Ganzheitlicher Ansatz

Neben einer möglichst freien, flexiblen Raumgestaltung stellt sich in Abhängigkeit vom Lagergut auch die Frage nach einer effektiven und energieeffizienten Kühlung. Spätere Umnutzungen, bei denen Kühl- oder sogar Explosionsschutzanforderungen bestehen, sind bei der Auswahl des Heizsystems ebenfalls in die Überlegungen mit einzubeziehen.

Anforderung: konstantes Raumklima

Die wirtschaftlichste Lösung zur Beheizung und/oder Kühlung kann daher nur mit einer ganzheitlichen Betrachtung des Gebäudetyps „Lager-, Logistik-, Industrie- und Werkhallen“ gefunden werden. Hierzu ist es erforderlich, alle Kostenarten und -beträge im Verlaufe des Nutzungszeitraums gegenüberzustellen. Der nachfolgende Systemvergleich ermittelt daher die Vollkosten für verschiedene Hallenheizsysteme anhand folgender Wirtschaftlichkeitskriterien:

Anhand des nachfolgenden Beispiels einer Flugzeugwartungs­halle soll der Wirtschaftlichkeitsaspekt von Lösungen zur Beheizung von Gebäuden stärker in den Fokus gerückt werden. Der Auf­trag­geber und Investor suchte im dargestellten Fall nicht nur eine gesetzeskonforme Lösung, die den Anforderungen der EnEV und dem EEWärmeG entspricht, sondern darüber hinaus eine Lösung zur wirtschaftlichen Beheizung des Gebäudes: Konkret geht es um eine Flugzeugwartungshalle mit einer Grundfläche von 3200 m² und einer durchschnittlichen lichten Höhe von 17 m.

Um die Frage zu klären, wie das Gebäude am wirtschaftlichsten zu beheizen ist, und ob diese Lösung mit dem EEWärmeG konform ist, wurde ein Systemvergleich auf Grundlage der Nutzenergiebedarfswerte gemäß DIN V 18 599 erstellt.

Für das vorliegende Gebäude wurden folgende drei Beheizungsarten untersucht:

Ermittlung der Kosten

Für die drei Varianten der Hallenheizsysteme werden die Gesamt­kosten über den betrachteten Nutzungszeitraum anhand der VDI-Richtlinie 2067 ermittelt.

Alle betrachteten Systeme sind bezüglich ihrer Heizleistung und der Temperaturverteilung im Raum vergleichbar ausgelegt. Die Dimensionierung aller Heizsysteme und deren Komponenten erfolgte durch ein TGA-Ingenieurbüro anhand der gültigen Anforderungen aus DIN-Normen und Herstellerdaten. Für Ersatzinvestitionen wurde eine jährliche Kostensteigerung von 2 % zugrunde gelegt.

Instandsetzung, Wartung/Inspektion und Bedienung

Für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde eine Nutzungsdauer von 20 Jahren unterstellt. Da die mögliche Nutzungsdauer der Einzelkomponenten teilweise unterhalb des betrachteten Nutzungszeitraums liegt, müssen Einzelkomponenten der Beheizungsvarianten im Laufe des Betriebs instandgesetzt oder ausgetauscht werden. Die Instandsetzungs- und Austauschkosten gehen jeweils in die Betrachtung der Investitionskosten mit ein. Grundsätzlich wurden Werte für die Nutzungsdauer sowie Instandhaltungskosten der VDI-Richtlinie 2067 entnommen (Tabelle 1). Für die Bewertung dieser Kostenart wurde einheitlich eine jährliche Teuerung von 3 % angenommen.

Randbedingungen für den Systemvergleich

Für das Referenzobjekt wurden mithilfe der Energieberatungs-Software ETU-Hottgenroth jeweils Energieausweise für die verschiedenen Varianten gemäß Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV 2009) erstellt. Die Energiebedarfsberechnung erfolgte nach der Bilanzierungsmethode der DIN V 18 599. Für die Heizlastberechnung und Auslegung der Heizsysteme wurden die jeweiligen technischen Regelwerke und Planungsrichtlinien herangezogen.

Besonderes Augenmerk gilt darüber hinaus der Einhaltung der Anforderungen des EEWärmeG, das konkrete Nutzungspflichten für erneuerbare Energien und Ersatzmaßnahmen für die Bereitstellung von Heiz- und Kühlenergie formuliert.

Nachweis der Nutzungs­pflichten im EEWärmeG

1) Erdgas-Dunkelstrahler:

Für die Beheizungsart ist gemäß EEWärmeG keine Anrechnung erneuerbarer Energien möglich. Als Ersatzmaßnahmen kommen nur Energieeinsparmaßnahmen an der Gebäudehülle in Betracht. Dies erfolgt über die Verbesserung der U-Werte der Hüllflächenbauteile, um die EnEV-Anforderungen um 15 % zu unterschreiten (Tabelle 2). Neben den Fassaden- und Dach-Sandwichelementen müssen hierzu auch die Fensterbänder-Stegplatten energetisch optimiert werden: Die baulichen Mehrkosten für die Erreichung der EnEV-Unterschreitung der Flugzeugwartungshalle beziffern sich auf 84 400 €. Die damit erreichte Primärenergieeinsparung sowie die Investitionskosten gehen in den Systemvergleich ein.

2) Gas-Brennwert-Heizkessel und Industrieflächenheizung:

Aufgrund der fehlenden erneuerbaren Energien erfolgt auch mit dieser Beheizungsart keine Anrechnung im EEWärmeG. Auch hier muss die Gebäudehülle wie oben beschrieben optimiert werden, um die Nutzungspflichten über die Ersatzmaßnahme zu erfüllen.

Der Vorteil dieser Beheizungsart gegenüber der Gasstrahler­variante ist, dass prinzipiell Abwärme, wie beispielsweise aus der Drucklufterzeugung oder aus anderen Produktionsprozessen, genutzt werden könnte. Dies ist in vielen Produktionsstätten möglich, so dass die zusätzlichen erforderlichen Dämmmaßnahmen bei Erreichung eines Abwärme-Deckungsanteils von 50 % am Gesamtwärmebedarf entfallen können.

3) Luft-/Wasser-Wärmepumpe und Industrieflächenheizung:

Die Luft-/Wasser-Wärmepumpe ermöglicht die Nutzung von Umweltwärme und ist damit im EEWärmeG anrechenbar. Der Jahresenergiebedarf für die Beheizung wird ausschließlich über die Wärmepumpe gedeckt. Damit liegt der regenerative Anteil deutlich über den geforderten 50 %. Die Anforderungen des EEWärmeG an die Nutzungspflicht sind damit komplett erfüllt. Es sind keine weiteren Optimierungen an der Gebäudehülle erforderlich. Der mit dem EnEV-Standard und der Anlagenkonfiguration erreichte Primärenergiebedarf sowie die Investitionskosten gehen in den Systemvergleich ein.

Ergebnisse des Systemvergleichs

Für die Luft-/Wasser-Wärmepumpe und die betonintegrierte Industrieflächenheizung ergibt sich primärenergetisch eine Unterschreitung der EnEV-Mindestanforderung von 31 %, die aufgrund des hohen Regenerativanteils des Wärme­erzeugers erreicht werden (Jahresarbeitszahl 3,0). Die Variante Gas-Brennwert-Anlage mit Industrieflächenheizung erreicht gegenüber der EnEV-Mindestanforderung eine Verbesserung von 16 %, die im Wesentlichen durch die energetische Verbesserung der Gebäudehülle zustandekommt. Für die Variante Gas-Dunkelstrahler wurde ein EnEV-Verbesserungsmaß von 26 % ermittelt.

In der Vollkostenbetrachtung (Bild 4) wurden darüber hinaus alle weiteren Kostenarten für den Nutzungszeitraum kumuliert. Für die Dunkelstrahler ergeben sich zunächst deutliche Vorteile aufgrund der geringen Investitionskosten. Bereits im sechsten Nutzungsjahr amortisiert sich aufgrund der deutlich geringeren Energiekosten allerdings die Mehrinvestition in die Luft-/Wasser-Wärmepumpe.

Die frühen erforderlichen Ersatzinvestitionen lassen die Mehrkosten für Dunkelstrahler im Nutzungszeitraum weiter anwachsen. Für die Variante Gas-Brennwert und Industrieflächenheizung liegen die Vollkosten etwa 5,6 % über denen der Dunkelstrahler. Für Gebäude, in denen eine Abwärmenutzung möglich ist, können die Gesamtkosten im Beispiel um etwa 35 % deutlich reduziert werden.

Fazit

Im beschriebenen Systemvergleich müssen den – mit fossilen Energieträgern – betriebenen Varianten mit Gas-Brennwertkessel sowie mit Gas-Dunkelstrahler jeweils die Mehrkosten für die Verbesserung der Gebäudehülle angerechnet werden, um dem EEWärmeG gerecht zu werden. Damit ergibt sich für die Industrie-flächenheizung in Verbindung mit einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe die größte Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus ermöglicht die Industrieflächenheizung generell eine Abwärmenutzung. Auch in Verbindung mit Gas-Brennwerttechnik und einer anteiligen Wärmerückgewinnung, beispielsweise aus der Drucklufterzeugung, ergeben sich deutliche Einsparpotentiale gegenüber einer Beheizung mit Gas wie bei den Gas-Infrarotstrahlern.