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Systematische Datenanalyse im Bereich der Nichtwohngebäude – Erfassung und Quantifizierung von Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenzialen

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Systematische Datenanalyse im Bereich der Nichtwohngebäude – Erfassung und Quantifizierung von Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenzialen


Projektnummer
Projektbeginn
11.2012
Projektende
12.2013
Projektstatus
abgeschlossen mit Bericht

Bislang ist der Gebäudebestand in seiner Gesamtheit in Deutschland nur unzureichend erfasst. Insbesondere für Nichtwohngebäude fehlen in Bezug auf Quantität und energetische Qualität verlässliche Zahlen. Innerhalb des Projektes wurde eine Typologie der Nichtwohngebäude als Grundlage für die mengenmäßige Abschätzung des Bestandes an Nichtwohngebäuden und deren energetische Qualitäten entwickelt.Projektlaufzeit: November 2012 - Oktober 2013

Der Bereich der Nichtwohngebäude in Deutschland und Europa ist nur sehr lückenhaft in der Statistik abgedeckt; Energiekennwerte liegen nur für wenige Teilmengen vor. Der Umgang mit fehlenden Daten erfordert daher innovative Lösungsansätze.

Im Projekt "Systematische Datenanalyse im Nichtwohngebäudebereich" wurde eine Typologie der Nichtwohngebäude als Grundlage für die mengenmäßige Abschätzung des Bestandes an Nichtwohngebäuden und deren energetische Qualitäten entwickelt. Mit Hilfe eines eigens entwickelten Modells zur Abschätzung der Energiebedarfe und der damit verknüpften CO2-Emissionen wurden in Verschneidung von quantitativen und energetischen Größen Energieeinsparpotenziale im Bereich der Nichtwohngebäude identifiziert.

Auftragnehmer des Forschungsprojektes war das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung, Dresden, in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Ralph Petereit, Göldenitz.

Konzept

Voraussetzung für die Abschätzung von Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenzialen im Nichtwohngebäudebereich sind Angaben zur Menge der Gebäude, zur Verteilung der Gebäude auf Nutzungsklassen sowie zur energetischen Beschaffenheit der Gebäude. Im Hinblick auf die Nutzungsklassen unterlag die Entwicklung der Typologie einem iterativen Prozess, in den die Erkenntnisse und Ergebnisse von zwei parallel laufenden Untersuchungspfaden eingegangen sind.

Einerseits die Arbeiten zum Mengengerüst, die durch Nutzung von Geobasisdaten Anforderungen an die Unterteilung der Nichtwohngebäude stellten. Und andererseits die Analysen zur energetischen Qualität von Nichtwohngebäuden, die aus baulich-konstruktiver (Gebäudehülle, Baualter, U-Werte, Sanierungsstände etc.) sowie anlagentechnischer (Heizung, Klimatisierung, Kühlung, Lüftung, Energieträger etc.) Sicht spezielle Untergliederungen erforderten. Im Ergebnis wurde eine Typologie mit acht Nutzungsklassen vorgeschlagen.

Auf Grundlage dieser Typologie wurden Mengengerüste sowie energetische Grundannahmen in Form von Energiebedarfszahlen ermittelt. Diese sind in ein Abschätzmodell eingeflossen, das für die Ableitung von Einsparpotenzialen entwickelt wurde. Mit diesem Modell wurden für vier vom Auftraggeber ausgewählte Nutzungsklassen auf der Grundlage von erst kürzlich verfügbaren Geobasisdaten Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenziale für den Bestand der Nichtwohngebäude aus vier Bundesländern ermittelt, auf alle Nichtwohngebäude in Deutschland hochgerechnet und zwei Szenarien dargestellt.

Ergebnisse

Typologie beheizter Nichtwohngebäude

Für beheizte Nichtwohngebäude wurde eine Typologie aus acht Nutzungsklassen entwickelt. Diese acht Nutzungsklassen, auch bezeichnet als Klassen 1. Ordnung, umfassen insgesamt 23 Klassen 2. Ordnung:

1 Bildung

1.1 Allgemeinbildende Schulen
1.2 Hochschulen und Forschung
1.3 Kindertagesstätten

2 Büro und Verwaltung

2.1 Regierungs- und Gerichtsgebäude
2.2 Verwaltungs-, Polizei- und Feuerwehrgebäude
2.3 Allgemeine Bürogebäude

3 Gewerbe und Industrie

3.1 Fabrikgebäude
3.2 Lagergebäude
3.3 Werkstattgebäude
3.4 Allgemeine Industrie- und Gewerbegebäude

4 Heilbehandlung

4.1 Krankenhäuser, Kliniken
4.2 Praxisgebäude und Gesundheitseinrichtungen

5 Handel und Dienstleistung

5.1 Kaufhäuser
5.2 Einkaufszentren
5.3 Allgemeine Verkaufsgebäude

6 Sport

6.1 Sporthallen
6.2 Schwimmhallen
6.3 Allgemeine Sportbauten

7 Kultur

7.1 Museen, Bibliotheken und Ausstellungsgebäude
7.2 Oper, Theater und Veranstaltungshallen
7.3 Gebäude für kulturelle Zwecke

8 Beherbergung und Gastronomie

8.1 Hotels und Pensionen
8.2 Gaststätten und Restaurants

Für die Entwicklung der Typologie wurden die Anforderungen, die sich aus Daten und Informationen von ALK (automatisierte Liegenschaftskarte) bzw. ALKIS (Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem) ergeben, mit den Erfordernissen, die sich aus der energetischen Einschätzung einzelner Nutzungsklassen ableiten, verknüpft.

Nicht in der Typologie berücksichtigt wurden unbeheizte Nichtwohngebäude, land- und forstwirtschaftliche Gebäude, Gebäude der technischen und verkehrlichen Infrastruktur sowie bauliche Anlagen.

Abschätzungen zum Mengengerüst

Geobasisdaten bilden eine gute Grundlage zur mengenmäßigen Abschätzung des Nichtwohngebäudebestandes und können die bislang nur lückenhaft vorhandenen Daten zum Nichtwohngebäudebestand aus amtlichen Statistiken ergänzen. Die Geodatenprodukte "Amtliche Hausumringe" und "Amtliche Hauskoordinaten" ermöglichen es, den gesamten Bestand bestehend aus allen Geometrieobjekten, die der Wohn- und Nichtwohnnutzung zuzuordnen sind, zu ermitteln.

Ergänzend zu dieser Ermittlung des Gesamtbestandes wurden, basierend auf Listenabfragen der ALK und des ALKIS, detailliertere Betrachtungen vorgenommen. Die in ALK und ALKIS unterschiedenen Nutzungsarten wurden auf die entwickelte Typologie übertragen und so differenzierte Abschätzungen (zu Gebäudeanzahl, Gebäudegrundfläche und Netto-Geschossfläche) für vier Bundesländer, in denen die Datenlage geeignet erschien bzw. dem Auftragnehmer zu einem frühen Zeitpunkt der Projektbearbeitung zur Verfügung gestellt wurde, erarbeitet. Es handelt sich um die Bundesländer Baden-Württemberg, Brandenburg, Bremen und Sachsen-Anhalt.

Die Gesamtzahl der in diesem Projekt als beheizte Nichtwohngebäude definierten Gebäude beträgt in den vier Bundesländern 623.811. Die Gebäudegrundfläche beläuft sich auf insgesamt 257,1 Mio. m² und die abgeschätzte Nettogeschossfläche umfasst 330,9 Mio. m². Die Nettogeschossfläche wurde, in Auswertung der Gebäudehöhendaten aus Thüringen und Sachsen-Anhalt, aus einer mittleren Geschosshöhe je Nutzungsklasse und einer daraus abgeleiteten Geschossigkeit errechnet. Als mengenmäßig bedeutsamste Nutzungsklassen haben sich – bezogen auf die Gebäudegrundfläche – die "Gewerbe- und Industriegebäude" mit 55%, die "Handels- und Dienstleistungsgebäude" mit 14%, die "Büro- und Verwaltungsgebäude" mit 9% sowie die "Bildungsgebäude" mit 8% herausgestellt. Diese wurden für eine detaillierte Betrachtung und energetische Abschätzungen ausgewählt.

Hochrechnungen zum Gesamtbestand an beheizten Nichtwohngebäuden in Deutschland ergeben eine Bandbreite von 1,5 bis 1,7 Mrd. m² Nettogeschossfläche bei einer geschätzten Anzahl von ca. 3 Mio. beheizten Nichtwohngebäuden.

Energetische Abschätzungen

Relevante Parameter zur energetischen Einschätzung von unterschiedlichen Gebäudenutzungsklassen sind vor allem das Baualter, die Sanierungsstände, die überwiegend eingesetzte Anlagentechnik sowie der Energieträger. Diese Parameter wurden in Auswertung vorhandener Untersuchungen und statistischer Angaben nach Nutzungsklassen differenziert zusammengestellt.

Für die vier Gebäudenutzungsklassen "1 Bildung", "2 Büro und Verwaltung", "3 Gewerbe und Industrie" sowie "5 Handel und Dienstleistung" (jeweils noch untersetzt in Nutzungsklassen 2. Ordnung) wurden mit Hilfe der durchschnittlichen Gebäudegrundgeometrien einfache Modellgebäude entwickelt (Klötzchenmodelle unter Annahme nutzungsklassenspezifischer Gebäudetiefen) und hierfür Energiekennzahlen berechnet.

Die für die Modellgebäude erarbeiteten Kennzahlen (Grundgeometrien, Hüllflächenanteile, Baualter, Sanierungsstände, Transmissionsverluste, Anlagentechnik, Energiebedarfe, Energieträger) wurden in einem eigens entwickelten Modell mit quantitativen Werten aus der Bestandsmengenermittlung verknüpft. Die über das Modell ermittelten Energiebedarfe, möglichen Energieeinsparungen und CO2-Reduktionen konnten für vier Bundesländer für die vier ausgewählten Nutzungsklassen (auch in 2. Gliederungstiefe) dargestellt werden.

Energieeinspar- und CO

Für die vier Gebäudenutzungsklassen "1 Bildung", "2 Büro und Verwaltung", "3 Gewerbe und Industrie" und "5 Handel und Dienstleistung" einschließlich ihrer Untersetzungen ergibt sich für die vier Bundesländer ein CO2-Ausstoß in Höhe von 25 Mio. t pro Jahr. Werden diese Annahmen auf alle beheizten Nichtwohngebäude und auf Gesamtdeutschland hochgerechnet, so ist der beheizte Nichtwohngebäudebestand für CO2-Emissionen in Höhe von ca. 155 Mio. t pro Jahr verantwortlich.

Energieeinsparungen können sich einerseits durch die Sanierung der vorhandenen Gebäudehülle und andererseits durch eine Umstellung der Energieversorgung ergeben. Für die vier Nutzungsklassen und vier Bundesländer wurden die folgenden Einsparpotenziale ermittelt: Führt man unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen an der Gebäudehülle der Nichtwohngebäude durch, so können potenziell ca. 37,6 MWh/a Endenergie bzw. bis zu 11,6 Mio. t CO2 pro Jahr, das sind ca. 45%, eingespart werden. Schöpft man die Potenziale einer Energieversorgungsumstellung aus, kann der CO2-Ausstoß gleichfalls um bis zu 11,6 Mio. t pro Jahr gesenkt werden. Bei einer Kombination beider Minderungspfade ergibt sich eine Verringerung der CO2-Emissionen von etwa 16,4 Mio. t pro Jahr, das entspricht einem Einsparpotenzial von 65%.

Eine Hochrechnung der Einsparpotenziale als Gesamtwert für Deutschland (speziell der Endenergieeinsparpotenziale in MWh/a) auf Basis von vier Nutzungsklassen in vier Bundesländern wäre verfrüht und aus wissenschaftlicher Sicht nicht ausreichend untersetzt. Die von Jahr zu Jahr fortschreitende Qualifizierung der Attributierung von Geodaten legt nahe, in drei bis vier Jahren eine bundesweite Erfassung in einem Nachfolgeprojekt vorzunehmen.

Fazit

Zur Bestimmung der Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenziale im Nichtwohngebäudebereich wurde ein Abschätzmodell entwickelt. Auf Basis von aufbereiteten Geobasisdaten zum deutschen Gebäudebestand konnten Mengenangaben zu unterschiedlichen Nichtwohngebäudenutzungsklassen ermittelt und mit energetischen Einschätzungen zu diesen Klassen verknüpft werden.

Für vier ausgewählte Gebäudenutzungsklassen und vier Bundesländer wurden Energiebedarfe und CO2-Emissionen errechnet. Diese lassen sich auf alle beheizten Nichtwohngebäude in Gesamtdeutschland hochrechnen. Im Rahmen von zwei Szenarien wurden beispielhaft unterschiedliche Gebäudesanierungsmaßnahmen und Varianten der Energieumstellung einzeln und in Kombination simuliert und somit Einsparpotenziale aufgezeigt.

Das Abschätzmodell kann zur Berechnung verschiedener Szenarien genutzt werden, um beispielsweise Sensitivitätsstudien durchzuführen und Wirkungsabschätzungen vorzunehmen.

Trotz der bereits erzielten Ergebnisse dieser Arbeit ist darauf hinzuweisen, dass weiterer Forschungsbedarf besteht, um die Qualität der verwendeten Daten zu verbessern und gewonnene Erkenntnisse zu verstetigen.

Veröffentlichungen

Systematische Datenanalyse im Bereich der Nichtwohngebäude – Erfassung und Quantifizierung von Energieeinspar- und CO2-Minderungspotenzialen.
BMVBS-Online-Publikation 27/2013, Hrsg.: BMVBS, Dezember 2013
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Projektbeteiligte
Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : Datenanalyse, Nichtwohngebäude, Energieeinsparpotenziale, CO2-Minderungspotenziale, CO2-Emissionen
Projekt auf der Webseite des BBSR : https://www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/forschung/programme/zb/Auftragsforschung/5EnergieKlimaBauen/2013/DatenanalyseNWG/01_start