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Um die Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen, haben sich 196 Parteien im Übereinkommen von Paris [unfccc.int, wikipedia.org] darauf verständigt, die globalen Treibhausgasemissionen drastisch zu senken. Daraus resultierend strebt die deutsche Klimaschutzpolitik eine Reduktion der Treibhausgasemissionen bis 2030 von 55% gegenüber dem Niveau von 1990, sowie vollständige Treibhausgasneutralität bis 2050 [bmwk.de] an. Die zur Erreichung dieser ambitionierten Ziele notwendigen Maßnahmen hat die Bundesregierung in dem Klimaschutzplan 2050 beschrieben [bmu.de], wobei sowohl eine vollständige Dekarbonisation der Energieerzeugung, als auch eine signifikante Erhöhung der Effizienz des Energieverbrauchs notwendig sind. Da 36% des finalen Energieverbrauchs in Deutschland von Gebäuden verursacht werden [dena.de], haben diese einen besonders hohen Stellenwert für den Klimaschutz.
Dieser Demonstrator adressiert daher die Energieeffizienz in Nutzgebäuden und ermöglicht es Ihnen, die Einflüsse verschiedener Gebäudekomponenten auf die Treibhausgasemissionen und den Energieverbrauch zu erfahren. Des Weiteren werden ebenfalls die resultierenden Energiekosten dargestellt. Die jeweiligen Werte beziehen sich dabei auf ein typisches deutsches Bürogebäude und sind je Quadratmeter und Jahr zu interpretieren. Da die Investitionskosten für eine Umrüstung der Komponenten sehr stark von dem individuellen Gebäude abhängen, sind diese in den Energiekosten nicht berücksichtigt.
Unter Energiemanagement wird, im Sinne der Norm ISO 50001 [beuth.de], zunächst nur die systematische Überwachung von Energiebezug und Energiekosten verstanden. Ein Gebäudeenergiemanagementsystem (GEMS) im klassischen Sinn bietet daher die Möglichkeit verschiedene energierelevante Größen zu erfassen.
Darüber hinausgehend sind optimierende GEMS Gegenstand der Forschung. Diese nutzen vorausschauende Regelungsstrategien um Komponenten wie Heizung, Lüftung, Klimaanlagen, Beleuchtung oder Speichersysteme optimiert zu betreiben. In modernen Bürogebäuden werden dabei typischerweise Reduktionen von Energiekosten und Energieverbrauch in der Größenordnung 10-20% realisiert. Bei veralteten Steuerungssystemen können Einsparungen in der Größenordnung von bis zu 60% möglich sein.
Des Weiteren bieten optimierende GEMS die Möglichkeit, den Energiebezug des Gebäudes zu flexibilisieren und somit auf eine schwankende Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen zu reagieren. Gebäude könnten somit in Zukunft einen wertvollen Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes beitragen.
Weiterführende Informationen:
Da die meisten Gebäude einen Großteil der benötigten Elektrizität aus dem öffentlichen Stromnetz beziehen, bietet die Wahl des Stromtarifs eine einfache und wirksame Möglichkeit die Nachhaltigkeit zu erhöhen. Im Jahr 2022 verursachte jede verbrauchte Kilowattstunde im Durchschnitt 434 Gramm Treibhausgasemissionen [umweltbundesamt.de]. Die Wahl eines Ökostromtarifs erlaubt es, den Strombezug des Gebäudes klimaneutral zu gestalten.
Im Gegenzug erhöhen Ökostromtarife allerdings die Energiekosten. Die Modellrechnung dieses Demonstrators geht von 24,83 Cent/kWh für konventionellen und 25,10 Cent/kWh für Ökostrom aus. Diese Werte wurden Anfang 2021 für Gewerbekunden in Karlsruhe ermittelt [stadtwerke-karlsruhe.de].
Weiterführende Informationen:
Leuchtmittel, welche auf Light-Emitting Diodes (LED) zurückgreifen, sind für ihre ausgeprägte Energiesparsamkeit bekannt. Gegenüber konventionellen Glühbirnen punkten sie mit meist vergleichsweise hoher Lebensdauer und geringeren Gesamtkosten für Anschaffung und Betrieb. [licht.de]
Mit einem intelligenten Beleuchtungskonzept und der Nutzung modernen Beleuchtungstechnologien kann im großen Stil nicht nur viel Geld gespart, sondern zusätzlich die Umwelt nachhaltig geschont werden. Der Strombedarf eines 105.000 qm großen Lagerhauses lässt sich beispielsweise um bis zu 59 % senken. In einem solchen Szenario können jährlich bis zu 250.000 € eingespart werden. [klimaschutz-unternehmen.de]
Weiterführende Informationen:
Photovoltaikanlagen (PV) erzeugen elektrischen Strom aus der Strahlung der Sonne. Der mittlere Jahresertrag an guten Standorten liegt bei ca. 80 - 90 kWh pro Quadratmeter. Unter optimalen Bedingungen können auch 150 kWh pro Quadratmeter und Jahr erreicht werden.
PV-Anlagen erzeugen das 10-fache der Menge and Energie, welche für die Produktion der PV-Module verbraucht wurde. Der großflächige Einsatz von PV-Anlagen ist daher ein wichtiger Baustein der deutschen Klimastrategie. Der Einsatz von PV-Anlagen auf Gebäuden ist dabei insbesondere relevant, da der Elektrizitätsbezug aus dem Stromnetz reduziert wird. Des Weiteren ist der Einsatz von PV-Anlagen in der Regel auch wirtschaftlich interessant, insbesondere wenn ein hoher Anteil direkt vor Ort verbraucht wird [WM Solar].
Weiterführende Informationen:
Batteriespeicher können Stromüberschüsse einer Photovoltaikanlage, die sonst in das Stromnetz eingespeist würden, zwischenspeichern. Dieses Vorgehen kann wirtschaftlich interessant sein, wenn der eingespeiste Strom wesentlich niedriger vergütet wird als der später aus dem Netz bezogene Strom kostet. Der Wirkungsgrad eines Batteriespeichers liegt üblicherweise zwischen 70 und 90%, d.h. dass ein Teil des von der Photovoltaikanlage erzeugten Stroms bei der Speicherung verloren geht [pv magazine].
Optimal gedämmte Fassaden können den Energieaufwand für die Beheizung und Klimatisierung um bis zu 80% reduzieren. Die großflächige Verbesserung der Gebäudedämmung in Deutschland ist somit eine notwendige Maßnahme zur Erreichung der Klimaziele [dena.de].
Weiterführende Informationen:
Die Brennwertheizung gilt traditionell als Standard der Heiztechnik und wird meist mit Flüssig- oder Erdgas betrieben. Dabei wird die Energieeffizienz erhöht, indem Wasserdampf in den Abgasen der Verbrennung mit dem kühlen Heizungswasser aus dem Rücklauf zum Kondensieren gebracht werden. Die dabei gewonnene Energie wird verwertet und erhöht somit zusätzlich die Heizleistung des Systems [Wirtschaftsverband Fuels und Energie e.V.].
Die Wärmepumpe hingegen kommt ganz ohne Verbrennung aus. In einem Kreisprozess wird fortlaufend Wärme aus der Luft, der Erde oder dem Wasser über ein Kältemittel aufgenommen und im Gegenzug an die Wärmepumpe abgegeben und zum Heizen verwendet. In umgekehrter Weise kann dieses Vorgehen ebenso zum Kühlen angewendet werden [Agentur für Erneuerbare Energien e. V.].
Die laufenden Kosten beider aufgeführter Optionen liegen, bei geschicktem Einsatz, auf vergleichbarem Niveau.
Im Vergleich zur Brennwertheizung sind allerdings die Anschaffungskosten einer Wärmepumpe, je nach Art, deutlich höher.
Da die Brennwertheizung kompakt und relativ sparsam ist, lässt Sie sich fast überall einsetzen.
Der CO2 Ausstoß einer solchen liegt, je nach Brennstoff, zwischen 200 und 260 g pro kWh.
Bei niedrigen Vorlauftemperaturen der Heizung sind Wärmepumpen besonders effizient, da nur ein kleiner Temperaturhub realisiert werden muss.
Dadurch eignen sie sich vor allem für moderne energieeffiziente Gebäude.
In älteren Gebäuden mit schlechtem Baustandard sinkt die Effizienz der Wärmepumpe deutlich, sodass hier eine Brennwertheizung sinnvoller ist
[Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V.,
wegatech greenergy GmbH].
Generell gilt die Wärmepumpe als eine sehr umweltfreundliche Lösung.
Berechnungen zufolge ist der CO2-Ausstoß einer solchen um jährlich ca. 2600 kg geringer als der einer vergleichbaren Brennwertheizung.
[Industrie-Energieforschung]
Weiterführende Informationen:
- CO2-bezogene Bepreisung auch für Gebäudebetreiber
- Tool der Industrie- und Handelskammer zur Berechnung von verursachergerechten CO2-Bepreisung für fossile Brennstoffe
- Brennwertgeräte mit Wirkungsgraden über 100 %: Ist so etwas überhaupt möglich?
- Tool zur kontextsensitiven Abschätzung der Sinnhaftigkeit von Abwärme als Heizlösung
Blockheizkraftwerke sind kompakte Anlagen nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip, also Anlagen, die gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen. Dabei wird typischerweise flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff durch einen Verbrennungsmotor in Strom und Wärme umgewandelt. Diese kombinierte Erzeugung ist wesentlich effizienter als eine Erzeugung von Strom und Wärme in getrennten Prozessen und verursacht daher geringere Treibhausgasemissionen. Diese Effizienz wird dabei durch die dezentrale Erzeugung direkt vor Ort noch weiter gesteigert. Blockheizkraftwerke gelten daher als wichtige Übergangstechnologie [Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V.].
Weiterführende Informationen:
Moderne lüftungstechnische Anlagen zur Gebäudeklimatisierung sorgen für eine hohe Luftqualität und ein angenehmes Raumklima. Basierend auf den jeweiligen Wetterverhältnissen, kann Luft gekühlt oder aber auch aufgewärmt werden [Viessmann Climate Solutions Berlin GmbH]. Um möglichst energieeffizient eingesetzt zu werden, können solche bis zu 90 % der Wärmeenergie aus der Abluft, mittels rückgewinnender Verfahren, verwertet werden. Bei einem gut gedämmten Gebäude kann dies im Optimalfall sogar die Raumheizung ersetzen [Internetauftritt der Verbraucherzentralen der Bundesländer].
Für den Großteil des Energiebedarfs sind verbaute Ventilatoren verantwortlich. Insgesamt sind daher ca. 90 % der verbundenen Kosten dem Betrieb zuzuordnen, während lediglich etwa 5 % im Rahmen der Anschaffung und Installation anfallen. So führte die Sanierung der Anlage eines beispielhaften Bürogebäudes zur Reduktion des Strombedarfes von rund 358.000 kWh jährlich, was in diesem Fall einem Ersparnis von etwa 33 % entspricht. [Bayerisches Landesamt für Umweltschutz].
Unternehmen betreiben im Rahmen ihrer IT-Infrastruktur Server oder beauftragen dazu Dienstleister. Ein Server erzeugt Abwärme, welche sinnvoll genutzt werden kann. Um diese Wärmeenergie verwerten zu können, müssen Modifikationen an Servern vorgenommen werden. Eine solche ist der Einsatz von Leitungen, welche direkt an den heißen Server-Prozessoren entlanglaufen und die Abwärme mittels Kühlmittel aufnehmen [Viessmann Climate Solutions Berlin GmbH].
Ein in Karlsruhe ansässiges IT-Unternehmen macht Abwärmetemperaturen von ca. 55°C für Klimatisierungszwecke nutzbar. Die erzielte Einsparung des damit verbundenen Energiebedarfs wird dabei mit 880.000 kWh beziffert [Energieatlas-BW].
Wird mehr Abwärme erzeugt, als für den eigenen Gebrauch benötigt wird, kann diese sogar von Anlagen wie Schwimmbädern, Wäschereien oder Gewächshäusern genutzt werden. Dieses Vorgehen fällt thematisch unter den Begriff „Nahwärme“.
Weiterführende Informationen:
