Raumwärme und Warmwasser als Energieträger – So verbessern Sie Ihre Energieeffizienz – Teil 8 der Serie Energieeffizienz einfach erklärt

Im letzten Teil unserer Serie zur Energieeffizienz haben wir uns mit der Ermittlung Ihrer Potenziale mit Hilfe der Pinch Analyse beschäftigt, in diesem Teil geht es um die Energieeffizienz an den Beispielen Raumwärme und Warmwasser. Während die Prozesswärme der wichtigste Energieverbraucher in der Industrie ist, ist dies in Handel, Gewerbe und Dienstleistungen die Erzeugung von Raumwärme. Zusammen mit Warmwasser macht Raumwärme hier mehr als 50 Prozent des Energieverbrauchs aus, in der Industrie beträgt der Anteil von Raumwärme und Warmwasser nur 7,5 Prozent. Insbesondere bei Raumwärme besteht zum einen ein erhebliches Einsparpotential (bis zu 60 Prozent), zum anderen ist aufgrund des relativ niedrigen benötigten Temperaturniveaus eine Möglichkeit zum Einsatz erneuerbarer Energieträger gegeben.

Weitere Beiträge aus unserer Serie Energieeffizienz einfach erklärt:

Teil 1: Dies ist die Bedeutung der Energieeffizienz
Teil 2: Von der Energieeffizienz zur Energiequalität
Teil 3: Was ist Entropie und wie steht diese im Zusammenhang mit Energie?
Teil 4: Was ist Energie und welche Bedeutung hat sie?
Teil 5: Energieverbrauch in Deutschland – relevante Einsparpotenziale in Wirtschaft und Industrie
Teil 6: Die Prozesswärme in der Industrie als größter Energieverbraucher
Teil 7: Abwärmenutzung in der Industrie – Ermitteln Sie Ihre Potenziale mit der Pinch Analyse
Teil 8: Raumwärme und Warmwasser als Energieträger – So verbessern Sie Ihre Energieeffizienz
Teil 9: So verbessern Sie Ihre Energieeffizienz bei der Nutzung von Prozesskälte und Klimakälte
Teil 10: Energieeffiziente Elektromotoren und Pumpen als Querschnittstechnologien
Teil 11: So verbessern Sie Ihre Energieeffizienz durch energieeffiziente Beleuchtung am Arbeitsplatz
Teil 12: Energieeffizienz in der Informations- und Kommunikationstechnik
Teil 13: Energieeffizienz im Verkehr

Dies sind die wichtigsten Energieträger zur Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser

Der wichtigste Energieträger zur Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung (GHD) ist Gas, mit einem Anteil von rund der Hälfte. Heizöl spielt mit einem Anteil von etwa einem Viertel nach wie vor eine bedeutende Rolle. Der Anteil erneuerbarer Energien beträgt 12,1 Prozent und der Anteil von Fernwärme 7,8 Prozent. Strom hat einen Anteil von 5,7 Prozent, wobei rund die Hälfte für die Erzeugung von Warmwasser verbraucht wird; bei der reinen Erzeugung von Raumwärme beträgt der Stromanteil 3,1 Prozent. Im Sektor Industrie beträgt der Anteil von Gas an der Erzeugung von Raumwärme über 60 Prozent, der von Öl beträgt nur rund 6 Prozent. Der Anteil von Fernwärme liegt bei knapp 14 Prozent, der der erneuerbaren Energien bei 12,5 Prozent. Bei den Neubauten (siehe auch folgenden Abschnitt) ändert sich die Energieträgerzusammenstellung jedoch deutlich: Gas ist mit etwa gleichbleibendem Anteil immer noch der wichtigste Energieträger, aber Öl verzeichnet einen erheblichen Rückgang. Der Anteil erneuerbarer Energien beträgt bei Neubauten über 25 Prozent und auch der Anteil an Fernwärme beträgt rund 13 Prozent. Bei den Erneuerbaren spielt Solarenergie im Bereich der Nichtwohngebäude eine sehr geringe Rolle, der hohe Anteil geht auf Wärmepumpen (13,5 Prozent) und Biomasse (11 Prozent) zurück.

Die Bedeutung von Raumwärme und Warmwasser für die Energieanwendung am Arbeitsplatz

Ziel der Raumheizung ist es, an Arbeitsplätzen Temperaturen sicherzustellen, die von den Mitarbeitern als angenehm empfunden werden und den rechtlichen Anforderungen, etwa aus der Arbeitsstättenverordnung, genügen. Warmwasser wird fast überall im Sanitärbereich, in größerem Ausmaß aber in einigen Branchen (etwa Wäschereien, Krankenhäuser, Hotels, Gast- und Sportstätten) auch für Tätigkeiten oder von Kunden benötigt. Wenn das erwärmte Wasser Trinkwasserqualität haben muss, sind hierbei auch Hygieneanforderungen (Trinkwasserverordnung) zu berücksichtigen. Die Bandbreite der in Industrie und GHD zu beheizenden bzw. mit Warmwasser zu versorgenden Gebäude ist enorm – sie reicht von industriellen Produktionshallen, die überhaupt nicht beheizt werden müssen, da die Abwärme der Produktionsanlagen ausreicht, über (z.T. ebenfalls unbeheizte) Lager und Werkstätten und Laden-/ Verkaufsgebäuden bis hin zu Büroräumen, deren energetische Ausstattung ähnlich wie die eines Privathaushaltes sein kann; der Anteil von Raumwärme erreicht hier einen Anteil von über 70 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs.

Genaue Statistiken über Nichtwohngebäude und ihre Nutzung gibt es nicht, so wird in dem „Gebäudereport“ der Deutschen Energieagentur (dena) die Zahl der Industriegebäude grob „zwischen 300.000 und 600.00 Gebäude“ geschätzt. Die Zahl der von Gewerbe, Handel und Dienstleistern genutzten Nichtwohngebäude wird in dieser Quelle auf 2,7 Millionen geschätzt, dazu kommen geschätzte 3,8 Millionen Wohngebäude mit Mischnutzung, etwa Geschäften im Erdgeschoss oder mit büroähnlichen Betrieben (Arztpraxen, Anwaltskanzleien etc.). Geschätzt wird, dass in Deutschland rund 1.650 Mio. m² Nettogrundfläche von Industrie und GHD genutzt werden, dabei entfallen rund 300- 350 Mio. m² auf Bürogebäude sowie auf produzierendes Gewerbe, der Anteil beheizter industrieller Gebäude beträgt rund 300 Mio. m². Die Neubaurate beträgt jährlich etwa 27.000 Gebäude mit rund 25 Mio. m² Nettogrundfläche, den größten Anteil haben hieran Handels und Lagergebäude. Etwa 10.000 Gebäude werden jährlich abgerissen. Gut die Hälfte der neu gebauten Nichtwohngebäude sind ungeheizt

Auf diese Energiewandler wird bei der Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser zurück gegriffen

Zur Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser werden vor allem in der Industrie zum Teil die gleichen Technologien wie bei der Erzeugung von Prozesswärme verwendet (Dampfkessel); typischer sind jedoch Warm- und Brauchwasserkessel (Heizkessel), die Warmwasser mit Temperaturen von max. 110 °C erzeugen. In der Regel – bei neuen Gebäuden immer wird diese über zentrale Heizsysteme versorgt. In den letzten Jahren hat auch die gemeinsame (Eigen-)Erzeugung von Strom und Wärme (Kraft-Wärme- Koppelung [KWK] durch Blockheizkraftwerke [BHKW]) und die Nutzung von Wärmepumpen zugenommen. Bei der Nutzung von Fern-/Nahwärme entfällt der Energiewandler, denn extern (im Idealfall aus hocheffizienter Kraft-Wärme- Koppelung, industrieller Abwärme oder erneuerbaren Quellen wie Geothermie) erzeugte Wärme wird direkt in wärmegedämmten Rohrsystemen zum Verbraucher transportiert; es wird lediglich ein Gebäudeanschluss und eine Gebäudeverteilung benötigt. Für die Erzeugung von Warmwasser kommen Sonnenkollektoren (Solarthermie) in Frage. Überschüsse aus der Stromerzeugung mittels erneuerbarer Energien können ebenfalls zur Wärmeerzeugung verwendet werden („Power to Heat“).

 Diese Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz haben Sie bei der Nutzung von Raumwärme und Warmwasser

Aufgrund der großen Bandbreite der mit Raumwärme und Warmwasser zu versorgenden Gebäude gibt es zwar einige Gemeinsamkeiten, aber auch bedeutsame Unterschiede. In produzierenden Industriebetrieben mit Entstehung bedeutender Abwärmemengen ist eine integrierte Betrachtung gefragt:  Abwärme kann zur Raumheizung und Warmwassererwärmung genutzt werden. Bei der Gestaltung der Gebäudehülle und die ggf. notwendige Bereitstellung von zusätzlicher Raumwärme muss die Menge und der zeitliche Verlauf der Entstehung von Abwärme berücksichtigt werden – hier ist ein integrativer Planungsprozess unverzichtbar, der auch die Kälte mit einbezieht, um den hohen Anforderungen an die thermische Dynamik gerecht zu werden (eine im Winter hilfreiche Isolierung darf ja nicht zu übermäßiger Erwärmung im Sommer führen).

Thermische Netze können etwa Anlagen und Gebäude verbinden; als Bestandteil dieser Netze können mit Wärme- und Kältequellen verbundene wassergefüllte Rohrleitungsnetze in Böden, Wänden und Decken zum Heizen oder Kühlen genutzt werden; äußere Netze können im Sommer (noch unterstützt durch Verrieselung auf dem Dach) Wärme nach außen abführen. Grundsätzlich gilt für alle neuen Nichtwohngebäude, dass der anhand eines Referenzgebäudes errechnete jährliche Primärenergiebedarf nach Energieeinsparverordnung (EnEV) nicht überschritten werden darf. Die EnEV stellt auch Anforderungen, die bei Sanierungsmaßnahmen zu beachten sind. Je weniger Abwärme anfällt, desto wichtiger wird damit die Gestaltung des Gebäudes und der Gebäudehülle. In den wohnraumähnlichen Gewerbegebäuden wie Büroräumen gelten schließlich die gleichen Bedingungen wie in Wohngebäuden. Wie sich die rechtlichen Vorgaben für den Wärmebedarf geändert haben zeigt Abb. 2 am Beispiel einer Doppelhaushälfte (WSVO in der Abb. 2 steht für Wärmeschutzverordnung, dem Vorgänger der EnEV). Dass diese Entwicklung möglich war, dazu tragen Fortschritte bei den Wärmedämmstoffen bei, deren Wärmeleitfähigkeit weiter reduziert wurde, so dass die Dicke der Wärmedämmung sich gegenüber früher mehr als halbiert hat.

Heute gibt es Dämmstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit unter 0,02 W/ (mK). Noch geringer ist die Wärmeleitfähigkeit von Vakuum-Dämmpaneelen: bei gleicher Dämmwirkung sind sie nur 1/10 so dick wie eine Styropordämmung. Die Hülle dieser Elemente muss allerdings gut geschützt werden, da bei ihrer Beschädigung die Dämmwirkung drastisch abnimmt. Transparente Wärmedämmungen sorgen dafür, dass trotz Wärmedämmung die Sonne die Gebäudewand erwärmen kann.

Große Fortschritte wurden auch bei den Fenstern erzielt: Fenster aus dem Jahr 1990 hatten oft U-Werte von etwa 3 W/(m²/K), heute verlangt die EnEV bei Sanierungen einen U-Wert von höchstens 1,3 W/(m²/K). Passivhausfenster erreichen U-Werte von 0,8 W/(m²K) und besser – das sind dann in der Regel dreifachverglaste Fenster mit speziellen Abstandhaltern (den Verbindungselementen zwischen den einzelnen Glasscheiben). Auch hier wird versucht, mit Vakuumrahmen die Rahmen wieder schlanker zu machen und mit Vakuum zwischen den Glasscheiben den U-Wert weiter zu verringern. Auf die Optimierung der Gebäudehülle folgt dann die Optimierung der Heizungstechnik:
Heizkessel dienen in der Regel auch der Brauchwassererwärmung. Obwohl Brennwertkessel (mit Modulierung der Brennerleistung) lange als Stand der Technik galten, kommen durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) zunehmend Wärmeerzeuger zum Tragen, die Umweltenergie ausnutzen, etwa (gas- oder stromgetriebene) Wärmepumpen. Gasbefeuerte Brenner werden vermehrt mit solarthermischen Anlagen kombiniert; Solartechnik du Warmwasserbereitung ist heute ausgereift und funktioniert zuverlässig.

Aber was bedeutet Wärmeleitfähigkeit?
Die Wärmeleitfähigkeit gibt den Wärmestrom an, der bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin (K) durch eine 1 m²große und 1m dicke Schicht eines Stoffes geht. Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist W/ (mK). Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit ist, umso besser ist das Dämmvermögen eines Baustoffes. Der in der EnEV genannte Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) ist ein Maß für den Wärmedurchgang durch einen festen Körper (etwa eine Wand) oder von einem Gas oder einer Flüssigkeit in ein zweites Gas oder Flüssigkeit aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen diesen. Seine Einheit ist W /(m²K), er wird im Wesentlichen von der Wärmeleitfähigkeit du der Dicke des Materials bestimmt.

Und nun, viel Erfolg bei der Verbesserung Ihrer Energieeffizienz!
Ihr Jürgen Paeger 

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