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Energiestrategie für Wohngebäude

Mit Energieeffizienz und Erneuerbarer Energie zum Gebäude der Zukunft

Bewertungsprogramme als Planungs- & Entscheidungshilfe von Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. mont. Gerhard Faninger, einem Mitglied des wissenschaftlichen Beirats der AEE INTEC

Langfristiges Ziel aller Maßnahmen im Gebäudesektor ist es, fossile Energieträger bis zum Jahre 2050 zu 100% durch Erneuerbare Energieträger zu ersetzen: „Österreichische Energiestrategie 2050“. Für die Realisierung dieser Zielvorgabe ist es erforderlich, auf der Basis bereits existierender Konzepte und Betriebsdaten geeignete Lösungen zu entwickeln, welche den energetischen und ökologischen Vorgaben gerecht werden und auch im wirtschaftlich vertretbaren Rahmen umsetzbar sind. Der Bewertung und Analyse von Energiesystemen kommt in der Planungsphase eine besondere Bedeutung zu.

Energiestrategie Wohngebäude.pdf

Ziel: Nachhaltige Wohngebäude

Etwa ein Drittel des Energieaufkommens in Österreich beansprucht der Gebäudesektor für das Wärmeaufkommen. Damit sind Gebäude ein wichtiger Bereich für Maßnahmen zur Energieeffizienz und Einsatz Erneuerbarer Energieträger als entscheidender Beitrag zur Substitution fossiler Energieträger und zur Reduktion energiebedingter und umweltrelevanter Treibhausgas-Emissionen.
Für den Gebäudebereich existieren markterprobte Techniken zur Steigerung der Energieeffizienz (Wärmedämmung der Gebäudehülle, energieeffiziente Heizungstechniken, stromsparende Haushaltsgeräte) und es bieten sich gute Voraussetzungen für den Einsatz erneuerbarer, lokal verfügbarer Energieträger zur Wärmeversorgung (über thermische Solaranlagen, biogene Heizungstechniken, Wärmepumpen mit Nutzbarmachung von Umweltwärme) und zur Stromversorgung (über solarelektrische Anlagen – Photovoltaikanlagen) an. Insbesondere im Gebäudebereich lässt sich das „Win-Win“- Prinzip optimal umsetzen: Vorteile für Hauseigentümer und Mieter, Beitrag zur Versorgungssicherheit, Beitrag zum Umweltschutz, Unterstützung der Energiepolitik bei der Umsetzung des Kyoto-Zieles und Vorteile für die österreichische Wirtschaft durch Schaffung neuer und zukunftssicherer Arbeitsplätze.

Nachhaltigkeit als Gütezeichen

Nachhaltige Gebäude erfordern nicht nur einen sparsamen Umgang mit begrenzten Energie- Ressourcen und eine Schonung der Umwelt durch Vermeidung / Verminderung von energiebedingten Emissionen – insbesondere Treibhausgase –, sondern auch die Erfüllung der Kriterien für Ökologische Nachhaltigkeit (Schonung von Rohstoffen, Erhaltung des Ökosystems – inklusive Landschaftsbeanspruchung), für Soziale und kulturelle Nachhaltigkeit (Gewährleistung von Lebensqualität und Gesundheit, Mobilität und Erhaltung sozialer und kultureller Werte) sowie für Ökonomische Nachhaltigkeit (Maximierung der Ressourcen-Produktivität und Minimierung der laufenden Kosten). Mit einem Gütezeichen sollen Nachhaltige Gebäude für die Markteinführung gekennzeichnet und gefördert werden.

Bewertung von Gebäude und Haustechnik nach Energieeffizienz und Erneuerbarer Energie

Die zwei Säulen für „Nachhaltige“ Gebäude sind Energieeffizientes Gebäude und Nachhaltiges Energiesystem. Mit Wärmeschutzmaßnahmen an der Gebäudehülle und mit effizienten Heizungstechniken mit Nutzung erneuerbarer Energieträger lässt sich der Brennstoffeinsatz für Raumwärme und Warmwasser gegenüber heute üblichen Gebäuden („Standard-Gebäude“ mit konventioneller Heizungstechnik) beträchtlich reduzieren: bis zu 80% Reduktion an Brennstoffen und CO2-Emission. Aber auch im Bereich des Stromeinsatzes in einem Haushalt (Haushaltsgeräte und Beleuchtung) lassen sich mit am Markt angebotenen energieeffizienten Geräten Strom - Einsparungen von über 50% erreichen, und dies ohne Komfortverlust.

Die Maßnahmen zur Reduktion des Energieeinsatzes und der damit verbundenen Verminderung umweltrelevanter Emissionen müssen überlegt und gezielt gesetzt werden. Als Grundlage für eine Entscheidung in Planung, Ausführung und Betrieb sind Kriterien für die Bewertung von energieeffizienten und umweltverträglichen Maßnahmen vorzugeben, in Verbindung mit einem transparenten Bewertungsschema. Die Kenngrößen zur Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden (inklusive Heizungssystem) beziehen sich auf energetische, wirtschaftliche und ökologische/ umweltbezogene Kriterien. Die energetische Bewertung der Wärmeversorgung von Gebäuden bezieht sich auf Heizwärmebedarf, Heizenergiebedarf und Brennstoffeinsatz.
Die ökologische/umweltbezogene Bewertung bezieht sich auf die aus der Heizenergie abgeleiteten Primärenergie und der energiebedingten und umweltrelevanten CO2-Emission, jeweils bezogen auf die gesamte Energiekette von Aufbringung, über Transport und Verarbeitung bis zum Einsatz. Aus der CO2-Emission werden die damit verbundenen Umweltkosten als „Externe Kosten“ abgeleitet.

Bewertungsprogramme für „Nachhaltige Gebäude“

Die Planung von „Nachhaltigen Gebäuden“ erfordert die Bewertung und Analyse der Einflussfaktoren auf Energieeffizienz und Erneuerbare Energie in der Phase der Vor- Projektierung. Primäres Ziel sollte sein, eine höchst mögliche Energieeffizienz mit einem höchst möglichen Anteil Erneuerbarer Energie im Gebäudebereich (Baukörper und Haustechnik) zu erreichen. Und dies auch unter wirtschaftlichen Aspekten mit einer hohen Lebensdauererwartung. Mit dem Bewertungsprogrammen soll Planern und Architekten in der Phase der Vorprojektierung von Wohngebäuden ein Instrumentarium zur Verfügung gestellt werden, Varianten für Nachhaltige Gebäude (Baukörper und Haustechnik) nach energetischen (Heizwärme, Heizenergie und Primärenergie), ökologischen (umweltrelevante CO2-Emission, externe Kosten, Anteil Erneuerbarer Energieträger am Wärme- und Stromaufkommen) und nach wirtschaftlichen Kriterien (Investitions- und Betriebskosten) zu untersuchen und zu bewerten.
Mit den Bewertungsprogrammen in Verbindung mit Variantenanalysen wird auch das Verständnis für Energieeffizienz-Maßnahmen und Einsatz Erneuerbarer Energie im Gebäudesektor im Rahmen der Aus- und Weiterbildung gefördert.

1. Bewertungsprogramm TOOL-Gebäude

Das Bewertungsprogramm „TOOL-Gebäude“ unterscheidet sich von Simulationsprogrammen dadurch, dass die Berechnungen über Vorgabedaten (Defaults) aus langjährigen Erfahrungswerten und Betriebsdaten vorgenommen werden, womit möglichst praxisorientierte Ergebnisse erzielt werden sollen.
Mit einem Vergleich der über das TOOL abgeleiteten Kenndaten mit in der Praxis ermittelten Betriebsdaten wird die Basis für eine Überprüfung und Bewertung der vorgenommenen Bau und Heizungsausführung sowie der Betriebsweise gegeben. Fehler bei der Bauausführung und der Installation der Haustechnik sowie im Betrieb – auch fehlende energiebewusste Betriebsführung – lassen sich feststellen und damit auch beheben. Die Ermittlung der Energiebilanz (Heizwärmebedarf HWB) wurde auf die Berechnungsmethoden für den Energieausweis (OIB- und Passivhaus- Projektierungsprogamm - PHPP-Verfahren) abgestimmt bzw. überprüft und mit Praxisdaten verifiziert. Das Bewertungstool soll die Methoden zur Ausstellung des Energieausweises für Wohngebäude nicht ersetzen, der Projektbearbeitung im Anfangsstadium aber die Möglichkeit bieten, unter Verwendung von einfachen Planungsdaten unterschiedliche Konzepte über eine Variantenanalyse nach den Kriterien der „Nachhaltigkeit“ und Wirtschaftlichkeit zu bewerten.
TOOL-Gebäude.pdf
Bewertungstool für Wohngebäude mit hoher Energieeffizienz und Erneuerbarer Energie

2. Bewertungsprogramm TOOL-Heizwärme

Das TOOL-Heizwärme enthält nur den Berechnungsteil für die Heizwärme HWB von TOOLGebäude.
TOOL-Heizwärme.pdf

Bewertung der Wärmeversorgung von Wohngebäuden nach Energie-Effizienz und
Erneuerbarer Energie

3. Bewertungsprogramm TOOL-Haustechnik

Im TOOL-Haustechnik wird der Heizwärmebedarf HWB (Übernahme aus einem
Energieausweis bzw. Berechnung nach TOOL-Gebäude bzw. TOOL-Heizwärme) vorgegeben und die Haustechnik (Heizungssystem, Haushaltsgeräte und Beleuchtung) wird bewertet und analysiert.
TOOL-Haustechnik.pdf

4. Bewertungsprogramm TOOL-Solaranlage

TOOL zur Vorprojektierung von thermischen Solaranlagen für Warmwasser und Raumheizung
Die Dimensionierung einer thermischen Solaranlage bezieht sich auf die Kollektorfläche – für den Kollektor-Typ – und das Speichervolumen, bezogen auf den angenommenen Wärmebedarf für Warmwasser und Heizung und unter Berücksichtigung der meteorologischen Gegebenheiten am Standort. Grundlage für die Abschätzung der Kollektorfläche und des Jahres-Solaranteils an der Wärmebereitstellung ist der auf die Kollektorfläche bezogene spezifische Wärmeertrag in kWh/(m², Jahr). Diese Kenngröße ist nicht konstant und wird vom Einsatz der Solaranlage (Warmwasser alleine oder in Kombination mit der Heizung) und vom angestrebten Jahres-Solaranteil bestimmt. Die spezifischen Kollektorerträge vermindern sich mit zunehmendem Solaranteil sowie mit der Heizungseinbindung. Im TOOL werden spezifische Kollektorerträge für den Solareinsatz (Warmwasser und Warmwasser & Heizung), für den Kollektortyp (selektiver Flachkollektor und Vakuumrohrkollektor) und für den angesetzten Jahres-Solaranteil auf der Basis von Simulationsrechnungen und Betriebserfahrungen vorgegeben. Mit höherem Jahres-Solaranteil nimmt die ungenutzte Solarwärme zu und der Kollektorertrag naturgemäß ab.

Die Dimensionierung der Solaranlage erfolgt getrennt für ein Einfamilien-Wohnhaus und ein Mehrfamilien-Wohnhaus.

Das Bewertungskonzept entspricht dem von TOOL-Gebäude.
TOOL-Solaranlage.pdf

5. Bewertungsprogramm TOOL-Photovoltaik

Vorprojektierung einer gebäudeintegrierten PV-Anlage
Mit der Installation einer gebäudeintegrierten – netzgekoppelten – PV-Anlage wird der Anteil Erneuerbarer Energie beim Energieaufkommen eines Gebäudes erhöht und damit ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung der energiepolitischen Vorgaben für „Energie-Effizienz und Erneuerbare Energie im Gebäudebereich“ geleistet.

Die Abschätzung des Stromertrages einer Netzgekoppelten Photovoltaikanlage erfolgt über die von den Solar-Modulen absorbierten Sonnenstrahlung am Standort unter Berücksichtigung der Ausrichtung der Photovoltaikanlage – Orientierung zu SÜD und Neigung zur Horizontalen – und mit den Kenndaten der eingesetzten Solar-Module sowie dem Systemwirkungsgrad der PV-Anlage, inklusive Wechselrichter. Über die installierte Leistung der PV-Anlage (kWpeak) werden der spezifische Stromertrag in (kWh/kWpeak) sowie die Solar-Modul-Fläche ermittelt.

Für die Wirtschaftliche Bewertung einer PV-Anlage sind die Investitionskosten der PV-Anlage und die aktuellen Förderungen (über Ökostrom-Bezug – mit Laufzeit – und/oder Investitions-Zuschuss/Darlehen) sowie die prognostizierten mittleren jährlichen Steigerungsraten des Strompreises aus dem öffentlichen Netz maßgebend.

Das Bewertungskonzept entspricht dem von TOOL-Gebäude.
TOOL-Photovoltaik.pdf

6. Bewertungsprogramm TOOL-Heizungsvarianten

Das „TOOL-Heizungsvarianten“ ist eine Ergänzung zum Programm „TOOL-Gebäude“: Heizungssysteme werden analysiert. Der Baustandard wird durch den Heizwärmebedarf HWB vorgegeben. Untersucht werden Gas-, Öl-, Pellets-Kessel sowie Sole-Wärmepumpe und Außenluft-Wärmepumpe, jeweils als monovalente Heizung und mit thermischer Solaranlage – für Warmwasser alleine und für Raumheizung und Warmwasser.
TOOL-Heizungsvarianten.pdf
Variantenanalyse von Heizungssystemen nach energetischen, ökologischen und
wirtschaftlichen Kriterien

7. Bewertungsprogramm TOOL-Economics-Heizungen 

Wirtschaftliche Bewertung von Heizungssystemen
Für die Marktakzeptanz und damit Marktdurchdringung von „Nachhaltigen“ Energiesystemen in Gebäuden sind aber auch ökonomische Kriterien maßgebend: Die zukünftigen Energiesysteme sollen sich im Vergleich zu konventionellen Systemen in einer akzeptablen Zeitperiode amortisieren, d.h. die im allgemeinen höheren Investitionskosten werden durch geringere Betriebskosten erwirtschaftet: Die Jahres-Wärmeerzeugungskosten (Investition und Betrieb) von Biomassekessel und Wärmepumpen in Verbindung mit solarthermischen Anlagen werden mit den Kosten von den heute traditionell eingesetzten Ölkesseln bzw. Gaskesseln in Relation gestellt. 

Die Wirtschaftliche Bewertung bezieht sich auf die Investitionskosten und auf die aus dem Heizenergie-Einsatz abgeleiteten Brennstoff-Einsatz (über den Heizwert des eingesetzten Brennstoffes) und in weiterer Folge auf die Brennstoff-Kosten für das erste Betriebsjahr (über die aktuellen Kosten des eingesetzten Brennstoffes). Ermittelt wird der Zeitraum zur Abdeckung höherer Investitionskosten (abzüglich möglicher Förderungen) durch geringere Jahres-Betriebskosten: Amortisationsdauer. Als Vergleichssystem wird meist eine Ölheizung herangezogen.

Das Bewertungskonzept entspricht dem von TOOL-Gebäude.
TOOL-Economics-Heizungen.pdf

8. Bewertungsprogramm TOOL-Gütezeichen für Gebäude

Für die Bewertung der NACHHALTIGKEIT VON WOHNGEBÄUDEN wird ein
Kriterienkatalog mit Bewertungssystem vorgeschlagen. Die Bewertung erfolgt für die Bereiche: Gebäude, Heizung, Haustechnik (technische Gebäudeausstattung), Wohnqualität(Behaglichkeit) und Wirtschaftlichkeit.
TOOL-Gütezeichen.pdf
Bewertung der „Nachhaltigkeit“ von Gebäuden.

9. Bewertungsprogramm TOOL-Assessment of Solar Buildings

Bewertung des Architektonischen Konzepts von Gebäuden mit integrierten Solar-Kollektoren und Solar-Modulen sowie deren Integration in das Energiesystem des Gebäudes in Bezug auf Effizienz, Erneuerbare Energie und Zusatznutzen (z.B. Sonnenschutz u. a.). Ausgearbeitet für das IEA Solar Heating and Cooling Programme, IEA SHC, Task 41: Solar Energy & Architecture.
TOOL-Assessment of Solar Buildings.pdf

Beispiele für den Einsatz der Bewertungsprogramme

Im Dokument „Gebäude-Variantenanalyse“ werden Beispiele für den Einsatz der
Bewertungstools dokumentiert. Als Beispiele für Varianten-Analysen wurden gewählt:
Wärme und Energiebilanz von Gebäuden, Wärmeschutz der Gebäudehülle und
Heizwärmebedarf, Passive Nutzung der Sonnenenergie, Interne Wärmegewinne und Heizwärmebedarf, Meteorologisch Daten und Energiebilanz, Energetische, Ökologische und Wirtschaftliche Bewertung einer Lüftungsanlage zur kontrollierten Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung, Bewertung von Heizungssystemen, Konversionsfaktoren zur Energetischen und Ökologischen Bewertung von Energiesystemen für die Wärme- und Strombereitstellung in Gebäuden, Wärmepumpe-Solar-Kombiheizungen, Vorprojektierung von thermischen Solaranlagen für Warmwasser und Raumheizung, Vorprojektierung einer Netzgekoppelten gebäudeintegrierten PV-Anlage, Wirtschaftliche Bewertung von Heizungssystemen, Projektierung von SolarAktiv-Wohngebäuden. Ein Einsatz der Bewertungsprogramme bietet sich auch in Lehre und Forschung sowie im Rahmen der Ausbildung und Weiterbildung an. Dazu wurden die Programme auch entwickelt und bereits erfolgreich verwendet.
Variantenanalysen.pdf
Varianten-Analysen mit dem „TOOL-Gebäude“ und dem „TOOL-Haustechnik“

Bewertungsprogramme

Die Bewertungsprogramme basieren auf einer EXCEL-Datei ( EXCEL 2003). Damit sind keine zusätzlichen Anforderungen an die Grundausstattung des Computers erforderlich und das Programm könnte bei allfällig erforderlichen Änderungen der Vorgabewerte einfach korrigiert bzw. erweitert werden.
Beim Öffnen der Exceldateien sind die Makros zu aktivieren!

Haftungsausschluss
Mit den zum freien Download bereitgestellten Excel-Dateien nimmt der Nutzer zur Kenntnis, dass die Benutzung der Bewertungsprogramme unter Beachtung des Copyrights erfolgt und dass  der Autor keinerlei Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder Qualität der bereitgestellten Informationen übernimmt. Haftungsansprüche gegen den Autor, welche sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges Verschulden vorliegt. Alle Berechnungen in den bereitgestellten Versionen sind freibleibend und unverbindlich. Der Autor behält es sich ausdrücklich vor, Teile oder das gesamte Tool ohne gesonderte Ankündigung zu verändern, zu ergänzen, zu löschen oder die Veröffentlichung zeitweise oder endgültig einzustellen.

Tool-Gebäude.xls (5,7 MB)
Bewertungstool für Wohngebäude mit hoher Energieeffizienz und Erneuerbarer Energie
TOOL-U-Wert.xls (330 kB)
Berechnung der Wärmeschutzwerte von Bauteilen
TOOL-Heizwärme.xls (4,7 MB)
Bewertung der Wärmeversorgung von Wohngebäuden nach Energie-Effizienz und Erneuerbarer Energie
TOOL-Haustechnik.xls (6,5 MB)
Bewertung der Haustechnik nach Energie-Effizienz und Erneuerbarer Energie
TOOL-Solaranlage-EF.xls (2,5 MB)
und TOOL-Solaranlage-MF.xls (765 kB)

Vorprojektierung von solarthermischen Solaranlagen in Ein- und Mehr-Familien Wohngebäuden
TOOL-Photovoltaik.xls (2,3 MB)
Vorprojektierung von im Gebäude integrierten, netzgekoppelten PV-Anlagen
TOOL-Heizungsvarianten.xls (5,6 MB)
Variantenanalyse von Heizungssystemen nach energetischen, ökologischen und wirtschaftlichen Kriterien
TOOL-Economics-Heizung.xls (261 kB)
Ökonomische Bewertung des Heizungssystems
TOOL-Gebäude-Gütezeichen.xls (1,2 MB)
Bewertung der „Nachhaltigkeit“ von Gebäuden.
TOOL-Assessment of Solar-Buildings.xls (75 kB)
Bewertung von Gebäudekonzept und Architektonische Gestaltung sowie Integration solarthermischer und solarelektrischer Systeme.

Impressum: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. mont. Gerhard Faninger ist - seit 2007 im Ruhestand - weiterhin als außerordentliches Mitglied an der Fakultät für Interdisziplinäre Forschung und Fortbildung (iff) der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, Institut für Interventionsforschung und Kulturelle Nachhaltigkeit (IKN), sowie als Universitätslektor an der TU Wien, Energy Economics Group, EEG, tätig (gerhard.faninger@aau.at).


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