Heizung: ökologisch und wirtschaftlich?

Die vom Beratungsunternehmen Ecofys im Auftrag des Umweltbundesamtes durchgeführte Studie „Umweltwirkungen von Heizungssystemen in Deutschland“ vergleicht gängige und innovative Anlagensysteme zur Wärmeversorgung im Wohngebäudebereich – und zeigt zum Teil erhebliche Unterschiede in Bezug auf Umweltwirkungen und Wirtschaftlichkeiten. Betrachtet werden unsanierte Altbauten und Neubauten in unterschiedlichen Effizienzklassen, die jeweils mit einer Reihe von Anlagentechniken kombiniert werden. Die Studie soll als Entscheidungshilfe für Bauherren dienen.

Überblick der untersuchten Systeme

Die Vergleichsstudie stellt gängige und innovative Anlagensysteme zur Wärmeversorgung im Wohngebäudebereich, darunter Öl- und Gasbrennwertkessel, Sole-Wasser-Wärmepumpen, konventionell und regenerativ erzeugte Fernwärme sowie Blockheizkraftwerke in Bezug auf Ökologie und Wirtschaftlichkeit auf den Prüfstand. „Neben den Treibhausgasemissionen haben wir den Primärenergiebedarf sowie die Investitions- und Betriebskosten in übersichtlicher Form pro Referenzgebäude und Anlagentechnik dargestellt. Dies erlaubt einen direkten Vergleich je Referenzgebäudetyp“, erklärt Thomas Boermans, Unit Manager Built Environment Strategies bei Ecofys. Der Studie liegt eine festgelegte Versorgungsaufgabe zu Grunde: die Bereitstellung von Heizwärme, Warmwasser und Belüftung der Gebäude für unterschiedliche Gebäudegrößen und Energiestandards.

Acht Referenzgebäude, unterschiedliche Heizsysteme

Die Untersuchungen richteten sich an den Geometrien eines Reihenhauses und eines Mehrfamilienhauses der Gebäudetypologie des Instituts Wohnen und Umwelt der Epoche 1984 – 1994 aus. Das Reihenendhaus hat eine beheizte Wohnfläche von 116 Quadratmetern, während das Mehrfamilienhaus 10 Wohneinheiten beinhaltet und 707 Quadratmeter Wohnfläche aufweist. Neben der Geometrie der Gebäude wurden vier Energiestandards definiert: ein unsanierter Altbau, ein Neubau nach Energieeinsparverordnung (EnEV) 2009, ein KfW-Effizienzhaus-Neubau sowie ein Passivhaus-Neubau.
Bei den Heizungssystemen in den jeweiligen Referenzgebäuden sind Heizungspufferspeicher für Scheitholz-, Pellets-, Hackschnitzel- und BHKW-Systeme vorgesehen. Für Wärmepumpen werden diese hingegen nur für den Fall einer Radiatorheizung berücksichtigt. Solarthermische Anlagen zur Brauchwassererwärmung sind prinzipiell für jedes System berücksichtigt - auch wenn sie nicht in jeder Kombination sinnvoll seien. So sieht die Studie Solarthermie im EnEV09-Neubau mit Gas- und Ölkessel als notwendig an, empfiehlt eine solarthermische Anlage hingegen nicht zusammen mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) oder Fernwärmeanschluss. Speicher-, Verteil- und Übergabeverluste der Heizungssysteme hat die Untersuchung pro System anhand der DIN 4701:10 flächenspezifisch berücksichtigt. Weitere wichtige Annahmen sind die jeweiligen Systemtemperaturen der Heizungssysteme, die für die Altbauten mit 70°/55° Celsius, für die EnEV09-Neubauten mit 55°/45° Celsius, für die KfW-Effizienhäuser mit 35°/28° Celsius und für die Passivhäuser aufgrund der Zulufterwärmung im Lüftungskanal mit 55°/45° Celsius angenommen wurden. Die Wärmeübergabe geschieht bei den Altbauten und den EnEV09-Neubauten mit Radiatoren, bei den KfW-Effizienzhäusern mit Fußbodenheizungen und im Passivhaus über die Zuluft.
Bei der Aufteilung des Brennstoffs für Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen (KWK-Anlagen) bezieht sich die Studie auf die KWK-Richtlinie der Europäischen Union nach der „Finnischen Methode“. Die Wärmepumpen im Altbau sind monoenergetisch ausgelegt. Um Temperaturniveaus von 70°/55° Celsius erreichen zu können, werden diese mit einem pauschalen Wert auf die Endenergie für den Heizstab beaufschlagt. Dieser beträgt 8 Prozent bei der Sole-Wasser-Wärmepumpen und 4 Prozent für die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Für die Warmwasserbereitung wurden ebenfalls separate Aufwandszahlen definiert.

Emissionen im unsanierten Altbau flop, im Passivhaus top

Bei den Emissionen zeigen die Ergebnisse der Studie, dass die Heizungssysteme im unsanierten Altbau die meisten Emissionen emittieren. Hier weisen die Öl-Niedertemperatur- beziehungsweise Brennwertkessel die höchsten spezifischen Emissionen auf. Elektrische Sole-Wasser-Wärmepumpen weisen aufgrund der höheren Jahresarbeitszahl etwas bessere Werte als elektrische Luft-Wasser-Wärmepumpen auf. Bei Wärmepumpen können je nach Einsatz größere Schwankungen auftreten. Die Streuung ist hier größer als beispielsweise beim Gas-Brennwertkessel. Sehr wenig CO2 emittieren die Scheitholz- und Pelletkessel, die auf ähnlichem Niveau liegen wie die regenerative Fernwärme. Diese Reihenfolge ist bei den drei anderen Energiestandards nahezu gleich. In der Tendenz werden die spezifischen Emissionen bis hin zum Passivhaus immer kleiner. Im Fall des Passivhauses fallen die hohen Emissionen der elektrischen Direktheizung auf.
Erzeugt ein Gas-Brennwertkessel im unsanierten Altbau etwa noch weniger Emissionen im Vergleich zur Sole-Wasser Wärmepumpe, so kehrt sich dieser Effekt bei den Neubauten um. Weiterhin ist auffällig, dass ein Gas-Brennwertkessel im Passivhaus weniger Emissionen verursacht als alle konventionellen, fossilen Heizungsanlagen im KfW-70-Effizienzhaus.
Die Emissionsübersichten für das Mehrfamilienhaus sehen ähnlich aus. Auch hier ist zu erkennen, dass die Heizungssysteme der Passivhäuser im Durchschnitt die niedrigsten spezifischen Emissionen aufweisen. Beim Mehrfamilienhaus und beim Reihenendhaus ist die Sole-Wasser Wärmepumpe auch im unsanierten Altbau leicht besser als die Gaskessel, beim Mehrfamilienhaus allerdings mit sehr viel größeren Schwankungen verbunden. Alle Systeme im Passivhaus verursachen weniger spezifische Emissionen als die fossilen Systeme im Fall des KfW-70-Effizienzhauses oder des EnEV-2009-Neubaus.

Kostentreiber unsanierter Altbau, Gas gewinnt

Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung unterscheidet die Studie zwischen kapitalgebundenen Kosten (wie beispielsweise Investitionen), betriebsgebundenen Kosten (zum Beispiel Wartung) und verbrauchsgebundenen Kosten (Brennstoffkosten). Hier zeigt sich: Die Jahresgesamtkosten sind für die Heizungssysteme im unsanierten Bestand nahezu in jedem Fall größer als diejenigen für die Neubauten. Weiterhin sind die Kosten für dasKfW-70-Effizienzhaus größer als die für den EnEV-2009-Neubau. Die Studie macht hierfür die zusätzlichen Kosten für die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung verantwortlich, die sowohl die kapitalgebundenen Kosten (Investition) als auch die verbrauchsgebundenen Kosten (Stromverbrauch) erhöhen. Diese könnten bei den untersuchten Fällen nicht vollständig durch eingesparte Energiekosten kompensiert werden. Hierbei sei jedoch auch die Bedeutung von Lüftungsanlagen für einen hygienisch und bautechnisch ausreichenden Luftwechsel zu beachten.

Desweiteren stellt die Studie fest: Je geringer der Heizwärmebedarf des Gebäudes, desto geringer ist auch der Abweichung der Jahresgesamtkosten untereinander. Bei den BHKW-Anlagen sind die kapitalgebundenen Kosten im unsanierten Altbau am höchsten. Wärmepumpen sind in den Jahresgesamtkosten für die Heizungssysteme höher zu beziffern als die für Gas-Brennwertkessel. Öl-Niedertemperatur- und Brennwertkessel sind nochmals etwas günstiger. Dies ist auf den relativ moderaten Ölpreis zurückzuführen, der bei hohen Heizwärmebedarfen einen größeren Einfluss hat als bei niedrigen.

In allen Fällen stellt sich der Gas-Brennwertkessel etwas besser dar als die Sole-Wasser Wärmepumpe, bei der gleichzeitig die Schwankungsbreite aufgrund der definierten Aufwandszahlen deutlich größer ist. Für Selbstversorger stellen Scheitholzkessel eine sehr günstige Versorgungsvariante dar, die jedoch nur in wenigen Fällen aufgrund der notwendigen Infrastruktur und manuellen Beschickung in Frage kommt. Die Heizungssysteme im Passivhaus sind im Mittel etwas günstiger als diejenigen im KfW 70- beziehungsweise im EnEV09-Neubau. Hier lassen sich demzufolge Emissionen sparen und zugleich die Wirtschaftlichkeit verbessern. Mit zunehmend effizienteren Gebäudetypen wird der relative Anteil der kapitalgebundenen Kosten größer und der Einfluss der verbrauchsgebundenen Kosten kleiner. Dieser Effekt ist besonders gut beim Gas-Brennwertkessel zu beobachten, der für jeden Energiestandard zum Einsatz kommt. Bei relativ niedrigen Heizwärmebedarfen (wie beispielsweise Passivhaus-Mehrfamilienhäusern oder -siedlungen) wird eine Versorgung mit regenerativer Fern- beziehungsweise Nahwärme zur Alternative, da nicht nur Emissionen gespart werden können, sondern auch die Kosten aufgrund der relativ großen Anzahl von Wohnungen laut Studie vertretbar seien.

Die gesamte Studie steht zum Download unter http://www.uba.de/uba-info-medien/4070.html zur Verfügung.