Bachelorarbeit Jonas Baumgärtner

 

Ermittlung optimierter Gebäudeenergiesysteme für den deutschen Wohngebäudebestand unter besonderer Berücksichtigung von Lüftungsverlusten

Pareto-Fronten der jährlichen Kosten Urheberrecht: EBC Pareto-Fronten der jährlichen Kosten und CO2-Emissionen für Ein- und Zweifamilienhäuser der Baualtersklassen 1860 - 1957, 1958 - 1978 und 1979 - 1994 sowie die Kostenniveaus der Gebäude im Bestand

Zur Minimierung des Treibhausgasausstoßes der deutschen Wohngebäude im Rahmen der Klimaschutzziele Deutschlands für das Jahr 2050, muss die derzeitige Sanierungsquote der Atlbauten nahezu verdoppelt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher ein Plan zur effizienten Sanierung des Wohngebäudebestandes entwickelt.
Hierfür werden mithilfe eines "Mixed-Integer Linear Programming" Optimierungsmodells Gebäudeenergiesysteme ermittelt, die sowohl ökonomisch als auch ökologisch eine lohnenswerte, energetische Veränderung der Bestandsgebäude herbeiführen.

Der deutsche Wohngebäudebestand wird in repräsentativen Kategorien zusammengefasst, um anhand weniger Optimierungen aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Durch ein Clustering können 77 % der Bestandsgebäude in 6 Typgebäuden zusammengefasst werden.

Um die Güte des bestehenden Programms zu verbessern, wird ein im Optimierungsprogramm implementierter statischer Ansatz zur Berechnung der Lüftungswärmeverluste durch eine dynamische Modellierung ersetzt. Der dynamische Ansatz berücksichtigt Einflussfaktoren wie Nutzerverhalten, meteorologische Gegebenheiten und gebäudespezifische Elemente.

Anhand der Optimierungsergebnisse kann gezeigt werden, dass durch energetische Ertüchtigungen eine Reduzierung der jährlichen Kosten um 3 bis 25 % im Fall der Ein- und Zweifamilienhäuser möglich ist. Außerdem erweisen sich Luft-Wärmepumpen und eine größere Dämmstärke der Außenwand als adäquate Mittel, um durch geringen Einsatz monetärer Mittel die emittierten Treibhausgase zu reduzieren.

Für Mehrfamilienhäuser lassen sich die jährlichen Kosten um 40 bis 50 % reduzieren. Hierbei werden als besonders effiziente Energieerzeuger Blockheizkraftwerke und Pelletheizungen identifiziert. Zudem wird ein hohes Einsparpotential der CO2-Emissionen durch die energetischen Ertüchtigung der Außenwand nachgewiesen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass durch energetische Sanierungsmaßnahmen an Bestandsgebäuden die Kohlenstoffdioxid-Emissionen in Folge einer Kostenoptimierung reduziert werden. Darüber hinaus existieren pareto-optimale Lösungen der Gebäudeenergiesysteme, für die sich mit geringem finanziellen Aufwand die emittierten Treibhausgase signifikant reduzieren lassen.