BM2.1 Grundlagen des energieeffizienten Bauens

Der Energiebedarf von Gebäuden kann durch passive Maßnahmen stark reduziert werden. Dennoch bleibt ein Restbedarf zur Bereitstellung von Heizwärme im Winter, Kühlung im Sommer, mechanischer Be- und Entlüftung, Beleuchtung und Strom, der „aktiv“, also über technische Systeme, zu decken ist. Im Zuge steigender Komfortansprüche und zunehmender Technisierung wurden die Anforderungen an gebäudetechnische Anlagen immer komplexer. Die Deckung des verbleibenden Energiebedarfs muss dabei effizient erfolgen.

Effizienz

In der Physik und Technik beschreibt die Effizienz das Verhältnis zwischen der Größe der erbrachten Leistung und der Größe des getätigten Aufwandes. Sind beide Größen von der Dimension Energie, ist dies gleichbedeutend mit dem Wirkungsgrad einer Maschine oder eines Prozesses. Das Verhältnis von Nutzenergie zu Endenergie beschreibt beispielsweise den Nutzungsgrad der Anlagentechnik, der Kehrwert wird wiederum als Anlagenaufwandszahl bezeichnet.

Effizientes Verhalten führt daher zur Erzielung einer Wirkung, hält aber darüber hinaus den dafür notwendigen Aufwand möglichst gering.

Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von abgegebener Leistung (P_ab = Nutzleistung) zu zugeführter Leistung (P_zu). Der Wirkungsgrad gibt die Effizienz einer Anlagentechnik zu einem bestimmten Zeitpunkt an.

Nutzungsgrad
Der Nutzungsgrad eines Heizkessels ist die während eines Jahres nutzbar gewordene Wärme, bezogen auf die mit dem Brennstoff zugeführte Heizenergie. Der Nutzungsgrad wird für einen bestimmten Zeitraum (meist ein Jahr) angegeben.

Aufwandszahl
Die Aufwandszahl eines Energiesystems ist das Verhältnis von Aufwand zu dem erwünschten Nutzen, d. h. zu dem Bedarf für Heizung. Sie beschreibt mit einem Zahlenwert die energetische Effizienz des Heizsystems (Kehrwert des Nutzungsgrads).

Effiziente Energieversorgung von Gebäuden (aktive Maßnahmen)

Für eine effiziente Energieversorgung ist die gesamte Prozesskette von der Energieerzeugung über die Speicherung, Verteilung und Übergabe in den Raum zu betrachten, unter Berücksichtigung aller Energieverluste und -gewinne, wie z. B.:

• Übergabesysteme (z. B. Fußbodenheizung, Heizkörper, Zuluftheizung, Warmwasserarmatur) müssen hinsichtlich ihrer Größe auf das von der Heizung zur Verfügung gestellte Temperaturniveau und den notwendigen Wärmebedarf im Raum angepasst sein. Zu kleine Übergabesysteme können einen Raum nicht ausreichend erwärmen, zu groß dimensionierte Systeme sorgen für eine Übererwärmung des Raums und einen entsprechend höheren Energieverbrauch. Des Weiteren ist die Steuerung der Übergabesysteme wichtig. Präzise und schnell reagierende Mess- und Steuerungssysteme (Thermostatventile, Temperaturfühler im Raum) passen die Leistung der Übergabesysteme auf wechselnde Bedarfe an und tragen zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei.

• Verteilsysteme, also Heizungs- und Warmwasserleitungen, in Gebäuden geben im Betrieb Wärme an die Umgebung ab. Diese Wärmeverluste können, insbesondere bei Zirkulationsleitungen für Trinkwarmwasser, erheblich sein und bis zu 100 % des Nutzwärmebedarfs entsprechen. Das bedeutet, die Hälfte der von der Heizung bereitgestellten Energie erreicht unter Umständen die Nutzer:in gar nicht, sondern geht im Gebäude verloren. Kurze Leitungslängen und die Dämmung von Verteilleitungen und Lüftungskanälen reduzieren die Wärmeverluste. Der Einsatz von effizienten Verteilkreispumpen oder Ventilatoren, die ebenfalls zu den Verteilsystemen gehören, reduzieren den Hilfsstrombedarf.

• Speichersysteme: Wärme, Kälte, aber zunehmend auch elektrischer Strom werden nicht zum Zeitpunkt des Bedarfs von der Anlagentechnik vollständig produziert, sondern häufig zwischengespeichert. Thermische (Warmwasserspeicher) und elektrische Speichersysteme (Batterien) verlieren dabei Energie. Eine angemessene Dimensionierung sowie im Falle von thermischen Speichern eine Wärmedämmung reduzieren diese Verluste.

• Erzeugungssysteme: z. B. Heizkessel, Solarthermie, Photovoltaik, Wärmepumpe, BHKW wandeln Energie in die jeweils notwendige Form. Umwandlungsprozesse gehen dabei immer mit Verlusten einher. Eine optimierte Auslegung, das heißt eine weder zu große noch zu kleine Anlage sowie ein möglichst hoher Wirkungsgrad und eine optimierte Regelung (Leistungsbereitstellung zum Beispiel in Abhängigkeit von der Außen- oder Raumtemperatur) reduzieren diese Umwandlungsverluste.

• Energieträger: z. B. Strom, Erdgas, Holzpellets, Umweltenergie. Die Erschließung von Energieträgern ist unterschiedlich aufwendig. Dieser Aufwand, inklusive der sogenannten Vorkette bis zur Energiequelle, wird als Primärenergiebedarf beschrieben. Der Primärenergiebedarf wird in erneuerbare und nicht erneuerbare Energien unterschieden. Gesetzliche Regelungen zielen in der Regel auf die Einsparung nicht erneuerbarer Primärenergie ab. Die Nutzung erneuerbarer Primärenergie und lokal verfügbarer Energieträger reduziert entsprechend den Energiebedarf.

Die einzelnen Energiedienstleistungen und Planungshinweise zum ressourcenschonenden Einsatz von Energieträgern werden in späteren Studienbriefen ausführlicher dargestellt.