Neue Rahmenbedingungen wie die EU-Taxonomie als auch die CO2 -Besteuerung von fossilen Brennstoffen haben die wirtschaftlichen Implikationen von CO2 -Emissionen deutlich gemacht. Diese können steigenden Nebenkosten für Mieter aber auch potenzielle Wertminderung von Objekten, die Dekarbonisierungspfade überschreiten, mit sich bringen. Die Bekanntgabe, dass die deutschen Klimaziele für 2020 nur auf Grund des Corona-Lockdowns erreicht werden konnten und der Gebäudesektor die im Bundesklimaschutzgesetzt verankerten Ziele als einziger Sektor verfehlt hat, sorgen für eine weitere Fokussierung auf die Sanierung von Bestandsgebäuden.
Die Dringlichkeit einer zügigen Dekarbonisierung von Gebäudebeständen wird durch aktuelle Appelle unterstrichen, mittels eines Sofortprogramms die Weichen für die Sanierung von 1 Millionen Gebäuden bis 2025 zu stellen.
Das Verständnis für die Notwendigkeit, jedes Jahr mindestens 330.000 Gebäude zu sanieren, ist in der Bau- und Immobilienbranche gegeben. Es fehlt jedoch an lebenszyklusorientierten Sanierungsfahrplänen, die aufzeigen, wie sich die geforderte Dekarbonisierung kosteneffizient und mieterverträglich realisieren lässt.
Bestandshalter benötigen klare Handlungsempfehlungen, die sowohl das Energie- und CO2-Einsparpotential quantifizieren als auch die Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen berücksichtigen. Um eine Verschiebung von CO2-Emissionen aus dem Betrieb in die Herstellungs- oder Entsorgungsphase zu vermeiden und eine Vergleichbarkeit des Dekarbonisierungspotenzials über Portfolios hinweg zu ermöglichen, muss eine lebenszyklusorientierte, standardisierte Bilanzierung die Grundlage für das Ableiten solcher Handlungsempfehlungen sein. Darüber hinaus muss diese auf Basis einer häufig nur beschränkt verfügbaren Datengrundlage abgeleitet werden können.
CAALA bietet eine innovative Lösung
Dieser Artikel stellt einen innovativen Weg vor, nur auf Basis der Adresse und des Baujahrs des Gebäudes zu einem automatisch erstellten und voroptimiertem Dekarbonisierungsfahrplan für Bestandgebäude zu gelangen. Somit ist es möglich, in 15 Minuten eine Sanierungspotentialanalyse für ein Gebäude zu erstellen, bzw. innerhalb von wenigen Tagen ein komplettes Portfolio mit mehr als tausend Gebäuden zu analysieren.
Der Ansatz besteht aus 3 Schritten, die im Folgenden erläutert werden.
CO2-Bilanzierung auf Portfolioebene
Zunächst werden auf Portfolioebene eine CO2-Bilanzierung und somit Ist-Zustandsanalyse durchgeführt. Dabei werden auf Basis des Verbrauchs, der je Gebäude verwendeten Energieträger und des Gebäudetyps die CO2-Emissionen im Ist-Zustand betrachtet. Fehlende Informationen wie der Nutzerstrombedarf werden über statistische Werte hinzugefügt, um eine umfassende Abbildung der im Betrieb verursachten CO2-Emissionen zu erhalten.
Ausgehend vom Ist-Zustand wird der Dekarbonisierungspfad bis 2050 ermittelt, der sich auf Grund verändernder Rahmenbedingungen ergibt (bspw. Dekarbonisierung des deutschen Strommixes). Abhängig von den genutzten Energieträgern sowie der Strategie der Energieversorger, kann dieser „passive“ Dekarbonisierungspfad zu einer zügigen oder weniger schnellen Annährung an die geforderte Klimaneutralität bis 2050 führen.
Dieser „passive“ Dekarbonisierungspfad wird gebäudetypspezifischen Zielpfaden gegenübergestellt, um eine Einordnung zu erhalten, welche zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um unter den gewählten Rahmenbedingungen der jeweiligen Zukunftsszenarien Klimaneutralität zu erreichen. Nach dieser Einordnung sind die Gebäude, welche den größten Handlungsbedarf oder das größte Dekarbonisierungspotenzial aufzeigen, für die Sanierungspotentialanalyse auszuwählen.
Thermische 3D-Modellgenerierung
Die Grundlage für die Sanierungspotenzialanalyse und damit der Erstellung eines Dekarbonisierungspfades ist das gebäudespezifische thermische 3D-Modell. Dieses thermische Modell kann auf Basis der Adresse sowie des Gebäudetyps und der Baualtersklasse automatisiert erstellt werden. Dazu wird zunächst die Adresse in CAALA eingegeben. Die Software extrahiert automatisch den Gebäudeumriss aus OpenStreetMap und erstellt über hinterlegte Informationen zu der Stockwerksanzahl einen Volumenkörper.
Durch die integrierte GoogleStreetView Ansicht kann die Stockwerksanzahl überprüft und mittels manueller Eingabe korrigiert werden, falls dies notwendig sein sollte. Mit Hilfe der Ansicht lässt sich ebenfalls der Fensterflächenanteil je Orientierung ableiten, welcher mittels Schiebereglern eingegeben wird (siehe Abbildung 1).
Die einzelnen Flächen des Volumenkörpers werden automatisch als Fenster-, Außenwand-, Boden- und Dachflächen klassifiziert. Über Baualtersklasse und Gebäudetyp kann die auf Basis der Datenbank Tabula vorkonfigurierte Bauteilkombination ausgewählt werden.
So werden den Flächen des 3D-Modells Bauteile mit Schichtaufbauten zugeordneten, aus denen die U-Werte der Gebäudehülle berechnet werden. Nach Auswahl der Wärmeerzeugungsanlage wird der Energiebedarf im Betrieb berechnet. Die Berechnung erfolgt auf Basis eines vereinfachten Verfahrens nach DIN V 18599.
Der Ansatz wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes an Fallbeispielen überprüft. So ermittelt CAALA den Bedarf für Raumwärme und Warmwasser, End- und Primärenergiebedarf. Wenn ein Energieausweis zum Gebäude vorhanden ist, dient dieser als Abgleich des Ist-Zustandes.
Sanierungspotentialanalyse auf Basis von Optimierung
Das thermische 3D-Model des Ist-Zustandes dient als Ausgangspunkt für die zu simulierenden Sanierungsmaßnahmen. Mittels der Eingabemaske können Sanierungsmaßnahmen, wie der Austausch der Fenster mit einer Dreifach-Verglasung oder der nachträglichen Dämmung der Kellerdecke ausgewählt werden. Der Einfluss dieser Maßnahmen auf den Energiebedarf wird in Echtzeit berechnet.
Aus den Energieeinsparungen werden die Energie- sowie die ggf. vorliegenden CO2-Kosteneinsparungen abgeleitet. So lassen sich beliebige Kombinationen an Sanierungsmaßnahmen der Gebäudehülle als auch der Anlagentechnik simulieren und deren Einfluss im Kontext von gewählten Szenarien (z.B. sich reduzierender CO2-Faktor der Fernwärme oder steigender Energiepreise) auf die nächsten 30 bis 50 Jahre ableiten.
Durch die Vorkonfiguration von Sanierungsmaßnahmen inklusive Investitionskosten lässt sich mit einem Klick der Effekt von Maßnahmen auf spezifische Gebäude in deren lokaler Umgebung auswerten. Dabei wird immer eine Lebenszyklusperspektive angewendet. Die eingesetzte Methode der Parametrischen Lebenszyklusanalyse (PLCA®) berechnet parallel neben dem Energiebedarf und den CO2-Emissionen im Betrieb auch die sogenannten grauen Emissionen. Die grauen Emissionen bezeichnen hier die bei der Herstellung, Austausch, und Entsorgung von Baumaterialien und Bauteilen verursachen CO2-Emissionen (Lebenszyklusmodule A1-A3, B4, und C3-C4 nach DIN EN 15978). Als Datengrundlage wird die ökobau.dat (BBSR, 2011) verwendet. Neben dieser Ökobilanzierung werden ebenfalls die Lebenszykluskosten mit Hilfe der Barwertmethode berechnet
Der Vergleich von Sanierungsmaßnahmen ermöglicht es, auf einen Blick die energetischen, ökologischen und wirtschaftlichen Unterschiede je Sanierungsvariante zu erfassen (siehe Abbildung 2). Die gewählten Sanierungsvarianten lassen sich in einen Dekarbonisierungspfad überführen, so dass je Gebäude eine klare Sanierungsstrategie abgeleitet werden kann (siehe Abbildung 3).
Die Erreichung der Klimaziele wird sich an der Geschwindigkeit der Dekarbonisierung von Bestandsportfolios entscheiden. Für eine effiziente Dekarbonisierung ist es erforderlich, die Gebäude mit dem größten Dekarbonisierungspotenzial zu identifizieren und zielgerichtet die Maßnahmen zu ergreifen, die je Euro Investition die größten CO2-Einsparungen realisieren lassen. Die vorgestellte Methode mit der CAALA Software erlauben es, in einem teilautomatisierten Vorgehen die energetischen, ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen je Sanierungsmaßnahme und Maßnahmenpaket unter Berücksichtigung des Lebenszyklus in Echtzeit zu ermitteln. So wird es erstmals möglich, nur ausgehend von der Adresse und dem Baualter in 10-15 Minuten je Gebäude fundierte Handlungsempfehlungen zu erstellen.
Lesen Sie hier wie die GLS Bank genau dieses Verfahren nutzt.
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