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- Herausgeber: Verbraucherzentrale NRW
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2024
So wird Ihr Haus energieautark Wer sich von Energieversorgern unabhängig macht, kann steigenden Energiepreisen gelassen entgegensehen und die eigene Energiewende starten. Prinzipiell stehen Sonne, Wind und Umweltwärme als Energiequellen zur Verfügung. Doch wie lassen sie sich effizient nutzen, um möglichst autark bei der Energieversorgung zu werden? - Wir erläutern die technischen Möglichkeiten: für die Strom- und Wärmeerzeugung, die Speicherung von Energie bis hin zu Hybridsystemen. - An drei Beispielhaushalten veranschaulichen wir die Umsetzung: für sanierte und unsanierte Bestandsgebäude sowie für Neubauten. - Wir zeigen welche Technik am besten geeignet ist: Photovoltaik, Solarthermie, Blockheizkraftwerk, Wärmepumpe oder Windanlage. Und wie die Kombination von Techniken noch mehr Autarkie möglich macht. - Für die Technikvarianten liefern wir die nötigen Kennwerte: Investitionsund Betriebskosten, Amortisationszeit, CO2-Ausstoß und Autarkiegrad. - Und mit den interaktiven Tabellen, die wir online anbieten, können Sie berechnen, ob Ihre eigene Wunschversorgung wirtschaftlich und klimaschonend ist. Mit vielen Beispielrechnungen und Checklisten.
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Seitenzahl: 387
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Johannes Spruth
Ratgeber Wärmepumpe
ISBN Print: 978-3-86336-181-5
ISBN E-Book: 978-3-86336-349-9
1. Auflage 2024
© Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung der Verbraucherzentrale NRW. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Das Buch darf ohne Genehmigung der Verbraucherzentrale NRW auch nicht mit (Werbe-)Aufklebern o.Ä. versehen werden. Die Verwendung des Buchs durch Dritte darf nicht zu absatzfördernden Zwecken geschehen oder den Eindruck einer Zusammenarbeit mit der Verbraucherzentrale NRW erwecken.
Herausgeber
Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen e.V.
Mintropstraße 27, 40215 Düsseldorf
Telefon 02 11/38 09 – 555
Fax 02 11/38 09 – 235
www.verbraucherzentrale.nrw
Text
Dr. Johannes Spruth
Koordination
Frank Wolsiffer
Lektorat
Kristina Raub-Küster, Düsseldorf
www.christina-seitz.de
Umschlaggestaltung
Ute Lübbeke, Köln
www.LNT-design.de
Layout und Satz
Ute Lübbeke, Köln
www.LNT-design.de
Gestaltungskonzept
Lichten Kommunikation und Gestaltung, Hamburg
www.lichten.com
XML-Layoutsatz
pagina GmbH, Tübingen
Druck
DCM Druck Center Meckenheim GmbH, Meckenheim
Redaktionsschluss: Januar 2024
Bildnachweis
Das Ziel: Ein energieautarkes Haus
Abb. 1, Carmen e.V., Straubing (auch mit Daten des Statistischen Bundesamts)
Abb. 2, Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart
Abb. 3, Bundesministerium für Digitales und Verkehr, Berlin
Abb. 4–5, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Umweltbundesamt, Dessau)
Abb. 6, co2online gemeinnützige Beratungsgesellschaft mbH, Berlin
Abb. 7, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 8, Johannes Spruth, Unna
Strom selbst erzeugen
Abb. 1, Johannes Spruth, Unna
Abb. 2, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 3, EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
Abb. 4, Johannes Spruth, Unna
Abb. 5, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 6, Sonneninitiative e.V., Marburg
Abb. 7, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 8, Prof. Dr. Jochen Twele, HTW Berlin
Abb. 9, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 10, Sterner, Thema; FENES, OTH Regensburg
Abb. 11, Stefanie Simon/EuPD Research und E3/DC
Abb. 12, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 13–14, Prof. Dr. Wolfgang Quaschning, HTW Berlin
Abb. 15–16, Bundesverband Solarwirtschaft, Berlin
Abb. 17, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 18, Johannes Spruth, Unna
Abb. 19, Horst Lünser, Berlin
Abb. 20, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 21, Prof. Dr. Wolfgang Quaschning, HTW Berlin/Horst Lünser, Berlin
Abb. 22, Johannes Spruth, Unna
Abb. 23–24, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Wärme selbst erzeugen
Abb. 1, Hubertus Pieper, Soest
Abb. 2–4, Horst Lünser, Berlin
Abb. 5–6, EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
Abb. 7, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 8–9, Grammer Solar GmbH, Amberg
Abb. 10, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 11–12, my-PV GmbH, Neuzeug (Österreich)
Abb. 13–15, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 16, EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
Abb. 17, Lala Majidova, Düsseldorf (Daten: Fraunhofer ISE, Freiburg)
Abb. 18–21, Bundesverband Wärmepumpe e.V., Berlin
Abb. 22–23, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 24, Fraunhofer ISE, Freiburg
Abb. 25–26, Grazyna Rojek, Essen (Daten: Johannes Spruth, Unna)
Abb. 27, Fotolia, KB3
Abb. 28, Johannes Spruth, Unna, Daten: Deutsches Pelletinstitut
Abb. 29, Hans Hartmann, Technologie- und Förderzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ)
Abb. 30, Johannes Spruth, Unna
Abb. 31, Klaus-Peter Thiele, Hannover
Abb. 32–33, Sonnenhaus Institut e.V., Freising
Abb. 34–35, Horst Lünser, Berlin
Abb. 36, Viessmann, Allendorf
Abb. 37, Solvis GmbH, Braunschweig
Abb. 38, Viessmann, Allendorf
Abb. 39, www.eTank.de Broschüre, Grafik: S. Kleptcha
Abb. 40, EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
Abb. 41, Triple Solar, Amsterdam
Abb. 42, Fraunhofer ISE, Freiburg
Abb. 45, Consolar Solare Energiesysteme GmbH, Lörrach
Abb. 44, Fraunhofer ISE, Freiburg
Abb. 43, Viessmann, Allendorf
Abb. 46, Horst Lünser, Berlin
Wege zum energieautarken Haus
Abb. 1, Stefan Schön, Velburg
Abb. 2 Sonnenhaus-Institut e.V., Freising; Sebastian Schels
Abb. 3, Fraunhofer IBP, Stuttgart
Abb. 4, Johannes Spruth, Unna
Abb. 5, Johannes Spruth, Unna
Abb. 6, Europäische Kommission, Brüssel
Abb. 7, Horst Lünser, Berlin
Abb. 8, Verbraucherzentrale NRW, Düsseldorf
Abb. 9–10, Johannes Spruth, Unna
Abb. 11, Europäische Kommission, Brüssel
Weitere Fotos
Seite 12, Kannapat – Adobe Stock
Seite 32, slavun – Adobe Stock
Seite 94, Studio Harmony – Adobe Stock
Seite 218, MVProductions – Adobe Stock
Seite 258, Dariusz Jarzabek – Adobe Stock
Inhaltsverzeichnis
Zu diesem Buch
Die wichtigsten Fragen und Antworten
Das Ziel: Ein energieautarkes Haus
Was ist Energieautarkie?
Haustypen und Baustandards – kurz erklärt
Die Beispielhaushalte
Welchen Strom- und Wärmebedarf haben wir?
Strom selbst erzeugen
Selbstversorgung mit Strom
Photovoltaikanlagen – Strom von der Sonne
Kleinwindanlagen
Stromspeicher
Mikro- und Nano-Blockheizkraftwerke – die stromerzeugende Heizung
Wärme selbst erzeugen
Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit
Nutzung von Sonnenwärme: Kollektoranlagen
Strom zu Wärme
Wärmepumpen
Biomasse nutzen: Scheitholz und Pellets
Lösungen koppeln: gemeinsam geht’s besser
Wege zum energieautarken Haus
Beispiele für energieautarke Häuser
Steine aus dem Weg räumen: Energiedienstleistung statt Energieeinsatz
Stromanwendungen
Anhang
Glossar
Wichtige Adressen, Literatur
Adressen der Verbraucherzentralen
Sachregister
[6]Zu diesem Buch
Wollen auch Sie sich von den großen Energieversorgern unabhängiger machen und Ihre eigene Energiewende starten? Wollen Sie vor allem erneuerbare Energien einsetzen und damit zum Klimaschutz beitragen? Und so energieautark wie möglich werden?
Dieses Buch möchte Ihnen Schritt für Schritt zeigen, wie Sie diese Ziele erreichen können. Viele technische Systeme sind auf dem Markt, mit denen Sie wirtschaftlich selbst Strom und/oder Wärme erzeugen können.
Wir begleiten drei Beispielhaushalte auf ihrem Weg zum energieautarken Haus. Mit Ihren eigenen Daten und Zielen können Sie diesen Weg mitgehen:
Zunächst bestimmen und bewerten Sie Ihren aktuellen Energieverbrauch für Strom und Wärme (p ab Seite22).
Sie erfahren, wie Sie die Energiequellen auf Ihrem Grundstück technisch nutzen können – sei es direkte Sonneneinstrahlung, Wind oder Umweltwärme.
Der Einbau verschiedener Varianten mit unterschiedlichen Anlagengrößen wird beispielhaft beschrieben.
Es geht um Kosten, Einsparungen und wie der größtmögliche Autarkiegrad erreicht wird (p ab Seite31).
Sie lernen auch die wichtige Rolle von Speichern für Strom und Wärme kennen (p Seiten60und79).
Schließlich erfahren Sie, wie Sie durch Energiesparmaßnahmen Ihre Autarkiebilanz auf dem Weg zum Sonnenhaus oder Plusenergiehaus noch weiter verbessern können (p ab Seite216).
Ob Strom oder Wärme, Sie – wie auch die Beispielhaushalte – haben stets die Wahl zwischen verschiedenen Varianten, die wir vorstellen. Im Buch finden Sie die Erläuterungen zu den Beispielvarianten mit den wichtigsten Kennwerten, im ergänzenden Download alle Kennwerte tabellarisch. Zudem bieten Ihnen unsere interaktiven Tabellen die Möglichkeit, Ihre eigene Maßnahme durchzurechnen. Alternativ können Sie das Ergebnis auch analog ermitteln (→ Seite 31).
In den Beispielen sind wir von durchschnittlichen Kosten und Energiepreisen ausgegangen, orientiert an der Gaspreisbremse mit 12 ct/kWh und der Strompreisbremse mit 40 ct/kWh. In Ihrer individuellen Berechnung sollten Sie natürlich die jeweils aktuellen Kosten und Preise eintragen.
Farbige Symbole bei den Beispielvarianten zeigen an, welcher Autarkiegrad erreicht wurde: Dabei ist der Grad der Stromautarkie in Blau und der Grad der Gesamtautarkie, bezogen auf Strom und Wärme, in Rot dargestellt.
Mit unseren interaktiven Tabellen können Sie leicht feststellen, ob die von Ihnen gewählte Variante mit Ihren individuellen Eckdaten wirtschaftlich ist. Sie finden die Tabellen unter www.ratgeber-verbraucherzentrale.de/energieautarkieoder via QR-Code.
[7]Beispiel: Diese Variante erzielt eine Stromautarkie von 35 Prozent, in Bezug auf Strom und Wärme erreicht sie jedoch nur 5 Prozent Gesamtautarkie.
Das Buch will und kann keine Energieberatung bei Ihnen zu Hause oder gar eine Planung ersetzen – es soll Ihnen aufzeigen, auf welchen Wegen Sie zum größtmöglichen Autarkiegrad gelangen. Wenn Sie in einem Ein- oder Zweifamilienhaus leben, dann kann Sie dieses Buch unterstützen. Auch wenn Sie planen, solch ein Haus zu bauen, werden Sie hier viele Hinweise finden.
Wenn Sie mehr zum Thema Energieautarkie für größere Gebäude erfahren möchten, sollten Sie sich an eine Energieberatung, ein Architektur- oder Fachingenieurbüro wenden – es gibt auch Förderungen für eine Energieberatung (→ Seite240).
→ Tipp
Die Energieberatung der Verbraucherzentralen mit Informationen, Onlineveranstaltungen und der Möglichkeit zur Terminvereinbarung auch für eine individuelle Online- oder Vor-Ort-Beratung finden Sie unter www.verbraucherzentrale-energieberatung.de
Im Buch werden die zahlreichen technischen Möglichkeiten so weit beschrieben und erklärt, wie es für den effektiven Einsatz nötig ist. Wichtige Fachbegriffe werden in einem Glossar im Anhang erklärt (p Seite259).
Wir zeigen Ihnen, wie Sie die nötigen Informationen erhalten, was bei Angeboten zu beachten ist, welche Anforderungen das Gebäudeenergiegesetz stellt (p Seite 217) und welche Fördermöglichkeiten bestehen: Die Bedingungen für Investitionen in Ihr Haus sind noch günstig, die Förderung und die Energiepreise sind hoch (p Seite 215). Investieren Sie jetzt in Energieautarkie. Dann können Sie gelassen den kommenden Energiepreissteigerungen entgegensehen.
[8]Die wichtigsten Fragen und Antworten
Jährlich beantworten wir in unseren bundesweit rund 200 Beratungsstellen Hunderttausende von Fragen und helfen bei der Lösung von Problemen, die Verbraucherinnen und Verbraucher an uns herantragen. Aus dieser täglichen Praxis wissen wir am besten, wo der Schuh drückt und wie konkrete Unterstützung aussehen muss. Diese Erfahrungen sind Grundlage unserer Ratgeber: mit präzisen, verbraucherorientierten Informationen, zahlreichen Tipps und Hintergrundinformationen zum besseren Verständnis.
Als Energieberater der Verbraucherzentrale NRW habe ich über 25 Jahre Hauseigentümer bei der energetischen Sanierung Ihrer Immobilie beraten. Dieses Praxiswissen ist in diesen Ratgeber geflossen und soll nun auch Sie bei der Planung Ihrer autarken Strom- und Wärmeversorgung unterstützen.
Nutzen auch Sie die Energieberatung der Verbraucherzentralen und profitieren Sie von unser Beratungskompetenz:
www.verbraucherzentrale-energieberatung.de
Dr. Johannes Spruth
Die Sonne scheint und der Wind weht unregelmäßig, auch zu Zeiten, an denen Sie keinen Energiebedarf haben. Aber es gibt ebenso Zeiten, zu denen Sie Strom brauchen, aber keine Sonne scheint und kein Wind weht. Diese Ungleichzeitigkeit zwischen Erzeugung und Verbrauch erfordert einen Speicher. Bei thermischen Solaranlagen → Seite 96 ist das ein Wärmespeicher in Form eines gut gedämmten Wassertanks. Zusätzlich zu stromerzeugenden Anlagen wie etwa einer Photovoltaikanlage benötigen Sie einen Stromspeicher → Seite 61 ff. Für den Hausgebrauch kommen hier insbesondere Lithium-Ionen-Batterien infrage. Leider gibt es für den Hausgebrauch noch keine erschwinglichen Langzeitbatterien, um die Sommersonne in den Winter zu retten. Aber mit einer großen Photovoltaikanlage und einer großen Batterie kommen Sie dem Ziel eines stromautarken Hauses schon sehr nahe → Seite 76.
Entscheidend bei der Nutzung von Windkraft ist ein Standort mit ausreichender Windgeschwindigkeit und wenig Verwirbelungen. In dicht bebauten Bezirken werden Sie einen solchen Standort nicht finden. Die Windenergienutzung kann sich in Streusiedlungen oder bei einer exponierten Lage lohnen → Seite 51 ff. Vor der Realisierung einer Kleinwindanlage sind jedoch zahlreiche Überlegungen nötig, siehe Checkliste Seite 59. Und: Fallen Sie nicht auf Angebote herein, die Ihnen unrealistische Erträge versprechen → Seite 55. Prinzipiell kann eine Kleinwindanlage eine Photovoltaikanlage gut ergänzen; denn wenn keine Sonne scheint, insbesondere im Herbst und Winter, gibt es viel Wind.
Ja, eine Wärmepumpe kann auch im Altbau funktionieren. Die allgemein verbreitete Meinung, eine Wärmepumpe brauche unbedingt eine Fußbodenheizung, gilt heute nicht mehr. Entscheidend ist allerdings eine Vorlauftemperatur im kältesten Winter von höchstens 55 Grad. Ob das bei Ihnen der Fall ist, können Sie testen → Seite 139. In manchen Altbauten kann es deswegen nötig sein, vor dem Einbau einer Wärmepumpe den baulichen Wärmeschutz zu verbessern und/oder einzelne Heizkörper durch größere oder spezielle Wärmepumpenheizkörper zu ersetzen. Eine Wärmepumpe arbeitet zwischen zwei Temperaturen. Die geringsten Stromverbräuche erzielen Sie, wenn der Temperaturunterschied nicht sehr groß ist. Die Wärmequelle (Grundwasser, Erdreich oder Luft) sollte ganzjährig möglichst warm und das Heizsystem mit einer möglichst geringen Temperatur zufrieden sein – optimal ist hier eine Flächenheizung. → Seite 150. Aber auch mit herkömmlichen Heizkörpern können Sie ein befriedigendes Ergebnis erzielen, wie unsere Beispiele zeigen → Seite 142 ff.
In den meisten Fällen holt eine Wärmepumpe die Umgebungswärme aus Erdreich, Grundwasser oder Außenluft → Seite 133 ff. Es gibt aber auch spezielle Anlagen, die die Wärme eines üblichen Solarkollektors, eventuell in Kombination mit einem Erdspeicher → Seite 176 oder mithilfe eines speziellen Hybridkollektors oder Energiezauns in Kombination mit einem Eisspeicher → Seite 175 nutzen. Neu entwickelt wurde der PVT-Kollektor → Seite 196, eine Kombination aus Photovoltaikmodul mit kühlenden Wasserschlangen, der die auffallende Sonnenenergie besonders effizient nutzt und sehr gut als Wärme- und Stromquelle für eine Wärmepumpe dienen kann. So ist es möglich, bei einer Sole-Wärmepumpe auf Erdkollektor oder Erdsonde zu verzichten. Beispiele → Seite 198 ff. Eine Wärmepumpe benötigt den meisten Strom zum Antrieb im Winter, wenn es wenig Solarertrag gibt. Deswegen reicht der Strom einer Photovoltaikanlage allein nicht zum Betrieb. Trotzdem ist diese Kombination sinnvoll → Seite 184.
Das Sonnenhaus-Institut bezeichnet ein Haus als Sonnenhaus, wenn mindestens 50 Prozent der benötigten Energie von der Sonne kommt → Seite 106. Beim klassischen Sonnenhaus gibt es einen großen Solarkollektor auf dem Dach und einen sehr großen Pufferspeicher im Haus. Die Restwärme liefert ein Holzofen → Seite 166. Für den Strombedarf gibt es eine Photovoltaikanlage. Einige Sonnenhäuser haben auch eine große Photovoltaikanlage, eine Wärmepumpe und einen Batteriespeicher → Seite 222 ff. Das klassische Sonnenhaus wird im Kapitel „Wege zum energieautarken Haus“ für unsere drei Beispielhaushalte als erste Möglichkeit untersucht → Seite 219 ff.
Wenn Ihr Haus mehr Energie erzeugt, als es benötigt, wird es zum Kraftwerk. Da es bisher für den Hausgebrauch keine erschwinglichen Langzeitspeicher gibt, wird ein solches Haus nur in der Jahresbilanz ein Plusenergiehaus sein → Seite 20. Es benötigt weiterhin einen Anschluss ans Stromnetz, da die Haustechnik (beispielsweise eine Wärmepumpe) im Winter mehr Strom benötigt, als die Photovoltaikanlage liefern kann. Andererseits gibt es in der warmen Jahreszeit erhebliche Überschüsse, die ins Stromnetz eingespeist werden. Durch den zusätzlichen Einbau einer thermischen Solaranlage → Seite 174 ff., die die Wärmepumpe unterstützt, sinkt der Stromverbrauch erheblich, und das Plusenergiehaus wird leichter erreicht, Beispiele → Seite 226 ff. Meistens werden Sie einige ungenutzte Einsparpotenziale bei Strom und Wärme entdecken → Seite 234 ff. So wird es noch leichter, das eigene Haus zum Kraftwerk zu machen.
[13]Das Ziel: Ein energieautarkes Haus
Machen Sie Ihr Haus so energieautark wie möglich: Anhand von drei Beispielhaushalten stellen wir Ihnen Energiekonzepte für Ihren eigenen Weg zur Energieautarkie vor. Denn jeder Baustandard hat unterschiedliche energieautarke Dimensionen und bestimmte Vor- und Nachteile. Zum Einstieg in Ihre individuelle Planung werden Sie als ersten Schritt Ihren Energieverbrauch konkret einschätzen – denn so können Sie Ihren Weg zum energieautarken Haus besser planen und realisieren.
Was ist Energieautarkie?
Wenn Sie ihr eigenes Haus mit Strom und Wärme allein aus den auf dem Grundstück vorhandenen Energiequellen versorgen können, nennt man dies Energieautarkie. Diesem Ziel möglichst nahe zu kommen, dafür sprechen gute Gründe. Denn eine Eigenversorgung ist finanziell attraktiv, gut für die Umwelt und macht Sie unabhängig von großen Versorgungsunternehmen.
Bereits in den 1970er-Jahren wurde „Energieautarkie“ zum Beispiel im „Centre for alternative Technology“ in Wales großgeschrieben. Das Centre hatte sich mithilfe von Eigenstromerzeugung komplett von der öffentlichen Netzversorgung abgekoppelt. Mehrere Häuser und Gewerbebetriebe in einem alten Schiefersteinbruch werden seitdem allein über eigene Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaikanlagen mit Strom versorgt. Mittlerweile gibt es knapp 200 energieautarke Dörfer in Deutschland. Mit regenerativen Energien – insbesondere Biogas – wird der Wärme- und Strombedarf gedeckt, und oft kann sogar noch Strom und Wärme an das Umland abgegeben werden.
www.cat.org.uk https://bioenergiedorf.fnr.de/
Welche Möglichkeiten gibt es nun für Ein- und Zweifamilienhäuser, Strom und Wärme selbst zu erzeugen? Mittlerweile kann man energieautarke Häuser „von der Stange“ (→ Seite 216) kaufen. Diese Neubauten sind meist mit großen Photovoltaikanlagen und/oder thermischen Solaranlagen, Wärmepumpen und Stromspeichern ausgestattet. Doch was tun, wenn man in einer „alten Hütte“ wohnt? Deutschland ist schon gebaut: Etwa drei Viertel aller Gebäude wurden [14]vor der ersten Wärmeschutzverordnung von 1977 errichtet. Aber auch für viele dieser „Bestandsgebäude“ gibt es Möglichkeiten einer energieautarken Versorgung. Wir stellen sie in den folgenden Kapiteln ausführlich und mit vielen Beispielen vor.
Wenn Sie ein Ein- oder Zweifamilienhaus besitzen, gibt es drei gute Gründe, sich von der allgemeinen Energieversorgung abzukoppeln und die auf das Grundstück fallende Sonnenenergie in allen ihren Formen wie Sonnenstrahlung, Wind und Biomasse zu nutzen:
1. Sonnenenergie ist kostengünstig
Sonnenenergie steht allen kostenlos zur Verfügung, für Energielieferungen müssen Sie hingegen bezahlen. Zwar ist der Ölpreis mittlerweile wieder etwas gesunken und es gab 2023 eine Deckelung des Gaspreises bei [15]12 Cent pro Kilowattstunde (ct/kWh), deutlich sichtbar ist jedoch ein Anstieg der Energiekosten.
Preisentwicklung bei Holzpellets, Heizöl und Erdgas
In einem unsanierten Einfamilienhaus, Baujahr 1962, leben vier Personen. Auf ein Jahr gesehen benötigt der Haushalt circa 20.000 Kilowattstunden Wärmeenergie und zusätzlich circa 4.000 Kilowattstunden Strom. Das bedeutete im Jahr 1998 Energiekosten von rund 1.400 Euro. 2015 lagen die Kosten bereits bei etwa 2.500 Euro und 2023 werden es vermutlich 4.000 Euro werden. Damit arbeiten Durchschnittsverdiener heutzutage über einen Monat lang nur für die Energiekosten. Wäre es da nicht sinnvoller, dieses Geld für energetische Maßnahmen im eigenen Haus zu investieren?
2. Sonnenenergie ist umwelt- und klimaschonend
Werden fossile Energieträger (Öl, Gas) verbrannt oder wird Strom im Kohlekraftwerk erzeugt, entsteht Kohlendioxid (CO2). Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre nimmt zu. Aus wissenschaftlicher Sicht ist das der entscheidende Faktor für den fortschreitenden Klimawandel: Satellitendaten zeigen, dass die Masse des Grönlandeises jedes Jahr um circa 270 Milliarden Tonnen schmilzt (Stand 17.03.2022). Laut der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) waren die Jahre 2011 bis 2023 weltweit gesehen die bisher wärmsten Jahre mit vielen extremen Wetterereignissen. Und die CO2-Konzentration – als einer der Auslöser – überschritt im Frühjahr 2015 erstmals die Grenze von 400 parts per milion (ppm).
[16]Auch Deutschland hat die Folgen des Klimawandels zu spüren bekommen: mit zerstörerischen Stürmen wie Kyrill und Lothar, der verheerenden Flutkatastrophe an der Ahr und in der Eifel und mit Hitzewellen. Der Ausweg ist die Abkehr von herkömmlichen Energieträgern hin zur Nutzung erneuerbarer Energien. Der Schritt zum energieautarken Haus ist also auch der Schritt zur privaten Energiewende und zum Klimaschutz.
Das Maß ppm (parts per million) gibt das Mischungsverhältnis an, die Konzentration, hier von Kohlendioxid (CO2) in Luft. Wie das Prozent ein Hundertstel bedeutet und das Promille ein Tausendstel, ist das ppm ein Millionstel. 400 ppm wären also ein Verhältnis von 0,04 Prozent CO2 in Luft. Noch in den 1960er-Jahren lag dieser Wert unter 320 ppm. Je höher die CO2-Konzentration ist, desto mehr steigt die Durchschnittstemperatur durch den Treibhauseffekt an: Sonnenstrahlung kann die Atmosphäre durchdringen und die Erde erwärmen, aber das CO2 hält die Wärmestrahlung zurück. Es gibt Kipppunkte, die unbedingt vermieden werden sollten: Wenn zum Beispiel der Permafrostboden in Sibirien auftaut, würden in einer gefährlichen Kettenreaktion weitere Treibhausgase freigesetzt. Klimawissenschaftler vermuten, dass dies spätestens bei einer weltweiten Erwärmung um 2 °C geschieht, wovon bisher bereits über 1 °C erreicht wurden.
Ein typischer Vierpersonenhaushalt verursacht durch Gasheizung und Stromverbrauch eine CO2-Belastung von etwa 6,8 bis 9,8 Tonnen jährlich. Mit Ölheizung wären es 8,2 bis 12 Tonnen. Die durchschnittliche CO2-Belastung beträgt in Deutschland circa 10 Tonnen pro Person jährlich, aus Energieeinsatz in der Wohnung, Nahrungsmitteln, Mobilität und Konsumgütern. Bei vier Personen sind es demnach etwa 40 Tonnen. Durch verringerten Energieeinsatz allein lassen sich etwa 5 bis 10 Tonnen CO2 jährlich einsparen, demnach bis zu einem Viertel der CO2-Belastung dieses Haushalts. Darüber hinaus entstehen bei der Verbrennung je nach Energieträger Schwefeldioxid- und Stickoxidemissionen, die bei der Nutzung der Sonnenenergie ebenfalls entfallen.
3. Sonnenenergie macht Sie unabhängig von großen Versorgungsunternehmen
Im November 2005 gab es im Münsterland ein Schneechaos: Unter der Last von Schnee und Eis knickten reihenweise die Strommasten ein. Einige Orte waren tagelang von der [17]Stromversorgung abgeschnitten: Heizungsanlagen, Kühlgeräte, Elektroherde und die Kommunikationstechnik fielen aus und es gab keine elektrische Beleuchtung mehr. Ähnliches könnte auch in Ihrem vollelektrifizierten Haushalt geschehen, bräche die Stromversorgung zusammen. Auch der Ukraine-Krieg hat uns wieder die Verletzlichkeit der Energieversorgung vor Augen geführt. Da wäre es doch beruhigend, eine Eigenstromversorgung mit Notstromfunktion zu besitzen.
Der Weg zum energieautarken Haus ist nicht einfach. Um Ihnen den Übergang leichter zu machen, werden in den folgenden Kapiteln Lösungen beschrieben, die Sie dafür einsetzen können – mit ihren Vor- und Nachteilen, den Kosten und ihrem Nutzen.
Energieautarkie ist leichter zu erreichen, wenn der Energieverbrauch niedrig ist. Insbesondere Maßnahmen an der Gebäudehülle – Wände, Fenster, Türen, Dach – helfen, Ihren Energiebedarf zu senken. (Mehr dazu in der Fachliteratur, Hinweise ab Seite 264 und im Kapitel „Wege zum energieautarken Haus“ ab Seite 234) Noch besser, weil konkreter, kann auch eine Energieberatung der Verbraucherzentrale sein – möglichst vor Ort in Ihrer Immobilie. Mehr dazu unter www.verbraucherzentrale-energieberatung.de
Haustypen und Baustandards – kurz erklärt
Es gibt eine Reihe von Begriffen, die den energetischen Standard eines Hauses beschreiben. Doch was ist darunter zu verstehen? Gibt es klare Festlegungen oder handelt es sich eher um Werbebegriffe?
Die Wärmeschutzverordnung von 1977 brachte erstmals klare Vorgaben – zunächst nur für den Neubau. Diese Vorgaben wurden stufenweise bis 1995 verschärft. Daneben traten mit den Heizungsanlagenverordnungen Anforderungen an die Heizungssysteme in Kraft (Abb. 2). 2002 verschmolzen die Wärmeschutzverordnung und die Heizungsanlagenverordnung zur Energieeinsparverordnung (EnEV). Hinzu kommen laufend EU-Vorgaben, die ins nationale Recht übernommen werden müssen. So erfolgten mehrere Anpassungen der EnEV bis zur EnEV 2014. Zusätzlich gab es das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und das Energieeinsparungsgesetz (EnEG).
2020 wurden diese drei Gesetze im Gebäudeenergiegesetz (GEG) vereint. Der Neubaustandard war damit das Niedrigstenergiegebäude (Nearly Zero Energy Building, NZEB, deutsch: Nahezu-Nullenergiehaus), wie es die EU fordert. Stand 2023 wurde der Neubaustandard erneut angehoben, bis auf das Effizienzhaus 55 (→ Seite20). Es ist unsicher, ob es zur weiteren Verschärfung auf das Effizienzhaus 40 kommen wird, da bei [18]Neubauten die Pflicht zu 65 Prozent erneuerbarer Energie ab 2024 besteht – bei Altbauten spätestens 2028. In Abb. 2 sind diese Anforderungen an baulichen Wärmeschutz und Haustechnik für eine Doppelhaushälfte (Referenzhaus → Seite20) in einen spezifischen Primärenergiebedarf für Heizwärme umgerechnet worden. Die oberste, stufige Linie zeigt die gesetzlichen Vorgaben.
Ihr spezifischerPrimärenergiebedarf für Heizwärme ist der Wärmeverbrauch pro Quadratmeter einschließlich aller Gewinnungs-, Transport- und Umwandlungsverluste von der Öl- oder Gasquelle oder der Kohlemine übers Kraftwerk bis zum Haus.
Es gab und gibt Gebäudestandards, die über das Maß der jeweiligen Verordnung hinausgehen (→ Abb. 2, untere Linie „Forschung/Demovorhaben“). Zunächst kam in den späten 1980er-Jahren, angeregt durch den Baustandard in den skandinavischen Ländern, der Begriff des Niedrigenergiehauses auf, das einen erheblich verbesserten Wärmeschutz gegenüber dem damaligen Baustandard und außerdem häufig den Einbau von Wohnungslüftungsanlagen aufwies. Allerdings wurde oft auch irreführend mit dem Begriff Niedrigenergiehaus geworben, obwohl kein Niedrigenergiehaus drinsteckte. Es gibt hier leider keine rechtsverbindliche Definition.
Abb. 2: Entwicklung des energiesparenden Bauens
Passivhaus
Ist der bauliche Wärmeschutz so sehr verbessert, dass die benötigte Heizwärme über passive Sonneneinstrahlung durch die Fenster und Zuheizen in der Lüftungsanlage gedeckt wird, spricht man von einem Passivhaus. Ein klassisches Heizsystem ist nicht mehr erforderlich. Ein Passivhaus funktioniert jedoch nur, wenn bestimmte bauphysikalische Bedingungen eingehalten werden, was in der Planungsphase mit speziellen Softwareprogrammen überprüft wird. Für die Realisierung eines Passivhauses kommt es auf eine sorgfältige Ausführung in der Bauphase und die passende Auswahl der Komponenten an.
Nullenergie- oder Plusenergiehaus
Ein Passivhaus ist zwar noch kein energieautarkes Haus, doch dank seines geringen Energiebedarfs sind die Ausgangsbedingungen günstig. Wird nun zusätzlich zur passiven Sonnenenergienutzung aktive Technik eingebaut, zum Beispiel Solarkollektoren und Photovoltaikanlagen, so kann der [19]Standard eines Nullenergie- oder Plusenergiehauses erreicht werden. Bei dieser Klassifizierung wird der gesamte Energieverbrauch eines Jahres mit der im gesamten Jahr erzielten Sonnenenergienutzung verglichen. Ist beides gleich, so handelt es sich um ein Nullenergiehaus.
Wird mehr Sonnenenergie gewonnen, als das Haus benötigt, so wirkt das Plusenergiehaus als Kraftwerk.
Zuzeiten einer hohen Einspeisevergütung war es wirtschaftlich attraktiv, eine sehr große Photovoltaikanlage zu installieren und damit die Mehrkosten der aktiven Technik zu decken. Nach Einbrüchen bei der Einspeisevergütung ist dies mit den neuen Bedingungen im EEG (→ Seite41) wieder sinnvoll geworden. Nach wie vor wird aber angestrebt, einen besseren Standard als das Passivhaus zu erzielen. Die bundesweite [20]Forschungsinitiative „Effizienzhaus Plus“ betreut etliche Projekte in Deutschland: www.forschungsinitiative.de/effizienzhaus-plus
Abb. 3 zeigt, wie sich bei einem Plusenergiehaus in 2 Jahren Produktion und Verbrauch entwickelt haben. Es ist deutlich zu sehen, dass zu Beginn des Jahres die Solarproduktion den Verbrauch nicht decken kann. Erst einige Monate später schneiden sich die Kurven, gegen Ende des Jahres wurde mehr produziert als verbraucht. Es handelt sich demnach um ein Plusenergiehaus in der Jahresbilanz, aber nicht um ein energieautarkes Haus. Denn der Anschluss ans Stromnetz ist nötig: Im Winter wird Strom bezogen und im Sommer der Überschuss eingespeist.
Heizlast höchstens 10 Watt pro Quadratmeter (W/m²)
Heizwärme höchstens 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) jährlich
Luftdichtheit besser als 0,6 Luftwechsel pro Stunde
Primärenergie für Heizung, Warmwasser, Stromanwendungen höchstens 120 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) jährlich
Nachzuweisen über die Software: Passivhaus-Projektierungs-Paket
Erfüllung der Anforderungen
Sehr gute Wärmedämmung bis ins Detail, um Wärmebrücken zu vermeiden
Dreifachwärmeschutzverglasung in gedämmten Fensterrahmen
Lückenlose, luftdichte Ausführung
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
Effiziente Elektrogeräte
Näheres erfahren Sie beim Passivhaus-Institut unter www.passiv.de.
Dort erhalten Sie auch Listen von zertifizierten Bauelementen wie etwa Holzleichtbauwände, Fenster oder Wärmepumpen sowohl für den Neubau als auch für die Altbausanierung. Bei der Auswahl der Elemente sollten Sie auf diese Zertifizierung achten.
Jahresgang von Energieproduktion und Energieverbrauch beim Effizienzhaus plus des Bundesumweltministeriums
KfW-Effizienzhaus
Die KfW orientiert ihre Effizienzhaus-Förderungen an Baustandards. Sie hat zu diesem Zweck die KfW-Effizienzhäuser definiert. Im jeweils gültigen GEG ist der Neubaustandard festgelegt, der sich am sogenannten Referenzhaus orientiert, einem Gebäude mit den Abmessungen des jeweiligen Neubaus, aber vorgegebenen Werten für Dämmwerte und Haustechnik. Die Zahl im Namen des Effizienzhauses gibt nun an, inwieweit die [21]Neubau- oder Sanierungsplanung den Primärenergieverbrauch des Referenzhauses erreicht.
Wenn Sie also Ihr Haus so sanieren wollen, dass es zu einem „Effizienzhaus 85“ wird, müssen Sie nachweisen, dass Ihr zukünftiger Primärenergieverbrauch höchstens 85 Prozent vom Verbrauch eines entsprechenden Referenzhauses beträgt. Außerdem gibt es Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz.
→ Tipp
Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) ist die Förderbank des Bundes. Sie vergibt für energiesparendes Bauen und Sanieren zinsgünstige Kredite mit Tilgungszuschüssen.
Gefördert werden Effizienzhäuser. Die Definition der Effizienzhäuser, die damit zusammenhängende aktuelle Förderhöhe und die Beschreibung des Antragsverfahrens finden Sie auf www.kfw.de/begZur Neubauförderung → Seite 215. Die Förderung von Einzelmaßnahmen bei Altbauten erfolgt als Zuschussförderung mit festen Sätzen über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) – unter www.bafa.de/beg und die KfW (→ Seite 215).
Neubau: Die Anforderungen des jeweils aktuellen Gebäudeenergiegesetzes (GEG) müssen eingehalten werden. GEG 2023: Heizwärme unter 40 Kilowattstunden pro Quadratmeter.
Niedrigenergiehaus: Kein definierter Standard, Heizwärme etwa 50 bis 70 Kilowattstunden pro Quadratmeter
Passivhaus: Definierter Standard mit zugehörigem Softwareprogramm, Heizwärme unter 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter
Nullenergiehaus: Im Jahresdurchschnitt erzeugen die aktiven Komponenten des Hauses so viel Wärme und Strom, wie im Haus benötigt wird.
Nullheizenergiehaus: Die Bilanz wird lediglich auf die Heizwärme bezogen.
Plusenergiehaus: Das Haus ist im Jahresdurchschnitt ein Kraftwerk und erzeugt mehr, als es braucht.
Effizienzhaus Plus: Bundesweite Forschungsinitiative für Plusenergiehäuser mit definierten Bedingungen.
KfW-Effizienzhäuser: Von der Förderbank KfW definierter Standard, der sich am Referenzhaus orientiert.
[22]Die Beispielhaushalte
Bei einer Energieberatung (→ Seite240) wird darauf geachtet, dass die vorgeschlagenen Maßnahmen möglichst gut zu Ihrer Ausgangslage passen. Denn jedes Haus ist anders, jeder Haushalt auch.
Drei Beispielhaushalte begleiten Sie durch dieses Buch. Die drei unterschiedlichen Ausgangslagen und die dazu passenden Planungen machen die verschiedenen Techniken auf dem Weg zur Energieautarkie anschaulich, mit Varianten und Angaben zu Kosten, Nutzen, Autarkiegrad und Umweltentlastung.
Welcher Haushalt entspricht Ihrer eigenen Situation am ehesten? Suchen Sie sich den zu Ihrem Strom- und Wärmeverbrauch passenden Beispielhaushalt aus. Abweichungen zu Ihrer Ausgangslage können Sie in den interaktiven Tabellen (Download → Seite 7) berücksichtigen.
Der Autarkiegrad der vorgestellten Varianten wird in einem oder mehreren Symbolen deutlich: Die Zahlen in blauen Kreisen zeigen den Wert der Stromautarkie und diejenigen in roten Kreisen den Wert der Gesamtautarkie, bezogen auf Strom und Wärme.
Haushalt A – unsanierter Altbau
Haushalt A besteht aus zwei Personen, die in einem Einfamilienhaus mit 120 Quadratmetern Wohnfläche leben. Die 30 Jahre alte Ölheizung übernimmt auch die Warmwasserversorgung. Nun soll das Gebäude energetisch saniert werden, jedoch sind keine Wärmedämmmaßnahmen vorgesehen.
Die A’s möchten jetzt investieren, um in Zukunft mit möglichst geringen Energiekosten leben zu können.
Haushalt B – sanierter Altbau
Die B’s sind eine junge, vierköpfige Familie. Vor Kurzem haben sie ein Einfamilienhaus mit 140 Quadratmetern Wohnfläche erworben. Im Zuge des Umbaus wird die Außenfassade gedämmt und neue Fenster werden eingebaut. Ein Kühlgerät und eine Waschmaschine sollen neu angeschafft werden.
Die B’s wollen ihre Umweltbelastung möglichst gering halten, um ihren Kindern eine lebenswerte Welt zu erhalten.
Haushalt C – Neubau als Passivhaus
Die C’s bauen ein Passivhaus (→ Seite18) mit 120 Quadratmetern Wohnfläche, das sie zunächst zu zweit bewohnen werden. Eventueller Familienzuwachs, zwei Kinder, wurde mit eingeplant. Dank stromsparender Geräte und sparsamer Nutzung ist ihr Strombedarf relativ niedrig.
Allerdings benötigt die Haustechnik Strom, insbesondere die Lüftungsanlage. Einen Stromausfall wollen die C’s durch Eigenstromerzeugung daher möglichst vermeiden.
[33]Strom selbst erzeugen
Bisher wurde Ihr Haushalt problemlos mit Strom versorgt. Sie mussten sich keine Gedanken machen – nur bezahlen. Nun möchten Sie selber Stromerzeuger werden. Wir stellen Ihnen die Möglichkeiten vor, die Photovoltaikanlage, Kleinwindanlage und Blockheizkraftwerk für Ihre Situation bieten, und erklären, warum Sie einen Stromspeicher mit einplanen sollten.
Selbstversorgung mit Strom
Für eine Selbstversorgung mit Strom ist es notwendig, die Stromerzeugung nach dem individuellen Strombedarf auszurichten. Das ist jedoch allein mit den eigenen Kraftwerken nicht zu jedem Zeitpunkt möglich. Beispielsweise produziert eine Photovoltaikanlage in der Nacht keinen Strom, Sie brauchen aber welchen, zum Beispiel für Beleuchtung und Kühlschrank. Darum ist bei einer Selbstversorgung ein Stromspeicher unverzichtbar.
Zurzeit ist Ihr Haushalt am öffentlichen Netz angeschlossen. Sie werden über den Hausanschlusskasten versorgt, danach kommen ein oder mehrere Stromzähler und die Haus-Unterverteilung mit den Sicherungen für die einzelnen Stromkreise. Beispielsweise gibt es einen eigenen Stromkreis für die Beleuchtung im Wohnzimmer, einen weiteren für die Steckdosen und weitere für die Küchengeräte. Der Haushaltsstrom ist Drehstrom mit einer Spannung von 230 Volt und einer Netzfrequenz von 50 Hertz (p Seite35).
Ihre Geräte sind zu unterschiedlicher Zeit eingeschaltet und die Leistungsabnahme aus dem Netz ist entsprechend.
In Abbildung 1 sehen Sie beispielhaft den sogenannten Lastgang
