Die „Energiewende“ ist aus der politischen und gesellschaftlichen Diskussion nicht mehr wegzu-denken. Dabei hat der Begriff nach dem Super-GAU im japanischen Fukushima und der damit verbundenen Ankündigung zum Atomausstieg massiven Einzug in die öffentliche Diskussion gefunden. In dem Ende 2013 ausgehandelten, fast 200 Seiten starkem Koalitionsvertrag zwischen der CDU/CSU und der SPD wird der Begriff 32-mal erwähnt.1 Dort wird folgende Ausführung dargelegt: „Die Senkung des Energieverbrauchs durch mehr Energieeffizienz muss als zentraler Bestandteil der Energiewende mehr Gewicht erhalten. Fortschritte bei der Energieeffizienz erfordern einen sektorübergreifenden Ansatz, der Gebäude, Industrie, Gewerbe und Haushalte umfasst und dabei Strom, Wärme und Kälte gleichermaßen in den Blick nimmt. Ausgehend von einer technisch-wirtschaftlichen Potenzialanalyse wollen wir Märkte für Energieeffizienz entwickeln und dabei alle Akteure einbinden.“2 Fast in einem Atemzug mit dem Begriff „Energiewende“ wird der Einsatz und Ausbau von „Erneuerbaren Energien“ genannt, gefordert und gefördert, wobei der Rahmen von dem Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) festgesteckt ist. Die Umgestaltung der lokalen wie auch globalen Energiesysteme stellt eine in ihrem vollen Umfang kaum zu erfassende Herausforderung dar, die in den kommenden Jahrzehnten gemeistert werden muss, wenn man den wachsenden Energiebedarf entgegentreten will. Mit der Industriellen Revolution stieg der Bedarf an Energie immens und es fand ein fundamentaler Wandel statt.3 Um den in diesen Zeitraum enorm gestiegenen Energiebedarf zu stillen, konnte nicht mehr wie zuvor auf nachhaltige Quellen, wie z.B. Holz, zurückgegriffen werden, sondern es bedurfte der Erschließung neuer Ressourcen, den sogenannten fossilen Brennstoffen. Naturgemäß sind diese in Jahrmillionen entstandenen Rohstoffe nur im begrenzten Maße zugänglich und somit endlich. In einem im Vergleich zum Entstehungsprozess der Rohstoffe extrem kurzen Zeitraum von wenigen hundert Jahren ist ein großer Anteil dieser Ressourcen schon jetzt aufgebraucht. Gleichzeitig einhergehend mit der Verknappung der fossilen Brennstoffe, wächst die Weltbevölkerung jedes Jahr um ca. 70 Millionen Menschen, sodass man im Jahr 2050 eine Weltbevölkerungszahl von ca. 9 Milliarden Menschen zu erwarten hat.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Vorstellung, Definition und Abgrenzung von Grundbegriffen
2.1 Energie
2.1.1 Primär-, Sekundär-, End- , Nutzenergie und graue Energie
2.2 Quantitative und physikalische Größen
2.2.1 Energiefaktoren und Wirkungsgrad
2.2.2 Größen in der Energieeinsparverordnung
2.3 Fossile Energie
2.4 Erneuerbare bzw. regenerative Energien
3 Energiebilanzen von Wohnhäusern und Wohnhaus-Standards
3.1 KfW-Effizienzhausstandard
3.2 Passivhaus-Standard
3.3 Nullenergiehaus, Nullheizenergiehaus, Plusenergiehaus und energieautarkes Haus
3.4 Energieeffizienzklassen
4 Methoden zur Verbesserung der Energieeffizienz und deren physikalischen Grundlagen
4.1 Baustoffe – Konstruktion –Dämmung
4.2 Gebäudetechnik – Lüftung mit Wärmerückgewinnung
4.3 Kraft-Wärme-Kopplung - Blockheizkraftwerk
4.4 Geothermie – Wärmepumpe
4.4.1 Kompressionswärmepumpe
4.4.2 Absorptionswärmepumpe
4.4.3 Wasser-Wasser-/Sole-Wasser-/Luft-Wasser-Wärmepumpe
4.5 Energiespeicher
4.5.1 Wärmespeicher bzw. thermische Speicher
4.6 Solare Energie
4.6.1 Solarthermie
4.6.2 Photovoltaik
4.7 Windenergie
5 Vergleichsrechnung verschiedener Standards
5.1 Wärmeschutzmaßnahmen mit deren Mehrkosten zum EnEV-Standard
5.2 Heizungssysteme im Vergleich
6 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit analysiert die effiziente Gestaltung von Wohngebäuden unter dem Aspekt der Energieeffizienz. Ziel ist es, moderne Methoden, deren physikalische Grundlagen sowie den Einfluss auf die Energiebilanz von Wohngebäuden von der Energieeffizienz bis hin zur Energieneutralität zu bewerten.
- Energiebilanzen und Energiestandards von Wohngebäuden (z. B. Passivhaus, KfW-Effizienzhaus).
- Physikalische Grundlagen der Dämmung und Baukonstruktion.
- Einsatz effizienter Gebäudetechnik (Lüftung mit Wärmerückgewinnung, KWK, Wärmepumpen).
- Nutzung erneuerbarer Energien (Solarthermie, Photovoltaik, Windenergie).
- Wirtschaftliche Analyse von Investitionskosten und Energieeinsparpotenzialen.
Auszug aus dem Buch
4.1 Baustoffe – Konstruktion –Dämmung
Legt man den Fokus auf Heizenergie zur Bilanzierung der Gebäudeenergie, so stellt man schnell fest, dass die wohl herausragende Rolle der Gebäudehülle und die Verluste durch Transmission über diese zukommt. Die Energieeffizienz lässt sich aus dieser Hinsicht steigern, indem man die Wärmeverluste durch Transmission, also Wärmeleitung, durch Bau- und Konstruktionsteile durch geeigneten Materialeinsatz und Dämmstärken reduziert bzw. minimiert. Der Transmissionswärmestrom ̇ ist proportional zur Temperaturdifferenz und zur durchflossenen Fläche A. Als Propotionalitätsfaktor kann man dabei den U-Wert ausmachen. Unter Vernachlässigung von Wärmebrücken kann man einen über die thermische Hülle gemittelten Um für ein Gebäude angeben. Eine Reduktion der Fläche führt durch die lineare Proportionalität dazu, dass die Transmissionsverluste ebenso reduziert werden würden. Das beste Verhältnis zwischen Oberfläche und eingeschlossenes Volumen bietet die Kugel. Natürlich ist es eher unüblich, Gebäude kugelförmig zu gestalten, dennoch wird ein kleines A/V-Verhältnis angestrebt.
Den größten Handelsspielraum zur Beeinflussung der Transmissionswärmeverluste bietet also der Wärmedurchgangskoeffizient, der U-Wert. Im Unterabschnitt 2.2.2 wurde der Begriff definiert. Ein einfaches Beispiel wurde in Anhang A.3 erläutert. Der Wert wird neben den geometrischen Größen, z.B. der Dicke, auch von den Materialeigenschaften wie der thermischen Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit) bestimmt. Bei mehrschichtigen Bauteilen sind es natürlich die Wärmeleitfähigkeiten der einzelnen eingesetzten Materialien. In den U-Wert gehen auch die Wärmeübergangskoeffizienten ein, die den Übergang von dem Bauteil, einem Festkörper zum Fluid, z.B. Luft erfassen. Neben der Wärmeleitung, die im Inneren der Bauteile, also im Festkörper, stattfindet und ein rein energetischer Transport ist, wobei kein Stoff- bzw. Massentransport erfolgt, gibt es noch zwei weitere Wärmetransportmechanismen. Zum einen ist es die Konvektion, manchmal auch Wärmeströmung genannt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung stellt das Thema Energiewende und die damit verbundene Notwendigkeit einer effizienten Gestaltung von Wohngebäuden vor.
2 Vorstellung, Definition und Abgrenzung von Grundbegriffen: In diesem Kapitel werden wesentliche Begriffe wie Energieformen, physikalische Größen und die Energieeinsparverordnung erläutert.
3 Energiebilanzen von Wohnhäusern und Wohnhaus-Standards: Hier werden verschiedene Wohnhaus-Standards (z.B. KfW, Passivhaus, Nullenergiehaus) energetisch eingeordnet und verglichen.
4 Methoden zur Verbesserung der Energieeffizienz und deren physikalischen Grundlagen: Das Kapitel behandelt bauliche und technische Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz, unterteilt in Dämmung, Gebäudetechnik, KWK, Wärmepumpen und erneuerbare Energien.
5 Vergleichsrechnung verschiedener Standards: Dieses Kapitel analysiert ökonomische Aspekte und führt Vergleichsrechnungen für unterschiedliche Gebäudetypen und Energiestandards durch.
6 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließende Zusammenfassung der wesentlichen Erkenntnisse und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen im Bereich der Sanierung und Energieeffizienz.
Schlüsselwörter
Energieeffizienz, Energiewende, Gebäudehülle, Dämmung, Wärmepumpe, Passivhaus, Nullenergiehaus, Photovoltaik, Solarthermie, EnEV, Wärmedurchgangskoeffizient, Kraft-Wärme-Kopplung, Transmission, Lüftung mit Wärmerückgewinnung, Primärenergie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den technischen Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz von Wohngebäuden und der Analyse von energetischen Standards im Kontext der Energiewende.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Schwerpunkte liegen auf der energetischen Bilanzierung von Gebäuden, baulichen Dämmmaßnahmen, effizienter Gebäudetechnik, dem Einsatz regenerativer Energien sowie der wirtschaftlichen Bewertung dieser Maßnahmen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Vorstellung und Bewertung technischer Potenziale, um den Energieverbrauch von Wohngebäuden durch Optimierung von Baustoffen und Anlagentechnik signifikant zu senken.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden physikalische Grundlagen analysiert, aktuelle technische Standards (z.B. EnEV, KfW) gegenübergestellt und mittels Vergleichsrechnungen die ökonomische Effizienz verschiedener Gebäudekonzepte bewertet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Definition von Grundbegriffen, die Darstellung verschiedener Wohnhaus-Standards sowie eine detaillierte Untersuchung von Methoden zur Effizienzsteigerung, wie Dämmung, Lüftungstechnik, KWK und Nutzung solarer/geothermischer Energien.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Energieeffizienz, Gebäudehülle, U-Wert, Primärenergiebedarf, regenerative Energien und die Wirtschaftlichkeit von Sanierungsmaßnahmen.
Warum ist das Passivhaus von besonderer Bedeutung in dieser Arbeit?
Das Passivhaus dient als Referenzstandard für eine extrem effiziente Gebäudehülle, die so geringe Heizwärmelasten erzeugt, dass auf konventionelle Heizsysteme nahezu verzichtet werden kann.
Welche Rolle spielt die Wärmerückgewinnung bei der Lüftung?
Die kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung ist entscheidend, um Lüftungswärmeverluste, die in hochgedämmten Gebäuden den Hauptanteil der Verluste ausmachen, deutlich zu reduzieren.
Warum werden Investitionskosten im Vergleich zu Einsparungen betrachtet?
Um die Amortisation zu bewerten, da Maßnahmen wie verbesserte Dämmung oder spezielle Heizsysteme zwar Mehrkosten in der Anschaffung verursachen, jedoch über die Lebensdauer durch geringere Verbrauchskosten ökonomisch sinnvoll sein können.
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- Omed Ruhin (Author), 2014, Technische Möglichkeiten der energieeffizienten bzw. energieneutralen Wohngebäudeplanung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/285033
