Energieeinspar- und Klimaschutzpotentiale der Gebäudetypologie der Stadt Freiburg i. Br.

Eine GIS-gestützte Analyse


Magisterarbeit, 2009

138 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Vorwort und Dank

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Verzeichnis der Anhänge

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Klimavariabilität und globale Erwärmung
2.1 Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes
2.1.1 Strahlungsbilanz
2.1.2 Treibhauspotential
2.2 Variabilität des Klimasystems
2.2.1 Natürliche Variabilität
2.2.2 Anthropogen verursachte Veränderung
2.3 Klimawandel in Baden-Württemberg
2.3.1 Prognosen
2.3.2 Auswirkungen

3 Klimaschutzpolitik
3.1 Internationaler Klimaschutz
3.1.1 Klimarahmenkonvention
3.1.2 Konferenzen der Vertragsstaaten
3.1.3 Kyoto – Protokoll und flexible Mechanismen
3.1.4 Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IPCC)
3.1.5 Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU
3.2 Nationaler Klimaschutz
3.2.1 Ziele der Bundesregierung
3.2.2 Nationales Klimaschutzprogramm
3.2.3 8-Punkte-Plan
3.2.4 Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung
3.3 Kommunaler Klimaschutz in Freiburg

4 Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz
4.1 Energie als Schlüssel zum Klimaschutz
4.1.1 Veränderung des Kohlenstoffkreislaufes
4.1.2 Verfügbarkeit fossiler Energieträger
4.2 Endenergiebedarf
4.3 Wärmebedarf von Wohngebäuden
4.4 Bauliche Möglichkeiten zur Reduktion des Wärmebedarfes
4.4.1 Wärmedämmung
4.4.2 Kompakte Bauweise
4.4.3 Passive Nutzung von Sonnenenergie
4.5 Heizsysteme auf Basis regenerativer Energien
4.5.1 Solarthermische Kollektorsysteme
4.5.2 Geothermie
4.5.3 Biomasse
4.6 Effizienzgesteigerte Heizsysteme
4.6.1 Brennwerttechnik
4.6.2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
4.6.3 Fernwärme
4.7 Politische und gesetzliche Rahmenbedingungen
4.7.1 Wärmeschutzgesetze, -verordnungen und -normen
4.7.2 Einführung von Energieausweisen
4.7.3 Förderungen für Wohngebäude

5 Methodisches Vorgehen
5.1 Auswahl relevanter Merkmale zur Analyse des Gebäudebestandes
5.2 Datenverfügbarkeit
5.3 Erstellung einer Gebäudetypologie für Freiburg i. Br.
5.3.1 Gebäudeart
5.3.2 Gebäudetypen
5.3.3 Baualtersklassen
5.4 Heizwärmebedarf
5.4.1 Klimabereinigung des Heizwärmebedarfes
5.4.2 CO2-Äquivalent-Emissionen
5.5 Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS)

6 Ergebnisse
6.1 Freiburger Gebäudetypologie
6.1.1 Gebäudeart
6.1.2 Gebäudetypen
6.1.3 Baualtersklassen
6.1.4 Beziehungen zwischen Gebäudetypen und Baualtersklassen
6.2 Heizwärmebedarf
6.2.1 Heizwärmebedarfskennwerte
6.2.2 Heizwärmebedarf eines unsanierten historischen Gebäudebestandes
6.2.3 Heizwärmebedarf eines sanierten Gebäudebestandes
6.3 Heizwärme-Einsparpotentiale
6.4 Kohlendioxidemissionen

7 Diskussion der Ergebnisse
7.1 Methodische und rechnerische Fehlerquellen
7.2 Übertragbarkeit der Gebäudetypologie in den tatsächlichen Gebäudebestand
7.3 Heizwärmebedarf und Einsparpotentiale
7.4 Kohlendioxidemissionen
7.5 Kohlendioxidkompensationsflächen
7.6 Übertragbarkeit der Methode auf andere Regionen

8 Zusammenfassung

Literatur

Anhang

Vorwort und Dank

Zu Beginn möchte ich mich bei einigen Personen bedanken, die wesentlich zum Entstehen dieser Arbeit beigetragen haben.

In erster Linie möchte ich Prof. Dr. Rüdiger Glaser und Prof. Dr. Gaby Zollinger für die Betreu-ung dieser Arbeit danken.

Desweiten danke ich Frau Iris Basche vom Amt für Umweltschutz der Stadt Freiburg, sowie den Mitarbeitern des Vermessungs-, Statistik- und Stadtbauamtes der Stadt Freiburg für die zur Verfügung gestellten Daten und Informationen.

Auch möchte ich Dipl.-Ing (FH) G. Fraunhoffer, Energieberater Ch. Dittrich und Dipl. Ing. S. Osterloh für die zur Verfügung gestellten Energieausweise zur Prüfung der Ergebnisse dieser Arbeit danken.

Weiterhin bedanke ich mich bei meinen Freunden und Kommilitonen für ihre Hilfe und so man-chen hilfreichen Tipp.

Dank gilt auch meinen Eltern, die mir das Studium ermöglicht und mich jederzeit unterstützt haben.

Ein besonderer Dank gilt meiner lieben Freundin Olga Kroll. Sie hielt mir während des gesam-ten Bearbeitungszeitraumes den Rücken frei und brachte viel Verständnis für die vielen Stun-den am Schreibtisch, aber auch Interesse, verbunden mit vielen hilfreiche Tipps, für diese Ar-beit auf.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Energiehaushaltsschema der Erde .

Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase

Abbildung 3: Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs .

Abbildung 4: Verfügbarkeit foss. Energieträger und hauptsächlicher Verwendungszweck.

Abbildung 5: Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Emissionen

Abbildung 6: Verteilung der Endenergie auf Verbrauchergruppen und Energieträger.

Abbildung 7: Verlust an Heizwärme in kWh pro Jahr ohne Dämmung und mit Dämmung

Abbildung 8: Typische A/V-Verhältnisse unterschiedlicher Gebäudetypen

Abbildung 9: Entwicklung des maximal zulässigen Heizwärmebedarfs von Gebäuden

Abbildung 10: Zeitliche Entwicklung der Anforderungen zur Energieeffizienz von Gebäuden

Abbildung 11: Ausschnitt aus der Eingabemaske zur Analyse des Gebäudebestandes

Abbildung 12: Ausschnitt der ausgegebenen Ergebnisse.

Abbildung 13: Ermittlung der Gebäudezahl je Gebäudetyp und Baualtersklasse pro Stadtteil

Abbildung 14: Einteilung der Baualtersklassen mit Angabe des Wärmeschutzstandards

Abbildung 15: Systematik der Klassifizierung des Freiburger Gebäudebestandes

Abbildung 16: Wohnflächenberechnung je Gebäudetyp, Baualtersklasse und Stadtbezirk

Abbildung 17: Ausschnitt aus der Gebäudetypologie Dortmund

Abbildung 18: Verteilung der Energieträger zur Bereitstellung der Heizwärme in Freiburg

Abbildung 19: Schema der Layerstruktur in ArcGIS

Abbildung 20: Verteilung der Gebäudearten in Freiburg

Abbildung 21: Verteilung der Gebäudetypen in Freiburg

Abbildung 22: Verteilung der Wohnfläche (inkl. Nutzfläche) bezogen auf die Gebäudetypen.

Abbildung 23: Verteilung der Baualtersklassen nach der Gebäudeanzahl

Abbildung 24: Verteilung der Baualtersklassen nach Wohnfläche

Abbildung 25: Vergleich des Heizwärmebedarf in kWh/m2a zwischen Freiburg und Hamburg

Abbildung 26: Heizwärmebedarfswerte der Freiburger Gebäudetypologie..

Abbildung 27: Heizwärmebedarfswerte unter Annahme eines opt. Gebäudebestandes

Abbildung 28: Heizwärmebedarf des unsanierten Gebäudebestandes

Abbildung 29: Heizwärmebedarf eines optimierten Gebäudebestandes

Abbildung 30: Stadtbezirksbezogene Heizwärme-Einsparpotentiale eines san. Gebäudebest

Abbildung 31: Wohnflächenbez. Heizwärme-Einsparpotent. eines san. Gebäudebestandes

Abbildung 32: CO2-Einsparung pro Stadtteil durch Optimierung des Gebäudebestandes

Abbildung 33: CO2-Einsparung pro m2 Wohnfl. durch Optimierung des Gebäudebestandes

Abbildung 34: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Altstadt-Ring

Abbildung 35: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Unter-Wiehre-Süd

Abbildung 36: Große Mehrfamilienhäuser im Stadtbezirk Haslach-Egerten

Abbildung 37: Blick nach Norden auf den Stadtteil Mundenhof

Abbildung 38: Blick von Osten auf den Stadtteil Landwasser

Abbildung 39: Blick in Richtung Norden auf Rieselfeld

Abbildung 40: Gebäudetypenhäufigkeit nach Baualtersklassen

Abbildung 41: Waldflächenbedarf zur Kompensation der Kohlendioxidemissionen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Entwicklung der CO2-Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland

Tabelle 2: 12-Punkte-Programm zur Klimapolitik der Stadt Freiburg

Tabelle 3: Übersicht Förderungen für Wohngebäude

Tabelle 4: Gebäudetypenabgrenzung nach Anzahl der Wohnungen im Gebäude

Tabelle 5: Mittlerer Heizwärmebedarf in kWh/m2a nach Baualtersklasse und Gebäudetyp

Tabelle 6: Mittlere Gradtagszahlen (1997-2007)

Tabelle 7: Emissionsfaktoren in kg/kWh

Tabelle 8: Gliederung des Stadtgebietes

Tabelle 9: Gebäudetyp und BAK nach Anzahl und Wohnfläche für die Gesamtstadt Freiburg

Tabelle 10: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im unsanierten Zustand

Tabelle 11: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf pro Wohnfläche im unsanierten

Zustand

Tabelle 12: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im sanierten Zustand.

Tabelle 13: Rangfolge des Heizwärmebedarf des sanierten Gebäudebestandes bezogen auf die Wohnfläche.

Tabelle 14:Absolute und relative Heizwärmebedarfseinsparungen durch Optimierung des Gebäudebestandes

Tabelle 15: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk nach Einsparung CO2 in t pro Jahr.

Tabelle 16: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk. nach Einsparung pro Wohnfläche

Tabelle 17: Zeitspanne der Baualtersklassen in Jahren

Tabelle 18: Heizwärmebedarf aus Energieausweisen verschiedener Gebäudetypen

Tabelle 19: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten Heizwärmeeinsparung

Tabelle 20: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten CO2-Einsparung

Verzeichnis der Anhänge

Anhang 1: Häufigkeit der Gebäudearten nach Gebäudeanzahl je Stadtbezirk

Anhang 2: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach Typen je Stadtbezirk

Anhang 3: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach BAK je Stadtbezirk

Anhang 4: Heizwärmebedarf u. CO2-Emissionen bezogen auf Stadtbezirke u. Wohnfläche

Anhang 5: Beispiel Energieausweis für Wohngebäude

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Eine nachhaltige Gesellschaft deckt ihre heutigen Bedürfnisse ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern. Das Denken und Handeln in Deutschland und in vielen Teilen der industrialisierten Welt entsprechen bei weitem nicht diesem Leitbild. Diese Gesellschaften leben auf Kosten ihrer Nachkommen. Am deutlichsten zeigt sich dieses Verhalten an den anthropo-genen CO2-Emissionen. Die Verbrennung fossiler Energien ist nach wie vor für den größten Teil des Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich. Drastische Klimaänderungen sind die Folge. Die Reduktion dieser Emissionen erachtet das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) und viele weitere Wissenschaftler und Politiker weltweit als die vordringlichste Aufgabe auf dem Weg zu einer nachhaltigen Gesellschaft.

Desweiteren eröffnet sich vor dem Hintergrund zur Neige gehender fossiler Energien das Prob-lemfeld der zukünftigen Energieversorgung. Der heutige Umgang mit Energie basiert auf einem Gerüst, das zu Zeiten der unbegrenzt und billig verfügbaren Energie entstand und nun zuneh-mend ins Wanken gerät. Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches sind somit be-sonders in denjenigen Sektoren sinnvoll anzusiedeln, welche sowohl einen hohen Energiever-brauch als auch hohe Einsparpotentiale aufweisen.

Abgesehen von den hohen Verlusten bei der Energieerzeugung und -gewinnung, benötigt der Haushaltssektor noch vor Industrie, Verkehr und GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistung) mit 29 % den größten Teil der Endenergie. Alleine 75 % dieser Energie wird zur Bereitstellung der Raumwärme in Wohngebäuden verwendet. Es ist aber nicht nur die große Energiemenge, die diesen Sektor für den Klimaschutz so bedeutend und interessant macht. Der Wohngebäudesek-tor birgt überdies sehr hohe Potentiale zur Reduktion des Energieverbrauchs, welche sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht effizient umsetzbar sind. Infolge der meist hohen Lebensdauer von Bauwerken haben einmal getroffene Entscheidungen und Maßnahmen eine langfristige Wirkung, sodass hier unter dem Aspekt einer „lost opportunity“ ein besonderer Handlungsbedarf besteht. Hinzu kommt, dass die prognostizierte zeitliche Reichweite nicht erneuerbarer Energieträger wie Erdgas und Erdöl dabei geringer ist, als die zu erwartende Le-bensdauer vieler Gebäude.

Vor dem globalen Hintergrund der Klima- und Ressourcenverknappungsproblematik stellt sich die Frage, welche lokalen Handlungsoptionen bestehen und wie diese umgesetzt werden kön-nen. Ob und inwiefern der Gebäudebestand der Stadt Freiburg einen Beitrag zur Lösung dieser Problematik leisten kann, soll in dieser Arbeit unter Beantwortung der folgenden Fragen geklärt werden:

1. Welche charakteristischen Merkmale weist der Freiburger Gebäudebestand auf?
2. Wie viel Heizwärme benötigt Freiburg auf Grund dieser typischen Gebäudestruktur?
3. Welchen Beitrag kann der Freiburger Gebäudebestand durch Ausschöpfung der Energie-und CO2-Einsparpotentiale zum Klimaschutz leisten?

Bevor die Klärung dieser Fragen in Angriff genommen wird, werden einleitend zunächst die Ursachen und Folgen des Klimawandels dargestellt, gefolgt von den Zielen und Rahmenbedin- gungen, welche die Politik zum Schutz es Klimas geschaffen hat. Im darauf folgenden Kapitel wird dargestellt, welche Bedeutung der Gebäudesektor auf Grund seines Energiebedarfs und seiner immensen sowohl baulichen, als auch technischen Potentiale zur Reduktion des Ener-giebedarfs birgt. Im methodischen Teil werden die Vorgehensweise und die nötigen Berech-nungsschritte zur Analyse des Freiburger Gebäudebestandes, dessen Heizwärmebedarf im unsanierten und sanierten Zustand, sowie die Einsparpotentiale hinsichtlich des Wärmebedar-fes und der Kohlendioxidemissionen ausführlich beschrieben (Kap. 5). In Kapitel 6 folgt die Dar-stellung der Ergebnisse, welche im abschließenden Kapitel 7 bewertet und diskutiert werden.

2 Klimavariabilität und globale Erwärmung

Mit der Vorlage des vierten Sachstandberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klima-fragen der Vereinten Nationen (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) im Jahr 2007 über die Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung sowie Handlungsoptionen zu deren Begrenzung, sind die wissenschaftlichen Befunde eindeutig: Der größte Teil des Anstiegs der mittleren globalen Temperatur seit Mitte des 20. Jahrhunderts geht mit einer Wahrschein-lichkeit von 90 % auf den Anstieg der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen zurück (IPCC 2007).

Die Fragestellung, ob sich das globale Klima verändert, ist somit in vielfältiger Weise wissen-schaftlich festgestellt und dokumentiert worden. Das Klima ändert sich, allerdings nicht überall in gleicher Art und Weise, sondern regional sehr differenziert und mit unterschiedlichen Folgen. Ein wichtiges Ziel ist daher nicht nur die Anpassung an die veränderten Umstände, die aus ei-ner Klimaveränderung resultieren, sondern vor allem auch das weitere Fortschreiten und Aus-prägen der „Klimakatastrophe“ so weit wie möglich abzuschwächen.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die globale Jahresmitteltemperatur um mehr als 0,7 Grad gestiegen. Der Anstieg in Deutschland lag dabei knapp über 0,9 Grad. Dieser Anstieg erfolgte nicht gleichmäßig, sondern hat sich in den vergangenen 50 Jahren beschleunigt. Das Jahr 2007 gehört mit einer weltweiten Mitteltemperatur von 14,4 °C zu den zehn wärmsten seit 1860. In Deutschland war es mit 9,9 °C das zweitwärmste Jahr seit Beginn der deutschen Messreihen im Jahre 1901 (Deutscher Wetterdienst 2008).

Auch wenn einzelne regionale Abweichungen aus den globalen Temperaturmittelwerten keine klimatologische Beweiskraft haben, so wurden dennoch viele der wärmeren Jahre in den Deka-den des Jahrhundertwechsels verzeichnet und passen insofern gut in das Bild einer sich all-mählich erwärmenden Erdatmosphäre.

2.1 Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes

2.1.1 Strahlungsbilanz

Der „Motor“ des Klimasystems ist die Strahlungsenergie der Sonne. Etwa die Hälfte der Strah-lungsenergie liegt im kurzwelligen[1], sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, die andere Hälfte verteilt sich zum größeren Teil auf den Spektralbereich des nahen Infrarot und der restliche Anteil auf das Ultraviolett. Die Verteilung der Energieströme ist in Abbildung 1 dar-gestellt. Ohne Berücksichtigung der Atmosphäre erhält jeder Quadratmeter Erdoberfläche pro Sekunde im Schnitt 342 W/m2 solare Energie[2]. Von dieser Strahlung wird jedoch 31 % (107 W/m2) durch Wolken und Aerosole in der Atmosphäre, durch Schnee- und Eisflächen der Polarzonen sowie durch die Landoberflächen direkt wieder in den Weltraum reflektiert. Weitere 20 % werden von der Atmosphäre absorbiert. Der größere Anteil von 168 W/m2 (fast 50 %) dringt durch atmosphärische Streuung und Reflexion, zu etwa 30 % auch als direkte Strahlung bis zur Erdoberfläche vor, wo sie Landoberflächen und Ozeane erwärmt. Demzufolge findet an der Erdoberfläche eine energetische Umwandlung statt, bei der die eintreffende kurzwellige Solarstrahlung in langwellige Wärmestrahlung, fühlbare und latente Energie umgewandelt wird (Häckel 1999, S. 175), (Houghton 2001, S. 89). Die Erde wird dadurch selbst zum Strahler mit einer langwelligen Ausstrahlung von 390 W/m2. Im Vergleich zu der einstrahlenden Sonnen-energie von 342 W/m2 legt die terrestrische Strahlung die Vermutung nahe, dass die Erde mehr Strahlung abgibt, als sie von der Sonne empfängt. Dass der Strahlungshaushalt aber ausgegli-chen ist, zeigt folgende Überlegung: Von der Erdoberfläche werden etwa 50 % (168 W/m2) ab-sorbiert. Diese Energie wird in Form von langwelliger Strahlung wieder emittiert. Diesem Wel-lenlängenbereich gegenüber verhält sich die Atmosphäre jedoch völlig anders: alle Wellenlän-gen größer als 3 µm werden fast restlos absorbiert, das heißt aus dem Innern des „Treibhau-ses“ gelangt praktisch keine langwellige Strahlung nach außen, die Atmosphäre erwärmt sich zunehmend und gibt nun ihrerseits verstärkt langwellige Wärmestrahlung sowohl ins Weltall, als auch in Richtung der Erdoberfläche ab. Nur in sogenannten Fensterbereichen, insbesondere im „großen atmosphärischen Fenster“ im Wellenlängenbereich von 8 bis 13 µm, kann die Infrarot-strahlung vom Boden teilweise direkt in den Weltraum entweichen. Da die Erdoberfläche durch die atmosphärische Gegenstrahlung einen zusätzlichen Energiegewinn erhält und aufgeheizt[3] wird (324 W/m2; 95 % der solaren Einstrahlung) und ihr 7 % für fühlbare und 25 % für latente Wärme verloren geht, emittiert die Erdoberfläche nun 114% (etwa 390 W/m2) der solar eingest-rahlten Energie (51 % + 95 % - 25 % - 7 %) in Form von langwelliger Strahlung. Insgesamt ver-bleiben 70 % an kurzwelliger Strahlung im System Erde-Atmosphäre, und ebenfalls 70 % wer-den in Form von langwelliger Strahlung wieder an das Weltall abgegeben, so dass sich die Erde im Strahlungsgleichgewicht befindet (Häckel 1999, S. 184).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Das Energiehaushaltsschema von Erde und Atmosphäre stellt das Mittel über das ganze Jahr und über die gesamte Erde dar. Zahlenangaben in W/m2s (Kiehl, Trenberth 1997, S. 197).

Fände der Prozess der Wärmeabsorption in der Atmosphäre nicht statt und würde die abge-strahlte Wärme direkt in den Weltraum entweichen, läge die mittlere Oberflächentemperatur der Erde bei etwa -19 °C. Erst der Beitrag der Treibhausgase ermöglicht die hohe atmosphärische Gegenstrahlung von 324 W/m2, also fast 95 % der ursprünglichen solaren Einstrahlung. Aus der atmosphärischen Gegenstrahlung resultiert eine mittlere Temperaturerhöhung von 33 °C wo-durch eine mittlere Oberflächentemperatur von 14 °C lebensfreundliche Bedingungen auf der Erde schafft (Houghton 2001, S. 89).

2.1.2 Treibhauspotential

Der Beitrag eines Gases am Treibhauseffekt hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: Der Emissionsrate (pro Zeiteinheit freigesetzte Gasmenge), dem Absorptionsvermögen des Gases im relevanten Wellenlängenbereich und seiner Verweildauer in der Atmosphäre. Als relatives, stoffabhängiges Mali wurde das Treibhauspotential (Engl.: Global Warming Potential, Green­house Warming Potential, GWP) oder CO2-Äquivalent (CO2e) festgelegt. Es wird bezogen auf ein Kilogramm Kohlendioxid und beschreibt das mittlere Erwärmungsvermögen in einem be-stimmten, anzugebenden Zeitraum. Beispielsweise ergibt das CO2-Äquivalent für Methan den Wert 25 bezogen auf einen Zeithorizont von 100 Jahren (IPCC, S. 33). Damit entspricht die Treibhauswirkung von einem Kilogramm Methan der Wirkung von 25 Kilogramm CO2.

Atmosphärische Fenster

Die Erklärung für die Zunahme der atmosphärischen Gegenstrahlung liegt in der Veränderung im so genannten „grolien atmosphärischen Fenster“. Atmosphärische Fenster sind diejenigen Bereiche im Absorptionsspektrum, in welchen fast keines der Atmosphärengase Strahlung ab-sorbiert. In diesem Wellenlängenbereich kann die Ausstrahlung der Erde die Atmosphäre fast ungehindert passieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase und der gesamten Atmosphäre (Spektrum Akademischer Verlag 2008).

Das „große atmosphärische Fenster“ bezeichnet denjenigen infraroten Spektralbereich, in dem die Hauptabsorber Wasserdampf und Kohlendioxid nur sehr gering absorbieren – entsprechend Abbildung 2 in den Wellenlängenbereichen zwischen 8 und 13 µm. Zwei weitere kleine Fenster befinden sich zwischen 3,4 und 4,1 µm bzw. bei 18 µm. Das Wasserdampffenster (vor allem im Bereich zwischen 10,5 und 12,5 µm) ermöglicht nach dem Planck-Strahlungsgesetz[4] die Be-stimmung der Oberflächentemperaturen von Erde und Wolken durch Messung der infraroten Ausstrahlung mittels Satellit und Flugzeug. Auf Grund der Konzentrationszunahme der Treib-hausgase erhöht sich die Absorption im Bereich der 15 µm CO2-Bande und der 7,63 µm CH4, bzw. 7,78 µm N2O-Bande, wodurch das große atmosphärische Fenster eingeengt wird. Die Durchlässigkeit des Fensters nimmt also ab, wenn die Absorption in den Banden des Ozons, der FCKW und des CO2 (10,4 µm-Bande) innerhalb des Fensters zunimmt. Als Folge kann die Erdoberfläche weniger Energie an den Weltraum abgeben und muss sich, um ein neues ener-getisches Gleichgewicht zu erreichen, erwärmen (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004).

Die Erwärmung der Atmosphäre ist jedoch nicht alleine durch die verminderte Durchlässigkeit der atmosphärischen Fenster bedingt. Im restlichen infraroten Spektralbereich, außerhalb der Fenster, emittiert die Atmosphäre selbst infrarote Strahlung. Diese kann aber nur dann in den Weltraum entweichen, wenn zwischen dieser emittierenden Atmosphärenschicht und der Exos-phäre nur noch eine gewisse Anzahl der im betrachteten Spektralbereich absorbierenden Mole-küle vorhanden ist. Die Menge dieser Moleküle, und damit die Höhe der hauptsächlich emittie-renden Atmosphärenschicht, hängt von der Stärke des Absorptionskoeffizienten im betrachte-ten Spektralbereich ab. Bei einer Konzentrationszunahme der absorbierenden Gase und damit einer stärkeren Absorption verschiebt sich dieses Emissionsniveau in der Atmosphäre nach oben. In der Troposphäre (ca. 0-10 km Höhe) bedeutet dies wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe, dass in dem entsprechenden Spektralbereich zunächst weniger Infrarotstrahlung an den Weltraum abgegeben werden kann und ein Gleichgewichtszustand eine höhere Tempe-ratur der zugehörigen Atmosphärenschicht erfordert (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004).

Zusammengefasst bedeutet dies, dass eine erhöhte Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre sowohl eine Verengung des großen atmosphärischen Fensters, als auch eine Hö-henverlagerung des emittierenden Niveaus bewirkt, wodurch nicht nur die Erdoberfläche son-dern auch die Troposphäre erwärmt wird. Die Änderungen in der atmosphärischen Konzentrati-on von Treibhausgasen haben demnach eine massive Veränderung der Energiebilanz des Kli-masystems zur Folge.

2.2 Variabilität des Klimasystems

„Das begrenzte menschliche Gedächtnis sorgt dafür, dass wir das Klima als mehr oder weniger konstant annehmen. Es ist Winter gewesen, und nun kommt der Frühling. Die Unterschiede von einem Jahr zum anderen fallen zwar manchmal auf, sie bleiben aber klein.“ (van Andel 1992, S. 59). Wird der Blick jedoch nicht nur auf den letzten Frühling und die letzten Jahre fokussiert, treten auffällige Merkmale in der klimatologischen Geschichte der Erde hervor. Seit Beginn der Erdgeschichte, also seit etwa 4,6 Milliarden Jahren, ändert sich das Klima, und das in unter-schiedlicher Art und aus unterschiedlichen Gründen. Als Teil des Klimasystems ist die Biosphä-re von günstigen Klimabedingungen abhängig. Veränderungen im Klima können daher gravie-rende ökologische und sozioökonomische Folgen haben (Gebhardt et al. 2007, S. 246).

2.2.1 Natürliche Variabilität

Natürliche Klimaveränderungen können durch verschiedene äuliere Einwirkungen auf das Kli-masystem hervorgerufen werden. Ein externer orbitaler Faktor ist der Milankovic-Zyklus, ein zeitvariantes Veränderungsmuster der Präzession der Erdrotationsachse („trudelnder Kreisel“), der Erdschiefe und der Exzentrizität[5], durch welche die auf die Erde auftreffende Sonnenstrah-lungsintensität über das Mali der jährlichen Schwankung hinaus variiert. Ein weiterer Faktor ist die Schwankung der Sonnenstrahlungsstärke, welche in Zusammenhang mit dem elfjährigen Zyklus der Sonnenflecken steht.

Weitere Ursachen, der in der Erdgeschichte weit zurückreichenden natürlichen Klimaänderun-gen, können beispielsweise Veränderungen in der Land-Meer-Verteilung (Plattentektonik) sowie in der Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre sowie atmosphäri-sche Aerosolanreicherung durch Vulkanausbrüche sein. Diese internen Faktoren führen durch groliskalige Wechselwirkungen zwischen Ozean, Landfläche und Atmosphäre zu Klimavariabili-täten. Eine auch heute wirksame interne Klimaschwankung und zugleich das klassische Bei-spiel einer groliskaligen Ozean-Atmosphäre-Wechselwirkung ist die „El Niño Southern Oscilla­tion“ (ENSO). Typisch ist das Ungleichgewicht (Nicht-Linearität) der Klimakomponenten, sowie deren Schwankungen (Toniazzo 2006).

2.2.2 Anthropogen verursachte Veränderung

Das Klima wird von einer Vielzahl verschiedener Faktoren beeinflusst. Bereits der berühmte "Flügelschlag eines Schmetterlings" (engl.: butterfly effect), eine bildhafte Metapher des Meteo-rologen Edward N. Lorenz, kann weitreichende und unvorhersehbare Folgen auf Wetter und Klima mit sich bringen. Ein solches Schmetterlingssystem besitzt die Eigenschaft, dass sich kleine Abweichungen in den Anfangsbedingungen im Laufe der Zeit exponentiell verstärken, sie also sensibel abhängig von den Ausgangswerten sind (Lorenz 1963, S. 19f).

Der menschliche Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre hat sich während der letzten zwei Jahrhunderte zunehmend vergröliert, vor allem während des letzten Jahrhunderts. Durch die Kombination von zunehmender Industrialisierung, Ausweitung des Transportwesens und Intensivierung der Landwirtschaft wurde die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre sehr viel schneller verändert, als es ohne anthropogene Einflüsse der Fall gewesen wäre (Stef­fen 2005, S. 101).

Entwicklung der CO2 -Konzentration

Im Jahre 1958 wurde auf dem Gipfel des Mauna Loa (Hawaii), fern von jeglichen anthropoge-nen atmosphärischen Einträgen, von dem Chemiker Charles David Keeling eine Forschungs-station eingerichtet, deren Messgeräte seither fast lückenlos den Kohlendioxidgehalt der At-mosphäre verfolgen. "Ohne seine Arbeit wäre unser Wissen über den Klimawandel heute um 10 bis 20 Jahre weniger weit fortgeschritten, als sie es ist", zitiert die BBC Andrew Manning vom britischen Wetterservice Met Office (BBC 02.12.2007).

Aus der tabellarischen Melireihenaufzeichnung der National Oceanic & Atmospheric Administ­ration (NOAA 2008) vom Mauna Loa lässt sich zu Beginn der Konzentrationsmessung im Jahre 1958 als Anteil der CO2-Moleküle in trockener Luft der Wert 315,71 ppm auslesen. 50 Jahre später, im April 2008, ist der Wert um über 71 ppm auf 387,19 ppm gestiegen – ein Anstieg von fast 22,5 %.

Lufteinschlüsse in Eisbohrkernen aus Grönland und der Antarktis beinhalten die zuverlässigsten Daten, um aktuelle Klimaveränderungen mit der globalen Klimageschichte zu vergleichen. Aus diesen Eisbohrkernen lässt sich die Bandbreite der natürlichen atmosphärischen Kohlendioxid-konzentrationen der letzten 650.000 Jahre bestimmen, welche zwischen 180 und 280 ppm lag, also mindestens 35 ppm geringer als bei den ersten Messungen. Vor dem Zeitalter der Indust-rialisierung (1000-1750) lag der Wert etwa bei 275-285 ppm. Folglich ist seit den letzten 250 Jahren die CO2-Konzentration der Atmosphäre global um über 100 ppm (36 %) angestiegen (IPCC 2007, S. 137). In den 1970er Jahren, also etwa 200 Jahre nach Beginn des industriellen Zeitalters, wies die CO2-Konzentration erstmals 50 ppm über dem vorindustriellen Wert auf. Dreiliig Jahre später lag die Konzentration um weitere 50 ppm über dem ursprünglichen Wert. Zwischen 1995 und 2005 stieg die Konzentration in 10 Jahren um weitere 19 ppm an, die höch-ste durchschnittliche Wachstumsrate seit Beginn der CO2-Konzentrationsmessung. Während des gesamten Zeitraumes ist der Wachstumstrend der CO2-Konzentration pro Jahr stetig ge-stiegen. Die jährliche Zuwachsrate überstieg 1965 erstmals die Zuwachsrate von 1 ppm pro Jahr; 1977 waren es bereits 2 ppm pro Jahr und 1998 erstmals 3 ppm pro Jahr. Die aktuelle Zuwachsrate von 2007 liegt etwas darunter bei 2,14 ppm (NOAA 2008).

Strahlungsantrieb

Um das Verhältnis des Kohlendioxids zu den übrigen Treibhausgasen zu verdeutlichen, soll im Folgenden der Strahlungsantrieb der wichtigsten Atmosphärengase dargestellt werden. Der Strahlungsantrieb (engl.: radiative forcing) ist ein Mali für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erdoberflä-che-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mecha-nismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdober-fläche, während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt (IPCC 2007, S. 2). Der Strahlungsantrieb ist somit ein Mali für die vom Menschen zusätzlich verursachte Strah-lungsenergie, die der Erdatmosphäre hinzugefügt wird. Die Werte für den Strahlungsantrieb (Abb. 3) sind für das Jahr 2005, bezogen auf vorindustrielle Werte im Jahr 1750, definiert und werden in Watt pro Quadratmeter (W/m2) angegeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Schätzungen und Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs (SA) im Jahr 2005 für anthropogenes Kohlendioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ), Lachgas (N 2 O) und andere wichtige Faktoren und Mecha-nismen (IPCC 2007, S. 4; Böde et al. 1999, S. 4).

Der Verbrauch fossiler Brennstoffe ist die Hauptquelle der erhöhten atmosphärischen Kohlen-dioxidkonzentration. Einen weiteren signifikanten, aber kleineren Beitrag liefern Landnutzungs-änderungen. Der gesamte Strahlungsantrieb aufgrund des Anstiegs von Kohlendioxid-, Methan-und Lachgas beträgt +2,30 W/m2. Seit dem Industriezeitalter nimmt die Wachstumsrate fortlau-fend zu. Der Strahlungsantrieb durch Kohlendioxid ist zwischen 1995 und 2005 um 20 % ge-stiegen, was die größte Änderung innerhalb eines Jahrzehnts während mindestens der letzten 200 Jahre darstellt.

Die anthropogenen Beiträge zu den Aerosolen (vor allem Sulfat, organischer Kohlenstoff, Ruß, Nitrat und Staub) erzeugen einen kühlenden Effekt, mit einem gesamten direkten Strahlungsan-trieb von -0,5 W/m2 und einem indirekten Strahlungsantrieb durch die Albedo der Wolken von etwa -0,7 W/m2. Aerosole beeinflussen auch die Lebensdauer von Wolken und die Nieder-schläge (Böde et al. 1999, S. 4).

Zwischen 1970 und 2004 stiegen die weltweiten, nach globalem Erwärmungspotential (GWP) gewichteten Emissionen, von CO2, CH4, N2O, H-FKWs, FKWs und SF6 um 70 % von 28,7 auf 49 Gigatonnen Kohlendioxidäquivalente (Gt CO2-Äq.) an. Die Emissionen dieser Gase nahmen in unterschiedlichem Maße zu. Vor allem die CO2-Emissionen stiegen zwischen 1970 bis 2004 um etwa 80 % (28 % zwischen 1990 und 2004) und entsprachen 77 % der gesamten anthropo-genen Treibhausgas-Emissionen im Jahr 2004. Den größten Zuwachs an weltweiten Treib-hausgasemissionen zwischen 1970 und 2004 verzeichnete der Energieversorgungssektor mit einem Anstieg von 145 %. Der Anstieg direkter Emissionen[6] in diesem Zeitraum betrug für den Verkehr 120 %, für die Industrie 65 % und für Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forst-wirtschaft 40 %. Von 1970 bis 1990 stiegen die direkten Emissionen aus der Landwirtschaft um 27 % und aus Gebäuden um 26 % an. Da der Gebäudesektor jedoch einen hohen Stromver-brauch hat, ist die Summe direkter und indirekter Emissionen in diesem Sektor viel höher (75 %) als die direkten Emissionen (IPCC 2007, S. 42).

Die Emission großer Mengen von Treibhausgasen durch anthropogene Aktivitäten verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt, was eine zusätzliche Erhöhung der mittleren Temperatur zur Folge hat. Insbesondere die Konzentration von CO2 und Methan wurde vom Menschen vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe drastisch erhöht. Hinzu kommen künstliche Gase, wie teil- und vollhalogenierte Kohlenwasserstoffe HFKWs bzw. FCKWs, sowie Schwefelhexaf-luorid (SF6) und Distickstoffoxid (N2O), welche durch industrielle Prozesse entstehen. Durch diese, im Protokoll von Kyoto[7] genannten klimawirksamen Gase, wird dem natürlichen Treib-hauseffekt ein zusätzlicher anthropogener Treibhauseffekt überlagert, welcher zu einer ver-stärkten atmosphärischen Gegenstrahlung und damit zur Erwärmung der Atmosphäre führt.

2.3 Klimawandel in Baden-Württemberg

2.3.1 Prognosen

Das Sachverständigen-Gremium „Intergovernmental Panel on Climate Change“ der Vereinten Nationen (IPCC) geht davon aus, dass sich infolge des anthropogen verursachten Treibhausef-fektes bis zum Jahr 2099 die mittlere globale Temperatur zwischen 1,8°C und 3,13°C erhöhen wird. Vor diesem globalen Hintergrund ist auch in Süddeutschland ein beschleunigter Wandel des regionalen Klimas zu erwarten. Die vom Land Baden-Württemberg getragenen For-schungsprojekte „KLIWA“ und „KLARA“ zeigen nach dem derzeitigen Kenntnisstand die ersten Ergebnisse zu künftigen Klimaveränderungen in Süddeutschland sowie möglicher Auswirkun-gen.

Bei der Ermittlung und Bewertung des Ausmaßes der zukünftigen Klimaentwicklung im regiona-len Maßstab bestehen noch methodische Unsicherheiten. Jedoch weisen die regionalen Prog-noseergebnisse für die wichtigsten klimatologischen Größen bei unterschiedlichen Modellen in die gleiche Richtung und stehen in Einklang mit bereits im Verlauf des 20. Jahrhunderts einget-retenen Veränderungen. Für Baden-Württemberg ist im Szenariozeitraum bis ca. 2050 mit fol-genden Entwicklungen des regionalen Klimas im Vergleich zum Ist-Zustand zu rechnen (Um-weltbundesamt 2005, S. 12; Stock 2005; Landesanstalt für Umwelt 2006; Regionalverband Südlicher Oberrhein 2006):

- Temperatur

- Anstieg der mittleren Temperaturen

Der Anstieg der mittleren Lufttemperatur wird sich auch in naher Zukunft vor allem in Baden-Württemberg deutlich fortsetzen. Die Zunahme fällt hier mit ca.

2 °C im Winterhalbjahr stärker aus als im Sommerhalbjahr mit ca. 1,4 °C (in der Region Südlicher Oberrhein ca. 1,3 bis 1,6 °C). Die Jahresmitteltemperatur in-sgesamt wird im Südlichen Oberrheingebiet um weitere 1,2 bis 1,8 °C zuneh-men.

- Veränderung der Temperaturextreme

Sowohl die jährliche Anzahl der Sommertage[8] als auch der Hitzetage[9] wird in Baden-Württemberg deutlich zunehmen. Für Freiburg ist beispielsweise mit ei-ner Verdoppelung der bioklimatisch besonders belastenden Hitzetage (von der-zeit 12 auf künftig 24 Tage pro Jahr) zu rechnen. Ein ähnlich starker Anstieg wird auch für sogenannte „Tropennächte“ erwartet, in denen die Tiefsttempera-turen nicht unter 20 °C fallen. Demgegenüber wird infolge des Klimawandels die Anzahl der Frosttage[10] sowie Eistage[11] deutlich abnehmen, bei Letzteren wird in Baden-Württemberg eine Abnahme auf etwa die Hälfte des heutigen Wertes erwartet. Spätfröste werden im Mittel künftig früher als heute eintreten.

- Wasserhaushalt

- Veränderungen der Niederschläge

Entsprechend dem bereits während des 20. Jahrhunderts feststellbaren Trend wird künftig, bei voraussichtlich in etwa gleichbleibenden Jahresniederschlags-summen, eine deutliche Änderung der Niederschlagsverteilung erwartet: Einer allgemeinen Abnahme der Niederschlagsmengen im Sommerhalbjahr steht ei-ne teilweise deutliche Zunahme der Winterniederschläge gegenüber. Im Südli-chen Oberrheingebiet kann die Zunahme zwischen 20 und 50 % betragen.

Die Häufigkeit von Starkniederschlägen (> 25 mm/Tag) wird im Winterhalbjahr regional variierend stark ansteigen. Ein besonders prägnanter Anstieg ist dabei in den Hochlagen des Schwarzwaldes zu erwarten, wo an einzelnen Stationen nahezu eine Verdoppelung der Anzahl von Tagen mit Starkniederschlag prog-nostiziert wird.

Insgesamt ist also künftig einerseits mit zunehmender Sommertrockenheit, an-dererseits mit intensiveren Winterniederschlägen zu rechnen.

- Veränderungen im Abflussregime der Fließgewässer

Durch die veränderten Niederschlagsverhältnisse und die aufgrund der Tempe-raturerwärmung verminderte Niederschlagsspeicherung in Form von Schnee werden sich deutliche Veränderungen im Abflussgeschehen der Fließgewässer in Baden-Württemberg ergeben. Insgesamt führen diese künftig zu einem stark variierenden Abflussregimen:

- Im Winterhalbjahr ist eine markante Erhöhung der mittleren Hochwas-serabflüsse zu erwarten. Dabei ist im Südschwarzwald aufgrund einer überdurchschnittlichen Zunahme der Winterniederschläge mit einem vergleichsweise starken Anstieg der Häufigkeit von Winterhochwassern zu rechnen. Aufgrund des insgesamt häufigeren Auftretens von West-wetterlagen werden vor allem kleine und mittlere Hochwasserereignis-se mit Schwerpunkt im Winterhalbjahr tendenziell zunehmen.
- Für das südliche Oberrheingebiet wird erwartet, dass hundertjährige Hochwasserabflüsse um rund 15 % und zehnjährige Hochwasserab-flüsse um rund 40 % zunehmen werden.
- In Verbindung mit der Verschiebung der Niederschläge vom Sommer-zum Winterhalbjahr wird damit gerechnet, dass die sommerlichen Nied-rigwasserabflüsse in vielen Fließgewässern abnehmen werden, am deutlichsten im Bereich des Schwarzwaldes. Im Zusammenwirken mit dem für viele Gewässer gleichzeitig erwarteten Ansteigen der maxima-len Wassertemperaturen werden erhebliche Gefährdungen der Gewäs-serlebensgemeinschaften befürchtet.

2.3.2 Auswirkungen

Nach dem derzeitigen Stand der Forschung ergeben sich in Baden-Württemberg und vor allem im Oberrheingebiet durch die Klimaveränderungen für den Menschen, für die Biodiversität und Ökosysteme sowie für Landnutzungen in den kommenden Jahrzehnten folgende Auswirkungen (Landesanstalt für Umwelt 2006; Umweltbundesamt 2005, S. 12):

- Die Zunahme von Extremereignissen (Hochwasser, Stürme) wird vor allem durch den Anstieg der Intensität der Ereignisse zu einer verstärkten Gefährdung von Leben und Gesundheit der Bevölkerung führen. Zudem wird eine Zunahme des Umfangs von Sachschäden befürchtet.
- Auch die prognostizierte steigende Häufigkeit und Intensität von sommerlichen Hitze-wellen, sowie der Anzahl von Hitzetagen wird eine zunehmende Gesundheitsgefahr darstellen. Die Vulnerabilität der Bevölkerung durch Wärmebelastungen wird landesweit um ca. 20 % zunehmen.
- Durch die Erwärmungstendenz sind erhebliche Auswirkungen auf die heimischen Tier-und Pflanzenarten, ihre Populationen sowie auf die natürlichen Ökosysteme insgesamt zu erwarten. Den zu erwartenden Verlusten bei heimischen Arten steht eine verstärkte Einwanderung und Ausbreitung gebietsfremder, vor allem wärmeliebender Arten, gege-nüber.
- Für die Landwirtschaft sind durch den Klimawandel teils günstige, teils nachteilige Wir-kungen zu erwarten: Generell werden durch die Erwärmung die Voraussetzungen für den Maisanbau im Oberrheingebiet verbessert, während der zunehmende sommerliche Trockenstress bei Weizen regional zu Ertragseinbußen führen kann. Im Bereich des Obstbaus ist zu befürchten, dass ein milderes Klima zu einer vermehrten Anfälligkeit gegenüber Schädlingen führt, während im Weinbau grundsätzlich eine Verbesserung der Anbaubedingungen zu erwarten ist. Erhöhte landwirtschaftliche Ertragsgefährdun-gen gehen allerdings von der erwarteten Zunahme extremer Wetterereignisse aus.
- Für die Forstwirtschaft werden aufgrund der sich im Jahresmittel wenig ändernden Nie-derschlagssummen bislang insgesamt weniger gravierende Änderungen der Produktivi-tät erwartet. Allerdings wird mit einem Anstieg der Risiken durch Schädlinge und Wet-terextreme gerechnet.
- Durch den zu erwartenden Klimawandel werden im Gegensatz zum Wintertourismus für den Sommertourismus in Baden-Württemberg eher positive Wirkungen prognostiziert. So ist im Schwarzwald mit einer Zunahme von Tagen mit günstigen Wetterverhältnis-sen für den Wandertourismus zu rechnen.

Bei diesen bislang vorliegenden Ergebnissen der regionalen Klimaforschung ist zu berück-sichtigen, dass sie sowohl methodisch als auch hinsichtlich der einbezogenen Randbedin-gungen (z.B. zur künftigen Emissionsentwicklung der Treibhausgase) Unsicherheiten bein-halten. Diese betreffen in erster Linie die Dimension künftiger Änderungen, nicht aber deren Tendenz.

3 Klimaschutzpolitik

Das Feld der Klimaschutzpolitik umfasst alle politischen Maßnahmen, die darauf abzielen, der anthropogenen globalen Erwärmung entgegen zu wirken, ihre Folgen für Mensch und Umwelt zu mindern oder zu verhindern. Diese Maßnahmen können auf internationaler, nationaler oder lokaler Ebene angesiedelt sein.

3.1 Internationaler Klimaschutz

Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf interna-tionaler Ebene zusammengefasst.

3.1.1 Klimarahmenkonvention

Die Klimarahmenkonvention (UNFCCC), die 1992 auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Zusammenarbeit (UNCEP) in Rio de Janeiro von fast allen Staaten unterzeichnet wurde und 1994 in Kraft getreten ist, hat laut Artikel 2 des Vertrages durch eine Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration eine nachhaltige Anpassung der Ökosysteme an die Klimaän-derungen zum Ziel, ohne dass die Nahrungsmittelerzeugung bedroht und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise fortgeführt werden kann (UNFCCC 1992, S. 5). Wie aus dieser Zielformulierung deutlich wird, legt die Konvention aus Rio de Janeiro lediglich eine all-gemeine Verständigung über die internationalen Ziele fest. Konkrete Angaben, mit welchen Instrumenten die Ziele zu erreichen sein sollen, beinhaltet die Rahmenkonvention nicht. Über die genaue Ausgestaltung wird auf den UN-Klimakonferenzen verhandelt.

Die Klimarahmenkonvention stützt sich auf das Prinzip der gemeinsamen Verantwortung, wel-che in unterschiedliche Verantwortlichkeiten unterteilt ist. Die Vertragspartner wurden zu die-sem Zwecke entsprechend ihrer CO2-Emissionen und wirtschaftlichen Stärke in drei Kategorien unterteilt: Annex I beinhaltet die Industriestaaten, Annex II fasst die OECD-Staaten[12] aller In-dustriestaaten zusammen. Annex III umfasst die Entwicklungs- und Schwellenländer. Die Staa-ten, die im Annex I und Annex II aufgelistet sind, tragen als die großen CO2-produzierenden, wirtschaftlich starken Staaten auch eine größere Verantwortung als diejenigen, die im Annex III aufgeführt sind. Da China und Indien zu den Annex III-Staaten zählen, sie jedoch über eine sehr starke und emissionsintensive Industrie verfügen, entstand in jüngster Zeit die Diskussion, ob der Status des Schwellenlandes noch zutreffend ist. Dementsprechend gibt es Bemühun-gen, den Status dieser beiden Staaten schnellstmöglich zu ändern.

Als Ziel der Klimarahmenkonvention wurde folgendes festgelegt:

"Das Endziel dieses Übereinkommens (...) ist es, (...) die Stabilisierung der Treibhausgaskon-zentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird." (UNFCCC 1992, S. 5).

Eine genaue Definition des Begriffes "gefährliche Störung des Klimasystems“ lässt die Konven-tion ebenfalls offen.

Um das Ziel der Klimarahmenkonvention zu erreichen, haben sich alle Unterzeichner verpflich-tet, Klimaschutzmaßnahmen einzuleiten: "Jede der Vertragsparteien beschließt nationale Politi-ken und ergreift entsprechende Maßnahmen zur Abschwächung der Klimaänderungen, indem sie ihre anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen begrenzt und ihre Treibhausgassen-ken und -speicher schützt und erweitert.“ (UNFCCC 1992, S. 7).

3.1.2 Konferenzen der Vertragsstaaten

Mit der Unterzeichnung der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen im Jahre 1992 in Rio de Janeiro wurde auf internationaler Ebene ein kontinuierlicher Verhandlungsprozess zum Schutz des Klimas ins Leben gerufen. Im Rahmen dieses fortlaufenden Prozesses werden jähr-lich im Rahmen einer Konferenz aller Vertragsstaaten (engl.: Conference of the Parties, COP) vielfältige Aspekte der internationalen Klimapolitik erörtert und dementsprechende Entschei-dungen getroffen.

Bei der ersten Vertragsstaatenkonferenz (COP 1) im Jahre 1995 in Berlin wurde anerkannt, dass die freiwillige Selbstverpflichtung der Industrieländer unzureichend für einen effektiven Klimaschutz ist. Daher sollte in einem Protokoll vereinbart werden, in welchem Umfang und auf welche Art die Länder ihre Treibhausgasemissionen reduzieren sollen. Bei der zweiten Ver-tragsstaatenkonferenz 1996 in Genf erklärten die dort vertretenen Umweltminister, dass die Ziele zur Reduktion bzw. zur Begrenzung von Treibhausgasen in diesem Protokoll rechtlich verbindlich ausgestaltet werden sollen. Aus diesem Verhandlungsprozess entstand schließlich 1997, auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz, das Kyoto-Protokoll (Bundesumweltministerium 2007).

Mit der im Dezember 2007 durchgeführten Konferenz (COP 13) auf Bali wurden weitere Schritte zur Reduzierung der Erderwärmung unternommen. Wenn auch konkrete Ziele einer Treibhaus-gasreduzierung lediglich in den Fußnoten der Abschlusserklärung festgehalten und nicht ver-bindlich vereinbart werden konnten, so wurde doch zumindest ein Fahrplan zu einem neuen Klimaschutzvertrag bis 2009 beschlossen werden (Bundesumweltministerium 2007).

3.1.3 Kyoto – Protokoll und flexible Mechanismen

Auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz im Jahr 1997 in Kyoto wurde für 35 Industrieländer eine Reduktion der CO2-Emissionen um insgesamt 5,2 % bis 2012 im Vergleich zum Referenz-jahr 1990 festgelegt. Für die teilnehmenden Länder wurden, entsprechend den Emissionsbei-trägen, unterschiedliche Reduktionszahlen festgelegt. Im Rahmen einer EU-internen Lastenver-teilung (Burden Sharing) haben die EU-Umweltminister für Deutschland eine Reduktionsquote von 21% festgelegt. Mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls auch durch Russland konnte das Protokoll am 16. Februar 2005 völkerrechtlich in Kraft treten. Alle Industriestaaten, die das Pro-tokoll ratifiziert haben, müssen die zugesagten Treibhausgasreduktionen in der ersten Verpflich-tungsperiode von 2008-2012 völkerrechtlich verbindlich umsetzten.

Allen Annex-B[13]-Ländern ist für die erste Verpflichtungsperiode eine zulässige Emissionsmenge an Treibhausgasen zugewiesen. Laut Artikel 17 ist es erlaubt, dass Annex-B Länder ihre Emis-sionsmenge selbst aufbrauchen oder Teile davon mit anderen Annex-B-Ländern handeln (Sek-retariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Das Instrument der Joint Implementation, in Artikel 6 des Kyoto-Protokolls festgelegt, ermöglicht es Annex-B-Ländern, gemeinsam Klimaschutz-Projekte durchzuführen. Dabei wird das Projekt, z.B. die Errichtung einer Windkraftanlage, zwar in Land A durchgeführt, aber von Land B finan-ziert. Die in Land A vermiedenen Emissionen darf das Land B in der Verpflichtungsperiode zu-sätzlich emittieren oder sich als Emissionsguthaben gutschreiben lassen. Land A wird eine ent-sprechende Menge an Emissionsrechten abgezogen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Der CDM ("Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung"), in Artikel 12 des Kyoto-Protokolls festgelegt, ermöglicht es Industrie- und Entwicklungsländern, gemeinsam Klima-schutzprojekte in den Entwicklungsländern durchzuführen. Dabei wird das Projekt vom Indust-rieland finanziert. Die hierdurch im Entwicklungsland vermiedenen Emissionen darf das Indust-rieland in der Verpflichtungsperiode entweder zusätzlich emittieren oder sich als Emissionsgut-haben gutschreiben lassen. Ein Teil der Finanztransfers im Rahmen der CDM-Projekte ("Share of proceeds") soll in einen Fonds zugunsten der am meisten vom Klimawandel betroffenen Staaten (insbesondere kleiner Inselstaaten) fließen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997).

Die Grundidee dieser Mechanismen ist, dass es zweitrangig ist, wo Emissionen abgebaut wer-den. Entscheidend ist nur, dass sie abgebaut werden.

3.1.4 Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IPCC)

Die Entwicklungen in der Klimapolitik werden begleitet durch das IPCC-Expertengremium. Das IPCC wurde 1988 gegründet und legt seitdem regelmäßig Sachstandberichte vor, die als wis-senschaftliche Basis die internationalen Klimaverhandlungen unterstützen. Die Ergebnisse des 4. Sachstandberichtes verdeutlichen, dass der Einfluss des Menschen auf das Klima wissen-schaftlicher Fakt ist. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Weltklimarates, der unter dem Dach der Vereinten Nationen arbeitet, sind eine entscheidende Grundlage für die internationale Klimapolitik der Europäischen Union und Deutschlands. Nur wenn die Erkenntnisse der interna-tionalen Wissenschaftsgemeinschaft in den politischen Prozess einfließen und die Empfehlun-gen umgesetzt werden, können effiziente Maßnahmen in Angriff genommen werden.

3.1.5 Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU

Im Februar 2007 hat der EU-Umweltrat Klimaschutzziele bis 2020 und ein Verhandlungspaket der EU für die Fortentwicklung des Klimaregimes nach 2012 verabschiedet. Den Staats- und Regierungschefs gelang der Durchbruch zu einer gemeinsamen europäische Klima- und Ener- giepolitik, deren Ziel es ist, den durchschnittlichen Temperaturanstieg gegenüber dem vorin-dustriellen Niveau auf höchstens 2 °C zu begrenzen.

Der Europäische Rat beschloss, dass die EU im Rahmen eines internationalen Abkommens ihre Treibhausgasemissionen um 30 % bis 2020 gegenüber 1990 senken wird, wenn sich ande-re Industriestaaten zu vergleichbaren Anstrengungen verpflichten und die Schwellenländer an-gemessen beitragen. Unabhängig von internationalen Vereinbarungen hat sich die EU bereits zuvor verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2020 um mindestens 20 % (gegenüber 1990) zu mindern. Weitere wichtige Elemente des Verhandlungspakets sind die Ausweitung des Kohlenstoffmarktes, deutlich höhere Anstrengungen bei der Anpassung an den Klimawan-del, eine verstärkte Technologiekooperation vor allem mit Entwicklungs- und Schwellenländern, die Begrenzung von Emissionen aus Entwaldung sowie aus dem Flug- und Schiffsverkehr (Bundesumweltministerium 2007).

3.2 Nationaler Klimaschutz

Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf nationa-ler Ebene zusammengefasst.

3.2.1 Ziele der Bundesregierung

Die Bundesregierung setzte sich im Jahr 2000 selbst das Ziel, die CO2-Emissionen bis 2005 gegenüber 1990 um 25 % zu vermindern. Dieses nationale Ziel änderte sich jedoch durch das Inkrafttreten des Kyoto-Protokolls. Deutschland hat sich im Rahmen der EU-Lastenteilung ver-pflichtet, bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 die Emission klimaschädlicher Gase um insgesamt 21 % gegenüber dem Jahr 1990 zu reduzieren. Im Zeitraum 1990 bis 2004 gingen die Treib-hausgasemissionen in Deutschland um rund 19 % zurück. Die reinen Kohlendioxidemissionen verringerten sich um 16 %. Bis zum Erreichen des international verbindlichen Klimaschutzziels von 21 % müssen jedoch weitere Anstrengungen unternommen werden, denn etwa die Hälfte der CO2-Minderungen in Deutschland geht nicht auf Energiesparmaßnahmen zurück, sondern auf den wirtschaftlichen Zusammenbruch in den neuen Bundesländern. Die Reduktion der Emissionen ist hier auf die Schließung von Fabriken und alten Kraftwerke zurückzuführen (Bundesumweltministerium 2007; Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsi-cherheit 2008b, S. 4).

3.2.2 Nationales Klimaschutzprogramm

Um diese Ziele zu erreichen, hat die Bundesregierung im Jahr 2000 ein Klimaschutzprogramm erarbeitet, das sowohl die Verdoppelung des Anteils erneuerbarer Energien in Deutschland bis 2010 als auch eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz mit entsprechend verstärktem Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung beinhaltet. Am 1. Januar 2005 trat das neue Instrument des Emissionshandels in Kraft. Der Emissionshandel bewirkt einen zusätzlichen Anreiz für mehr energieeffiziente Technologien sowie eine Verminderung des Energieverbrauchs. Auf diese Weise können die Treibhausgasemissionen der Industrie begrenzt und gleichzeitig Kosten ge-senkt werden.

Das Nationale Klimaschutzprogramm wurde im Jahr 2005 fortgeschrieben. Dabei wurde zu-nächst überprüft, welche konkreten Maßnahmen zu welchen Treibhausgasminderungen geführt haben.

Tabelle 1: Entwicklung der CO 2 -Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland (Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 11).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 zeigt, dass vor allem die CO2-Emissionen in den Sektoren Gewerbe, Industrie und Energieerzeugung rückläufig sind. Im Sektor Haushalte, welcher hohe und noch ungenutzte Einsparpotentiale birgt, wurde lediglich eine Reduktion um 5,3 % erreicht. Auf Basis dieser Er-gebnisse wurde im Nationalen Klimaschutzprogramm der weitere Handlungsbedarf identifiziert und ein entsprechender Maßnahmenkatalog vorgelegt. Der Katalog enthält beispielsweise För-derprogramme für die Gebäudewärmedämmung und die Nutzung von erneuerbaren Energien (Kap. 3.2) sowie Maßnahmen zur technischen Verbesserung von Fahrzeugen und Kraftstoffen (Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 12).

3.2.3 8-Punkte-Plan

Leichte Einbrüche der Klimabilanz im Jahr 2006 wurden von Bundesumweltminister Sigmar Gabriel unter anderem auf den nicht ausreichenden Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung und mangelnden Erfolg des Emissionshandels zurück geführt. Um nicht weiter in Rückstand zu ge-raten, stellte Gabriel am 03. April 2007 in seiner Regierungserklärung den 8-Punkte-Plan vor, durch den eine Minderung der CO2-Emissionen in Deutschland bis zum Jahr 2020 von insge-samt 40 % gegenüber 1990 erreicht werden sollen.

Der 8-Punkte-Plan beinhaltet folgende Regelungen(Umweltministerium Baden-Württemberg 2008):

1. Reduktion des Stromverbrauchs um 11 % durch massive Steigerung der Energieeffi-zienz
2. Erneuerung des Kraftwerkparks durch effizientere Kraftwerke
3. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf über 27 %
4. Verdopplung der effizienten Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung auf 25 %
5. Reduktion des Energieverbrauchs durch Gebäudesanierung, effiziente Heizungsanla-gen und in Produktionsprozessen
6. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf 14 %
7. Steigerung der Effizienz im Verkehr und Steigerung des Anteils der Biokraftstoffe auf 17 %
8. Reduktion der Emissionen von anderen Treibhausgasen (z.B. Methan).

3.2.4 Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung

Ergänzend zum 8-Punkte-Plan legte die Bundesregierung ein umfassendes Maßnahmenpaket vor, das aus 14 Gesetzen und Verordnungen und sieben weiteren Maßnahmen besteht. Sowohl anspruchsvolle Klimaschutzziele als auch Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien und die Steigerung der Energieeffizienz sollen mit diesem Maßnahmenpaket erreicht werden (Um-weltministerium Baden-Württemberg 2008).

3.3 Kommunaler Klimaschutz in Freiburg

Viele Städte und Gemeinden haben sich hohe Klimaschutzziele gesetzt. Die Stadt Freiburg und mehr als 1400 weitere Städte, Gemeinden und Landkreise in Europa sind seit seiner Gründung 1990 dem Bündnis „Alianza del Clima“ beigetreten. Dieser Zusammenschluss europäischer Städte und Gemeinden, welcher eine Partnerschaft mit indigenen Völkern der Regenwälder eingegangen ist, hat die Erhaltung des globalen Klimas als gemeinsames Ziel. Das Ziel der Bündnispartner ist die 5-jährliche Reduktion der Emissionen der Industrieländer um 10 % und der Schutz der Regenwälder. Handlungsschwerpunkte sind dabei das Engagement auf lokaler Ebene. Die Initiative versteht sich als Teil der Bemühungen um nachhaltige Entwicklung und Gerechtigkeit zwischen Industrie- und Entwicklungsländern (Alianza del Clima e.V. 2008).

Neben Freiburg haben sich weltweit mehr als 550 Kommunen ICLEI angeschlossen, dem „International Council for Local Environmental Initiatives“, dessen europäisches Sekretariat sich in Freiburg befindet und welches sich weltweit für den Klimaschutz auf kommunaler Ebene ein-setzt. Ziel ist der Aufbau und die Unterstützung einer weltweiten Bewegung von Kommunen, um durch die Gesamtheit lokaler Aktivitäten greifbare Verbesserungen der weltweiten Nachhaltig-keit, mit besonderem Blick auf die globalen Umweltbedingungen, zu erzielen (Umweltministe-rium Baden-Württemberg 2008).

Freiburger Klimaschutzprogramm

Die Klimaschutz-Strategie der Stadt Freiburg basiert auf der Grundlage eines umfassenden Klimaschutz-Konzeptes aus dem Jahr 1996, welches als Ziel festgelegt, die CO2-Emissionen in Freiburg bis zum Jahr 2010 um 25 % gegenüber dem Jahr 1992 zu verringern. Hierfür wurden im Vorfeld die klimarelevanten Emissionen Freiburgs ermittelt. Im Ergebnis wurde für das Basis-jahr 1992 festgestellt, dass ca. 75 % der Emissionen in den Sektoren Haushalte, Industrie und Kleinverbraucher entstehen und ca. 25 % im Verkehrssektor. Die Gesamtemissionen lagen bei knapp 2 Mio. t CO2 pro Jahr. Als weiteres Ziel hat sich die Stadt Freiburg gesetzt, bis zum Jahr 2010 einen Anteil von 10 % des Strombedarfs im Stadtgebiet aus erneuerbaren Energien zu decken und gleichzeitig eine Reduktion des Strombedarfs im Stadtgebiet um 10 % durch Aktio-nen und Kampagnen zu erreichen.

Neue Zieldefinition seit 2007: mindestens 30 % bis 2030

Angesichts der Bedeutung des Klimaschutzes hielt die Stadt Freiburg eine strategische Weiter-entwicklung der städtischen Klimaschutzpolitik für notwendig, um die möglichen kommunalen Klimaschutzbeiträge umzusetzen. Im Juni 2007 wurde daher die Aktualisierung des städtischen Klimaschutzziels in einer mittel- bis langfristigen Betrachtung beschlossen. Das neue städtische Klimaschutzziel sieht eine Reduktion der CO2-Emissionen in Freiburg von mindestens 30 % bis 2030 (gegenüber 1992) vor. Diese ehrgeizige Zielsetzung kann nur erreicht werden, wenn die Stadt, die politischen Akteure und die Bürgerschaft dem Klimaschutz absolute Priorität einräu-men. Voraussetzung ist, dass die nationalen und internationalen Rahmenbedingungen deutlich verbessert werden.

Die Schwerpunkte kommunaler Klimaschutzpolitik sollen im Zeitraum bis 2030, wie auch schon in der Vergangenheit, in den Bereichen Energieeffizienz und Einsparung im Gebäudebestand und im Neubaubereich, im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung, dem Ausbau der erneuerbaren Energien und im Verkehrsbereich (Weiterentwicklung ÖPNV und Stadt der kurzen Wege) liegen (Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007, S. 12).

Konzessionsabgabe für Klimaschutz

Um die angestrebten Klimaschutzziele erreichen zu können, sind zusätzliche Finanzmittel er-forderlich. Da der Energieverbrauch Hauptverursacher der CO2-Emissionen in Freiburg ist, ist es politisch folgerichtig, Mittel, die der Stadt aus dem Energieverkauf der Badenova AG über die Konzessionsabgabe zufließen, zweckgebunden für zusätzliche neue Klimaschutzvorhaben einzusetzen. Deshalb werden ab dem Jahr 2008 jährlich 10 % der Konzessionsabgabe der Badenova AG (derzeit rund 1,2 Mio. Euro pro Jahr) für zusätzliche städtische Klimaschutzpro-jekte schwerpunktmäßig im Verkehrs- und Gebäudebereich eingesetzt (Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007, S. 12).

12-Punkte-Programm für 2009 / 2010

Das 12-Punkte-Programm beinhaltet die wichtigsten Schwerpunktbereiche der städtischen Kli-maschutzpolitik für die Jahre 2009 und 2010. Es handelt sich hierbei um Maßnahmen, die hohe Priorität haben, da sie bezüglich der Reduktion von Emissionen einen erheblichen Beitrag leis-ten können, oder weil Kosten und Nutzen in einem besonders günstigen Verhältnis stehen. Vor allem sind die Punkte 5, 6, 9, 10 für die bauliche Optimierung, sowie der Punkt 11 zur Übertra-gung des Leitgedanken in die Öffentlichkeit wichtig. Im Einzelnen umfasst dies die folgenden, in Tabelle 2 dargestellten Vorhaben.

Klimaschutzpolitik 30

Tabelle 2: 12-Punkte-Programm zur Klimapolitik der Stadt Freiburg (Datengrundlage: Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007; Graphik: eigener Entwurf).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4 Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz

Bei der Suche nach Möglichkeiten zur Reduktion des Eingriffes in den natürlichen Kohlenstoff-kreislauf spielen nicht nur die Emissionen aus der Energiegewinnung und des Industrie- und Verkehrssektors eine wichtige Rolle. Vor allem Der Sektor Haushalte weist durch den hohen Energiebedarf zur Bereitstellung der Raumwärme gegenüber Industrie, Verkehr und GHD (Ge-werbe, Handel, Dienstleistung) den höchsten Endenergieverbrauch auf. Es stellt sich die Frage, welche Einsparpotentiale Gebäude, in denen wir leben und arbeiten, beinhalten und wie diese vor dem Hintergrund zu Neige gehender fossiler Ressourcen und steigenden Energiepreisen umgesetzt werden können. Die Entwicklungen des letzten Jahrzehnts im Gebäudesektor zei-gen, dass Energieeffizienz vor allem in Bürogebäuden bereits zum Aushängeschild und Quali-tätsmerkmal avanciert. Eine ähnliche Entwicklung findet im Wohngebäudesektor seit der Ein-führung des Energieausweises für Wohngebäude statt, welche teils auf gesetzliche Vorgaben, teils auf ökonomische Vorteile auf Grund steigender Energiepreise und teils auf ein wachsen-des ökologisches Bewusstsein in der Bevölkerung zurückzuführen ist. Der Begriff des Passiv-hauses, das Wissen um verschiedene Dämmmaterialien und der Besitz von Energieausweisen wird künftig zum Allgemeingut werden. Die fortschreitende Sanierung im Altbestand und effi-zientere Neubauten stellen eine Herausforderung für Eigentümer, Mieter, Planer und Politik dar. Dieses Kapitel zur Bedeutung des Gebäudesektors beinhaltet die Entwicklung des Energiebe-darfs des letzten Jahrhunderts und stellt dabei die Rolle des Gebäudesektors dar. Weiterhin werden Maßnahmen und Technologien für Bau und Bewirtschaftung von Wohngebäuden, die zur Reduktion des Energieverbrauches beitragen, vorgestellt.

4.1 Energie als Schlüssel zum Klimaschutz

4.1.1 Veränderung des Kohlenstoffkreislaufes

Die in den letzten 200 bis 100 Jahren billig und leicht verfügbar gewordenen fossilen Energie-träger lösten die langsame Entwicklung der Menschheit, die durch die begrenzt verfügbare menschliche Arbeitskraft gebremst wurde, durch einen rasanten Fortschritt mit Hilfe des Kraft-werk- und Motoreneinsatzes ab. Der effektivere Einsatz der menschlichen Arbeitskraft führte zu einer immer schnelleren Entwicklung der Industrialisierung, der Landwirtschaft und der Weltbe-völkerung. Das Bevölkerungswachstum führte wiederum zu steigendem Bedarf an Rohstoffen und Energie. Diese Entwicklungen ermöglichten einerseits hohen Wohlstand in den Industrie-ländern, andererseits verursachen sie Armut in Entwicklungsländern, sowie Krieg und Umwelt-probleme von regionalem und globalem Ausmaß. Die Freisetzung von Schwefel- und Stickoxi-den, flüchtigen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid beeinträchtigt Luft, Wasser, Böden und damit die Lebensbedingungen für Flora und Fauna.

Die Emissionen von Kohlendioxid, dem unvermeidlichen Verbrennungsprodukt von Kohlenstoff, bewirkt seit Mitte des letzten Jahrhunderts einen stetigen Anstieg des Kohlendioxidanteils in der Atmosphäre. Der natürliche Kohlenstoffkreislauf wird somit anthropogen beeinflusst. Der Aus-tausch des natürlichen Kohlenstoffkreislaufes der Erde findet zwischen den großen Kohlenstoff-reservoiren Biosphäre, Atmosphäre, Ozeane und Lithosphäre statt. Über Jahrzehnte bis Jahr- hunderte hinweg betrachtet, sind die Hin- und Rückflüsse zwischen den verschiedenen Reser-voiren ausgeglichen. So z.B. die jährliche Kohlendioxid-Entnahme aus der Atmosphäre (ca. 120 Mrd. t Kohlenstoff) zur Photosynthese neuer Biomasse und die jährliche Kohlendioxid-rückgabe an die Atmosphäre durch Transpiration (ca. 60 Mrd. t Kohlenstoff) und Verwesung von Biomasse (ca. 60 Mrd. t Kohlenstoff). Über die Neo-Warmzeit der letzten 10.000 Jahre blieb bis vor etwa 200 Jahren der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre bis auf Schwankungen innerhalb weniger Prozent konstant bei etwa 600 Mrd. t Kohlenstoff, einem Kohlendioxid-Anteil von 0,28 Promille am Luftvolumen. Während der letzten 200.000 Jahre variierte der Kohlendio-xid-Gehalt der Atmosphäre zwischen knapp 0,3 Promille während der heutigen Neo- und der nächst zurückliegenden Eem-Warmzeit vor ca. 120.000 Jahren. Die Variation zwischen den der beiden Warmzeiten jeweils vorangegangenen Eiszeiten (Riß- und Würmeiszeit) betrug etwa 0,2 Promille. Diese Änderungen des Kohlendioxidgehaltes der Luft stehen im Zusammenhang mit der reduzierten Intensität des Pflanzenwachstums während der Eiszeiten und mit dem Kohlens-toffaustausch in Ozeanen und Meeressedimenten (Heinloth 1997, S. 192–195).

Seit etwa 200 Jahren bewirkt der Mensch einen stetigen Anstieg des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre. Im 19. Jahrhundert hing dies vorwiegend mit der Ausweitung der Landwirt-schaft zusammen. Entwaldung und der Abbrand von Holzvorräten, sowie die Bearbeitung der Böden und damit die Freisetzung von etwa der Hälfte des Kohlenstoffgehalts des Bodens ver-ursachten einen Anstieg des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre von 0,28 Promille auf 0,3 Promil-le. Innerhalb der letzten hundert Jahre wurde durch die Verbrennung fossiler Energieträger der Kohlendioxidgehalt der Luft auf 0,36 Promille bis zum Jahre 1995 und auf 0,385 Promille bis Anfang des Jahres 2009 angehoben (NOAA 2009; Heinloth 1997, S. 193). Zurzeit werden jähr-lich durch Abbrand von Kohle, Erdöl und Erdgas etwa 22 Mrd. t Kohlendioxid, durch Entwal-dung und Bodenerosion weitere ca. 7 Mrd. t Kohlendioxid in die Atmosphäre eingebracht. Dies entspricht einem Vielfachen der jährlichen natürlichen Kohlendioxidfreisetzungen durch Vulkan-ausbrüche von im Mittel 0,02-0,13 Mrd. t Kohlendioxid (Heinloth 1997, S. 193–194).

Dank seiner Fähigkeit das Treibhausgas CO2 zu binden, hat der Wald mit Beginn der ersten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolles am 1. Januar 2008 eine neue Bedeutung erhalten. Da Wälder als Teil der Biosphäre eine der wichtigsten aktuellen Kohlenstoffsenken darstellen, spielen sie eine wichtige Rolle in Konzepten zur Darstellung des ökologischen Fußabdrucks einer zu analysierenden Region. Die so genannte CO2-Absorptionsfläche verdeutlicht, wie viel Waldfläche notwendig wäre, um die klimawirksamen Emissionen in Form von Biomasse zu binden, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) in die Atmosphäre ge-langen.

Die Waldvegetation ist in der Lage, Kohlendioxid direkt aus der Luft aufzunehmen und den Koh-lenstoff in Biomasse zu speichern. Wälder spielen somit im Klimasystem eine vielfältige Rolle. Zum einen tauschen sie Kohlenstoff mit der Atmosphäre aus und sind damit vermutlich für den größten Teil des Kohlenstoffaustausches der Landökosysteme verantwortlich (total rund 440 Mrd. t CO2/Jahr), ein Austausch, der noch grösser ist als derjenige der Meere (ca. 330 Mrd. t CO2/Jahr) (Fischlin et al. 2006, S. 45). Desweiteren speichern die Landökosysteme ober- und unterirdisch etwa das Viereinhalbfache des heutigen Kohlenstoffgehaltes der Atmosphäre, rund die Hälfte davon ist in Wäldern zu finden (Fischlin 2007, S. 211–272).

[...]


[1] Um das irdische und solare Spektrum prägnant zu unterscheiden, wird das terrestrische Spektrum (ca. 3 – 60 µm, Max. bei 10 µm) als langwellig, das solare Spektrum (ca. 0 – 3 µm, Max. bei 0,5 µm) als kurzwellig bezeichnet (Häckel 1999, S. 181).

[2] Die Strahlungsenergie, die am Rande der Atmosphäre pro Sekunde auf 1 m2 senkrechte Fläche fällt, beträgt rund 1360 W/m2. Um das räumlich-zeitliche Mittel der Solarkonstanten für die rotierende Erde zu bestimmen, wird diese Solarkonstante von der senkrecht zur Solarstrahlung stehenden Kreisfläche auf die Erdkugel umgerechnet, d.h. 342 W/m2 (Malberg 2002, S. 38).

[3] Ein energetischer Gleichgewichtszustand kann sich nur einstellen, wenn die Bodentemperatur sich er-höht und damit nach dem Planckschen Gesetz eine erhöhte Abstrahlung möglich wird.

[4] Das plancksche Strahlungsgesetz beschreibt die Intensitätsverteilung der Energie in Abhängigkeit von der Wellenlänge, die von einem schwarzen Körper – einer idealen Strahlungsquelle – bei einer be-stimmten Temperatur abgestrahlt werden.

[5] Exzentrizität: Variation des Radius der Erdumlaufbahn um die Sonne mit einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren.

[6] Direkte Emissionen berücksichtigen nicht die Vorketten. Sie beinhalten weder die Emissionen aus dem Stromsektor für den verbrauchten Strom in den Sektoren Gebäude, Industrie und Landwirtschaft noch die Emissionen aus Raffinerievorgängen, die Treibstoff für den Verkehrssektor liefern.

[7] Im Protokoll von Kyoto verpflichten sich die Industriestaaten, ihre gemeinsamen Emissionen der wich-tigsten Treibhausgase im Zeitraum 2008 bis 2012 um mindestens 5% unter das Niveau von 1990 zu senken. Dabei haben die Länder unterschiedliche Emissionsreduktionsverpflichtungen akzeptiert (UNFCCC 05.2008).

[8] Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 25 °C.

[9] Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 30 °C.

[10] Minimaltemperaturen < 0 °C.

[11] Höchsttemperaturen < 0 °C.

[12] Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) ist eine Internationale Organisation mit 30 Mitgliedsländern, die sich Demokratie und Marktwirtschaft verpflichtet fühlen. Die meisten OECD-Mitglieder gehören zu den Ländern mit hohem pro-Kopf-Einkommen und gelten als entwickelte Länder.

[13] Diese Bezeichnung stammt aus dem Kyoto-Protokoll: Annex A listet die sechs Treibhausgase auf, für welche die im Protokoll festgeschriebenen Emissionsreduktionen gelten sowie die sektoralen Emissi-onskategorien. Annex B listet die Emissionsreduktionspflichten der Länder auf, die sich zu verbindli-chen Reduktionen verpflichtet haben.

Ende der Leseprobe aus 138 Seiten

Details

Titel
Energieeinspar- und Klimaschutzpotentiale der Gebäudetypologie der Stadt Freiburg i. Br.
Untertitel
Eine GIS-gestützte Analyse
Hochschule
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg  (Institut für physische Geographie)
Note
1,3
Autor
Jahr
2009
Seiten
138
Katalognummer
V128491
ISBN (eBook)
9783640341320
ISBN (Buch)
9783640337163
Dateigröße
11861 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
GIS, Klimaschutz, Gebäudetypologie, Energieeffizienz, Umweltschutz, Stadtplanung, Klimaschutzpotenzial, Ressourcenschutz, Regenerative Energien, Erneuerbare Energien, Klimawandel, Freiburg, Baden Württemberg, Deutschland, Energie, Wärmedämmung, Quartiersentwicklung, Nachhaltigkeit, Nachhaltige Quartiersentwicklung
Arbeit zitieren
Sven Fitz (Autor:in), 2009, Energieeinspar- und Klimaschutzpotentiale der Gebäudetypologie der Stadt Freiburg i. Br., München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/128491

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