batterie eingespeisten Energie lässt sich beim Entladen wieder rückgewinnen. Eine Batterie erhöht zwar den Eigenverbrauch des mit der PV erzeugten Stroms, verschlechtert aber die Energiebilanz des Hauses.
• Batterien hatten 2014 noch einen sehr großen Platzbedarf.

 

2022 hatten sich die Bedingungen stark geändert:

• Gesunkene Investitionskosten (11000 €  für 13,5 kWh Speichervolumen) 
• Großes Einsparpotential von ca. 1000 € infolge der großen Differenz zwischen Strompreis und Einspeisevergütung.
• Wirkungsgradverbesserung der Batterie auf 86%
• Geringere Abmessungen: Bei einem Speichervolumen von 13,5 kWh nur noch 75 x 115 x 15 cm (Breite x Höhe x Tiefe incl. Wandabstand)

 

 

Erweiterung der PV-Anlage um 8,6 kWP unter Verwendung eines nach Norden ausgerichteten Dachteils

 

Verbesserte Solarmodule und gestiegene Stromentnahmekosten machten eine Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von PV-Modulen auf dem 12° geneigten Norddach unter realistischen Geländebedingungen eines typischen Wohngebietes mit Einzelhausbebauung, Geländetopographie, Baumbestand etc. interessant. 

 

Ergebnisse 2023 (zur Ermittlung eines Mittelwerts ist eine mehrjährige Messung erforderlich) incl. Batterie (soweit für den Wert relevant):

• Der spezifische Jahresertrag der auf dem Norddach angebrachten Module sinkt im Vergleich zum Süddach um 22% von 900 kWh/kWP auf 700 kWh/kWP.
• Der Jahresertrag der PV steigt durch die PV-Erweiterung von 9000 kWh auf ca. 15000 kWh
• Die Stromentnahme aus dem Netz sinkt um 2400 kWh, was beim aktuell auf 0,4 €/kWh gedeckelten Strompreis einer Ersparnis von 960 €/Jahr entspricht.
• Die Stromeinspeisung ins Netz steigt um 3600 kWh, was bei der aktuellen Einspeisevergütung für die Gesamtanlage von 0,123 €/kWh (Mischvergütung aus Alt- und Neuanlage) einer Mehrvergütung von 440 €/Jahr entspricht.

Bild 7: Stromeinspeisung und Stromentnahme mit Batterie und PV-Erweiterung (2023, Werte ab September 2023: Prognose)

 

Damit wird das Haus durch die PV-Erweiterung und die Batterie vom Null-Energiehaus zum Minikraftwerk, welches im Jahr doppelt soviel Strom ins Netz einspeist als es für den Betrieb der Wärmepumpe und den Haushaltstrom aus dem Netz entnimmt. 

 

 

 

Bisherige Methoden zur Verringerung des Energievebrauchs zum Heizen von Gebäuden

 

Seit der Steinzeit bis etwa ins Jahr 2000 gab es in Gebäuden nur 2 Energieströme, mit denen die Temperatur in Gebäuden beeinflusst wurde:

1. Fossile (chemische) Energie wurde ins Gebäude hineingebracht und dort mittels einer Einrichtung (Einzelfeuerstelle oder Zentralheizung) in Wärmeenergie umgewandelt. In Ausnahmefällen wurde die Wärme direkt ins Gebäude gebracht (Fernwärme) oder elektrisch geheizt. In diesen Fällen fand der Umwandlungsprozess von chemischer Energie in Wärmenergie oder Strom außerhalb des Gebäudes statt. Einen prinzipiellen Unterschied zwischen der Heizung im Haus mit fossilen Brennstoffen und dem Umwandlungsprozess im Kraftwerk gibt es nicht.
2. Die Wärmeenergie im Haus wird über Wärmeleitung, z.B. durch die Außenwand und Konvektion, z.B. durch Lüften an die Umgebung abgegeben.

 

Um den Energieverbrauch zu senken gab es nur 2 Möglichkeiten:

1.  Verbesserung des Energieumwandlungsprozesses, z.B. durch Verwendung eine Brennwertheizung statt einer konventionellen Heizung oder Steigerung des Wirkungsgrades des Kraftwerkprozesses.
2. Verringerung der Wärmeabgabe an die Umgebung durch verbesserte Isolierung und Lüftung mit Wärmerückgewinnung aus der Abluft zur Aufwärmung der Zuluft.

Beiden Methoden sind aus physikalischen Gründen, aus Praktkabilitätsgründen und aus Kostengründen eng begrenzt. Reizt man die Wärmedämmung aus, mutiert das Gebäude zu einer "Thermoskanne mit Zwangsbelüftung". 

 

Mit der Nutzung der Solarenergie eröffnete sich ein 3. Energiestrom, nämlich die auf das Gebäude einfallende Sonnenstrahlung, die direkt in Wärme (Thermosolare Wärmeerzeugung, heute im Vergleich zur PV wirtschaftlich nicht wettbewerbsfähig) oder mittels Photovoltaik in Strom umgewandelt werden kann. Da jedes übliche Wohngebäude -vom mehrstöckigen Mehrfamilienhaus bis zum freistehenden Einfamilienhaus- ausreichende Dachflächen hat, um das 1-3 fache der zur Heizung mittels einer Wärmepumpe erforderlichen elektrischen Energie durch Photovoltaik zu erzeugen, werden bei der Effizienzverbesserung durch aktive Maßnahmen normalerweise keine unüberwindbaren Grenzen erreicht.

 

Dieses zunächst verblüffende Ergebnis wird dadurch erreicht, dass beim Mehrfamilienhaus zwar pro Wohneinheit weniger Dachfläche für die PV zur Verfügung steht, gleichzeitig aber auch die Außenfläche pro Wohneineit abnimmt. 

Betrachtet man vereinfachend eine Wohneinheit als einen Würfel, so steht beim Einfamilienhaus 1/6 der Oberfläche für die Energiegewinnung zur Verfügung, die Wärmeabfuhr erfolgt über 6/6 der Oberfläche.

Beim Mehrfamilienhaus müssen sich die Wohneinheiten die Dachfläche entsprechend der Anzahl der Stockwerke teilen.

Nimmt man als Mittelwert 3 Außenflächen pro Wohneinheit an, so hat man bei 2-geschossiger Bauweise immer noch das gleiche Verhältnis von möglicher PV-Fläche zur Wärme abgebenden Fläche wie beim Einfamilienhaus. Ein ähnliches Verhältnis erreicht man auch beim Einfamilienreihenhaus. Bei viergeschossiger Bauweise steht immer noch spezifisch die halbe Fläche zur Energiegewinnung pro Wohneinheit zur Verfügung.

 

Die Grenze bei der Photovoltaik besteht darin, dass bei den verfügbaren Dachflächen zwar ggf. sogar ein Energieüberschuss, aber nie eine Autarkie erreicht werden kann, d.h. eine Restmenge elektrischer Energie muss in jedem Fall aus dem Netz entnommen werden.

 

 

Ökologischer und kostenmäßiger Vergleich von aktiven und passiven Maßnahmen 

 

Wohngebäude werden nach ihrem spezifischen Energieverbrauch für Heizung und Warmwasseraufbereitung in Energieeffizienzklassen unterteilt:

 

Bild 8: Energieeffizienzklassen

 

 

Ökologischer Nutzen 

 

Der ökologische Nutzen einer Maßnahme zeigt sich plakativ in der durch sie bewirkten Verbesserung der Energieeffizienzklasse eines Gebäudes oder quantitativ in der durch sie erreichten Reduzierung des Endenergieverbrauchs in kWh/(m2 a).

 

Bild 9: Tabellarischer Vergleich der ökologischen Daten des Bestandshauses mit Ölheizung Stand 2014 mit                 dem auf WP+PV umgerüsteten Haus Stand 2023.  

 

Die Tabelle zeigt die ökologische Verbesserung des Bestandshauses durch die Umrüstung von einer Ölheizung zu einer Wärmepumpenheizung mit PV-Anlage:

• Die Energieeffizienzklasse des Hauses verbessert sich von F auf A+
• Der Endenergieverbrauch sinkt um 82,7% von 161,4 kWh/(a m2) auf 27,9 kWh/(a m2)
• Mit WP+PV wird ein regenerativer Anteil der Heizung von 83% erreicht.

Obwohl es für den ökologischen Nutzen -solange der Netzstrom nicht zu 100% regenerativ erzeugt wird- unerheblich ist, ob der PV-Strom für die WP verwendet oder ins Netz eingespeist wird, berücksichtigt das aktuelle Regelwerk unsinnigerweise die Einspeisung von PV-Strom ins Netz nicht bei der Ermittlung von Energieeffizienzklasse, Endenergieverbrauch und regenerativem Heizungsanteil.

Diese Regelung ist äußerst kontraproduktiv, da sie die Motivation des Hausbesitzers zum Einbau einer

PV-Anlage deutlich mindert.

 

Als 3. Konfiguration sind in die Tabelle die Werte eingetragen, die sich ergeben würden, wenn das Haus heute bei Beibehaltung der Ölheizung nur mit der PV-Anlage ausgerüstet würde.

Diese Variante ist sowohl aus ökologischen als auch aus Kostengründen aktuell interessant. Ökologisch ist sie (s.o.) -solange der Netzstrom nicht zu 100% regenerativ erzeugt wird- sogar gleichwertig zur Variante WP+PV, wird aber vom Gesetzgeber bei der Einstufung des Gebäudes nach Energieeffizienzkriterien nicht honoriert.

 

 

 

Analyse der Kosten im Verhältnis zum ökologischen Nutzen 

 

Die Kosten für die Verbesserung der Energieeffizienz eines Hauses hängen stark vom Einzelfall ab.

Sie setzen sich zusammen aus den Investitionskosten als Ausgaben und den durch die Investition jährlich erreichbaren Einsparungen als Einnahmen.

 

Da die staatlichen Fördermaßnahmen für PV und WP unterschiedlich sind, und dazu auch noch von der Art:

• Barzuschuss,
• Kredite unterhalb üblicher Marktkonditionen
• Erlass der MwSt.

zeitlich und dazu oft auch noch kurzfristig geändert werden, wurden diese bei der Ermittlung des Investitionsvolumens hier nicht berücksichtigt. Es ist dringend zu empfehlen, nur schriftlich zugesagte Fördermaßnahmen in die eigene finanzielle Planung einzustellen!  

 

Um einen objektiven Vergleich der Kosten für die durchgeführten aktiven Maßnahmen mit den nicht durchgeführten passiven Maßnahmen zu ermöglichen wurden für beide Varianten die Schätzkosten für die Investition und die erreichbaren Energieeisparungen nach dem DKB Grund Modernisierungsplaner der DKB Grund GmbH ermittelt:

• Flächenabhängige Kosten wurden mit den Flächen des im F&E Projekt untersuchten Bestandshauses ermittelt.
• Als Schwierigkeitsgrad wurde "mittel" gemäß DKB Grund Modernisierungsplaner angesetzt. 
• Wenn im DKB Grund Modernisierungsplaner Bereiche für Investitionkosten oder Energieeinsparungen genannt wurden, wurde ein für das Bestandshaus passender Wert zwischen dem im Modernisierungsplaner genannten Minimal- und Maximalwert gewählt.

Am Beginn einer eigenen Planung sollte in jedem Fall die Analyse des eigenen Hauses mit diesem oder anderen im Internet verfügbaren Modernisierungsplanern stehen.

 

Als Verbrauchskosten und Einspeisevergütung wurden die Werte von 2024 verwendet:

• Öl: 1€/Liter
• Strom: 0,3556 €/kWh (Tarif Infra Fürth 2024)
• Für die Konfiguration Nur WP ohne PV : WP-Strom 0,23 €/kWh (Tarif Infra Fürth 2024) 
• Einspeisevergütung: 0,086 €/kWh (Wert für 2023 errichtete PV-Anlagen, ab Februar 2024 verringert sich dieser Wert um 1% pro Halbjahr) 

 

Mit dieser Methodik wurden die Kosten für aktive (PV+WP) und passive Maßnahmen ermittelt. 

 Bild 10: Tabellarischer Vergleich von Investitionskosten und Return of Invest zur Beurteilung der                                   Wirtschaftlichkeit aktiver und passiver Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz eines                       Bestandsgebäudes

 

In der Tabelle sind die mit den unterschiedlichen Konfigurationen erreichbaren ökologischen Verbesserungen den hierfür erforderlichen wirtschaftlichen Aufwendungen zugeordnet.

 

 

Es wurden folgende Konfigurationen analysiert:

 

a) Im F&E Projekt untersuchte Varianten des Referenzhauses:

• Das Bestandsgebäude Baujahr 1978 (Referenzhaus), Renovierungsstand 2014 mit Ölheizung
• Das auf WP+PV 2014 umgerüstete Referenzhaus, Ausbaustand 2023 

b) Alternative Konfigurationen, b1) Umrüstung des Referenzhauses mit Ölheizung:

• Ausrüstung des Referenzhauses  Renovierungsstand 2014 nur mit einer PV-Anlage
• Ausrüstung des Referenzhauses, Ausbaustand 2023 nur mit einer WP, d.h. ohne PV
• Nur Dämmung von Keller und Decke
• Nur Dämmung der Außenwände
• Nur Austausch der Fenster und Türen
• Dämmung von Keller und Decke + Dämmung der Außenwände + Austausch der Fenster und Türen

   Alternative Konfigurationen, b2) Zusätzliche Dämmung des Referenzhauses mit WP+PV, Ausbaustand 2023:

• Nur Dämmung von Keller und Decke
• Nur Dämmung der Außenwände
• Nur Austausch der Fenster und Türen
• Dämmung von Keller und Decke + Dämmung der Außenwände + Austausch der Fenster und Türen

 

Neben den Investitionskosten in Spalte 4, die für den Hausbesitzer über die Machbarkeit eines Maßnahmenpaketes entscheiden, sind für die Sinnhaftigkeit 2 Aspekte entscheidend (Spalten 5 und 6):

• Welche Maßnahme hat das günstigste Verhältnis von Investitionskosten zur damit bewirkten Senkung des Energieverbrauchs? Maßgebend hierfür sind die Spezifischen Investititionskosten,  d.h. die Kosten, die erforderlich sind, um in einem Gebäude den Energieverbrauch um 1 kWh/(a m2) zu senken.
• Etwas anschaulicher wird dieses Verhältnis durch den Return of Invest (RoI) ermittelt, der angibt, wieviele Jahre es dauert, bis das investierte Kapital durch die Einsparung an Verbrauchskosten wieder zurückgeflossen ist. 

 

Aus der Tabelle lassen sich folgende wesentliche Aussagen ableiten:

• Aktive Maßnahmen sind billiger und ökologisch effektiver als passive Maßnahmen.

• Aktuell (2024) ist mit einem RoI von 24 Jahren die Ausrüstung eines Bestandshauses nur mit einer PV-Anlage die wirtschaftlich sinnvollste Maßnahme. Ökologisch ist sie (s.o.) -solange der Netzstrom nicht zu 100% regenerativ erzeugt wird- sogar annähernd gleichwertig zur Variante WP+PV, wird aber vom Gesetzgeber bei der Einstufung des Gebäudes nach Energieeffizienzkriterien nicht honoriert! 

• Die Ausrüstung eines Bestandshauses nur mit einer WP lohnt sich rein wirtschaftlich mit einem RoI von 48 Jahren kaum. Mit ihr erreicht man aber eine Verbesserung der Energieeffizienzklasse von F auf A und damit eine deutliche Wertsteigerung des Bestandshauses. Solange der Netzstrom nicht annähernd zu 100% regenerativ erzeugt wird, erreicht man mit dieser Variante keine Reduktion der klimaschädlichen Emissionen. Die Konfiguration "Nur WP" ist also ökologisch schlechter als "Öl + PV".

• Die Ausrüstung eines Bestandshauses mit WP+PV ist rein wirtschaftlich mit einem RoI von 42 Jahren auch keine Trauminvestition. Der Vorteil dieser Variante liegt allerdings darin, dass sie zukunftsicher ist und vom Gesetzgeber mit einer Einstufung des Hauses in die Effizienzklasse A+ belohnt wird. Die durch eine energetische Aufrüstung des Hauses erreichbare Wertsteigerung ist bei dieser Konfiguration sicher am größten. Ökologisch ist sie mit Abstand die beste, da sie zu Null Emission des Hauses führt und bei entsprechender Dimensionierung der PV-Anlage sogar zu "negativen Emissionen", da durch den ins Netz eingespeisten Stromüberschuss die Emissionen für die Stromerzeugung im Netz reduziert werden. Sie hat aber den Nachteil des etwa doppelt so großen Kapitalbedarfs wie den der Konfigurationen Nur PV oder Nur WP.

 

• Passive Maßnahmen allein führen im günstigsten Fall zu einer Verbesserung der Energieeffiziezklasse von F nach D bei einem RoI von 154 Jahren wenn man Keller und Decke, Außenwände sowie Fenster und Türen hochrüstet. Die Investitionskosten wären in diesem Fall etwa 50% größer als die für WP+PV, die zu einer Verbesserung der Energieeffiziezklasse von F nach A+ führt.

• Ein mit WP+PV ausgerüstetes Haus noch zusätzlich mit dem Gesamtpaket der Dämmungsmaßnahmen auszurüsten, senkt zwar den Energieverbrauch Hauses nochmals um ca. 30% ab, hat aber ebenfalls einen nicht akzeptablen RoI von 162 Jahren und bringt auch wegen der absolut gemessenen nur kleinen Verringerung des Endenergieverbrauchs um 9 kWh/(a m2) im Vergleich zu der Verringerung von 133 kWh/(a m2) durch den Einbau von WP+PV nur eine marginale Verringerung des Energieverbrauchs.

 

• Noch ein wichtiger Hinweis: Zinszahlungen für evtl. erforderliche Kredite verlängern die Zeiten für einen Return of Invest sehr stark oder der RoI wird sogar negativ, da man die Zinsen von den erzielten Energieeinsparungen korrekterweise abziehen muss. Bei 2% Zinsen verschlechtert sich der Return of Invest der Konfiguration Öl+PV von 24 auf 46 Jahre, der RoI von WP+PV von 42 auf 264 Jahre. Für alle anderen Konfigurationen wird der RoI größer als 1000 Jahre oder sogar negativ, d.h. das investierte Kapital kommt nie zurück!

 

 

 

Empfehlungen für den Hausbesitzer Stand 2024

 

Wie der Besitzer eines Bestandshauses mit den Anforderungen zur Steigerung von dessen Energieeffizienz sinnvoll umgeht, hängt von vielen Fakten ab, die in ihrer Fülle und häufig auch in der Widersprüchlichkeit, mit der sie von Energieberatern, öffentlichen und sozialen Medien bewertet werden, den Hausbesitzer häufig ratlos "im dichten Wald stehen" lassen. 

Erschwerend kommt hinzu, dass jeder, der einen Ratschlag gibt, diesen vor dem Hintergrund seiner individuellen Sichtweise und seiner Interessen, die nicht unbedingt mit denen des Hausbesitzers übereinstimmen müssen, gibt. Das gilt für alle vom Energieberater, Bankberater, möglichen Lieferanten, über städtische Behörden bis hin zur Bundesregierung.

 

Die folgenden Hinweise sind in diesem Sinn keine Ratschläge, was am besten zu tun sei, sondern sollen dem Hausbesitzer helfen, die für ihn optimale Lösung zu seiner persönlichen Energiewende in seinem Hauses zu finden:

• Ruhe bewahren! Lassen Sie sich von nichts und niemandem hetzen. Die Welt geht nicht unter, wenn Sie sich 2 Jahre später entscheiden.
• Achten Sie aber in jedem Fall auf die Subventionssonderangebote der Regierung! Bereits der genemigte Antrag sichert die Subvention, sofern der Topf nicht bereits geleert ist. Mit der Umsetzung können Sie sich Zeit lassen.
• Energiewende muss Spaß machen oder zumindest ein gutes Gefühl hinterlassen! Entscheiden Sie sich daher nach ihren persönlichen Prioritäten: Ökologische Verbesserung? Wirtschaftlicher Nutzen? Ihre finanziellen Möglichkeiten? 
• Berücksichtigen Sie ihre persönliche Situation: Alter? Wird das Haus wahrscheinlich vom Erben bewohnt oder verkauft?
• Vielleicht halten Sie es aber wie Martin Luther, der bekanntermaßen auch dann "heute noch ein Apfelbäumchen pflanzen wollte, wenn morgen die Welt unterginge" und verbessern die Energieeffizienz ihres Hauses einfach weil Sie es wollen. 

 

Einige Sachverhalte sind jedoch so eindeutig, dass man daraus tatsächlich Empfehlungen ableiten kann,

die unabhängig vom Haus für jeden gelten, der an die Umrüstung seines Hauses hin zu einer verbesserten Energieeffizienz denkt:

• Wenn Sie schrittweise die Energieeffizienz ihres Hauses verbessern wollen, fangen Sie mit einer möglichst großen PV-Anlage (soviel wie möglich aufs Dach!) incl. einer Batterie an, die so bemessen ist, dass sie sowohl die maximal von der PV-Anlage erzeugte Leistung aufnehmen, als auch die maximal von einer später nachgerüsteten WP angeforderten Leistung abgeben kann.
• Irgendwann kommen Sie um eine WP nicht herum, solange Ihnen keine Fernwärme angeboten wird.
• Eine Wärmepumpe installiert man sinnvollerweise erst dann, wenn man bereits eine ausreichend große PV-Anlage hat oder diese zusammen mit der WP installiert und die fossile Heizung irreparabel am Ende ihrer Lebensdauer ist und aus diesem Grund ausgetauscht werden muss.

 

• Passive Maßnahmen wie verbesserte Dämmung oder 3-fach Fenster sind nur dann sinnvoll, wenn aus anderen Gründen wie Verschleiß eine Erneuerung ansteht.

 

• Traurig, aber wahr: Mit einer marktüblichen Kreditfinanzierung, z.B. 2% ist eine nach aktueller Gesetzeslage akzeptierte Verbesserung der Energieeffizienz wirtschaftlich, d.h. mit einem akzeptablen Return of Invest nicht möglich. 

• Aber ebenfalls wahr: Fast alle Investitionen, die uns Freude machen, haben keinen Return of Invest! Es kommt also letztlich darauf an, in welche Kategorie Sie die energetische Verbesserung ihres Hauses einordnen.

 

 

 

Im Gebäudedatenblatt trägt der Kunde folgende Daten ein:

• Geometrische Daten des Gebäudes
• Angaben zur Ausführung der wärmeisolierenden Bauelemente
• Daten des Energieausweises (sofern vorhanden)
• Ist-Verbrauchsdaten für Heizung incl. Warmwasser und Haushaltstrom
• Verbrauchsdaten evtl. vorhandener Zusatzheizungen, z.B. Kachelofen, Kamin
• Ist Raumtemperaturen
• Ggf. von den aktuellen Ist Raumtemperaturen abweichende Plan Raumtemperaturen

 

ASS ermittelt auf dieser Grundlage mit dem Ziel der Einhaltung der geplanten Verteilung der Raumtemperaturen und einer nach der Energieeffizienz optimierten Betriebsweise der Wärmepumpe  

• Art und Abmessung auszutauschender Heizkörper
• Art, Abmessung und Schaltung zusätzlicher Heizkörper
• Auswahl der Heizkörper, die mit Ventilatoren ausgestattet werden 
• Vorgaben für die Fahrweise der Heizung (abgestimmt auf die ausgewählte WP Anlage)

 

Für diese Anlagenkonfiguration und Fahrweise erstellt ASS eine Prognose für

• Endenergieverbrauch Heizung incl. Warmwasser
• Primärenergieverbrauch Heizung incl. Warmwasser 
• Energieeffizienzklasse des Hauses nach Verbrauch
• Erreichbarer regenerativer Anteil der Heizenergie

Bild 11: Datenblatt zur Dokumentation von:

• Ist-Zustand des Hauses mit dem vorhandenen Heizungssystem
• Energieeffizienzwerte des Hauses vor der energetischen Aufrüstung
• Geplanten Umrüstmaßnahmen des Heizungssytems
• Prognose der erreichbaren Verbesserung der Energieeffizienz des Hauses

 

Die Prognose der erreichbaren Verbesserung der Energieeffizienz des Hauses wird berechnet aus der maßstabsgerechten Übertragung, d.h. Umrechnung der Messergebnisse des Referenzhauses auf das Haus des Kunden. Sie sind als langjährige Mittelwerte ohne Sicherheitszuschläge zu verstehen und nicht als Garantiewerte.