Wärmewende im Mehrfamilienhaus
Das Projekt
In Deutschland stehen etwa 3,3 Millionen Mehrfamilienhäuser. Ungefähr eine Million dieser Gebäude ist mit einem Wärmebedarf von unter 100 kWh/m2 schon heute so energieeffizient, dass die Heizung mit Wärmepumpe ohne große Sanierung möglich ist. Wir zeigen hier aber ein Projekt, dass erst durch einige Sanierungsarbeiten unter diese Schwelle kam. Das Haus hat jetzt einen guten Energiestandard, ist aber noch weit von einem Passivhaus entfernt.
Zwei 1962 bis 63 errichtete Mehrfamilienhäuser mit 18 Wohnungen in Hannover wiesen vor der Sanierung einen Wärmeverbrauch von ca. 115 kWh/m2 auf und gehörten damit in die Energieeffizienzklasse D. Beide Gebäude zusammen haben eine Wohnfläche von 1.160 m² und wurden bisher mit Gasthermen und Standard- Heizkörpern beheizt.

Foto: Jens Clausen
Im Rahmen der Sanierung erfolgte eine Fassadendämmung und es wurden neue Fenster eingebaut. Auch das Dach wurde neu gedeckt. Der Wärmeverbrauch lag nach der Sanierung bei ca. 62 kWh/m2 in der Energieeffizienzklasse B.
Die Gasetagenheizungen wurden abmontiert und es wurde eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit 25 kW Leistung in einem der Häuser in den Keller eingebaut. Das andere Haus wird durch eine Wärmeleitung durch den Garten mitversorgt. Als Wärmequelle dient ein doppelter Vertikalwärmetauscher.


Fotos: Stefan Koch
Die Wärmeverteilung erfolgt von der zentralen Wärmepumpe aus mit Heißwasserrohren durch die nun stillgelegten Schornsteine in die drei Etagen. Das Heizwasser wird mit einer Vorlauftemperatur von ca. 40 bis 45 °C verteilt. In jeder Wohnung ist eine sogenannte Frischwasserstation montiert. Hier wird das Heizwasser in den Heizkreislauf durch die unveränderten Heizkörper verteilt und auch der Verbrauch der Wohnung gemessen. Außerdem wird das Heizwasser genutzt, um das warme Wasser in einem Wärmetauscher (links im Bild) vorzuwärmen. Wird wärmeres Wasser gewünscht, so wird das vorgewärmte Wasser in einem kleinen Durchlauferhitzer (rechts im Bild) auf die gewünschte Temperatur gebracht.

Foto: Stefan Koch
Für die Mietenden ändert sich dadurch nichts. Heizung und Warnwasserversorgung funktionieren genau wie vor dem Umbau. Die Heizung erfolgt jetzt aber nicht mehr mit viel Erdgas, sondern mit wenig Strom. Damit der nicht zu teuer wird, hat die Wohnungsgenossenschaft eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 20 kWpeak auf eines der Häuser montiert und einen Batteriespeicher mit 25 kWh Kapazität eingebaut. So kann ein gutes Viertel des Strom zu einem kalkulatorischen Strompreis von 12 Cent/kWh selbst erzeugt werden. Das senkt die Wärmekosten für die Mietenden.

Foto: Jens Clausen
Die Auswirkungen auf den Energieverbrauch, die Treibhausgasemissionen und die Kosten
Schauen wir zunächst auf den Energiebedarf. Vor der Sanierung verbrauchte das Gebäude 115 kWh/m2 und die Heizung hatte wie jede Gasheizung einen Wirkungsgrad von ca. 90 %. Um die ganzen 1.160 m2 zu beheizen war so eine Erdgasmenge von ca. 148.000 kWh/a erforderlich. Hätte man sich auf die Sanierung von Fassade und Fenstern beschränkt, wäre der Gasverbrauch auf ca. 80.000 kWh/a gesunken, eine Reduktion um 46 %.
Die Wärmepumpe benötigt zur Erzeugung der im sanierten Zustand erforderlichen Wärmemenge von 72.000 kWh/a bei einer Jahresarbeitszahl von 3,5 nur etwas mehr als 20.000 kWh/a Strom.

Grafik: Borderstep
Die Größe der Photovoltaikanlage und des Speichers lassen darauf schließen, dass ca. 60 % des Wärmepumpenstroms günstig vom eigenen Dach bezogen werden kann. Der Strombezug beim Energieversorger beläuft sich so auf nur noch 8.000 kWh/a.
Durch Sanierung und neue Heizung sinken auch die Treibhausgasemissionen sehr deutlich.
Vor der Sanierung wurde Erdgas verbraucht. Der Treibhausgasfaktor von Erdgas wurde von uns incl. der Vorkettenemissionen aus Förderung und Transport auf ca. 400 g CO2eq/ kWh veranschlagt (Brauers et al., 2021). Das ist ein Wert, der über dem üblichen Wert aus dem Gebäudeenergiegesetz liegt, dafür aber dem aktuellen Stand der Klimaforschung zur Klimaschädlichkeit von Erdgas nahekommt. Der Treibhausgasfaktor von Netzstrom wurde auf Basis aktueller Daten des BDEW auf 370 g CO2eq/ kWh veranschlagt (BDEW, 2023). Der Treibhausgasfaktor von Strom aus der eigenen Photovoltaik wurde nach Gebäudeenergiegesetz zu 0 g CO2eq/ kWh veranschlagt.
Durch die Sanierung von Fassade und Fenstern allein wären die Treibhausgasmissionen der Heizung dieses Gebäudes von ca. 60 tCO2eq/a nur auf 32 tCO2eq/a gesunken.

Grafik: Borderstep
Aufgrund des hohen Anteils von klimaneutral erzeugtem Photovoltaikstrom vom eigenen Dach wie auch aufgrund des in 2023 sehr hohen Anteils von Regenerativstrom im Stromnetz fallen bei der Wärmepumpenheizung nur noch ca. 3 tCO2eq/a an.
Die verbleibenden Treibhausgasemissionen werden dabei in Zukunft immer dann weiter sinken, wenn der Anteil regenerativen Strom im Netz weiter steigt. Einfach durch Abwarten. Etwa 2035 dürften die Treibhausgasemissionen der Heizung mit Wärmepumpe dann bei Null liegen.
Einen Kostenvergleich durchzuführen ist schwierig. Neben dem u.a. durch die geopolitische Lage schwankenden Börsenpreis steigt der CO2-Preis im Laufe der Zeit und Erdgas wird auch durch die im Gebäudeenergiegesetz vorgesehenen Beimischungspflichten klimaneutraler Gase teurer werden. Um dennoch einen solchen Vergleich durchführen zu können wurde für eine Kilowattstunde Erdgas 10 Cent und für eine Kilowattstunde Netzstrom zum Wärmepumpentarif 30 Cent angesetzt. Selbst produzierter PV-Strom wurde mit 12 Cent/kWh eingerechnet.

Grafik: Borderstep
Es zeigt sich, dass die deutliche Reduktion des Wärmebedarfs durch die Sanierung die Energiekosten auch dann deutlich gesenkt hätte, wenn man bei der Gasheizung geblieben wäre. Dennoch sinken die Energiekosten auch durch den Wechsel zu Wärmepumpe mit Photovoltaik noch einmal um mehr als die Hälfte.
Und was wäre, wenn das jeder machen würde?
Mit 52,5 % oder 22,0 Millionen Wohnungen befand sich der Großteil der insgesamt 43,4 Millionen Wohnungen in Deutschland in Mehrfamilienhäusern. Im Durchschnitt gab es in jedem der deutschlandweit 3,3 Millionen Mehrfamilienhäuser 6,7 Wohneinheiten zu durchschnittlich 65 m2 Wohnfläche. Die meisten Mehrfamilienhäuser sind damit gar nicht so groß. Mit ihren jeweils 9 Wohnungen sind die oben beschriebenen Gebäude sogar schon größer als der Durchschnitt.
Das durchschnittliche Mehrfamilienhaus hat einen Wärmeverbrauch von 118 kWh/m2 (ista, 2020). In ziemlich vielen dieser Häuser sind Grundlegende energetische Sanierungsarbeiten noch nicht erledigt. Bundesweit liegt der Sanierungsstand für das Dach bei 42,9 %, für die oberste Geschossdecke bei 43,1 %, für die Außenwand bei 36,1 %, die Fenster bei 42,6 % und die Kellerdecke bei 30,3 % (ista, 2020). Insbesondere die geringe Umsetzung der Dämmpflicht der obersten Geschossdecke verwundert. Denn seit Anfang 2016 müssen alle zugänglich begehbaren und auch nicht begehbaren obersten Geschossdecken gedämmt sein, sofern das Dach nicht gedämmt ist oder der Mindestwärmeschutz nicht eingehalten ist. Die genauen Anforderungen regelt das Gebäudeenergiegesetz (GEG).
Für die Abschätzung des zukünftigen Wärmeverbrauchs kann also davon ausgegangen werden, dass der durchschnittliche Verbrauch ein wenig sinkt. Angenommen werden jährlich 100 kWh/m2. Werden mit dieser Wärmemenge 22 Mio. Wohnungen zu je 65 m2 beheizt, ergibt sich bei Berücksichtigung eines Heizkesselwirkungsgrades von 90 % eine Wärmemenge zur Beheizung von Mehrfamilienhäusern von 158 TWh/a.
Etwa 85 % dieser Gebäude werden mit Gas- oder Ölheizung beheizt und sie verbrauchen ca. 134 TWh/a Erdgas und Heizöl. Die Treibhausgasemissionen von Erdgas oder Heizöl werden gleichermaßen zu 400 gCO2eq/kWh angenommen. Es ergeben sich für diese 85 % des Bestandes an Mehrfamilienhäusern Treibhausgasemissionen aus der Beheizung mit Gas und Öl von 53,7 Mio. tCO2eq/a.
Würden diese Gebäude stattdessen mit Wärmepumpe beheizt, ergäbe sich unter Annahme einer Jahresarbeitszahl von 3,2 ein Strombedarf von 37,7 TWh/a. Und würde hiervor auch nur ein Drittel durch eine Gebäudeintegrierte PV erzeugt, dann würden 25 TWh Netzstrom ausreichen, um diese Gebäude zu heizen.


Grafik: Borderstep
Würden die 85 % der Mehrfamilienhäuser, die heute noch mit Erdgas oder Heizöl beheizt werden, stattdessen mit einer Wärmepumpe mit anteiliger Stromversorgung durch gebäudeintegrierter Photovoltaik versorgt, dann würden die Häuser statt 134 TWh Erdgas und Heizöl nur noch 37,7 TWh Strom benötigen. Würde davon etwa ein Drittel auf dem Gebäude selbst erzeugt, müssten etwa 26 TWh Netzstrom bereitgestellt werden. Die durch die Energieanbieter zu liefernde Energiemenge würde um 81 % abnehmen, allerdings auf ein höherwertiges Produkt, nämlich Strom, verlagert werden.
Die Treibhausgasemissionen würden von 53,6 Mio. t CO2eq/a um mehr als 80 % auf unter 10 Mio. t CO2eq/a und in den nächsten 10 Jahren ohne weitere technische Änderungen am Gebäude auf Null abnehmen.
Quellen
BDEW. (2023). Die Energieversorgung 2023 – Jahresbericht –. Berlin. Zugriff am 24.3.2024. Verfügbar unter: https://www.bdew.de/media/documents/Jahresbericht_2023_final_18Dez2023_V2.pdf
Brauers, H., Braunger, I., Hoffart, F., Kemfert, C., Oei, P.-Y., Präger, F. et al. (2021). Ausbau der Erdgas-Infrastruktur: Brückentechnologie oder Risiko für die Energiewende? Zenodo. https://doi.org/10.5281/ZENODO.4536573
ista. (2020). SO SIEHT DAS TYPISCHE MEHRFAMILIENHAUS AUS. Essen: ista International GmbH. Zugriff am 24.3.2024. Verfügbar unter: https://www.ista.com/fileadmin/twt_customer/countries/content/Germany/Images/Content_Hub/20200805_Content-hub_Studie_Mehrfamilienhaus_Web_final.pdf
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