GIS-gestützte Analyse der Energieeinspar
Werbung
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br. Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften Institut für Physische Geographie GIS-gestützte Analyse der Energieeinspar- und Klimaschutzpotentiale der Gebäudetypologie der Stadt Freiburg i. Br. Magisterarbeit im Fach Geographie Studiengang Magister Scientiarum (M.Sc.) Sven Fitz Referent: Prof. Dr. Rüdiger Glaser Korreferentin: Prof. Dr. Gaby Zollinger Freiburg, März 2009 Vorwort und Dank 2 Vorwort und Dank Zu Beginn möchte ich mich bei einigen Personen bedanken, die wesentlich zum Entstehen dieser Arbeit beigetragen haben. In erster Linie möchte ich Prof. Dr. Rüdiger Glaser und Prof. Dr. Gaby Zollinger für die Betreuung dieser Arbeit danken. Desweiten danke ich Frau Iris Basche vom Amt für Umweltschutz der Stadt Freiburg, sowie den Mitarbeitern des Vermessungs-, Statistik- und Stadtbauamtes der Stadt Freiburg für die zur Verfügung gestellten Daten und Informationen. Auch möchte ich Dipl.-Ing (FH) G. Fraunhoffer, Energieberater Ch. Dittrich und Dipl. Ing. S. Osterloh für die zur Verfügung gestellten Energieausweise zur Prüfung der Ergebnisse dieser Arbeit danken. Weiterhin bedanke ich mich bei meinen Freunden und Kommilitonen für ihre Hilfe und so manchen hilfreichen Tipp. Dank gilt auch meinen Eltern, die mir das Studium ermöglicht und mich jederzeit unterstützt haben. Ein besonderer Dank gilt meiner lieben Freundin Olga Kroll. Sie hielt mir während des gesamten Bearbeitungszeitraumes den Rücken frei und brachte viel Verständnis für die vielen Stunden am Schreibtisch, aber auch Interesse, verbunden mit vielen hilfreiche Tipps, für diese Arbeit auf. Inhaltsverzeichnis 3 Inhaltsverzeichnis Vorwort und Dank ........................................................................................................................2 Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................................3 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................6 Tabellenverzeichnis .....................................................................................................................7 Verzeichnis der Anhänge ............................................................................................................7 Abkürzungsverzeichnis ...............................................................................................................8 1 Einleitung ............................................................................................................................10 2 Klimavariabilität und globale Erwärmung .......................................................................12 2.1 2.1.1 Strahlungsbilanz ...................................................................................................12 2.1.2 Treibhauspotential ................................................................................................14 2.2 Variabilität des Klimasystems.......................................................................................15 2.2.1 Natürliche Variabilität ...........................................................................................16 2.2.2 Anthropogen verursachte Veränderung ...............................................................16 2.3 3 Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes ..........................................................12 Klimawandel in Baden-Württemberg............................................................................19 2.3.1 Prognosen ............................................................................................................19 2.3.2 Auswirkungen .......................................................................................................21 Klimaschutzpolitik..............................................................................................................23 3.1 Internationaler Klimaschutz ..........................................................................................23 3.1.1 Klimarahmenkonvention .......................................................................................23 3.1.2 Konferenzen der Vertragsstaaten ........................................................................24 3.1.3 Kyoto – Protokoll und flexible Mechanismen .......................................................24 3.1.4 Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IPCC) .................25 3.1.5 Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU ..................................................25 3.2 Nationaler Klimaschutz.................................................................................................26 3.2.1 Ziele der Bundesregierung ...................................................................................26 3.2.2 Nationales Klimaschutzprogramm .......................................................................26 3.2.3 8-Punkte-Plan .......................................................................................................27 3.2.4 Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung ........................28 Inhaltsverzeichnis 3.3 4 Kommunaler Klimaschutz in Freiburg ..........................................................................28 Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz ..................................................31 4.1 Energie als Schlüssel zum Klimaschutz.......................................................................31 4.1.1 Veränderung des Kohlenstoffkreislaufes .............................................................31 4.1.2 Verfügbarkeit fossiler Energieträger .....................................................................33 4.2 Endenergiebedarf .........................................................................................................35 4.3 Wärmebedarf von Wohngebäuden ..............................................................................37 4.4 Bauliche Möglichkeiten zur Reduktion des Wärmebedarfes........................................38 4.4.1 Wärmedämmung ..................................................................................................39 4.4.2 Kompakte Bauweise.............................................................................................42 4.4.3 Passive Nutzung von Sonnenenergie ..................................................................43 4.5 Heizsysteme auf Basis regenerativer Energien ...........................................................44 4.5.1 Solarthermische Kollektorsysteme .......................................................................44 4.5.2 Geothermie ...........................................................................................................45 4.5.3 Biomasse ..............................................................................................................47 4.6 Effizienzgesteigerte Heizsysteme ................................................................................48 4.6.1 Brennwerttechnik ..................................................................................................48 4.6.2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) .............................................................................49 4.6.3 Fernwärme ...........................................................................................................49 4.7 5 4 Politische und gesetzliche Rahmenbedingungen ........................................................49 4.7.1 Wärmeschutzgesetze, -verordnungen und -normen ............................................50 4.7.2 Einführung von Energieausweisen .......................................................................52 4.7.3 Förderungen für Wohngebäude ...........................................................................54 Methodisches Vorgehen ....................................................................................................57 5.1 Auswahl relevanter Merkmale zur Analyse des Gebäudebestandes ..........................57 5.2 Datenverfügbarkeit .......................................................................................................58 5.3 Erstellung einer Gebäudetypologie für Freiburg i. Br. ..................................................60 5.3.1 Gebäudeart...........................................................................................................61 5.3.2 Gebäudetypen ......................................................................................................61 5.3.3 Baualtersklassen ..................................................................................................63 5.4 Heizwärmebedarf .........................................................................................................66 Inhaltsverzeichnis 5.4.1 Klimabereinigung des Heizwärmebedarfes..........................................................70 5.4.2 CO2-Äquivalent-Emissionen .................................................................................73 5.5 6 Freiburger Gebäudetypologie ......................................................................................81 6.1.1 Gebäudeart...........................................................................................................81 6.1.2 Gebäudetypen ......................................................................................................82 6.1.3 Baualtersklassen ..................................................................................................84 6.1.4 Beziehungen zwischen Gebäudetypen und Baualtersklassen ............................88 6.2 8 Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) ................................75 Ergebnisse ..........................................................................................................................80 6.1 7 5 Heizwärmebedarf .........................................................................................................89 6.2.1 Heizwärmebedarfskennwerte ...............................................................................89 6.2.2 Heizwärmebedarf eines unsanierten historischen Gebäudebestandes ...............91 6.2.3 Heizwärmebedarf eines sanierten Gebäudebestandes .......................................95 6.3 Heizwärme-Einsparpotentiale ......................................................................................97 6.4 Kohlendioxidemissionen.............................................................................................100 Diskussion der Ergebnisse .............................................................................................105 7.1 Methodische und rechnerische Fehlerquellen ...........................................................105 7.2 Übertragbarkeit der Gebäudetypologie in den tatsächlichen Gebäudebestand ........108 7.3 Heizwärmebedarf und Einsparpotentiale ...................................................................116 7.4 Kohlendioxidemissionen.............................................................................................119 7.5 Kohlendioxidkompensationsflächen ...........................................................................121 7.6 Übertragbarkeit der Methode auf andere Regionen ..................................................122 Zusammenfassung...........................................................................................................123 Literatur .....................................................................................................................................126 Anhang ......................................................................................................................................133 Erklärung ...................................................................................................................................140 Abbildungsverzeichnis 6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Energiehaushaltsschema der Erde . ...................................................................... 13 Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase ....................................... 14 Abbildung 3: Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs . ...................................... 18 Abbildung 4: Verfügbarkeit foss. Energieträger und hauptsächlicher Verwendungszweck........ 34 Abbildung 5: Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Emissionen........................... 35 Abbildung 6: Verteilung der Endenergie auf Verbrauchergruppen und Energieträger. .............. 36 Abbildung 7: Verlust an Heizwärme in kWh pro Jahr ohne Dämmung und mit Dämmung ....... 40 Abbildung 8: Typische A/V-Verhältnisse unterschiedlicher Gebäudetypen ............................... 43 Abbildung 9: Entwicklung des maximal zulässigen Heizwärmebedarfs von Gebäuden............. 51 Abbildung 10: Zeitliche Entwicklung der Anforderungen zur Energieeffizienz von Gebäuden ... 52 Abbildung 11: Ausschnitt aus der Eingabemaske zur Analyse des Gebäudebestandes ........... 59 Abbildung 12: Ausschnitt der ausgegebenen Ergebnisse. ......................................................... 60 Abbildung 13: Ermittlung der Gebäudezahl je Gebäudetyp und Baualtersklasse pro Stadtteil .. 62 Abbildung 14: Einteilung der Baualtersklassen mit Angabe des Wärmeschutzstandards ......... 64 Abbildung 15: Systematik der Klassifizierung des Freiburger Gebäudebestandes .................... 66 Abbildung 16: Wohnflächenberechnung je Gebäudetyp, Baualtersklasse und Stadtbezirk ....... 68 Abbildung 17: Ausschnitt aus der Gebäudetypologie Dortmund ................................................ 69 Abbildung 18: Verteilung der Energieträger zur Bereitstellung der Heizwärme in Freiburg . ..... 74 Abbildung 19: Schema der Layerstruktur in ArcGIS ................................................................... 77 Abbildung 20: Verteilung der Gebäudearten in Freiburg ............................................................ 81 Abbildung 21: Verteilung der Gebäudetypen in Freiburg ............................................................ 82 Abbildung 22: Verteilung der Wohnfläche (inkl. Nutzfläche) bezogen auf die Gebäudetypen. .. 83 Abbildung 23: Verteilung der Baualtersklassen nach der Gebäudeanzahl................................. 84 Abbildung 24: Verteilung der Baualtersklassen nach Wohnfläche ............................................. 85 Abbildung 25: Vergleich des Heizwärmebedarf in kWh/m²a zwischen Freiburg und Hamburg . 89 Abbildung 26: Heizwärmebedarfswerte der Freiburger Gebäudetypologie.. .............................. 90 Abbildung 27: Heizwärmebedarfswerte unter Annahme eines opt. Gebäudebestandes ........... 91 Abbildung 28: Heizwärmebedarf des unsanierten Gebäudebestandes...................................... 92 Abbildung 29: Heizwärmebedarf eines optimierten Gebäudebestandes .................................... 95 Abbildung 30: Stadtbezirksbezogene Heizwärme-Einsparpotentiale eines san. Gebäudebest. 98 Abbildung 31: Wohnflächenbez. Heizwärme-Einsparpotent. eines san. Gebäudebestandes.... 99 Abbildung 32: CO2-Einsparung pro Stadtteil durch Optimierung des Gebäudebestandes ...... 101 Abbildung 33: CO2-Einsparung pro m² Wohnfl. durch Optimierung des Gebäudebestandes .. 103 Abbildung 34: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Altstadt-Ring ........................................ 109 Abbildung 35: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Unter-Wiehre-Süd................................ 110 Abbildung 36: Große Mehrfamilienhäuser im Stadtbezirk Haslach-Egerten ............................ 111 Abbildung 37: Blick nach Norden auf den Stadtteil Mundenhof ................................................ 112 Abbildung 38: Blick von Osten auf den Stadtteil Landwasser…………………………………….106 Abbildung 39: Blick in Richtung Norden auf Rieselfeld ........................................................... 115 Abbildung 40: Gebäudetypenhäufigkeit nach Baualtersklassen ............................................... 116 Abbildung 41: Waldflächenbedarf zur Kompensation der Kohlendioxidemissionen ................. 121 Tabellenverzeichnis 7 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Entwicklung der CO2-Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland .............. 27 Tabelle 2: 12-Punkte-Programm zur Klimapolitik der Stadt Freiburg ......................................... 30 Tabelle 3: Übersicht Förderungen für Wohngebäude ................................................................. 55 Tabelle 4: Gebäudetypenabgrenzung nach Anzahl der Wohnungen im Gebäude .................... 62 Tabelle 5: Mittlerer Heizwärmebedarf in kWh/m²a nach Baualtersklasse und Gebäudetyp....... 70 Tabelle 6: Mittlere Gradtagszahlen (1997-2007) ........................................................................ 72 Tabelle 7: Emissionsfaktoren in kg/kWh ..................................................................................... 75 Tabelle 8: Gliederung des Stadtgebietes .................................................................................... 78 Tabelle 9: Gebäudetyp und BAK nach Anzahl und Wohnfläche für die Gesamtstadt Freiburg. 88 Tabelle 10: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im unsanierten Zustand......... 93 Tabelle 11: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf pro Wohnfläche im unsanierten Zustand ....................................................................................................................................... 94 Tabelle 12: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im sanierten Zustand............. 96 Tabelle 13: Rangfolge des Heizwärmebedarf des sanierten Gebäudebestandes bezogen auf die Wohnfläche. ................................................................................................................................ 97 Tabelle 14:Absolute und relative Heizwärmebedarfseinsparungen durch Optimierung des Gebäudebestandes ................................................................................................................... 100 Tabelle 15: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk nach Einsparung CO2 in t pro Jahr. 102 Tabelle 16: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk. nach Einsparung pro Wohnfläche . 104 Tabelle 17: Zeitspanne der Baualtersklassen in Jahren ........................................................... 106 Tabelle 18: Heizwärmebedarf aus Energieausweisen verschiedener Gebäudetypen ............. 108 Tabelle 19: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten Heizwärmeeinsparung............................................................................................................... 118 Tabelle 20: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten CO2-Einsparung 120 Verzeichnis der Anhänge Anhang 1: Häufigkeit der Gebäudearten nach Gebäudeanzahl je Stadtbezirk………………...134 Anhang 2: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach Typen je Stadtbezirk..….…..135 Anhang 3: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach BAK je Stadtbezirk…………..136 Anhang 4: Heizwärmebedarf u. CO2-Emissionen bezogen auf Stadtbezirke u. Wohnfläche...137 Anhang 5: Beispiel Energieausweis für Wohngebäude……………...……………………………138 Anhang 6: Daten-CD mit Auswertungstabelle……………………………………………………...140 Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis BAK Baualtersklasse CO2e CO2-Äquivalent EFH Einfamilienhaus EnEV Energie-Einspar-Verordnung GMFH Großes Mehrfamilienhaus GWP Engl.: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential HH Hochhaus KWK Kraft-Wärme-Kopplung MFH Mehrfamilienhaus WSV Wärme-Schutz-Verordnung ZFH Zweifamilienhaus Einheiten: Kd/a Kelvin days per anno ppm parts per million GWh/a Gigawattstunden pro Jahr kWh/m²a Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr k Kilo = 10³ M Mega = 106 G Giga = 109 T Tera = 1012 P Peta = 1015 E Exa = 1018 Stadtbezirke: A.-Betz. Alt-Betzenhausen A.-R. Altstadt-Ring A.-M. Altstadt-Mitte A.-Stühl. Alt-Stühlinger Betz.-Bisch. Betzenhausen-Bischofslinde Brühl-Ind. Brühl-Industriegebiet H.-N. Herdern-Nord Herd.-S. Herdern-Süd Hasl.-H. Haslach-Haid Hasl.-Gt. Haslach-Gartenstadt Hasl.-Eg. Haslach-Egerten Hasl.-Sch. Haslach-Schildacker M.-Wh. Mittel-Wiehre Mundenh. Mundenhof Landw. Landwasser 8 Abkürzungsverzeichnis Moosw.-W. Mooswald-West Moosw.-O. Mooswald-Ost Neub. Neuburg O.-Wh. Ober-Wiehre Stühl.-B. Stühlinger-Beurbarung Stühl.-E. Stühlinger-Eschholz U.-Wh.-N. Unter-Wiehre-Nord U.-Wh.-S. Unter-Wiehre-Süd Vaub. Vauban Waltersh. Waltershofen Weing. Weingarten 9 Einleitung 1 10 Einleitung Eine nachhaltige Gesellschaft deckt ihre heutigen Bedürfnisse ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern. Das Denken und Handeln in Deutschland und in vielen Teilen der industrialisierten Welt entsprechen bei weitem nicht diesem Leitbild. Diese Gesellschaften leben auf Kosten ihrer Nachkommen. Am deutlichsten zeigt sich dieses Verhalten an den anthropogenen CO2-Emissionen. Die Verbrennung fossiler Energien ist nach wie vor für den größten Teil des Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich. Drastische Klimaänderungen sind die Folge. Die Reduktion dieser Emissionen erachtet das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) und viele weitere Wissenschaftler und Politiker weltweit als die vordringlichste Aufgabe auf dem Weg zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Desweiteren eröffnet sich vor dem Hintergrund zur Neige gehender fossiler Energien das Problemfeld der zukünftigen Energieversorgung. Der heutige Umgang mit Energie basiert auf einem Gerüst, das zu Zeiten der unbegrenzt und billig verfügbaren Energie entstand und nun zunehmend ins Wanken gerät. Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches sind somit besonders in denjenigen Sektoren sinnvoll anzusiedeln, welche sowohl einen hohen Energieverbrauch als auch hohe Einsparpotentiale aufweisen. Abgesehen von den hohen Verlusten bei der Energieerzeugung und -gewinnung, benötigt der Haushaltssektor noch vor Industrie, Verkehr und GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistung) mit 29 % den größten Teil der Endenergie. Alleine 75 % dieser Energie wird zur Bereitstellung der Raumwärme in Wohngebäuden verwendet. Es ist aber nicht nur die große Energiemenge, die diesen Sektor für den Klimaschutz so bedeutend und interessant macht. Der Wohngebäudesektor birgt überdies sehr hohe Potentiale zur Reduktion des Energieverbrauchs, welche sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht effizient umsetzbar sind. Infolge der meist hohen Lebensdauer von Bauwerken haben einmal getroffene Entscheidungen und Maßnahmen eine langfristige Wirkung, sodass hier unter dem Aspekt einer „lost opportunity“ ein besonderer Handlungsbedarf besteht. Hinzu kommt, dass die prognostizierte zeitliche Reichweite nicht erneuerbarer Energieträger wie Erdgas und Erdöl dabei geringer ist, als die zu erwartende Lebensdauer vieler Gebäude. Vor dem globalen Hintergrund der Klima- und Ressourcenverknappungsproblematik stellt sich die Frage, welche lokalen Handlungsoptionen bestehen und wie diese umgesetzt werden können. Ob und inwiefern der Gebäudebestand der Stadt Freiburg einen Beitrag zur Lösung dieser Problematik leisten kann, soll in dieser Arbeit unter Beantwortung der folgenden Fragen geklärt werden: 1. Welche charakteristischen Merkmale weist der Freiburger Gebäudebestand auf? 2. Wie viel Heizwärme benötigt Freiburg auf Grund dieser typischen Gebäudestruktur? 3. Welchen Beitrag kann der Freiburger Gebäudebestand durch Ausschöpfung der Energieund CO2-Einsparpotentiale zum Klimaschutz leisten? Bevor die Klärung dieser Fragen in Angriff genommen wird, werden einleitend zunächst die Ursachen und Folgen des Klimawandels dargestellt, gefolgt von den Zielen und Rahmenbedin- Einleitung 11 gungen, welche die Politik zum Schutz es Klimas geschaffen hat. Im darauf folgenden Kapitel wird dargestellt, welche Bedeutung der Gebäudesektor auf Grund seines Energiebedarfs und seiner immensen sowohl baulichen, als auch technischen Potentiale zur Reduktion des Energiebedarfs birgt. Im methodischen Teil werden die Vorgehensweise und die nötigen Berechnungsschritte zur Analyse des Freiburger Gebäudebestandes, dessen Heizwärmebedarf im unsanierten und sanierten Zustand, sowie die Einsparpotentiale hinsichtlich des Wärmebedarfes und der Kohlendioxidemissionen ausführlich beschrieben (Kap. 5). In Kapitel 6 folgt die Darstellung der Ergebnisse, welche im abschließenden Kapitel 7 bewertet und diskutiert werden. Klimavariabilität und globale Erwärmung 2 12 Klimavariabilität und globale Erwärmung Mit der Vorlage des vierten Sachstandberichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimafragen der Vereinten Nationen (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) im Jahr 2007 über die Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung sowie Handlungsoptionen zu deren Begrenzung, sind die wissenschaftlichen Befunde eindeutig: Der größte Teil des Anstiegs der mittleren globalen Temperatur seit Mitte des 20. Jahrhunderts geht mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 % auf den Anstieg der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen zurück (IPCC 2007). Die Fragestellung, ob sich das globale Klima verändert, ist somit in vielfältiger Weise wissenschaftlich festgestellt und dokumentiert worden. Das Klima ändert sich, allerdings nicht überall in gleicher Art und Weise, sondern regional sehr differenziert und mit unterschiedlichen Folgen. Ein wichtiges Ziel ist daher nicht nur die Anpassung an die veränderten Umstände, die aus einer Klimaveränderung resultieren, sondern vor allem auch das weitere Fortschreiten und Ausprägen der „Klimakatastrophe“ so weit wie möglich abzuschwächen. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts ist die globale Jahresmitteltemperatur um mehr als 0,7 Grad gestiegen. Der Anstieg in Deutschland lag dabei knapp über 0,9 Grad. Dieser Anstieg erfolgte nicht gleichmäßig, sondern hat sich in den vergangenen 50 Jahren beschleunigt. Das Jahr 2007 gehört mit einer weltweiten Mitteltemperatur von 14,4 °C zu den zehn wärmsten seit 1860. In Deutschland war es mit 9,9 °C das zweitwärmste Jahr seit Beginn der deutschen Messreihen im Jahre 1901 (Deutscher Wetterdienst 2008). Auch wenn einzelne regionale Abweichungen aus den globalen Temperaturmittelwerten keine klimatologische Beweiskraft haben, so wurden dennoch viele der wärmeren Jahre in den Dekaden des Jahrhundertwechsels verzeichnet und passen insofern gut in das Bild einer sich allmählich erwärmenden Erdatmosphäre. 2.1 Treibhauseffekt als Teil des Energiehaushaltes 2.1.1 Strahlungsbilanz Der „Motor“ des Klimasystems ist die Strahlungsenergie der Sonne. Etwa die Hälfte der Strahlungsenergie liegt im kurzwelligen1, sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, die andere Hälfte verteilt sich zum größeren Teil auf den Spektralbereich des nahen Infrarot und der restliche Anteil auf das Ultraviolett. Die Verteilung der Energieströme ist in Abbildung 1 dargestellt. Ohne Berücksichtigung der Atmosphäre erhält jeder Quadratmeter Erdoberfläche pro Sekunde im Schnitt 342 W/m² solare Energie2. Von dieser Strahlung wird jedoch 31 % (107 W/m²) durch Wolken und Aerosole in der Atmosphäre, durch Schnee- und Eisflächen der Polarzonen sowie durch die Landoberflächen direkt wieder in den Weltraum reflektiert. Weitere 1 Um das irdische und solare Spektrum prägnant zu unterscheiden, wird das terrestrische Spektrum (ca. 3 – 60 µm, Max. bei 10 µm) als langwellig, das solare Spektrum (ca. 0 – 3 µm, Max. bei 0,5 µm) als kurzwellig bezeichnet (Häckel 1999, S. 181). 2 Die Strahlungsenergie, die am Rande der Atmosphäre pro Sekunde auf 1 m² senkrechte Fläche fällt, beträgt rund 1360 W/m². Um das räumlich-zeitliche Mittel der Solarkonstanten für die rotierende Erde zu bestimmen, wird diese Solarkonstante von der senkrecht zur Solarstrahlung stehenden Kreisfläche auf die Erdkugel umgerechnet, d.h. 342 W/m² (Malberg 2002, S. 38). Klimavariabilität und globale Erwärmung 13 20 % werden von der Atmosphäre absorbiert. Der größere Anteil von 168 W/m² (fast 50 %) dringt durch atmosphärische Streuung und Reflexion, zu etwa 30 % auch als direkte Strahlung bis zur Erdoberfläche vor, wo sie Landoberflächen und Ozeane erwärmt. Demzufolge findet an der Erdoberfläche eine energetische Umwandlung statt, bei der die eintreffende kurzwellige Solarstrahlung in langwellige Wärmestrahlung, fühlbare und latente Energie umgewandelt wird (Häckel 1999, S. 175), (Houghton 2001, S. 89). Die Erde wird dadurch selbst zum Strahler mit einer langwelligen Ausstrahlung von 390 W/m². Im Vergleich zu der einstrahlenden Sonnenenergie von 342 W/m² legt die terrestrische Strahlung die Vermutung nahe, dass die Erde mehr Strahlung abgibt, als sie von der Sonne empfängt. Dass der Strahlungshaushalt aber ausgeglichen ist, zeigt folgende Überlegung: Von der Erdoberfläche werden etwa 50 % (168 W/m²) absorbiert. Diese Energie wird in Form von langwelliger Strahlung wieder emittiert. Diesem Wellenlängenbereich gegenüber verhält sich die Atmosphäre jedoch völlig anders: alle Wellenlängen größer als 3 µm werden fast restlos absorbiert, das heißt aus dem Innern des „Treibhauses“ gelangt praktisch keine langwellige Strahlung nach außen, die Atmosphäre erwärmt sich zunehmend und gibt nun ihrerseits verstärkt langwellige Wärmestrahlung sowohl ins Weltall, als auch in Richtung der Erdoberfläche ab. Nur in sogenannten Fensterbereichen, insbesondere im „großen atmosphärischen Fenster“ im Wellenlängenbereich von 8 bis 13 µm, kann die Infrarotstrahlung vom Boden teilweise direkt in den Weltraum entweichen. Da die Erdoberfläche durch die atmosphärische Gegenstrahlung einen zusätzlichen Energiegewinn erhält und aufgeheizt3 wird (324 W/m²; 95 % der solaren Einstrahlung) und ihr 7 % für fühlbare und 25 % für latente Wärme verloren geht, emittiert die Erdoberfläche nun 114% (etwa 390 W/m²) der solar eingestrahlten Energie (51 % + 95 % - 25 % - 7 %) in Form von langwelliger Strahlung. Insgesamt verbleiben 70 % an kurzwelliger Strahlung im System Erde-Atmosphäre, und ebenfalls 70 % werden in Form von langwelliger Strahlung wieder an das Weltall abgegeben, so dass sich die Erde im Strahlungsgleichgewicht befindet (Häckel 1999, S. 184). Abbildung 1: Das Energiehaushaltsschema von Erde und Atmosphäre stellt das Mittel über das ganze Jahr und über die gesamte Erde dar. Zahlenangaben in W/m²s (Kiehl, Trenberth 1997, S. 197). 3 Ein energetischer Gleichgewichtszustand kann sich nur einstellen, wenn die Bodentemperatur sich erhöht und damit nach dem Planckschen Gesetz eine erhöhte Abstrahlung möglich wird. Klimavariabilität und globale Erwärmung 14 Fände der Prozess der Wärmeabsorption in der Atmosphäre nicht statt und würde die abgestrahlte Wärme direkt in den Weltraum entweichen, läge die mittlere Oberflächentemperatur der Erde bei etwa -19 °C. Erst der Beitrag der Treibhausgase ermöglicht die hohe atmosphärische Gegenstrahlung von 324 W/m², also fast 95 % der ursprünglichen solaren Einstrahlung. Aus der atmosphärischen Gegenstrahlung resultiert eine mittlere Temperaturerhöhung von 33 °C wodurch eine mittlere Oberflächentemperatur von 14 °C lebensfreundliche Bedingungen auf der Erde schafft (Houghton 2001, S. 89). 2.1.2 Treibhauspotential Der Beitrag eines Gases am Treibhauseffekt hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: Der Emissionsrate (pro Zeiteinheit freigesetzte Gasmenge), dem Absorptionsvermögen des Gases im relevanten Wellenlängenbereich und seiner Verweildauer in der Atmosphäre. Als relatives, stoffabhängiges Maß wurde das Treibhauspotential (Engl.: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential, GWP) oder CO2-Äquivalent (CO2e) festgelegt. Es wird bezogen auf ein Kilogramm Kohlendioxid und beschreibt das mittlere Erwärmungsvermögen in einem bestimmten, anzugebenden Zeitraum. Beispielsweise ergibt das CO2-Äquivalent für Methan den Wert 25 bezogen auf einen Zeithorizont von 100 Jahren (IPCC, S. 33). Damit entspricht die Treibhauswirkung von einem Kilogramm Methan der Wirkung von 25 Kilogramm CO2. Atmosphärische Fenster Die Erklärung für die Zunahme der atmosphärischen Gegenstrahlung liegt in der Veränderung im so genannten „großen atmosphärischen Fenster“. Atmosphärische Fenster sind diejenigen Bereiche im Absorptionsspektrum, in welchen fast keines der Atmosphärengase Strahlung absorbiert. In diesem Wellenlängenbereich kann die Ausstrahlung der Erde die Atmosphäre fast ungehindert passieren. Abbildung 2: Strahlungsabsorption wichtiger atmosphärischer Gase und der gesamten Atmosphäre (Spektrum Akademischer Verlag 2008). Klimavariabilität und globale Erwärmung 15 Das „große atmosphärische Fenster“ bezeichnet denjenigen infraroten Spektralbereich, in dem die Hauptabsorber Wasserdampf und Kohlendioxid nur sehr gering absorbieren – entsprechend Abbildung 2 in den Wellenlängenbereichen zwischen 8 und 13 µm. Zwei weitere kleine Fenster befinden sich zwischen 3,4 und 4,1 µm bzw. bei 18 µm. Das Wasserdampffenster (vor allem im Bereich zwischen 10,5 und 12,5 µm) ermöglicht nach dem Planck-Strahlungsgesetz4 die Bestimmung der Oberflächentemperaturen von Erde und Wolken durch Messung der infraroten Ausstrahlung mittels Satellit und Flugzeug. Auf Grund der Konzentrationszunahme der Treibhausgase erhöht sich die Absorption im Bereich der 15 µm CO2-Bande und der 7,63 µm CH4, bzw. 7,78 µm N2O-Bande, wodurch das große atmosphärische Fenster eingeengt wird. Die Durchlässigkeit des Fensters nimmt also ab, wenn die Absorption in den Banden des Ozons, der FCKW und des CO2 (10,4 µm-Bande) innerhalb des Fensters zunimmt. Als Folge kann die Erdoberfläche weniger Energie an den Weltraum abgeben und muss sich, um ein neues energetisches Gleichgewicht zu erreichen, erwärmen (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004). Die Erwärmung der Atmosphäre ist jedoch nicht alleine durch die verminderte Durchlässigkeit der atmosphärischen Fenster bedingt. Im restlichen infraroten Spektralbereich, außerhalb der Fenster, emittiert die Atmosphäre selbst infrarote Strahlung. Diese kann aber nur dann in den Weltraum entweichen, wenn zwischen dieser emittierenden Atmosphärenschicht und der Exosphäre nur noch eine gewisse Anzahl der im betrachteten Spektralbereich absorbierenden Moleküle vorhanden ist. Die Menge dieser Moleküle, und damit die Höhe der hauptsächlich emittierenden Atmosphärenschicht, hängt von der Stärke des Absorptionskoeffizienten im betrachteten Spektralbereich ab. Bei einer Konzentrationszunahme der absorbierenden Gase und damit einer stärkeren Absorption verschiebt sich dieses Emissionsniveau in der Atmosphäre nach oben. In der Troposphäre (ca. 0-10 km Höhe) bedeutet dies wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe, dass in dem entsprechenden Spektralbereich zunächst weniger Infrarotstrahlung an den Weltraum abgegeben werden kann und ein Gleichgewichtszustand eine höhere Temperatur der zugehörigen Atmosphärenschicht erfordert (Deutsche Meteorologische Gesellschaft 2004). Zusammengefasst bedeutet dies, dass eine erhöhte Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre sowohl eine Verengung des großen atmosphärischen Fensters, als auch eine Höhenverlagerung des emittierenden Niveaus bewirkt, wodurch nicht nur die Erdoberfläche sondern auch die Troposphäre erwärmt wird. Die Änderungen in der atmosphärischen Konzentration von Treibhausgasen haben demnach eine massive Veränderung der Energiebilanz des Klimasystems zur Folge. 2.2 Variabilität des Klimasystems „Das begrenzte menschliche Gedächtnis sorgt dafür, dass wir das Klima als mehr oder weniger konstant annehmen. Es ist Winter gewesen, und nun kommt der Frühling. Die Unterschiede von einem Jahr zum anderen fallen zwar manchmal auf, sie bleiben aber klein.“ (van Andel 1992, 4 Das plancksche Strahlungsgesetz beschreibt die Intensitätsverteilung der Energie in Abhängigkeit von der Wellenlänge, die von einem schwarzen Körper – einer idealen Strahlungsquelle – bei einer bestimmten Temperatur abgestrahlt werden. Klimavariabilität und globale Erwärmung 16 S. 59). Wird der Blick jedoch nicht nur auf den letzten Frühling und die letzten Jahre fokussiert, treten auffällige Merkmale in der klimatologischen Geschichte der Erde hervor. Seit Beginn der Erdgeschichte, also seit etwa 4,6 Milliarden Jahren, ändert sich das Klima, und das in unterschiedlicher Art und aus unterschiedlichen Gründen. Als Teil des Klimasystems ist die Biosphäre von günstigen Klimabedingungen abhängig. Veränderungen im Klima können daher gravierende ökologische und sozioökonomische Folgen haben (Gebhardt et al. 2007, S. 246). 2.2.1 Natürliche Variabilität Natürliche Klimaveränderungen können durch verschiedene äußere Einwirkungen auf das Klimasystem hervorgerufen werden. Ein externer orbitaler Faktor ist der Milankovic-Zyklus, ein zeitvariantes Veränderungsmuster der Präzession der Erdrotationsachse („trudelnder Kreisel“), der Erdschiefe und der Exzentrizität5, durch welche die auf die Erde auftreffende Sonnenstrahlungsintensität über das Maß der jährlichen Schwankung hinaus variiert. Ein weiterer Faktor ist die Schwankung der Sonnenstrahlungsstärke, welche in Zusammenhang mit dem elfjährigen Zyklus der Sonnenflecken steht. Weitere Ursachen, der in der Erdgeschichte weit zurückreichenden natürlichen Klimaänderungen, können beispielsweise Veränderungen in der Land-Meer-Verteilung (Plattentektonik) sowie in der Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre sowie atmosphärische Aerosolanreicherung durch Vulkanausbrüche sein. Diese internen Faktoren führen durch großskalige Wechselwirkungen zwischen Ozean, Landfläche und Atmosphäre zu Klimavariabilitäten. Eine auch heute wirksame interne Klimaschwankung und zugleich das klassische Beispiel einer großskaligen Ozean-Atmosphäre-Wechselwirkung ist die „El Niño Southern Oscillation“ (ENSO). Typisch ist das Ungleichgewicht (Nicht-Linearität) der Klimakomponenten, sowie deren Schwankungen (Toniazzo 2006). 2.2.2 Anthropogen verursachte Veränderung Das Klima wird von einer Vielzahl verschiedener Faktoren beeinflusst. Bereits der berühmte "Flügelschlag eines Schmetterlings" (engl.: butterfly effect), eine bildhafte Metapher des Meteorologen Edward N. Lorenz, kann weitreichende und unvorhersehbare Folgen auf Wetter und Klima mit sich bringen. Ein solches Schmetterlingssystem besitzt die Eigenschaft, dass sich kleine Abweichungen in den Anfangsbedingungen im Laufe der Zeit exponentiell verstärken, sie also sensibel abhängig von den Ausgangswerten sind (Lorenz 1963, S. 19f). Der menschliche Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre hat sich während der letzten zwei Jahrhunderte zunehmend vergrößert, vor allem während des letzten Jahrhunderts. Durch die Kombination von zunehmender Industrialisierung, Ausweitung des Transportwesens und Intensivierung der Landwirtschaft wurde die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre sehr viel schneller verändert, als es ohne anthropogene Einflüsse der Fall gewesen wäre (Steffen 2005, S. 101). 5 Exzentrizität: Variation des Radius der Erdumlaufbahn um die Sonne mit einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren. Klimavariabilität und globale Erwärmung 17 Entwicklung der CO2-Konzentration Im Jahre 1958 wurde auf dem Gipfel des Mauna Loa (Hawaii), fern von jeglichen anthropogenen atmosphärischen Einträgen, von dem Chemiker Charles David Keeling eine Forschungsstation eingerichtet, deren Messgeräte seither fast lückenlos den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre verfolgen. "Ohne seine Arbeit wäre unser Wissen über den Klimawandel heute um 10 bis 20 Jahre weniger weit fortgeschritten, als sie es ist", zitiert die BBC Andrew Manning vom britischen Wetterservice Met Office (BBC 02.12.2007). Aus der tabellarischen Meßreihenaufzeichnung der National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA 2008) vom Mauna Loa lässt sich zu Beginn der Konzentrationsmessung im Jahre 1958 als Anteil der CO2-Moleküle in trockener Luft der Wert 315,71 ppm auslesen. 50 Jahre später, im April 2008, ist der Wert um über 71 ppm auf 387,19 ppm gestiegen – ein Anstieg von fast 22,5 %. Lufteinschlüsse in Eisbohrkernen aus Grönland und der Antarktis beinhalten die zuverlässigsten Daten, um aktuelle Klimaveränderungen mit der globalen Klimageschichte zu vergleichen. Aus diesen Eisbohrkernen lässt sich die Bandbreite der natürlichen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen der letzten 650.000 Jahre bestimmen, welche zwischen 180 und 280 ppm lag, also mindestens 35 ppm geringer als bei den ersten Messungen. Vor dem Zeitalter der Industrialisierung (1000-1750) lag der Wert etwa bei 275-285 ppm. Folglich ist seit den letzten 250 Jahren die CO2-Konzentration der Atmosphäre global um über 100 ppm (36 %) angestiegen (IPCC 2007, S. 137). In den 1970er Jahren, also etwa 200 Jahre nach Beginn des industriellen Zeitalters, wies die CO2-Konzentration erstmals 50 ppm über dem vorindustriellen Wert auf. Dreißig Jahre später lag die Konzentration um weitere 50 ppm über dem ursprünglichen Wert. Zwischen 1995 und 2005 stieg die Konzentration in 10 Jahren um weitere 19 ppm an, die höchste durchschnittliche Wachstumsrate seit Beginn der CO2-Konzentrationsmessung. Während des gesamten Zeitraumes ist der Wachstumstrend der CO2-Konzentration pro Jahr stetig gestiegen. Die jährliche Zuwachsrate überstieg 1965 erstmals die Zuwachsrate von 1 ppm pro Jahr; 1977 waren es bereits 2 ppm pro Jahr und 1998 erstmals 3 ppm pro Jahr. Die aktuelle Zuwachsrate von 2007 liegt etwas darunter bei 2,14 ppm (NOAA 2008). Strahlungsantrieb Um das Verhältnis des Kohlendioxids zu den übrigen Treibhausgasen zu verdeutlichen, soll im Folgenden der Strahlungsantrieb der wichtigsten Atmosphärengase dargestellt werden. Der Strahlungsantrieb (engl.: radiative forcing) ist ein Maß für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erdoberfläche-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdoberfläche, während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt (IPCC 2007, S. 2). Der Strahlungsantrieb ist somit ein Maß für die vom Menschen zusätzlich verursachte Strahlungsenergie, die der Erdatmosphäre hinzugefügt wird. Die Werte für den Strahlungsantrieb (Abb. 3) sind für das Jahr 2005, bezogen auf vorindustrielle Werte im Jahr 1750, definiert und werden in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben. Klimavariabilität und globale Erwärmung 18 Abbildung 3: Schätzungen und Bandbreiten des global gemittelten Strahlungsantriebs (SA) im Jahr 2005 für anthropogenes Kohlendioxid (CO2 ), Methan (CH4 ), Lachgas (N2O) und andere wichtige Faktoren und Mechanismen (IPCC 2007, S. 4; Böde et al. 1999, S. 4). Der Verbrauch fossiler Brennstoffe ist die Hauptquelle der erhöhten atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration. Einen weiteren signifikanten, aber kleineren Beitrag liefern Landnutzungsänderungen. Der gesamte Strahlungsantrieb aufgrund des Anstiegs von Kohlendioxid-, Methanund Lachgas beträgt +2,30 W/m². Seit dem Industriezeitalter nimmt die Wachstumsrate fortlaufend zu. Der Strahlungsantrieb durch Kohlendioxid ist zwischen 1995 und 2005 um 20 % gestiegen, was die größte Änderung innerhalb eines Jahrzehnts während mindestens der letzten 200 Jahre darstellt. Die anthropogenen Beiträge zu den Aerosolen (vor allem Sulfat, organischer Kohlenstoff, Ruß, Nitrat und Staub) erzeugen einen kühlenden Effekt, mit einem gesamten direkten Strahlungsantrieb von -0,5 W/m² und einem indirekten Strahlungsantrieb durch die Albedo der Wolken von etwa -0,7 W/m². Aerosole beeinflussen auch die Lebensdauer von Wolken und die Niederschläge (Böde et al. 1999, S. 4). Zwischen 1970 und 2004 stiegen die weltweiten, nach globalem Erwärmungspotential (GWP) gewichteten Emissionen, von CO2, CH4, N2O, H-FKWs, FKWs und SF6 um 70 % von 28,7 auf 49 Gigatonnen Kohlendioxidäquivalente (Gt CO2-Äq.) an. Die Emissionen dieser Gase nahmen in unterschiedlichem Maße zu. Vor allem die CO2-Emissionen stiegen zwischen 1970 bis 2004 um etwa 80 % (28 % zwischen 1990 und 2004) und entsprachen 77 % der gesamten anthropogenen Treibhausgas-Emissionen im Jahr 2004. Den größten Zuwachs an weltweiten Treibhausgasemissionen zwischen 1970 und 2004 verzeichnete der Energieversorgungssektor mit Klimavariabilität und globale Erwärmung 19 einem Anstieg von 145 %. Der Anstieg direkter Emissionen6 in diesem Zeitraum betrug für den Verkehr 120 %, für die Industrie 65 % und für Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft 40 %. Von 1970 bis 1990 stiegen die direkten Emissionen aus der Landwirtschaft um 27 % und aus Gebäuden um 26 % an. Da der Gebäudesektor jedoch einen hohen Stromverbrauch hat, ist die Summe direkter und indirekter Emissionen in diesem Sektor viel höher (75 %) als die direkten Emissionen (IPCC 2007, S. 42). Die Emission großer Mengen von Treibhausgasen durch anthropogene Aktivitäten verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt, was eine zusätzliche Erhöhung der mittleren Temperatur zur Folge hat. Insbesondere die Konzentration von CO2 und Methan wurde vom Menschen vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe drastisch erhöht. Hinzu kommen künstliche Gase, wie teil- und vollhalogenierte Kohlenwasserstoffe HFKWs bzw. FCKWs, sowie Schwefelhexafluorid (SF6) und Distickstoffoxid (N2O), welche durch industrielle Prozesse entstehen. Durch diese, im Protokoll von Kyoto7 genannten klimawirksamen Gase, wird dem natürlichen Treibhauseffekt ein zusätzlicher anthropogener Treibhauseffekt überlagert, welcher zu einer verstärkten atmosphärischen Gegenstrahlung und damit zur Erwärmung der Atmosphäre führt. 2.3 Klimawandel in Baden-Württemberg 2.3.1 Prognosen Das Sachverständigen-Gremium „Intergovernmental Panel on Climate Change“ der Vereinten Nationen (IPCC) geht davon aus, dass sich infolge des anthropogen verursachten Treibhauseffektes bis zum Jahr 2099 die mittlere globale Temperatur zwischen 1,8°C und 3,13°C erhöhen wird. Vor diesem globalen Hintergrund ist auch in Süddeutschland ein beschleunigter Wandel des regionalen Klimas zu erwarten. Die vom Land Baden-Württemberg getragenen Forschungsprojekte „KLIWA“ und „KLARA“ zeigen nach dem derzeitigen Kenntnisstand die ersten Ergebnisse zu künftigen Klimaveränderungen in Süddeutschland sowie möglicher Auswirkungen. Bei der Ermittlung und Bewertung des Ausmaßes der zukünftigen Klimaentwicklung im regionalen Maßstab bestehen noch methodische Unsicherheiten. Jedoch weisen die regionalen Prognoseergebnisse für die wichtigsten klimatologischen Größen bei unterschiedlichen Modellen in die gleiche Richtung und stehen in Einklang mit bereits im Verlauf des 20. Jahrhunderts eingetretenen Veränderungen. Für Baden-Württemberg ist im Szenariozeitraum bis ca. 2050 mit folgenden Entwicklungen des regionalen Klimas im Vergleich zum Ist-Zustand zu rechnen (Umweltbundesamt 2005, S. 12; Stock 2005; Landesanstalt für Umwelt 2006; Regionalverband Südlicher Oberrhein 2006): 6 Direkte Emissionen berücksichtigen nicht die Vorketten. Sie beinhalten weder die Emissionen aus dem Stromsektor für den verbrauchten Strom in den Sektoren Gebäude, Industrie und Landwirtschaft noch die Emissionen aus Raffinerievorgängen, die Treibstoff für den Verkehrssektor liefern. 7 Im Protokoll von Kyoto verpflichten sich die Industriestaaten, ihre gemeinsamen Emissionen der wichtigsten Treibhausgase im Zeitraum 2008 bis 2012 um mindestens 5% unter das Niveau von 1990 zu senken. Dabei haben die Länder unterschiedliche Emissionsreduktionsverpflichtungen akzeptiert (UNFCCC 05.2008). Klimavariabilität und globale Erwärmung 20 Temperatur o Anstieg der mittleren Temperaturen Der Anstieg der mittleren Lufttemperatur wird sich auch in naher Zukunft vor allem in Baden-Württemberg deutlich fortsetzen. Die Zunahme fällt hier mit ca. 2 °C im Winterhalbjahr stärker aus als im Sommerhalbjahr mit ca. 1,4 °C (in der Region Südlicher Oberrhein ca. 1,3 bis 1,6 °C). Die Jahresmitteltemperatur insgesamt wird im Südlichen Oberrheingebiet um weitere 1,2 bis 1,8 °C zunehmen. o Veränderung der Temperaturextreme Sowohl die jährliche Anzahl der Sommertage8 als auch der Hitzetage9 wird in Baden-Württemberg deutlich zunehmen. Für Freiburg ist beispielsweise mit einer Verdoppelung der bioklimatisch besonders belastenden Hitzetage (von derzeit 12 auf künftig 24 Tage pro Jahr) zu rechnen. Ein ähnlich starker Anstieg wird auch für sogenannte „Tropennächte“ erwartet, in denen die Tiefsttemperaturen nicht unter 20 °C fallen. Demgegenüber wird infolge des Klimawandels die Anzahl der Frosttage10 sowie Eistage11 deutlich abnehmen, bei Letzteren wird in Baden-Württemberg eine Abnahme auf etwa die Hälfte des heutigen Wertes erwartet. Spätfröste werden im Mittel künftig früher als heute eintreten. Wasserhaushalt o Veränderungen der Niederschläge Entsprechend dem bereits während des 20. Jahrhunderts feststellbaren Trend wird künftig, bei voraussichtlich in etwa gleichbleibenden Jahresniederschlagssummen, eine deutliche Änderung der Niederschlagsverteilung erwartet: Einer allgemeinen Abnahme der Niederschlagsmengen im Sommerhalbjahr steht eine teilweise deutliche Zunahme der Winterniederschläge gegenüber. Im Südlichen Oberrheingebiet kann die Zunahme zwischen 20 und 50 % betragen. Die Häufigkeit von Starkniederschlägen (> 25 mm/Tag) wird im Winterhalbjahr regional variierend stark ansteigen. Ein besonders prägnanter Anstieg ist dabei in den Hochlagen des Schwarzwaldes zu erwarten, wo an einzelnen Stationen nahezu eine Verdoppelung der Anzahl von Tagen mit Starkniederschlag prognostiziert wird. Insgesamt ist also künftig einerseits mit zunehmender Sommertrockenheit, andererseits mit intensiveren Winterniederschlägen zu rechnen. o Veränderungen im Abflussregime der Fließgewässer Durch die veränderten Niederschlagsverhältnisse und die aufgrund der Temperaturerwärmung verminderte Niederschlagsspeicherung in Form von Schnee werden sich deutliche Veränderungen im Abflussgeschehen der Fließgewässer 8 Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 25 °C. 9 Tage mit Höchsttemperaturen ≥ 30 °C. 10 Minimaltemperaturen < 0 °C. 11 Höchsttemperaturen < 0 °C. Klimavariabilität und globale Erwärmung 21 in Baden-Württemberg ergeben. Insgesamt führen diese künftig zu einem stark variierenden Abflussregimen: Im Winterhalbjahr ist eine markante Erhöhung der mittleren Hochwasserabflüsse zu erwarten. Dabei ist im Südschwarzwald aufgrund einer überdurchschnittlichen Zunahme der Winterniederschläge mit einem vergleichsweise starken Anstieg der Häufigkeit von Winterhochwassern zu rechnen. Aufgrund des insgesamt häufigeren Auftretens von Westwetterlagen werden vor allem kleine und mittlere Hochwasserereignisse mit Schwerpunkt im Winterhalbjahr tendenziell zunehmen. Für das südliche Oberrheingebiet wird erwartet, dass hundertjährige Hochwasserabflüsse um rund 15 % und zehnjährige Hochwasserabflüsse um rund 40 % zunehmen werden. In Verbindung mit der Verschiebung der Niederschläge vom Sommerzum Winterhalbjahr wird damit gerechnet, dass die sommerlichen Niedrigwasserabflüsse in vielen Fließgewässern abnehmen werden, am deutlichsten im Bereich des Schwarzwaldes. Im Zusammenwirken mit dem für viele Gewässer gleichzeitig erwarteten Ansteigen der maximalen Wassertemperaturen werden erhebliche Gefährdungen der Gewässerlebensgemeinschaften befürchtet. 2.3.2 Auswirkungen Nach dem derzeitigen Stand der Forschung ergeben sich in Baden-Württemberg und vor allem im Oberrheingebiet durch die Klimaveränderungen für den Menschen, für die Biodiversität und Ökosysteme sowie für Landnutzungen in den kommenden Jahrzehnten folgende Auswirkungen (Landesanstalt für Umwelt 2006; Umweltbundesamt 2005, S. 12): Die Zunahme von Extremereignissen (Hochwasser, Stürme) wird vor allem durch den Anstieg der Intensität der Ereignisse zu einer verstärkten Gefährdung von Leben und Gesundheit der Bevölkerung führen. Zudem wird eine Zunahme des Umfangs von Sachschäden befürchtet. Auch die prognostizierte steigende Häufigkeit und Intensität von sommerlichen Hitzewellen, sowie der Anzahl von Hitzetagen wird eine zunehmende Gesundheitsgefahr darstellen. Die Vulnerabilität der Bevölkerung durch Wärmebelastungen wird landesweit um ca. 20 % zunehmen. Durch die Erwärmungstendenz sind erhebliche Auswirkungen auf die heimischen Tierund Pflanzenarten, ihre Populationen sowie auf die natürlichen Ökosysteme insgesamt zu erwarten. Den zu erwartenden Verlusten bei heimischen Arten steht eine verstärkte Einwanderung und Ausbreitung gebietsfremder, vor allem wärmeliebender Arten, gegenüber. Für die Landwirtschaft sind durch den Klimawandel teils günstige, teils nachteilige Wirkungen zu erwarten: Generell werden durch die Erwärmung die Voraussetzungen für den Maisanbau im Oberrheingebiet verbessert, während der zunehmende sommerliche Klimavariabilität und globale Erwärmung 22 Trockenstress bei Weizen regional zu Ertragseinbußen führen kann. Im Bereich des Obstbaus ist zu befürchten, dass ein milderes Klima zu einer vermehrten Anfälligkeit gegenüber Schädlingen führt, während im Weinbau grundsätzlich eine Verbesserung der Anbaubedingungen zu erwarten ist. Erhöhte landwirtschaftliche Ertragsgefährdungen gehen allerdings von der erwarteten Zunahme extremer Wetterereignisse aus. Für die Forstwirtschaft werden aufgrund der sich im Jahresmittel wenig ändernden Niederschlagssummen bislang insgesamt weniger gravierende Änderungen der Produktivität erwartet. Allerdings wird mit einem Anstieg der Risiken durch Schädlinge und Wetterextreme gerechnet. Durch den zu erwartenden Klimawandel werden im Gegensatz zum Wintertourismus für den Sommertourismus in Baden-Württemberg eher positive Wirkungen prognostiziert. So ist im Schwarzwald mit einer Zunahme von Tagen mit günstigen Wetterverhältnissen für den Wandertourismus zu rechnen. Bei diesen bislang vorliegenden Ergebnissen der regionalen Klimaforschung ist zu berücksichtigen, dass sie sowohl methodisch als auch hinsichtlich der einbezogenen Randbedingungen (z.B. zur künftigen Emissionsentwicklung der Treibhausgase) Unsicherheiten beinhalten. Diese betreffen in erster Linie die Dimension künftiger Änderungen, nicht aber deren Tendenz. Klimaschutzpolitik 3 23 Klimaschutzpolitik Das Feld der Klimaschutzpolitik umfasst alle politischen Maßnahmen, die darauf abzielen, der anthropogenen globalen Erwärmung entgegen zu wirken, ihre Folgen für Mensch und Umwelt zu mindern oder zu verhindern. Diese Maßnahmen können auf internationaler, nationaler oder lokaler Ebene angesiedelt sein. 3.1 Internationaler Klimaschutz Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf internationaler Ebene zusammengefasst. 3.1.1 Klimarahmenkonvention Die Klimarahmenkonvention (UNFCCC), die 1992 auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Zusammenarbeit (UNCEP) in Rio de Janeiro von fast allen Staaten unterzeichnet wurde und 1994 in Kraft getreten ist, hat laut Artikel 2 des Vertrages durch eine Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration eine nachhaltige Anpassung der Ökosysteme an die Klimaänderungen zum Ziel, ohne dass die Nahrungsmittelerzeugung bedroht und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise fortgeführt werden kann (UNFCCC 1992, S. 5). Wie aus dieser Zielformulierung deutlich wird, legt die Konvention aus Rio de Janeiro lediglich eine allgemeine Verständigung über die internationalen Ziele fest. Konkrete Angaben, mit welchen Instrumenten die Ziele zu erreichen sein sollen, beinhaltet die Rahmenkonvention nicht. Über die genaue Ausgestaltung wird auf den UN-Klimakonferenzen verhandelt. Die Klimarahmenkonvention stützt sich auf das Prinzip der gemeinsamen Verantwortung, welche in unterschiedliche Verantwortlichkeiten unterteilt ist. Die Vertragspartner wurden zu diesem Zwecke entsprechend ihrer CO2-Emissionen und wirtschaftlichen Stärke in drei Kategorien unterteilt: Annex I beinhaltet die Industriestaaten, Annex II fasst die OECD-Staaten12 aller Industriestaaten zusammen. Annex III umfasst die Entwicklungs- und Schwellenländer. Die Staaten, die im Annex I und Annex II aufgelistet sind, tragen als die großen CO2-produzierenden, wirtschaftlich starken Staaten auch eine größere Verantwortung als diejenigen, die im Annex III aufgeführt sind. Da China und Indien zu den Annex III-Staaten zählen, sie jedoch über eine sehr starke und emissionsintensive Industrie verfügen, entstand in jüngster Zeit die Diskussion, ob der Status des Schwellenlandes noch zutreffend ist. Dementsprechend gibt es Bemühungen, den Status dieser beiden Staaten schnellstmöglich zu ändern. Als Ziel der Klimarahmenkonvention wurde folgendes festgelegt: "Das Endziel dieses Übereinkommens (...) ist es, (...) die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird." (UNFCCC 1992, S. 5). Eine genaue Definition des Begriffes "gefährliche Störung des Klimasystems“ lässt die Konvention ebenfalls offen. 12 Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) ist eine Internationale Organisation mit 30 Mitgliedsländern, die sich Demokratie und Marktwirtschaft verpflichtet fühlen. Die meisten OECD-Mitglieder gehören zu den Ländern mit hohem pro-Kopf-Einkommen und gelten als entwickelte Länder. Klimaschutzpolitik 24 Um das Ziel der Klimarahmenkonvention zu erreichen, haben sich alle Unterzeichner verpflichtet, Klimaschutzmaßnahmen einzuleiten: "Jede der Vertragsparteien beschließt nationale Politiken und ergreift entsprechende Maßnahmen zur Abschwächung der Klimaänderungen, indem sie ihre anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen begrenzt und ihre Treibhausgassenken und -speicher schützt und erweitert.“ (UNFCCC 1992, S. 7). 3.1.2 Konferenzen der Vertragsstaaten Mit der Unterzeichnung der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen im Jahre 1992 in Rio de Janeiro wurde auf internationaler Ebene ein kontinuierlicher Verhandlungsprozess zum Schutz des Klimas ins Leben gerufen. Im Rahmen dieses fortlaufenden Prozesses werden jährlich im Rahmen einer Konferenz aller Vertragsstaaten (engl.: Conference of the Parties, COP) vielfältige Aspekte der internationalen Klimapolitik erörtert und dementsprechende Entscheidungen getroffen. Bei der ersten Vertragsstaatenkonferenz (COP 1) im Jahre 1995 in Berlin wurde anerkannt, dass die freiwillige Selbstverpflichtung der Industrieländer unzureichend für einen effektiven Klimaschutz ist. Daher sollte in einem Protokoll vereinbart werden, in welchem Umfang und auf welche Art die Länder ihre Treibhausgasemissionen reduzieren sollen. Bei der zweiten Vertragsstaatenkonferenz 1996 in Genf erklärten die dort vertretenen Umweltminister, dass die Ziele zur Reduktion bzw. zur Begrenzung von Treibhausgasen in diesem Protokoll rechtlich verbindlich ausgestaltet werden sollen. Aus diesem Verhandlungsprozess entstand schließlich 1997, auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz, das Kyoto-Protokoll (Bundesumweltministerium 2007). Mit der im Dezember 2007 durchgeführten Konferenz (COP 13) auf Bali wurden weitere Schritte zur Reduzierung der Erderwärmung unternommen. Wenn auch konkrete Ziele einer Treibhausgasreduzierung lediglich in den Fußnoten der Abschlusserklärung festgehalten und nicht verbindlich vereinbart werden konnten, so wurde doch zumindest ein Fahrplan zu einem neuen Klimaschutzvertrag bis 2009 beschlossen werden (Bundesumweltministerium 2007). 3.1.3 Kyoto – Protokoll und flexible Mechanismen Auf der dritten Vertragsstaatenkonferenz im Jahr 1997 in Kyoto wurde für 35 Industrieländer eine Reduktion der CO2-Emissionen um insgesamt 5,2 % bis 2012 im Vergleich zum Referenzjahr 1990 festgelegt. Für die teilnehmenden Länder wurden, entsprechend den Emissionsbeiträgen, unterschiedliche Reduktionszahlen festgelegt. Im Rahmen einer EU-internen Lastenverteilung (Burden Sharing) haben die EU-Umweltminister für Deutschland eine Reduktionsquote von 21% festgelegt. Mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls auch durch Russland konnte das Protokoll am 16. Februar 2005 völkerrechtlich in Kraft treten. Alle Industriestaaten, die das Protokoll ratifiziert haben, müssen die zugesagten Treibhausgasreduktionen in der ersten Verpflichtungsperiode von 2008-2012 völkerrechtlich verbindlich umsetzten. Klimaschutzpolitik 25 Allen Annex-B13-Ländern ist für die erste Verpflichtungsperiode eine zulässige Emissionsmenge an Treibhausgasen zugewiesen. Laut Artikel 17 ist es erlaubt, dass Annex-B Länder ihre Emissionsmenge selbst aufbrauchen oder Teile davon mit anderen Annex-B-Ländern handeln (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997). Das Instrument der Joint Implementation, in Artikel 6 des Kyoto-Protokolls festgelegt, ermöglicht es Annex-B-Ländern, gemeinsam Klimaschutz-Projekte durchzuführen. Dabei wird das Projekt, z.B. die Errichtung einer Windkraftanlage, zwar in Land A durchgeführt, aber von Land B finanziert. Die in Land A vermiedenen Emissionen darf das Land B in der Verpflichtungsperiode zusätzlich emittieren oder sich als Emissionsguthaben gutschreiben lassen. Land A wird eine entsprechende Menge an Emissionsrechten abgezogen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997). Der CDM ("Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung"), in Artikel 12 des KyotoProtokolls festgelegt, ermöglicht es Industrie- und Entwicklungsländern, gemeinsam Klimaschutzprojekte in den Entwicklungsländern durchzuführen. Dabei wird das Projekt vom Industrieland finanziert. Die hierdurch im Entwicklungsland vermiedenen Emissionen darf das Industrieland in der Verpflichtungsperiode entweder zusätzlich emittieren oder sich als Emissionsguthaben gutschreiben lassen. Ein Teil der Finanztransfers im Rahmen der CDM-Projekte ("Share of proceeds") soll in einen Fonds zugunsten der am meisten vom Klimawandel betroffenen Staaten (insbesondere kleiner Inselstaaten) fließen (Sekretariat der Klimarahmenkonvention 1997). Die Grundidee dieser Mechanismen ist, dass es zweitrangig ist, wo Emissionen abgebaut werden. Entscheidend ist nur, dass sie abgebaut werden. 3.1.4 Zwischenstaatlicher Sachverständigenrat für Klimaänderung (IPCC) Die Entwicklungen in der Klimapolitik werden begleitet durch das IPCC-Expertengremium. Das IPCC wurde 1988 gegründet und legt seitdem regelmäßig Sachstandberichte vor, die als wissenschaftliche Basis die internationalen Klimaverhandlungen unterstützen. Die Ergebnisse des 4. Sachstandberichtes verdeutlichen, dass der Einfluss des Menschen auf das Klima wissenschaftlicher Fakt ist. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Weltklimarates, der unter dem Dach der Vereinten Nationen arbeitet, sind eine entscheidende Grundlage für die internationale Klimapolitik der Europäischen Union und Deutschlands. Nur wenn die Erkenntnisse der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft in den politischen Prozess einfließen und die Empfehlungen umgesetzt werden, können effiziente Maßnahmen in Angriff genommen werden. 3.1.5 Internationaler Klimaschutz im Rahmen der EU Im Februar 2007 hat der EU-Umweltrat Klimaschutzziele bis 2020 und ein Verhandlungspaket der EU für die Fortentwicklung des Klimaregimes nach 2012 verabschiedet. Den Staats- und Regierungschefs gelang der Durchbruch zu einer gemeinsamen europäische Klima- und Ener- 13 Diese Bezeichnung stammt aus dem Kyoto-Protokoll: Annex A listet die sechs Treibhausgase auf, für welche die im Protokoll festgeschriebenen Emissionsreduktionen gelten sowie die sektoralen Emissionskategorien. Annex B listet die Emissionsreduktionspflichten der Länder auf, die sich zu verbindlichen Reduktionen verpflichtet haben. Klimaschutzpolitik 26 giepolitik, deren Ziel es ist, den durchschnittlichen Temperaturanstieg gegenüber dem vorindustriellen Niveau auf höchstens 2 °C zu begrenzen. Der Europäische Rat beschloss, dass die EU im Rahmen eines internationalen Abkommens ihre Treibhausgasemissionen um 30 % bis 2020 gegenüber 1990 senken wird, wenn sich andere Industriestaaten zu vergleichbaren Anstrengungen verpflichten und die Schwellenländer angemessen beitragen. Unabhängig von internationalen Vereinbarungen hat sich die EU bereits zuvor verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2020 um mindestens 20 % (gegenüber 1990) zu mindern. Weitere wichtige Elemente des Verhandlungspakets sind die Ausweitung des Kohlenstoffmarktes, deutlich höhere Anstrengungen bei der Anpassung an den Klimawandel, eine verstärkte Technologiekooperation vor allem mit Entwicklungs- und Schwellenländern, die Begrenzung von Emissionen aus Entwaldung sowie aus dem Flug- und Schiffsverkehr (Bundesumweltministerium 2007). 3.2 Nationaler Klimaschutz Im Folgenden werden die politischen Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Ziele auf nationaler Ebene zusammengefasst. 3.2.1 Ziele der Bundesregierung Die Bundesregierung setzte sich im Jahr 2000 selbst das Ziel, die CO2-Emissionen bis 2005 gegenüber 1990 um 25 % zu vermindern. Dieses nationale Ziel änderte sich jedoch durch das Inkrafttreten des Kyoto-Protokolls. Deutschland hat sich im Rahmen der EU-Lastenteilung verpflichtet, bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 die Emission klimaschädlicher Gase um insgesamt 21 % gegenüber dem Jahr 1990 zu reduzieren. Im Zeitraum 1990 bis 2004 gingen die Treibhausgasemissionen in Deutschland um rund 19 % zurück. Die reinen Kohlendioxidemissionen verringerten sich um 16 %. Bis zum Erreichen des international verbindlichen Klimaschutzziels von 21 % müssen jedoch weitere Anstrengungen unternommen werden, denn etwa die Hälfte der CO2-Minderungen in Deutschland geht nicht auf Energiesparmaßnahmen zurück, sondern auf den wirtschaftlichen Zusammenbruch in den neuen Bundesländern. Die Reduktion der Emissionen ist hier auf die Schließung von Fabriken und alten Kraftwerke zurückzuführen (Bundesumweltministerium 2007; Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008b, S. 4). 3.2.2 Nationales Klimaschutzprogramm Um diese Ziele zu erreichen, hat die Bundesregierung im Jahr 2000 ein Klimaschutzprogramm erarbeitet, das sowohl die Verdoppelung des Anteils erneuerbarer Energien in Deutschland bis 2010 als auch eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz mit entsprechend verstärktem Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung beinhaltet. Am 1. Januar 2005 trat das neue Instrument des Emissionshandels in Kraft. Der Emissionshandel bewirkt einen zusätzlichen Anreiz für mehr energieeffiziente Technologien sowie eine Verminderung des Energieverbrauchs. Auf diese Weise können die Treibhausgasemissionen der Industrie begrenzt und gleichzeitig Kosten gesenkt werden. Klimaschutzpolitik 27 Das Nationale Klimaschutzprogramm wurde im Jahr 2005 fortgeschrieben. Dabei wurde zunächst überprüft, welche konkreten Maßnahmen zu welchen Treibhausgasminderungen geführt haben. Tabelle 1: Entwicklung der CO2-Emissionen verschiedener Sektoren in Deutschland (Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 11). 1990 2003 Entwicklung Energieerzeugung 441,6 Mio. t 385,1 Mio. t - 12,8 % Industrie 195,5 Mio. t 130,9 Mio. t - 33,0 % Verkehr 158,1 Mio. t 166,5 Mio. t + 5,3 % Haushalte 129,3 Mio. t 122,4 Mio. t - 5,3 % Gewerbe 90,6 Mio. t 60,3 Mio. t -33,4 % Tabelle 1 zeigt, dass vor allem die CO2-Emissionen in den Sektoren Gewerbe, Industrie und Energieerzeugung rückläufig sind. Im Sektor Haushalte, welcher hohe und noch ungenutzte Einsparpotentiale birgt, wurde lediglich eine Reduktion um 5,3 % erreicht. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde im Nationalen Klimaschutzprogramm der weitere Handlungsbedarf identifiziert und ein entsprechender Maßnahmenkatalog vorgelegt. Der Katalog enthält beispielsweise Förderprogramme für die Gebäudewärmedämmung und die Nutzung von erneuerbaren Energien (Kap. 3.2) sowie Maßnahmen zur technischen Verbesserung von Fahrzeugen und Kraftstoffen (Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit 2008a, S. 12). 3.2.3 8-Punkte-Plan Leichte Einbrüche der Klimabilanz im Jahr 2006 wurden von Bundesumweltminister Sigmar Gabriel unter anderem auf den nicht ausreichenden Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung und mangelnden Erfolg des Emissionshandels zurück geführt. Um nicht weiter in Rückstand zu geraten, stellte Gabriel am 03. April 2007 in seiner Regierungserklärung den 8-Punkte-Plan vor, durch den eine Minderung der CO2-Emissionen in Deutschland bis zum Jahr 2020 von insgesamt 40 % gegenüber 1990 erreicht werden sollen. Der 8-Punkte-Plan beinhaltet folgende Regelungen(Umweltministerium Baden-Württemberg 2008): 1. Reduktion des Stromverbrauchs um 11 % durch massive Steigerung der Energieeffizienz 2. Erneuerung des Kraftwerkparks durch effizientere Kraftwerke 3. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf über 27 % 4. Verdopplung der effizienten Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung auf 25 % 5. Reduktion des Energieverbrauchs durch Gebäudesanierung, effiziente Heizungsanlagen und in Produktionsprozessen 6. Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf 14 % Klimaschutzpolitik 28 7. Steigerung der Effizienz im Verkehr und Steigerung des Anteils der Biokraftstoffe auf 17 % 8. Reduktion der Emissionen von anderen Treibhausgasen (z.B. Methan). 3.2.4 Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung Ergänzend zum 8-Punkte-Plan legte die Bundesregierung ein umfassendes Maßnahmenpaket vor, das aus 14 Gesetzen und Verordnungen und sieben weiteren Maßnahmen besteht. Sowohl anspruchsvolle Klimaschutzziele als auch Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien und die Steigerung der Energieeffizienz sollen mit diesem Maßnahmenpaket erreicht werden (Umweltministerium Baden-Württemberg 2008). 3.3 Kommunaler Klimaschutz in Freiburg Viele Städte und Gemeinden haben sich hohe Klimaschutzziele gesetzt. Die Stadt Freiburg und mehr als 1400 weitere Städte, Gemeinden und Landkreise in Europa sind seit seiner Gründung 1990 dem Bündnis „Alianza del Clima“ beigetreten. Dieser Zusammenschluss europäischer Städte und Gemeinden, welcher eine Partnerschaft mit indigenen Völkern der Regenwälder eingegangen ist, hat die Erhaltung des globalen Klimas als gemeinsames Ziel. Das Ziel der Bündnispartner ist die 5-jährliche Reduktion der Emissionen der Industrieländer um 10 % und der Schutz der Regenwälder. Handlungsschwerpunkte sind dabei das Engagement auf lokaler Ebene. Die Initiative versteht sich als Teil der Bemühungen um nachhaltige Entwicklung und Gerechtigkeit zwischen Industrie- und Entwicklungsländern (Alianza del Clima e.V. 2008). Neben Freiburg haben sich weltweit mehr als 550 Kommunen ICLEI angeschlossen, dem „International Council for Local Environmental Initiatives“, dessen europäisches Sekretariat sich in Freiburg befindet und welches sich weltweit für den Klimaschutz auf kommunaler Ebene einsetzt. Ziel ist der Aufbau und die Unterstützung einer weltweiten Bewegung von Kommunen, um durch die Gesamtheit lokaler Aktivitäten greifbare Verbesserungen der weltweiten Nachhaltigkeit, mit besonderem Blick auf die globalen Umweltbedingungen, zu erzielen (Umweltministerium Baden-Württemberg 2008). Freiburger Klimaschutzprogramm Die Klimaschutz-Strategie der Stadt Freiburg basiert auf der Grundlage eines umfassenden Klimaschutz-Konzeptes aus dem Jahr 1996, welches als Ziel festgelegt, die CO2-Emissionen in Freiburg bis zum Jahr 2010 um 25 % gegenüber dem Jahr 1992 zu verringern. Hierfür wurden im Vorfeld die klimarelevanten Emissionen Freiburgs ermittelt. Im Ergebnis wurde für das Basisjahr 1992 festgestellt, dass ca. 75 % der Emissionen in den Sektoren Haushalte, Industrie und Kleinverbraucher entstehen und ca. 25 % im Verkehrssektor. Die Gesamtemissionen lagen bei knapp 2 Mio. t CO2 pro Jahr. Als weiteres Ziel hat sich die Stadt Freiburg gesetzt, bis zum Jahr 2010 einen Anteil von 10 % des Strombedarfs im Stadtgebiet aus erneuerbaren Energien zu decken und gleichzeitig eine Reduktion des Strombedarfs im Stadtgebiet um 10 % durch Aktionen und Kampagnen zu erreichen. Klimaschutzpolitik 29 Neue Zieldefinition seit 2007: mindestens 30 % bis 2030 Angesichts der Bedeutung des Klimaschutzes hielt die Stadt Freiburg eine strategische Weiterentwicklung der städtischen Klimaschutzpolitik für notwendig, um die möglichen kommunalen Klimaschutzbeiträge umzusetzen. Im Juni 2007 wurde daher die Aktualisierung des städtischen Klimaschutzziels in einer mittel- bis langfristigen Betrachtung beschlossen. Das neue städtische Klimaschutzziel sieht eine Reduktion der CO2-Emissionen in Freiburg von mindestens 30 % bis 2030 (gegenüber 1992) vor. Diese ehrgeizige Zielsetzung kann nur erreicht werden, wenn die Stadt, die politischen Akteure und die Bürgerschaft dem Klimaschutz absolute Priorität einräumen. Voraussetzung ist, dass die nationalen und internationalen Rahmenbedingungen deutlich verbessert werden. Die Schwerpunkte kommunaler Klimaschutzpolitik sollen im Zeitraum bis 2030, wie auch schon in der Vergangenheit, in den Bereichen Energieeffizienz und Einsparung im Gebäudebestand und im Neubaubereich, im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung, dem Ausbau der erneuerbaren Energien und im Verkehrsbereich (Weiterentwicklung ÖPNV und Stadt der kurzen Wege) liegen (Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007, S. 12). Konzessionsabgabe für Klimaschutz Um die angestrebten Klimaschutzziele erreichen zu können, sind zusätzliche Finanzmittel erforderlich. Da der Energieverbrauch Hauptverursacher der CO2-Emissionen in Freiburg ist, ist es politisch folgerichtig, Mittel, die der Stadt aus dem Energieverkauf der Badenova AG über die Konzessionsabgabe zufließen, zweckgebunden für zusätzliche neue Klimaschutzvorhaben einzusetzen. Deshalb werden ab dem Jahr 2008 jährlich 10 % der Konzessionsabgabe der Badenova AG (derzeit rund 1,2 Mio. Euro pro Jahr) für zusätzliche städtische Klimaschutzprojekte schwerpunktmäßig im Verkehrs- und Gebäudebereich eingesetzt (Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007, S. 12). 12-Punkte-Programm für 2009 / 2010 Das 12-Punkte-Programm beinhaltet die wichtigsten Schwerpunktbereiche der städtischen Klimaschutzpolitik für die Jahre 2009 und 2010. Es handelt sich hierbei um Maßnahmen, die hohe Priorität haben, da sie bezüglich der Reduktion von Emissionen einen erheblichen Beitrag leisten können, oder weil Kosten und Nutzen in einem besonders günstigen Verhältnis stehen. Vor allem sind die Punkte 5, 6, 9, 10 für die bauliche Optimierung, sowie der Punkt 11 zur Übertragung des Leitgedanken in die Öffentlichkeit wichtig. Im Einzelnen umfasst dies die folgenden, in Tabelle 2 dargestellten Vorhaben. Klimaschutzpolitik 30 Tabelle 2: 12-Punkte-Programm zur Klimapolitik der Stadt Freiburg (Datengrundlage: Umweltschutzamt Stadt Freiburg 2007; Graphik: eigener Entwurf). Städtischer 1. Passivhausstandard als Pilotprojekt für weitere anstehende Sanierungen Gebäudebestand Wentzinger-Schule, Passivbau 2. Lernende Organisation Schulung für den Betrieb effizienter Energieversorgungsanlagen 3. Verwaltungskonzentration Ermittlung der möglichen Energieeinsparungen bzw. CO2-Reduktionen 4. Intracting, energetische Sanierung Umsetzung der Energiesparmaßnahmen im Gebäudebestand Bauleitplanung 5. Städtebauliche Instrumente Solare Optimierung städtebaulicher Entwürfe; Erstellung von Energiekonzepten und Umsetzung in städtebaulichen Verträgen und Grundstückskaufverträgen; Stadtteilentwicklungspläne und Stärkung der Stadtteilzentren; umweltfreundliche Verkehrs- und Erschließungskonzepte 6. Energieberatung, "Beratungszentrum Bauen / BZB" Information von Bauwilligen über Konzepte zum Klimaschutz und Angebote zur Energieberatung Verkehr 7. Umstellung der Straßenbeleuchtung Umstellung der Straßenbeleuchtung auf Natriumdampflampen; Beginn ab 2008 8. Umstellung des städtischen Fuhrparks Vorrangiger Einsatz von Erdgasfahrzeugen, grundsätzlich keine Dieselfahrzeuge mehr Private Haus- 9. Förderprogramm Wärmeschutz im Altbau halte, Woh- Fortführung und Fortentwicklung des städtischen Förderprogramms „Wärmeschutz im Alt- nungswirtschaft bau" im Wohnungsbau und Gewerbe 10. Strategieplan Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Konzeptentwicklung (z. B. Informations- und Anreizsysteme) für die Nachrüstung von KWK-Anlagen im Wohnungsbau, Gewerbe und in der Industrie Kommunikation 11. Freiburger CO2-Diät Internetgestütztes Modul zur Erstellung der persönlichen CO2-Bilanz mit konkreten Verhaltenstipps und Informationen zur Reduktion der eigenen CO2-Emissionen 12. „Nachhaltigkeit als Lebenskunst“ Vortragsreihen zu nachhaltigen Lebensstilen Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 4 31 Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz Bei der Suche nach Möglichkeiten zur Reduktion des Eingriffes in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf spielen nicht nur die Emissionen aus der Energiegewinnung und des Industrie- und Verkehrssektors eine wichtige Rolle. Vor allem Der Sektor Haushalte weist durch den hohen Energiebedarf zur Bereitstellung der Raumwärme gegenüber Industrie, Verkehr und GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistung) den höchsten Endenergieverbrauch auf. Es stellt sich die Frage, welche Einsparpotentiale Gebäude, in denen wir leben und arbeiten, beinhalten und wie diese vor dem Hintergrund zu Neige gehender fossiler Ressourcen und steigenden Energiepreisen umgesetzt werden können. Die Entwicklungen des letzten Jahrzehnts im Gebäudesektor zeigen, dass Energieeffizienz vor allem in Bürogebäuden bereits zum Aushängeschild und Qualitätsmerkmal avanciert. Eine ähnliche Entwicklung findet im Wohngebäudesektor seit der Einführung des Energieausweises für Wohngebäude statt, welche teils auf gesetzliche Vorgaben, teils auf ökonomische Vorteile auf Grund steigender Energiepreise und teils auf ein wachsendes ökologisches Bewusstsein in der Bevölkerung zurückzuführen ist. Der Begriff des Passivhauses, das Wissen um verschiedene Dämmmaterialien und der Besitz von Energieausweisen wird künftig zum Allgemeingut werden. Die fortschreitende Sanierung im Altbestand und effizientere Neubauten stellen eine Herausforderung für Eigentümer, Mieter, Planer und Politik dar. Dieses Kapitel zur Bedeutung des Gebäudesektors beinhaltet die Entwicklung des Energiebedarfs des letzten Jahrhunderts und stellt dabei die Rolle des Gebäudesektors dar. Weiterhin werden Maßnahmen und Technologien für Bau und Bewirtschaftung von Wohngebäuden, die zur Reduktion des Energieverbrauches beitragen, vorgestellt. 4.1 Energie als Schlüssel zum Klimaschutz 4.1.1 Veränderung des Kohlenstoffkreislaufes Die in den letzten 200 bis 100 Jahren billig und leicht verfügbar gewordenen fossilen Energieträger lösten die langsame Entwicklung der Menschheit, die durch die begrenzt verfügbare menschliche Arbeitskraft gebremst wurde, durch einen rasanten Fortschritt mit Hilfe des Kraftwerk- und Motoreneinsatzes ab. Der effektivere Einsatz der menschlichen Arbeitskraft führte zu einer immer schnelleren Entwicklung der Industrialisierung, der Landwirtschaft und der Weltbevölkerung. Das Bevölkerungswachstum führte wiederum zu steigendem Bedarf an Rohstoffen und Energie. Diese Entwicklungen ermöglichten einerseits hohen Wohlstand in den Industrieländern, andererseits verursachen sie Armut in Entwicklungsländern, sowie Krieg und Umweltprobleme von regionalem und globalem Ausmaß. Die Freisetzung von Schwefel- und Stickoxiden, flüchtigen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid beeinträchtigt Luft, Wasser, Böden und damit die Lebensbedingungen für Flora und Fauna. Die Emissionen von Kohlendioxid, dem unvermeidlichen Verbrennungsprodukt von Kohlenstoff, bewirkt seit Mitte des letzten Jahrhunderts einen stetigen Anstieg des Kohlendioxidanteils in der Atmosphäre. Der natürliche Kohlenstoffkreislauf wird somit anthropogen beeinflusst. Der Austausch des natürlichen Kohlenstoffkreislaufes der Erde findet zwischen den großen Kohlenstoffreservoiren Biosphäre, Atmosphäre, Ozeane und Lithosphäre statt. Über Jahrzehnte bis Jahr- Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 32 hunderte hinweg betrachtet, sind die Hin- und Rückflüsse zwischen den verschiedenen Reservoiren ausgeglichen. So z.B. die jährliche Kohlendioxid-Entnahme aus der Atmosphäre (ca. 120 Mrd. t Kohlenstoff) zur Photosynthese neuer Biomasse und die jährliche Kohlendioxidrückgabe an die Atmosphäre durch Transpiration (ca. 60 Mrd. t Kohlenstoff) und Verwesung von Biomasse (ca. 60 Mrd. t Kohlenstoff). Über die Neo-Warmzeit der letzten 10.000 Jahre blieb bis vor etwa 200 Jahren der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre bis auf Schwankungen innerhalb weniger Prozent konstant bei etwa 600 Mrd. t Kohlenstoff, einem Kohlendioxid-Anteil von 0,28 Promille am Luftvolumen. Während der letzten 200.000 Jahre variierte der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre zwischen knapp 0,3 Promille während der heutigen Neo- und der nächst zurückliegenden Eem-Warmzeit vor ca. 120.000 Jahren. Die Variation zwischen den der beiden Warmzeiten jeweils vorangegangenen Eiszeiten (Riß- und Würmeiszeit) betrug etwa 0,2 Promille. Diese Änderungen des Kohlendioxidgehaltes der Luft stehen im Zusammenhang mit der reduzierten Intensität des Pflanzenwachstums während der Eiszeiten und mit dem Kohlenstoffaustausch in Ozeanen und Meeressedimenten (Heinloth 1997, S. 192–195). Seit etwa 200 Jahren bewirkt der Mensch einen stetigen Anstieg des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre. Im 19. Jahrhundert hing dies vorwiegend mit der Ausweitung der Landwirtschaft zusammen. Entwaldung und der Abbrand von Holzvorräten, sowie die Bearbeitung der Böden und damit die Freisetzung von etwa der Hälfte des Kohlenstoffgehalts des Bodens verursachten einen Anstieg des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre von 0,28 Promille auf 0,3 Promille. Innerhalb der letzten hundert Jahre wurde durch die Verbrennung fossiler Energieträger der Kohlendioxidgehalt der Luft auf 0,36 Promille bis zum Jahre 1995 und auf 0,385 Promille bis Anfang des Jahres 2009 angehoben (NOAA 2009; Heinloth 1997, S. 193). Zurzeit werden jährlich durch Abbrand von Kohle, Erdöl und Erdgas etwa 22 Mrd. t Kohlendioxid, durch Entwaldung und Bodenerosion weitere ca. 7 Mrd. t Kohlendioxid in die Atmosphäre eingebracht. Dies entspricht einem Vielfachen der jährlichen natürlichen Kohlendioxidfreisetzungen durch Vulkanausbrüche von im Mittel 0,02-0,13 Mrd. t Kohlendioxid (Heinloth 1997, S. 193–194). Dank seiner Fähigkeit das Treibhausgas CO2 zu binden, hat der Wald mit Beginn der ersten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolles am 1. Januar 2008 eine neue Bedeutung erhalten. Da Wälder als Teil der Biosphäre eine der wichtigsten aktuellen Kohlenstoffsenken darstellen, spielen sie eine wichtige Rolle in Konzepten zur Darstellung des ökologischen Fußabdrucks einer zu analysierenden Region. Die so genannte CO2-Absorptionsfläche verdeutlicht, wie viel Waldfläche notwendig wäre, um die klimawirksamen Emissionen in Form von Biomasse zu binden, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) in die Atmosphäre gelangen. Die Waldvegetation ist in der Lage, Kohlendioxid direkt aus der Luft aufzunehmen und den Kohlenstoff in Biomasse zu speichern. Wälder spielen somit im Klimasystem eine vielfältige Rolle. Zum einen tauschen sie Kohlenstoff mit der Atmosphäre aus und sind damit vermutlich für den größten Teil des Kohlenstoffaustausches der Landökosysteme verantwortlich (total rund 440 Mrd. t CO2/Jahr), ein Austausch, der noch grösser ist als derjenige der Meere (ca. 330 Mrd. t CO2/Jahr) (Fischlin et al. 2006, S. 45). Desweiteren speichern die Landökosysteme Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 33 ober- und unterirdisch etwa das Viereinhalbfache des heutigen Kohlenstoffgehaltes der Atmosphäre, rund die Hälfte davon ist in Wäldern zu finden (Fischlin 2007, S. 211–272). 4.1.2 Verfügbarkeit fossiler Energieträger Die heutige Versorgung mit Energie und die Nutzung von Energie als Strom, Heiz-, Prozesswärme und als Treibstoff im Verkehr sind hinsichtlich der Höhe des Verbrauchs und der bisherigen Verfügbarkeit der Energieträger angepasst. Während Kohle noch für einige hundert Jahre zur Verfügung stehen wird, werden sich bei Erdöl und Erdgas zunehmende Engpässe mit daran gekoppelten intensiven Preisanstiegen bemerkbar machen (Heinloth 2003, S. 219). Die noch vorhandenen Reserven an fossilen Energien betragen knapp 34 000 EJ 14 (Stand 2001), was zwar etwa dem Achtzigfachen des derzeitigen Weltenergieverbrauchs entspricht, aber lediglich das 2,4-fache der bereits insgesamt verbrauchten Menge an fossilen Energien. Kohle ist daran mit über 60 % beteiligt. Erdöl, mit 20 % der noch vorhandenen Reserven, ist im Verhältnis zu anderen fossilen Energieträgern bereits am stärksten ausgebeutet. Vergleicht man dies mit der großen Bedeutung des Erdöls für den Gebäudesektor, dessen Wärmeversorgung in Deutschland zu fast 50 % auf Öl basiert (Abb. 6), so wird deutlich, dass hier in absehbarer Zeit auch auf die nicht konventionellen Ölreserven (Schweröl, Ölschiefer, Ölsande) zurückgegriffen werden muss, wenn die (noch steigende) Nachfrage auch in Zukunft gedeckt werden soll. Die sich abzeichnenden Verknappungstendenzen spiegeln sich in der Verfügbarkeitsdauer wider. Erdöl hat mit 43 Jahren (2001) die geringste zeitliche Reichweite, bezieht man unkonventionelles Erdöl (Schweröl, Ölsand und Ölschiefer) mit ein, so liegt dieser Wert bei 62 Jahren. Erdgas reicht bei gleich bleibendem Verbrauch noch ca. 64 Jahre, während die Reserven von Kohle noch etwa 200 Jahre ausreichen. Uran, eine weitere endliche Energiequelle, reicht bei heutigem Verbrauch noch etwa 40 Jahre. Aus heutiger Sicht mögen diese Zeiträume wenig besorgniserregend erscheinen, da zusätzlich noch beträchtliche Mengen an Ressourcen zu ihrer prinzipiellen Nutzung bereitstehen. Eine solche Betrachtung lässt jedoch zum einen außer Acht, dass das weltweite Fördermaximum für Erdöl – der sog. „mid-depletion point“ – bereits in 10 bis 20 Jahren erwartet wird (Heinloth 2003, S. 220). Spätestens dann dürften deutliche Preissteigerungen beim Rohöl auftreten, zumal die Nutzung der Reserven an unkonventionellem Öl dieses zusätzlich verteuern wird. Zum anderen sind die Reserven an Erdöl und Erdgas sehr ungleichmäßig über den Globus verteilt. Über 70 % der Erdölreserven und über 65 % der Erdgasreserven befinden sich innerhalb eines Bereichs von Ländern, der von Saudi-Arabien im Süden über Irak und Iran bis nach Russland reicht. 14 EJ = Exa Joule = 1018 Joule = 1 Trillionen Joule Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz Kohle Erdöl 34 •billig •noch 200 Jahre •billig noch knapp 50 Jahre •wesentlich teurer noch weitere 60‐70 Jahre Strom Verkehr Heiz‐ und Erdgas •billig noch etwa 50 Jahre •wesentlich teurer noch 100 Jahre Prozess‐ wärme Abbildung 4: Geschätzte Verfügbarkeit der fossilen Energieträger und hauptsächlicher Verwendungszweck (Datengrundlage: Heinloth 2003, S. 219; Nitsch, Fischedick 2004, S. 7; Graphik: eigener Entwurf). Betrachtet man den steigenden Energieverbrauch, die sinkende Verfügbarkeit und die Lage der Ressourcen in teils politisch instabilen Regionen, so wird klar, welch problematische Versorgungssituation in absehbarer Zeit entstehen kann. Der gesicherte Zugang zu preisgünstigen Energieressourcen ist für die Industrieländer schon heute von so großer Bedeutung, dass er zur Entstehung und Vertiefung einer Vielzahl politisch oder sogar militärisch ausgetragener Konflikte beiträgt (Nitsch, Fischedick 2004, S. 7; Heinloth 2003, S. 219). Auch die „intragenerative Gerechtigkeit“, also die gerechte Verteilung der Ressourcen zwischen heutigen und zukünftigen Generationen – ein wichtiges Prinzip der Nachhaltigkeit – wird ignoriert. Die langen Entwicklungs- und Einführungszeiträume von neuen Energietechnologien erfordern ein schnelles Umdenken, um zukünftigen Generationen auch trotz der ausgebeuteten Reserven fossiler und nuklearer Energieträger eine angemessene Handlungsbasis zu erhalten. Aus der Beschränktheit und der geographischen Verteilung der Energiereserven kann somit abgeleitet werden, dass schon heute mit dem Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung begonnen werden sollte. Die Erschließung unkonventioneller Ressourcen wird einen höheren Aufwand nach sich ziehen, als er heute für die Förderung der Reserven erforderlich ist. Auch die Umweltauswirkungen ihrer Förderung dürften dann weiter zunehmen. Dies betrifft z. B. die Gefahr der Freisetzung großer Mengen des klimarelevanten Spurengases Methan bei der Gewinnung von Gashydraten (Nitsch, Fischedick 2004, S. 7). Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauches tragen somit nicht nur zum Klimaschutz bei, sondern auch zur Schonung der begrenzt verfügbaren fossilen Ressourcen. Eine Reduktion des künftigen Energieverbrauchs und der Kohlendioxid-Emissionen kann durch Energieeinsparungen bzw. Steigerungen der Energieeffizienz an verschiedenen Stellen der Wertschöpfungskette erzielt werden (Abb. 5). Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz Energiebereitstellung • Ersatz kohlendioxidintensiver Energieträger durch nicht fossile Energieträger (z.B. erneuerbare Energien) • Kraft‐Wärme‐Kopplung • effiziente Kraftwerke Energieübertragung u. ‐verteilung 35 Energienachfrage • z.B. effiziente Transformatoren • intelligente und effiziente Verwendung von Energie •Rückbau von unnötigen Leitungen •Wechsel zu Energieträgern mit weniger Primärenergiebedarf • Isolation von Wärmenetzleitungen • Systemoptimierungen • Verzicht auf energieintensive Produkte u. Dienstleistungen Abbildung 5: Ansatzpunkte zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Emissionen (eigener Entwurf). Sowohl im Bereich der Energiebereitstellung, Energieübertragung und -verteilung, als auch im Bereich der Energienachfrage, wozu der Gebäudesektor zu zählen ist, liegen große Innovationspotentiale und Marktchancen (Abb. 5). Diese können mit Unterstützung geeigneter Politiken und Maßnahmen erschlossen werden. Vor allem der Gebäudesektor birgt hohe, meist unerschlossene Potentiale, die maßgeblich zur Reduktion der Energienachfrage führen, und damit zur Reduktion der CO2-Emissionen beitragen. Die intelligente Verwendung von Energie durch effiziente Anlagentechnik oder Verbesserung des Wärmeschutzes trägt neben der Wahl der Energieträger und dem Verzicht auf energieintensive Produkte zur Reduktion der Emissionen bei. Nicht fossile Energien, wie erneuerbare Energieträger und Kernkraft, sind jedoch nicht mit Emissionsfreiheit gleichzusetzen. Berücksichtigt werden müssen die Vorketten zur Produktion und die Problematik bei der Entsorgung. Als werbewirksamer Anreiz bleiben diese Tatsachen von Energiedienstleistern meist in ihren Angeboten unberücksichtigt und das Produkt wird als „emissionsfrei“ verkauft. 4.2 Endenergiebedarf Bei der Betrachtung des Energiebedarfs des Gebäudesektors ist vor allem der Betrag der Endenergie von Bedeutung. Die Endenergie ist diejenige Energie, die innerhalb der Systemgrenze „Gebäude“ zur Verfügung steht. Die Potentiale, welche in den vorgelagerten Prozessketten der Primärenergieproduktion zum Beispiel in Raffinerien, Kraftwerken, Transport- und Umwandlungsvorgängen stecken, sind vielfältig und werden hier nicht näher erläutert. Die Reduktion des Endenergieverbrauchs im Gebäude ist somit eine „end-of-pipe“-Lösung. Durch eine Reduktion des Endenergiebedarfs reduziert sich zwar die Menge der benötigten Energie, jedoch nicht die Emissionen, die durch Produktion und Transport pro Mengeneinheit emittiert werden. Diese Potentiale können nicht allein durch Energieeffizienz im Gebäude erschlossen werden, sondern lediglich durch Effizienzmaßnahmen in den Vorketten von Energieproduktion und -transport oder durch den Umstieg auf weniger emissionsintensive Energieträger. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 36 Der Anteil des Endenergieverbrauchs beträgt für den Sektor Haushalte in Deutschland 2682 PJ15. Fast ein Drittel der deutschen Endenergie geht somit in den Haushaltssektor, welcher damit der größte Verbraucher ist. Hier wird mehr Endenergie verbraucht als im Verkehrssektor (2641 PJ) oder in der Industrie (2666 PJ), ein erstes Indiz, dass diesem Sektor, und damit den darin enthaltenen Wohngebäuden, bei den Bemühungen um den Klimaschutz eine erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen ist (Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. 2007). Abbildung 6: Verteilung der Endenergie auf Verbrauchergruppen und Energieträger (Datengrundlage: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie 2008; Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. 2007; Graphik: eigener Entwurf). Es ist aber nicht nur die große Energiemenge, die diesen Sektor für den Klimaschutz so bedeutend und interessant macht. Der Gebäudesektor birgt überdies sehr hohe Einsparpotentiale zur Reduktion des Energieverbrauchs, welche sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht effizient umzusetzen sind. Möglichkeiten zur Minderung der Treibhausgase im Gebäudesektor bestehen weltweit. Zahlreiche Hemmnisse erschweren jedoch die Umsetzung dieses Potentials. Diese Hemmnisse beziehen sich unter anderem auf die Verfügbarkeit von Technologie, Finanzierung, Armut, höhere Kosten für verlässliche Informationen, Einschränkungen durch die Gebäudegestaltung und ein angemessenes Portfolio an Politiken und Programmen. Das Ausmaß der oben genannten 15 1 Petajoule (PJ) entspricht 0,278 Terra-Wattstunden (TWh). Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 37 Hemmnisse ist in den Entwicklungsländern größer, und dies macht es für sie schwieriger, das Treibhausgasminderungspotential im Gebäudesektor zu realisieren. 4.3 Wärmebedarf von Wohngebäuden Der Löwenanteil der Endenergie im Wohngebäudesektor wird durch die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser verbraucht. Alleine 74 % der Endenergie wird für die Raumwärme, weitere 12 % für die Bereitstellung von Warmwasser benötigt. Sonstige Prozesswärme (Kochen) und mechanische Energie (Elektrogeräte) machen 13 % des Endenergieverbrauchs aus. Der gegenwärtige Trend zu energieeffizienter Beleuchtung, welche lediglich 1 % des Verbrauches ausmacht, ist somit eher nachrangig zu betrachten. Der Wärmebedarf von Wohngebäuden kann wie folgt nach Aufgabenbereichen unterteilt werden: Wärmebedarf für die Trinkwassererwärmung Transmissionswärmebedarf: Wärmebedarf, der Wärmeverluste ausgleicht, die durch Wärmeabfluss über Außenwände, Fenster, Dach und Keller auftreten Lüftungswärmebedarf: Wärmebedarf der Wärmeverluste ausgleicht, die durch Wärmeabfluss beim Luftaustausch auftreten Wenn Gebäude nach ihrem Energiebedarf klassifiziert werden, gilt als Kennzahl der JahresHeizwärmebedarf. Nicht eingeschlossen sind hierbei der Energiebedarf für Warmwasser, Haustechnik und der Bedarf von Klimaanlagen zur Kühlung im Sommer. Der JahresHeizwärmebedarf ist diejenige Energiemenge, welche das Heizsystem für die Gesamtheit der beheizten Räume in einem Jahr bereitzustellen hat. Er wird ausgedrückt in der Einheit „kWh/m²a“ (Kilowattstunde pro Quadratmeter und Jahr). Kleine Werte signalisieren hierbei einen geringen Bedarf und damit eine hohe Energieeffizienz. Im Einzelnen setzt sich der Heizwärmebedarf somit aus dem Transmissionswärmebedarf und dem Lüftungswärmebedarf zusammen. Abgezogen werden davon interne Wärmegewinne (z.B. Körperwärme, Gerätewärme) und passive solare Wärmegewinne (z.B. Einstrahlung durch Südfenster). Aus dem hohen Energieverbrauch zur Bereitstellung der Raumwärme (Abb. 6) ergibt sich unmittelbar die große Bedeutung für den Ausstoß von CO2: In Deutschland wird immer noch 48 % der Endenergie für Raumwärme durch den emissionsintensiven fossilen Energieträger Öl bereitgestellt. Weitere 39 % werden durch die Verbrennung von Gas abgedeckt. Lediglich 2 % wird durch Holz und sonstige regenerative Energien abgedeckt. Der Anteil der Fernwärme beträgt deutschlandweit 4 %16 (Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. 2007). Unter der optimistischen Annahme, dass Fernheizkraftwerke nicht-fossile Energien verwenden, entfallen somit in Deutschland insgesamt 87 % der Energieträger zur Bereitstellung der Raumwärme auf fossile Energieträger. 16 Alle Zahlenwerte in Abb. 6 sind bezogen auf ganz Deutschland. Für die Berechnung der Emissionen der Stadt Freiburg in Kapitel 5 wurden regionalspezifische Werte verwendet. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 38 Der benötigte Heizwärmebedarf eines Wohngebäudes ist nicht immer gleich, sondern hängt insbesondere von der Gebäudegröße und dem Baualter ab. Ein Einfamilienhaus aus dem Jahre 1920 verbraucht im Mittel fast 60 % mehr Heizenergie, als ein Gebäude gleicher Größe mit aktuellem wärmeschutztechnischem Standard (Kap. 6.2). Für den Gebäudebestand aller Wohngebäude in Deutschland, die vor 1984 gebaut und nicht saniert wurden, liegt der mittlere Heizwärmebedarf bei rund 210 kWh/m²a17. Der größte Teil der Wohngebäude in Deutschland gehört hierzu (Weglage 2008, S. 126). Wohngebäude neueren Baujahres weisen reduzierte Werte auf. So haben Wohngebäude der Baujahre 1995 bis 2002 einen mittleren Heizwärmebedarf von etwa 90 - 80 kWh/m²a. Deshalb sind vor allem energetische Modernisierungsmaßnahmen an Altbauten effizient. Hier können sowohl bei privaten Wohngebäuden als auch bei Gebäuden in den Sektoren Industrie und GHD Einsparungen von 40 % bis 50 %, teilweise bis 80 % erreicht werden. (Umweltministerium Baden-Württemberg 2005, S. 49). Seit dem Jahr 2002 ist gemäß der Energieeinsparverordnung (EnEV) bei neuen Wohngebäuden als Mindeststandard ein sogenannter "Niedrigenergiehaus-Standard" einzuhalten, wobei - je nach Entscheidung des Bauherrn – entweder mehr Wert auf die Wärmedämmung oder mehr Augenmerk auf eine besonders effiziente Anlagentechnik gelegt werden kann. Der beste bautechnische Standard ist in einem Passivhaus umgesetzt mit einem mittleren Heizwärmebedarfswert von 15 kWh/m²a (Feist 2007). 4.4 Bauliche Möglichkeiten zur Reduktion des Heizwärmebedarfes Um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zur Reduktion der Treibhausgasemissionen einhalten zu können, wird es nicht genügen auf CO2-ärmere Energieträger wie Erdgas umzusteigen. CO2-ärmere Energieformen wie Kernenergie und Solarenergie reichen nicht aus, um den künftig steigenden Energieverbrauch zu decken. Deshalb wird die Reduktion des Energieeinsatzes immer wichtiger. Die Einsparung von Energie ist die sicherste und produktivste Art der „Energiegewinnung“. Energieeinsparung ist die Voraussetzung, um den Restbedarf mit erneuerbaren Energieträgern künftig decken zu können. Infolge der meist hohen Lebensdauer von Bauwerken haben einmal getroffene Entscheidungen und Maßnahmen eine langfristige Wirkung, sodass hier unter dem Aspekt einer „lost opportunity“ ein besonderer Handlungsbedarf besteht. Laut Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung erfolgen Renovierungen an der Gebäudehülle von Wohngebäuden alle 30 bis 40 Jahre; Heizkessel werden im Mittel alle 15 – 20 Jahren erneuert (Böde et al. 1999, S. 7). In Freiburg lag die Summe der Gebäudeflächen im Jahr 2007 bei rund 13,8 Mio. m² (Stadt Freiburg 2007). Davon entfallen allein 80 % auf Wohngebäude. Alle Gebäude, die vor Einführung der zweiten Wärmeschutzverordnung 1984 gebaut wurden, entsprechen bei weitem nicht mehr den heutigen Anforderungen und sind energetisch sanierungsbedürftig, sofern sie nicht schon modernisiert wurden. Tatsächlich sind in Freiburg rund 79 % (Bundesschnitt: 75 %) der heute vorhandenen Gebäude vor 1985 gebaut worden (Kap. 6.1.3). Insgesamt sank der spezifische 17 Heizwärmebedarfswerte sind u.a. abhängig vom Regionalklima. Die hier angegeben Werte beziehen sich auf Gesamt-Deutschland. Klimabereinigte Werte für Freiburg sind in Kapitel 6.2.1 angegeben. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 39 Heizenergiebedarf im Gebäudebestand der Bundesrepublik von 300 kWh/m²a im Jahre 1977 auf durchschnittlich 180 kWh/m²a in 1994 (Heinloth 1997, S. 163). Dabei betreffen die meisten energetischen Optimierungsmaßnahmen nur die Dämmung der Fassade und den Ersatz der Fenster durch Wärmeschutzverglasung. Das technisch erschließbare Energieeinsparpotential wird bei weitem nicht ausgeschöpft. Diese Einsparmöglichkeiten können durch verschiedene Maßnahmen optimal erschlossen werden. Der wichtigste Schritt ist die Bereitstellung der Raumwärme mit möglichst geringem Energieeinsatz. Dies gelingt durch die im Folgenden dargestellten Wärmeschutzmaßnahmen. Erst danach ist die Überlegung über die Deckung des verbleibenden Energiebedarfes mit Hilfe verschiedener Heizanlagen wie Brennwertkesseln oder Blockheizkraftwerken bis hin zu Solarthermieanlagen sinnvoll. 4.4.1 Wärmedämmung Die im Klima der gemäßigten Breiten traditionell gebräuchlichen Bauweisen verlieren in der kalten Jahreszeit wesentlich mehr Wärmeenergie, als durch Sonneneinstrahlung oder sonstige „freie“ Wärmequellen ausgeglichen werden kann. Um ein angenehmes Raumklima zu erhalten, muss nachgeheizt werden. In Mitteleuropa ist vor allem der Energiebedarf für Raumwärmebereitstellung maßgeblich, da Klimaanlagen in Haushalten wenig verbreitet sind. Dort, wo sie genutzt werden (Bürogebäude), ist der Primärenergieverbrauch fast so hoch wie beim Heizen, da der Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung und Bereitstellung kalter Luft um etwa 5 bis 10 % schlechter ist (Ebel 1996, S. 5). Die Wärme eines Gebäudes geht im Wesentlichen durch Wärmeleitung (Transmission) durch Außenwände, Decken, Dächer und Fenster, sowie durch Abfuhr von Wärme mit der Abluft (Konvektion) verloren. Dies sind die Ansatzpunkte effizienter Maßnahmen zur Einsparung von Heizwärme, wie sie im Folgenden aufgezeigt werden. Die Raumwärme eines Gebäudes wird durch die Gebäudehülle an die kühlere Außenluft abgegeben. Ziel einer Dämmung ist es, diesen unerwünschten Energieabfluss zu minimieren und die Wärme innerhalb des Gebäudes zu halten. Als Maß für die Güte einer Wärmedämmung dient der U-Wert, welcher für den Energieverlust pro Quadratmeter Außenfläche in einer bestimmten Zeit steht, wenn eine Temperaturdifferenz von 1 °C zwischen der Innen- und der Außenluft herrscht. Es gilt: je kleiner der U-Wert eines Bauteils, desto besser ist die Dämmung. Neben der Energieeinsparung trägt eine gut geplante und ausgeführte Wärmedämmung auch zum Bautenschutz und damit zur Reduktion von Bauunterhaltungskosten und zur Erhöhung der Lebensdauer eines Gebäudes bei. Nachträgliche Dämmmaßnahmen, die allein aus Energiespargründen durchgeführt werden, sind meist nicht wirtschaftlich. Dämmmaßnahmen sollten dann durchgeführt werden, wenn ohnehin eine Instandsetzung oder Bauunterhaltungsleistung notwendig ist. Als Kostenanteil für die Wärmedämmung fällt somit lediglich die Mehraufwendung für die energiesparendere Ausführung dieser Instandhaltungsleistung an. Nur diese Mehrkosten müssen dann bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Energiesparmaßnahme angesetzt werden. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 40 Abbildung 7: Verlust an Heizwärme in kWh pro Jahr ohne Dämmung (a) und mit Dämmung (b) (Deutsche Energie-Agentur et al. 2004, S. 27). Die Wärmedämmung kann in unterschiedlichen Umfang und mit unterschiedlichen Wirkungsgraden umgesetzt werden. Außenwanddämmung: Die Außenwände weisen als größter Bestandteil der Gebäudeoberfläche auch den größten Anteil des Energieverlustes auf. Etwa 35 % der Verluste sind in einem ungedämmten Einfamilienhaus auf die Außenwände zurückzuführen. Dieser Verlust kann durch entsprechende Dämmung um mehr als 75 % auf 2900 kWh/a reduziert werden (Deutsche Energie-Agentur et al. 2004, S. 27). Dämmsysteme mit minimal 10 cm bis hin zu 18 cm Dämmstoffstärke werden unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten von Experten empfohlen. Dämmmaßnahmen sind langfristige Investitionen mit einer Lebensdauer von mindestens 25 Jahren. Sowohl um zukünftig zu erwartende Energiepreissteigerungen auffangen zu können, als auch aus Gründen des Klimaschutzes sollte daher die wirksamere und damit nachhaltigere Maßnahme mit der dickeren Dämmstoffstärke gewählt werden. Die Mindestanforderung an Außenwände liegt laut Energieeinsparverordnung bei einem U-Wert von 0,9 W/m²K. Diese wird z.B. durch 30 cm dicke Porenbetonblocksteine oder 36,5 cm Mauerwerk aus Leichtbeton-Vollsteinen erreicht, jedoch in keinem Fall lediglich durch ein Mauerwerk aus Vollziegeln (Deutsche Energie-Agentur et al. 2004, S. 126). Gelegentliche Meldungen über eine Verschlechterung des Raumklimas nach dem Einbau hoher Dämmstoffstärken entbehren jeglicher Grundlage, denn Wände atmen nicht. Der Luftaustausch erfolgt über Fenster- und Türfugen bzw. über die Lüftung. Die üblichen Dämmstoffe sind sehr viel diffusionsoffener für Wasserdampf als z.B. Ziegel (Hildebrandt 2003, S. 22). Exkurs Denkmalpflege Das Bestreben der Denkmalpflege, Bausubstanz zu erhalten, folgt wie der Klimaschutz dem Prinzip der Nachhaltigkeit. Die Weiternutzung von Gebäuden schont Ressourcen und minimiert Stoffkreisläufe durch Vermeidung von Bauschutt. Zudem wurden historische Gebäude aus regional verfügbaren, in gro- Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 41 ßen Mengen vorhandenen, umwelt- und gesundheitsverträglichen Materialien erstellt. In Freiburg sind vor allem in den Stadtbezirken der Altstadt und Wiehre vermehrt historische und denkmalgeschützte Gebäude vorzufinden (Kap. 6.1.3). Das Ziel, eine klimaschutzrelevante Sanierung zu verwirklichen, birgt dagegen Konfliktpotential zu den Grundsätzen der Denkmalpflege. Das Hauptziel der Denkmalpflege ist zunächst die Erhaltung der Originalsubstanz in ihrem historischen Erscheinungsbild. Dieses wird vor allem durch die verwendeten Materialien, die Maßstäblichkeit des Bauwerks und einzelner Bauteile, sowie die Farbgebung bestimmt. Im Spannungsfeld zwischen Substanzerhaltung und energetischer Modernisierung gilt es, tragfähige Lösungen in Abstimmung mit der Denkmalpflege zu finden (Hildebrandt 2003, S. 25). Dachdämmung Da entsprechend den Gesetzen der Thermodynamik warme Luft nach oben steigt, ist das Dach als oberer Gebäudeabschluss besonders empfänglich gegenüber Energieverlusten. Mehr als 42 % der Heizenergieverluste können einem ungedämmten Dach zugeschrieben werden (Abb. 7). Die Verluste können hierbei mit entsprechender Wärmedämmung um 75 % auf 3000kWh/a reduziert werden. Die Energieeinsparverordnung (EnEV) schreibt eine Dachdämmung vor, wenn unter dem Dach neuer Wohnraum entsteht oder wenn das Dach über ausgebauten Dachräumen neu eingedeckt wird. Unabhängig von anstehenden Baumaßnahmen müssen oberste Geschossdecken von Gebäuden, deren Dachraum nicht ausgebaut werden kann (weil die oberste Geschossdecke nicht begehbar ist) seit dem 31. Dezember 2006 gedämmt sein. Welche Auflagen beim Dachgeschossaufbau zu beachten sind, richtet sich nach der Größe des neu entstehenden Wohnraums unter dem Dach. Wird ein 30 m³ bis 100 m³ großer Raum ausgebaut, reichen für Flachdächer in der Regel ca. 14 cm Dämmstoff, um den in der Energieeinsparverordnung (EnEV) geforderten Mindestwert (U-Wert) von 0,25 W/m²K zu erreichen (Deutsche Energie-Agentur et al. 2004, S. 32). Wärmeverluste durch Fenster Auf ungenügend wärmeisolierte Fenster sind 16 % der Wärmeverluste zurückzuführen. Durch eine moderne Isolierverglasung kann der Energieverlust von 4700 kWh/a um 46 % auf 2520 kWh/a reduziert werden (Energie- und Umweltzentrum Allgäu 2002, S. 10). Isolierglasfenster bestehen aus mindestens zwei, noch hochwertigere Ausführungen aus drei Scheiben. Die Zwischenräume sind hermetisch abgedichtet. Hierin befindet sich entweder sehr trockene Luft oder Edelgase wie Argon, Krypton und Xenon. Dieses Gaspolster sorgt für die Isolierwirkung. Zusätzlich können dünne, unsichtbare Beschichtungen („low-e-Beschichtungen“) auf dem Glas den Effekt des Fensters als „Wärmefalle“ verstärken. Ähnlich dem Treibhauseffekt kann Strahlung nur im kurzwelligen Bereich passieren, die langwellige Wärmestrahlung wird in das Gebäudeinnere ref- Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 42 lektiert. Auf diese Weise gelingt es, Fenstern eine positive Wärmebilanz abzugewinnen: Sind sie der Sonne zugewandt, wird im Innenraum mehr Wärme erzeugt, als durch das Glas wieder nach außen gelangt. Bei Fenstern mit Isolierverglasung halten sich selbst bei Ost- oder Westausrichtung Gewinn und Verlust die Waage. Nur bei nordexponierten Fenstern geht mehr Energie verloren, als durch Einstrahlung gewonnen wird. Daher sollten diese entsprechend klein geplant werden und Räumen mit kurzer Aufenthaltsdauer dienen (Energie- und Umweltzentrum Allgäu 2002, S. 10). Die Energieeinsparverordnung fordert seit 2002 bei Ersatz der Fenster einen U-Wert von höchstens 1,7 W/m²K und für die Verglasung von 1,5 W/m²K. Der U-Wert einer beschichteten Zweifachverglasung (Wärmeschutzverglasung) beträgt bei Füllung mit Argon etwa 1,1 W/m²K, bei Füllung mit Xenon kann er auf 0,9 W/m²K verringert werden. Neu entwickelte Isolierglas-Systeme erreichen noch niedrigere U-Werte und finden derzeit überwiegend in Passivhäusern und Neubauten Anwendung. Dreifach-Verglasungen mit zweifacher „low-e“-Beschichtung und Xenon-Füllung sind derzeit mit U-Werten bis 0,35W/m²K verfügbar (Hildebrandt 2003, S. 45). 4.4.2 Kompakte Bauweise Der Wärmebedarf eines Gebäudes ist wesentlich von der Oberfläche des Gebäudes abhängig. Je mehr Oberfläche vorhanden ist, desto mehr Wärme geht durch die Bauteile nach außen verloren. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die wärmeabgebende Oberfläche bei gleichem Volumen möglichst niedrig zu halten, also ein niedriges A/V-Verhältnis anzustreben. Das A/VVerhältnis beschreibt die Oberfläche der thermischen Gebäudehülle dividiert durch beheiztes Volumen. Je kleiner dieses Verhältnis ist, desto kompakter und energiesparender ist das Haus (Abb. 8). Dies wird beispielsweise durch Reduzierung von Vorsprüngen und Ecken am Haus, sowie Verzicht auf Erker und Auskragungen erreicht. Die kompakteste Form ist die Kugel. In der traditionellen klimaangepassten Architektur ist daher das Iglu die effizienteste Form, die durch das minimierte A/V-Verhältnis die geringsten Wärmeverluste aufweist. Zweigeschossige Häuser weisen ein besseres A/V-Verhältnis als einstöckige Bungalows mit der gleichen Wohnfläche. Große Häuser haben bei gleicher Form automatisch ein niedrigeres A/V-Verhältnis als kleine, aus diesem Grund benötigen Mehrfamilienhäuser und Reihenhäuser weniger Heizenergie als freistehende Einfamilienhäuser. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 43 Abbildung 8: Typische A/V-Verhältnisse unterschiedlicher Gebäudetypen (Wirtschaftsministerium BadenWürttemberg 2007, S. 33). 4.4.3 Passive Nutzung von Sonnenenergie In Baden-Württemberg werden im Mittel durch eine übliche, südorientierte und unverschattete Wärmeschutzverglasung ca. 350 kWh/m² Solarenergie während der Heizperiode von September bis Mai in einen Raum eingestrahlt und dort in Wärme umgewandelt. Hiervon sind etwa 320 kWh/m² als Solargewinn zur Substitution von Heizenergie nutzbar. Der maximal verfügbare Solargewinn je Quadratmeter Glasfläche entspricht damit etwa 32 Liter Heizölverbrauch pro Jahr. Auf die Wohnfläche bezogen sind dies bei durchschnittlichen Fenstergrößen etwa 5 l/m²a (Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2007, S. 42). Sowohl die Architektur als auch die Stadtplanung bieten große Potentiale, mit Hilfe derer die einfallende Sonnenenergie genutzt werden kann. Eine wesentliche Rahmenbedingung, welche die passiv-solaren Gewinne bestimmt, ist die Ausrichtung der exponierten Flächen eines Gebäudes. Mit zunehmender Südabweichung der exponierten Empfangsfläche vermindert sich die Solarstrahlung. Durch die geringere Sonnenhöhe im Winter erhalten südexponierte Flächen die höchste Solareinstrahlung, wohingegen in den Sommermonaten auf Grund des höheren Sonnenstandes weniger Strahlung auf die gleiche Fläche fällt. Nord-, nordwest- und nordostexponierte Flächen weisen zwischen November und Januar das Einstrahlungsminimum auf. Gegenüber einem nach Süden ausgerichteten Fenster empfängt ein Ost- oder Westfenster nur etwa 60 %, ein Nordfenster nur etwa 38 % der Einstrahlung (Wirtschaftsministerium BadenWürttemberg 2007, S. 42). Des Weiteren spielt in städteplanerischen Entwürfen die Berücksichtigung des Schattenwurfes eine bedeutsame Rolle. Mit kleiner werdenden Gebäudeabständen nimmt die Verschattungswirkung vor allem während der Wintermonate durch die tief stehende Sonne zu. Die direkte Verschattung eines Wohngebietes durch die umgebende Topographie betrifft nicht nur Nord-, sondern auch Ost- und Westhänge sowie generell die Tallagen. Die Stärke der Verschattungswirkung ist dabei neben der Lage auch von der Entfernung und der Höhendifferenz des Bauge- Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 44 bietes gegenüber der Topographie abhängig. Durch Verschattung geht das Potential der Solareinträge zur Reduktion des Heizwärmebedarfs ungenutzt verloren. Architektonische Elemente zur optimierten Nutzung der Sonnenenergie als Licht und Wärmelieferant sind in der Praxis weit verbreitet. Als Beispiel sollen an dieser Stelle nur Fenster mit horizontalen Verschattungselementen genannt werden. Balkone oder weite Dachüberstände über großen Fensterflächen vermindern die sommerliche Solareinstrahlung durch Südfenster um mehr als die Hälfte und leisten damit einen wirksamen Sonnen- und Überhitzungsschutz. Die tiefstehende Wintersonne hingegen kann nahezu ungehindert unterhalb der Verschattungsfläche weit in das Gebäudeinnere vordringen und in Wärmestrahlung umgewandelt werden, wodurch ein Beitrag zur Reduktion der Heizenergie erzielt wird. 4.5 Heizsysteme auf Basis regenerativer Energien Wie Kapitel 4.1 gezeigt hat, haben sich die Rahmenbedingungen der Energieversorgung in den vergangenen Jahren verändert. Stark gestiegene Preise für Heizöl oder Erdgas belegen, dass diese Brennstoffe nicht länger kostengünstig und im Überfluss zur Verfügung stehen. Bedingt durch den weltweit wachsenden Energiebedarf bei gleichzeitig steigendem Aufwand für die Erschließung der Rohstoffe werden konventionelle fossile Brennstoffe zu einem kostspieligen, international begehrten Gut. Zusätzlich fallen die Auswirkungen der Emissionen auf die Umwelt und das Klima negativ ins Gewicht. Kapitel 4.4.1 hat gezeigt, dass durch Wärmeschutzmaßnahmen der Energieverbrauch massiv gesenkt werden kann. Durch eine verbesserte Dämmung der Gebäudehülle wird der Verlust der Wärmeenergie und damit der Energiebedarf des Gebäudes gesenkt. Um den verbliebenen Wärmebedarf eines Gebäudes mit möglichst geringen CO2Emissionen zu decken, bieten sich erneuerbare Energien an. Regenerative Energie aus Wind-, Wasser- und Photovoltaikanlagen wird in Form von Strom in das zentrale Energieversorgungsnetz eingeleitet. Ein ähnliches Prinzip verfolgen Fernwärmenetze, welche zentral erzeugte Wärme durch ein Wärmenetz in die angeschlossenen Gebäude leiten. Da die Übertragung der Wärme in einem großen Leitungsnetz mit hohen Verlusten verbunden ist, wird diese meist effizienter dezentral direkt vor Ort am Gebäude produziert. Im Folgenden sind verschiedene Lösungsoptionen zur Wärmebereitstellung im Gebäudesektor aus regenerativen Energien aufgeführt. 4.5.1 Solarthermische Kollektorsysteme Die Sonnenenergie kann auf unterschiedliche Weise genutzt werden. Zur passiven Nutzung zählt das Einfangen der Sonnenwärme über Fenster, Fassadenelemente, etc. (Kap. 4.4.3). Bei der aktiven Nutzung werden direkte und diffuse Sonnenstrahlen von einem Sonnenkollektor in Wärme umgewandelt und über einen Wärmetauscher, in einen mit kaltem Wasser gefüllten Solarspeicher abgegeben. Das so erwärmte Wasser wird in Küche, Bad und zur Reduzierung der Heizenergie im Haushalt eingesetzt. Der Quotient aus der gewonnen Wärmeenergie und der auf dem Kollektor eintreffenden Strahlungsenergie ist der „Wirkungsgrad“. Dieser beträgt bei aktuellem Stand der Forschung bis zu 80 % bei einer Leistung von bis zu 900 W/m² (Hug 2009). Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 45 Bei der heutigen Nutzung von Sonnenenergie steht die Erwärmung von Brauchwasser im Vordergrund. Etwa 80 % der Solaranlagen in Deutschland werden ausschließlich für die Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt, die übrigen 20 % decken auch Teile des Raumwärmebedarfs ab. Der Anteil der größeren, heizungsunterstützenden Anlagen hat in den letzten Jahren zugenommen, sodass die mittlere Größe der Anlagen von ca. 6 m² auf etwa 10 m² angestiegen ist. Die Anlagen befinden sich nahezu ausschließlich auf Ein- oder Zweifamilienhäusern, obwohl größere Anlagen auf Mehrfamilienhäusern zu geringeren Wärmekosten führen können. Innerhalb Deutschlands sind die Solarthermieanlagen sehr ungleichmäßig verteilt. Über die Hälfte der Anträge im Marktanreizprogramm (welches heute das mit Abstand wichtigste Förderinstrument für Kollektoren ist; siehe Kap. 4.7.3) kommen aus den südlichen Ländern Bayern und Baden-Württemberg, obwohl auf diese Länder nur ein Anteil von 28 % der Bevölkerung entfällt. Trotz der geringfügig höheren Solarstrahlung im Süden Deutschlands fällt diese Diskrepanz unerwartet groß aus (Nitsch, Fischedick 2004, S. 51). 4.5.2 Geothermie Die Nutzung von Erdwärme kann entsprechend der Bohrtiefe in oberflächennahe (bis zu mehreren 10 m) und tiefe Geothermie (bis zu 5000 m) unterschieden werden. Die Bohrtiefe hängt hierbei von der jeweiligen Nutzung (z.B. Raumwärme oder Stromerzeugung) und vom Temperaturprofil in zunehmender Tiefe ab. Oberflächennahe Geothermie wird in Deutschland schon seit langem zur dezentralen Bereitstellung von Wärme genutzt, z.B. mit Wärmepumpen. Für die Umwandlung von Umgebungswärme niedriger Temperatur in Nutzwärme höherer Temperatur muss zusätzliche Energie in Form von elektrischem Strom, mechanischer Arbeit oder Verbrennungswärme aufgewendet werden. Weiterhin können Wärmepumpen entsprechend der genutzten Wärmequelle (Erdreich, Umgebungsluft, Fluss-, Grund- oder Abwasser) und des eingesetzten Wärmeträgers (Wasser oder Luft) unterschieden werden. Wärmepumpen funktionieren nach einem relativ komplexen technischen Prinzip. Am Beispiel einer Erdwärmepumpe lässt es sich vereinfacht folgendermaßen beschreiben: Eine Wärmeträgerflüssigkeit mit sehr niedriger Temperatur durchströmt den Erdkollektor. Aus dem wärmeren Erdreich nimmt sie Wärme auf und wechselt durch Verdunstung in den gasförmigen Aggregatzustand. Dieses Gas wird anschließend von einer Pumpe unter starkem Druck verdichtet, wodurch die Temperatur weiter zunimmt (ähnlich einem Ventil eines Fahrradschlauches, welches beim Aufpumpen heiß wird). Nun gibt das heiße Gas die Wärme an das Wasser im Heizungssystem ab und wird wieder flüssig – steht aber immer noch unter hohem Druck. Bevor der Wärmeträger erneut in den Kollektor strömt, wird der Druck abgelassen und die Flüssigkeit kühlt sich auf ihre ursprüngliche Temperatur ab. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 46 Dieser Prozess wird durch eine elektrische Pumpe angetrieben. Je größer der Temperaturunterschied zwischen der genutzten Wärmequelle – z.B. dem Erdreich – und dem Wohnraum ist, desto mehr elektrische Energie wird zur Anhebung des Temperaturniveaus benötigt. In Abhängigkeit vom baulichen Standard des zu versorgenden Objektes, der lokalen geologischen Situation und der Auslegung der Geothermieanlage beziehen Wärmepumpen zwischen 65 und 80 % ihrer abgegebenen Heizenergie kostenfrei aus der Erde. Darüber hinaus bieten Wärmepumpen die Möglichkeit zur kombinierten Heizung und Kühlung. Insbesondere Versorgungssysteme für Verwaltungsgebäude mit einer großen Kühllast machen sich den Vorteil zunutze, dass Wärmepumpen in den Sommermonaten im Umkehrbetrieb laufen können. Dabei wird die Wärme über aktivierte Bauteile (z.B. Betondecken) oder Flächenheizungen aus dem Gebäude abgezogen und im Erdreich zwischengespeichert. Es ist jedoch zu beachten, dass Wärmepumpen den benötigten Strom durch Nutzung der Umweltwärme zwar sehr effektiv nutzen – jedoch liegt das CO2-Äquivalent zur Erzeugung von Strom im regulären Energiemix (Kap. 5.4.2) bei 650 g/kWh (Fritsche 2008). Nach einem anfänglich steilen Anstieg ist der deutsche Wärmepumpenmarkt Mitte der 1980er Jahre fast völlig zusammengebrochen. Ursache hierfür waren die rückläufigen Heizölpreise und die unzureichende Ausgereiftheit der auf dem damaligen Markt angebotenen Geräte. Inzwischen haben die in Deutschland erhältlichen Wärmepumpen einen hohen technischen Stand erreicht, der, zusammen mit den deutlich ansteigenden Heizölpreisen, zu einem erneuten Anstieg der Verkaufszahlen geführt hat. Ende 2004 waren in Deutschland Heizungswärmepumpen mit einer gesamten Heizleistung von 17 PJ installiert, von denen 64 % aus Erdwärme, 12 % aus Grundwasser und 24 % aus der Umgebungsluft gewonnen wurden. Trotzdem sind noch beträchtliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig, um das große Potential von Wärmepumpen auszuschöpfen, wie zum Beispiel im Bereich der Effizienzsteigerung, Entwicklung neuer Kältemittel und die Nutzung von Wärme aus Abwässern (Nitsch, Fischedick 2004, S. 59). Die aktuellen Zuwachsraten der Wärmepumpenbranche sind beachtlich: mit fast 30 % im Jahr 2004 baute sie den Anteil am deutschen Wärmeversorgungsmarkt stetig aus. Wärmepumpensysteme besitzen in einigen Ländern ohne fossile Energievorkommen (wie z.B. der Schweiz) eine Marktverbreitung von 36 % im Neubaubereich. Zurückzuführen ist die Entwicklung auf eine ausgereifte Technik, die vermehrte Öffentlichkeitsarbeit der Branche und drastisch ansteigende Kosten für konkurrierende fossile Energieträger. Mit ihrer günstigen Leistungszahl, d.h. dem Verhältnis von aufgenommener zu abgegebener Energie, besitzen geothermiebasierte Wärmepumpenanlagen einen erheblichen Klimaschutzvorteil. Berücksichtigt man die Tatsache, dass nahezu 80 % des Energieverbrauchs in Deutschland im Bereich Bauen und Wohnen für das Heizen benötigt wird, ersparen die über 90.000 in Deutschland installierten Heizungswärmepumpen (Stand 2004) aufgrund ihres geringeren Primärenergieverbrauchs der Umwelt im Vergleich zu einem modernen Niedertemperatur-Heizölkessel jährlich etwa 170.000 Tonnen Kohlendioxid. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 47 4.5.3 Biomasse Global gesehen beträgt der Zuwachs an Biomasse jährlich 170 Milliarden Tonnen. Dies entspricht etwa 25 Mal dem Energieäquivalent der jährlich geförderten Erdölmenge (Levermann, Milles 2002, S. 4). Mit Hilfe der sonnenbetriebenen Photosynthese baut die Vegetation ihre Biomasse aus dem Kohlendioxid der Luft sowie dem Wasser und den Mineralien des Bodens auf, unter gleichzeitiger Freisetzung von Sauerstoff. Bei der technischen Nutzung von Biomasse, beispielsweise bei der Verbrennung, verbindet sich der gebundene Kohlenstoff mit dem Sauerstoff der Luft zu Kohlendioxid und Wärme wird freigesetzt. Das Gas wurde somit wieder an die Atmosphäre abgegeben. Bei der energetischen Nutzung wird unterschieden in feste (z.B. Holz), flüssige (z.B. Pflanzenöl) und gasförmige (z.B. Biogas) Bioenergieträger. Zur Gewinnung von Wärme im Gebäudebereich steht vor allem der Brennstoff Holz im Mittelpunkt. Die für die Gewinnung biogener Energieträger eingesetzte Energie ist sehr viel geringer als jene, die bei ihrer Verbrennung frei wird. Bei Holzhackschnitzeln werden ca. 2 % der im Brennstoff enthaltenen Energie für deren Gewinnung aufgewendet. Bei Holzpellets sind es 5 %. Im Vergleich dazu liegt dieser Wert bei Heizöl etwa bei 10-12 % (Levermann, Milles 2002, S. 4). Bei der Verbrennung von Holzpellets entstehen 42 g CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde Heizwärme, im Vergleich dazu bei Öl 300 g/kWh (Fritsche 2008). Die Feuersysteme zur Wärmebereitstellung unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art der Brennstoffaufbereitung und –zufuhr. Genutzt werden hauptsächlich Holz und Holzreste aus Walddurchforstungen, Sägereien oder Altholzvorkommen in Form von Scheitholz, Hackschnitzel und Hobelspänen. Kritisch zu betrachten ist die Entwicklung der Holzbeschaffung bei steigender Nachfrage. Das Waldrestholz ist für den Nährstoffhaushalt des Waldbodens sehr wichtig und wurde bislang auf Grund des zu großen Aufwandes in den Wäldern belassen. Mit zunehmender Nachfrage kann auch das Waldrestholz für die Verarbeitung interessant werden und dadurch der Waldboden dauerhaft geschädigt werden (Traufetter 2008). Die Holzgewinnung findet meist in regionaler Nähe zu den Energieverbrauchern statt. Für die Forst- und Landwirtschaft sowie holzverarbeitende Betriebe eröffnet die Brennstoffproduktion neue Betätigungsfelder und erhöht die regionale Wertschöpfung. Kurze Transportwege kommen der Gesamtenergiebilanz des Holzes zugute. Dezentral erzeugte Energie aus Biomasse schließt somit nicht nur ökologische, sondern auch ökonomisch wertvolle Kreisläufe (Levermann, Milles 2002, S. 4). Im Wohngebäudesektor kommen vor allem Scheitholz- und Holzpellet-Zentralheizungen zum Einsatz. Automatische Brennstoffbeschickung und Feuerungsregelungen, die z.B. bei Pelletheizungen möglich sind, erhöhen den Bedienungskomfort. Pellets werden aus naturbelassenen Reststoffen der holzverarbeitenden Industrie mit hohem Druck gepresst. Sie zeichnen sich durch optimalen Bedienungs-, Transport- und Lagerkomfort sowie eine geringe Feuchtigkeit aus. Letztere ist wichtig für einen rußfreien Verbrennungsvorgang. Der Heizwert von 2 kg Pellets entspricht 1 Liter Heizöl bzw. 1 m³ Erdgas (Levermann, Milles 2002, S. 4). Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 4.6 48 Effizienzgesteigerte Heizsysteme 4.6.1 Brennwerttechnik Die Nutzung der Brennwerttechnik ist sowohl bei den fossilen Energieträgern Erdgas und Heizöl, als auch bei der Verbrennung von Holzpellets möglich. Alle Energieträger enthalten sowohl Wasserstoff als auch Kohlenstoff. Bei ihrer Verbrennung entsteht durch die Reaktion mit Luftsauerstoff Wasserdampf und Kohlendioxid. Der Wasserdampf im Abgas enthält latente Wärme, die bei konventioneller Heiztechnik ungenutzt mit dem Abgas durch den Schornstein abgeführt wird. Kühlt man das Abgas durch Kontakt mit dem kälteren Wasser aus dem Heizungsrücklauf bis unter die Abgas-Taupunkttemperatur ab, kondensiert der Wasserdampf und die gebundene Wärme wird frei. Wann die Kondensation des Wasserdampfs im Abgas und damit die Brennwertnutzung beginnt, hängt wesentlich von der Zusammensetzung des Brennstoffs ab. Je höher der Wasserstoffgehalt des Brennstoffs, desto höher der Wasserdampfanteil im Abgas, und desto größer die mögliche Brennwertnutzung. Erdgas besteht überwiegend aus Methan. Der Gewichtsanteil des Wasserstoffs darin beträgt ca. 25 %. Die Abgas-Taupunkttemperatur von Erdgas liegt bei ca. 57 °C. Heizöl ist ein Gemisch aus längerkettigen Kohlenwasserstoffen (u.a. Decan). Der Gewichtsanteil des Wasserstoffs beträgt nur ca. 13 %. Damit liegt die Abgastaupunkt-Temperatur von Heizöl etwas tiefer bei ca. 47 °C. Bei Öl-Brennwertgeräten müssen die Abgase auf niedrigere Temperaturen abgekühlt werden, der Brennwerteffekt setzt später ein (Wacker 2005). Seit 2008 ist der weltweit erste serienmäßige Pellet-Brennwertkessel auf dem Markt. Die Abgas-Taupunkttemperatür der Pelletabgase liegt ähnlich wie bei Erdgas bei 57°C (Großmann 2008). Zusammenfassend lässt sich die Effizienzsteigerung durch Brennwerttechnik durch die dem Abgas entzogene Wärmeenergie begründen, welche wiederum einen Beitrag zur Gebäudeheizung leisten kann. Bei der Brennwertnutzung entsteht zwangsläufig Kondenswasser, welches Inhaltsstoffe aus dem Brennstoff aufnimmt. Besonders wichtig ist dabei der Schwefelgehalt des Brennstoffs. Denn aus dem Schwefel entsteht Schwefeldioxid, das mit dem Kondenswasser Schwefelsäure bilden und Korrosionsschäden verursachen kann. Daher ist von besonderer Bedeutung, welchen Schwefelgehalt der jeweilige Brennstoff aufweist: Erdgas ist von Natur aus praktisch schwefelfrei. Hierdurch ist eine Brennwertnutzung relativ leicht zu realisieren. Das ist einer der wesentlichen Gründe dafür, dass Gerätehersteller seit vielen Jahren GasBrennwertgeräte anbieten und die Technik am Markt weit verbreitet ist. Standard-Heizöl kann pro Kilogramm bis zu 2000 Milligramm Schwefel enthalten. Das Korrosionspotential ist hierdurch höher. Deshalb werden bei Öl-Brennwertgeräten, die mit StandardHeizöl betrieben werden, höhere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit des Kessels und des Abgaswegs gestellt. Zusätzlich muss das Kondenswasser unabhängig von der Geräteleistung grundsätzlich neutralisiert werden. Die Öl-Brennwerttechnik weist bei Mehrinvestitionen von über 45 % gegenüber der herkömmlichen Öl-Niedertemperaturtechnik maximal 6 % Energieeinsparung auf (Institut für technische Gebäudeausrüstung Dresden). Bei Erdgas sieht die Bilanz günstiger aus: Hier weist die Brennwerttechnik bei Mehrinvestitionen von derzeit rund 10 % gegenüber der herkömmlichen Technik Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 49 bis zu 11 % Energieeinsparung auf (Wacker 2005). Für die Pelletbrennwerttechnik werden Energieeinsparungen von 8-12 % angegeben (Großmann 2008). 4.6.2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Die Grundidee der Kraft-Wärme-Kopplung basiert auf der Überlegung, dass die bei der Umwandlung in elektrische Energie stets freiwerdende Wärme sinnvoll genutzt werden kann, um so die bereitgestellte Primärenergie (Kraftstoffe) effizienter zu nutzen. Erzielt werden dabei Gesamtnutzungsgrade um 90 %, wodurch Primärenergieeinsparungen bis ca. 30 % möglich werden, die dann entsprechend zu einer Verminderung von Treibhausgasen führen. Aus diesem Grund wird diese Technologie über das sogenannte KWK-Gesetz gefördert. Mit diesem Gesetz wird KWK-Strom gefördert, der in das Netz der allgemeinen Versorgung eingespeist wird (Hegger 2008, S. 45). Die Wärme kann bei diesen Prozessen in vielfältiger Weise genutzt werden wie z.B. zu Heizzwecken, als Prozessenergie aber auch zu Kühlungszwecken. Es steht hierzu eine Vielzahl an Aggregaten zur Verfügung (Kolbenmaschinen mit innerer und äußerer Wärmezufuhr, Gasturbinen, Dampfmaschinen, Brennstoffzellen, Thermophotovoltaik). Da vor allem in kleinen Gebäuden nicht die gesamte produzierte Wärme genutzt werden kann und diese nicht unbegrenzt gespeichert werden kann, sind KWK-Anlagen nur in größeren Gebäuden (Mehrfamilienhäuser, Hochhäuser) oder in Fernwärmekraftwerken sinnvoll. 4.6.3 Fernwärme Im Jahr 2005 lag der Anteil der Wärmenetzversorgung zur Beheizung von Wohngebäuden in Deutschland bei 14 %, die Leitungslänge betrug 50.000 km. Wärmenetze bestehen nur örtlich und sind nicht weiträumig ausgebaut oder miteinander verbunden. Der größte Teil der Energie aus Wärmenetzen (84 %) wird durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt (Hegger 2008, S. 71). KWK-Anlagen produzieren dauerhaft Strom, wobei das „Abfallprodukt“ Wärme weiterverwendet wird. Die Energieverluste eines Wärmenetzes sind abhängig von der Länge des Netzes und seiner Betriebstemperatur. Je geringer die Temperatur des Trägermediums, desto geringer sind die thermischen Verluste. Die maximale Transportlänge vom Erzeuger zum am weitesten gelegenen Verbraucher beträgt selten mehr als 20km. Dennoch können Fernwärmenetze Verluste von bis zu 40 % aufweisen (Hegger 2008, S. 71). Somit ist es meist sinnvoller beispielsweise den Energieträger Gas dezentral im Gebäude zur Erzeugung von Wärme zu verbrennen, da bei dem Transport durch das Gasnetz keine Verluste entstehen. Das CO2-Äquivalent von Fernwärmekraftwerken liegt bei einer 70 prozentiger Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung innerhalb der Kraftwerke bei 217 g pro Kilowattstunde. 4.7 Politische und gesetzliche Rahmenbedingungen Auf internationaler Ebene beziehen sich zunehmend Berichte und Dokumente auf den Schlüsselbegriff „Nachhaltigkeit“. Im Jahr 1987 veröffentlichte die Brundtland-Kommission in ihrem Abschlussbericht erstmals eine umfassende Definition dieses Begriffes in Verbindung mit dem neuen Leitbild der „nachhaltigen Entwicklung“, die den Bedürfnissen der heutigen Generation Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 50 entspricht, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen (Hauff 1987). Dieser Begriff hat seinen Ursprung in der Forstwirtschaft mit der Bedeutung, dass dem Wald nicht mehr Holz entnommen werden sollte, als nachwächst. Die Aspekte des Leitbildes Nachhaltigkeit können sowohl in der Gesellschaft, Wirtschaft als auch im Umweltschutz berücksichtigt werden. Auf europäischer und nationaler Ebene sind Aspekte der nachhaltigen Planung bereits in verschiedenen Normen, Verordnungen und Gesetzen zur Reduktion des Wärmebedarfes umgesetzt worden. Im Folgenden werden politische und gesetzliche Instrumente zur Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen aufgezeigt. 4.7.1 Wärmeschutzgesetze, -verordnungen und -normen Etwa um 1920 entstand der Begriff „Mindestwärmeschutz“. Geringe Behaglichkeit, Gefahr von Gesundheitsschäden durch Feuchte und Schimmel wurden ebenso wie die Häufung von Bauschäden durch Feuchtigkeit und hohe Energieverbrauche als Folge der mängelbehafteten Bauweise erkannt, jedoch nicht weiter verfolgt. Seit 1952 ist der Begriff „Mindestwärmeschutz“ in der DIN 4108 „Wärmeschutz im Hochbau“ fest verankert (Weglage 2008, S. 1-2). Diese ersten Forderungen nach einer angepassten Wärmedämmung entstanden aus Sicht der hygienischen Ansprüche (Schimmelbildung). Die Energiepreiskriese von 1974 lieferte ein wesentlich überzeugenderes Argument zur Durchsetzung des Wärmeschutzes in der Gesetzgebung und des damit verbundenen Kosten- und Energieeinsparungseffektes. Auf Grundlage des Energieeinsparungsgesetzes von 1976 wurden 1977 weitere Vorschriften in Form der ersten Wärmeschutzverordnung (WSVO 77) erlassen, um eine wirtschaftlich sinnvolle Beschränkung des Energieverbrauches zu erreichen. Die DIN 4108 „Wärmeschutz im Hochbau“ von 1952 behielt weiter ihre Gültigkeit, da in der WSVO 77 nur mittlere Wärmedurchgangskoeffizienten18 festgeschrieben waren. Erst 1982 wurde die DIN 4108 „Wärmeschutz im Hochbau“ überarbeitet und durch die 2. Wärmeschutzverordnung abgelöst, in welcher die Mindestanforderungen an einzelne Bauteile und Höchstwerte für mittlere Wärmedurchgangskoeffizienten vorgeschrieben wurden, sowie erhöhte Anforderungen gegenüber der 1. Wärmeschutzverordnung erhoben wurden. Mit der 1995 eingeführten 3. Wärmeschutzverordnung (WSVO 95) wurden nicht nur die abstrakten Größen des Wärmedurchgangskoeffizienten begrenzt, sondern Forderungen an den maximalen Jahresheizwärmebedarf von neu zu errichtenden Gebäuden sowie bei Erweiterungen an bestehenden Gebäuden gestellt. Erstmalig wurden neben der Begrenzung der Transmissionswärmeverluste auch Lüftungswärmeverluste, solare und interne Wärmegewinnung in den Nachweisen berücksichtigt (Weglage 2008, S. 15). Seit Februar 2002 gilt die Energieeinsparverordnung (EnEV). Die Energieeinsparverordnung hat als vordringlichstes Ziel, den Energiebedarf von Gebäuden nochmals um 30 % von maximal zulässigen 100 kWh/m²a auf 75 kWh/m²a (Abb. 9) zu senken und auf diese Weise auch den 18 Der Wärmedurchgangskoeffizient (seit Einführung der EnEV U-Wert, früher k-Wert genannt) gibt den Wärmestromdurchgang durch eine Gebäudewand an, wenn auf beiden Seiten verschiedene Temperaturen anliegen. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 51 CO2-Ausstoß weiter zu reduzieren. In der Energieeinsparverordnung wird die ehemalige Heizungsanlagenverordnung und die Wärmeschutzverordnung zusammengefasst und damit eine ganzheitliche Betrachtung der Wärmeverluste und Wärmegewinnung der Gebäudehülle und Anlagentechnik ermöglicht (Weglage 2008, S. 2–3). Diese Meilensteine in der Entwicklungsgeschichte der Energieeinsparbestimmungen und die damit steigenden Anforderungen an einen erhöhten Wärmeschutz haben die epochale Bauweise maßgeblich beeinflusst. 400 DIN 4108 300 250 WSVO 1977 200 150 50 2. Ölkrise WSVO 1984 100 1. Ölkrise Heizwärmebedarf in kWh/m²a 350 WSVO 1995 EnEV 02 & 07 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Abbildung 9: Entwicklung des maximal zulässigen Heizwärmebedarfs von Gebäuden (Datengrundlage: Weglage 2008; Graphik: eigener Entwurf). Im Zuge der europäischen Harmonisierung von Normen verpflichteten sich die EUMitgliedstaaten, die Anforderungen des Europäischen Parlaments über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Richtlinie 2002/91/EG) bis Januar 2006 in nationales Recht umzusetzen. Diese EU-Richtlinie verfolgt insbesondere das Ziel einer ganzheitlichen Beurteilung der Energieeffizienz, sowie die Förderung energetischer Modernisierungsmaßnahmen von Bestandsbauten, sowie deren Anlagentechnik. Des Weiteren soll die Energieeffizienz von Gebäuden für den Verbraucher transparenter werden. Ein Großteil dieser Anforderungen ist in der deutschen Energieeinsparverordnung (EnEV) umgesetzt. Da die EU-Gebäuderichtlinie in einigen Punkten über die bisherigen Verordnungen in Deutschland hinausging, trat 2005 die Novellierung des Energieeinsparungsgesetzes (EnEG) in Kraft, welche die Einführung von Energieausweisen vorsieht (Hegger 2008, S. 184). Das Schema der zeitlichen Entwicklung verschiedener eingeführter Richtlinien und Normen zur Förderung der Nachhaltigkeit und Energieeffizienz von Gebäuden ist in Abbildung 10 dargestellt. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 52 Abbildung 10: Zeitliche Entwicklung der Anforderungen zur Nachhaltigkeit und Energieeffizienz von Gebäuden (Hegger 2008, S. 184). 4.7.2 Einführung von Energieausweisen Die wesentlichen Instrumente der Politik zur Effizienzsteigerung im Gebäudesektor bestanden bisher nur aus ordnungsrechtlichen Mitteln sowie aus verschiedenen Förderprogrammen. Um die Reduktionsverpflichtungen des Kyoto-Protokolls zu erfüllen, haben die Mitgliedstaaten der Europäischen Union beschlossen, zusätzliche Maßnahmen zur Steuerung der Energienachfrage zu entwickeln. Die EU-Gebäuderichtlinie erweitert infolgedessen die klassischen Instrumente der Politik um eine marktorientierte Strategie. Sie verpflichtet zur verbindlichen Einführung von Energieausweisen bei Errichtung, Verkauf oder Neuvermietung von Gebäuden und Wohnungen. Bei Gebäuden von Behörden oder Einrichtungen mit öffentlichem Verkehr müssen diese Ausweise an gut sichtbarer Stelle ausgehängt werden. Die Ausweise sollen die Markttransparenz sowie das Verbraucherbewusstsein hinsichtlich des Energieverbrauches erhöhen und somit Innovations- und Investitionsanreize für Neubau und Bestand auslösen (Hegger 2008, S. 185). Für Neubauten ist bereits seit der EU-Gebäuderichtlinie von 2002 generell ein Energieausweis Pflicht. Durch das Inkrafttreten der Energie-Einspar-Verordnung im Oktober 2007 (EnEV 2007) wurde sowohl für Wohn- als auch für Nichtwohngebäude im Bestand die Ausweispflicht in Stufen schrittweise eingeführt. Die Ausweise sind vom Eigentümer bei Vermietung oder Verkauf auf Verlangen vorzulegen. Seit der Einführung der Energieausweise mit der EnEV 2007 galt eine Übergangsregelung, welche nur Energieausweise für Gebäude vorschrieb, deren Baualter älter als 1965 und welche das Anforderungsniveau der Wärmeschutzverordnung von 1977 nicht erfüllten. Des Weiteren bestand während der Übergangsregelung die Wahlfreiheit zwischen einem bedarfsorientierten oder verbrauchsorientierten Ausweistyp. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 53 Die EnEV aus dem Jahr 2007 unterscheidet zwischen dem verbrauchsorientierten Energieausweis und dem bedarfsorientierten Energieausweis. Die Bedarfsberechnung trifft Annahmen über Klima und Nutzung und bildet so den „rechnerischen Verbrauch“, während der Verbrauchswert das Nutzerverhalten und Klimaeinflüsse abbildet. Der Informationsgehalt beider Varianten ist nicht identisch und wird im Folgenden dargestellt. Bedarfsausweis Bei der Bedarfsberechnung wird - wie beispielsweise durch Energieeffizienzklassen von Kühlschränken bekannt - ein Normverbrauch (Primärenergiebedarf in kWh/m²a) ermittelt, der anzeigt, ob tendenziell ein hoher oder niedriger Energieverbrauch zu erwarten ist. Die tatsächlichen Energiekosten lassen sich daran nicht ablesen. In die ausschlaggebende Primärenergiekennzahl gehen alle Faktoren ein, die den Energiebedarf des Gebäudes bestimmen, also Dämmstandard, Qualität der Heizungsanlage sowie die Umwandlungsverluste des eingesetzten Energieträgers. Beim Bedarfsausweis spielt das individuelle Nutzerverhalten keine Rolle, er setzt ausschließlich am Gebäude und der Anlagentechnik an. Die Ausstellung eines Bedarfsausweises ist kostenintensiver und erfordert eine "Inspektion" durch einen Energieberater vor Ort. Weitere Grundlagen für die Berechnung des bedarfsorientierten Energieausweises sind: beheiztes Gebäudevolumen Fläche aller Bauteile: o Außenwände o Dachflächen o beheizte und unbeheizte Decken o Fenster und Türen Art und Konstruktion von Baumaterialien und Bauteilen Klimadaten geographische Lage Luftwechselrate solare Gewinne Heizungsanlage Verbrauchsausweis Im Gegensatz zum beratungs- und kostenintensiveren Bedarfsausweis bildet der Verbrauchsausweis die laut Energiekostenabrechnungen belegten witterungsbereinigten Verbrauchskennwerte eines Gebäudes ab. Kritisch zu betrachten ist dabei, dass der Verbrauchsausweis somit abhängig vom Nutzverhalten der Bewohner ist. Ob das Haus zum Zeitpunkt der Bewertung von einem berufstätigen Ehepaar oder von einer vielköpfigen Familie mit entsprechend höherem Energieverbrauch bewohnt wurde, verändert das im Energieverbrauchsausweis dokumentierte Ergebnis. Seit dem 01.01.2009 ist auch für Wohngebäude, die ab 1965 fertig gestellt wurden, der Energieausweis Pflicht. Für Wohngebäude mit bis zu vier Wohnungen, die das Anforderungsniveau der Wärmeschutzverordnung von Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 54 1977 nicht erreichen, werden bedarfsorientierte Ausweise vorgeschrieben. Für die übrigen Wohngebäude bleibt die Wahlfreiheit zwischen den Ausweistypen bestehen. 4.7.3 Förderungen für Wohngebäude Um dem Ausbau energieeffizienter Anlagen und der Wärmeschutzsanierung im Bestand neben den ökologischen Vorteilen auch ökonomische Anreize zu bieten, werden vom Bund und den Bundesländern, sowie von verschiedenen Einrichtungen Fördermittel zu Verfügung gestellt. Diese sind meist nicht unbegrenzt verfügbar, sondern auf eine bestimmte jährliche Höhe begrenzt. Ein Rechtsanspruch auf Förderung besteht nicht. Die meisten Förderungen werden auf Antrag gewährt. Die folgende Tabelle (Tab. 3) beinhaltet die wichtigsten Förderungen, die Ende des Jahres 2008 bundesweit angeboten wurden. Zusätzlich befinden sich regionale Förderprogramme einzelner Kommunen sowie Förderprogramme verschiedener Energiedienstleister auf dem Markt, welche hier nicht aufgelistet sind. Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 55 Tabelle 3: Übersicht Förderungen für Wohngebäude; Stand 11.2008 (Datengrundlage: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2009, Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle BAFA 2009, KfW Förderbank 2009; Graphik: eigener Entwurf). Altbausanierung Energieeffizienter Neubau Einsatz erneuerbarer Energie in Gebäuden KfW-CO2 Gebäudesanierungsprogramm: Förderung von umfassender energetischer Modernisierung Zuschüsse bei Erreichung des EnEV-Neubaustandards oder bei Durchführung von Maßnahmenpaketen möglich zinsgünstiges Darlehen von max. 50.000 €/Wohneinheit KfW: Ökologisches Bauen Förderung des Neubaus von besonders energiesparenden Gebäuden (KFW 40, KFW 60, Passivhaus) zinsgünstiges Darlehen von max. 50.000 €/Wohneinheit Solarwärme: BAFA-Erneuerbare Energien Förderung der Installation von Solarkollektoren 60,- bis 110,- Euro/m² (Stand: Januar 2008) Wohnraum Modernisieren (ÖKOPLUS): Förderung einzelner energetischer Modernisierungsmaßnahmen (z.B. Heizungs-, Fensteraustausch, Wärmedämmung) zinsgünstiges Darlehen von max. 50.000 €/Wohneinheit Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien (siehe Spalte „Einsatz erneuerbarer Energie in Gebäuden“) BAFA-Vor-Ort-Beratung Förderung einer umfassenden Energiesparberatung Zuschuss von z.Zt. 175 250 €/Gebäude „Wohnen mit Zukunft: Erneuerbare Energien“: Förderung von Solarthermie, Biomasseanlagen, Wärmepumpen, Erdwärme, KWK-Anlagen Zinsverbilligtes Darlehen der örtlichen Banken und Sparkassen BAFA-„Richtlinien zur Förderung von Mini-KWK-Anlagen: Zuschuss für Mini-KWK-Anlagen bis 50 kW „Energie-Spar-Check“ Energetische Bewertung des Wohngebäudes und der Heizungsanlage durch Spezialisten Zuschuss durch BadenWürttembergischer Handwerkstag e.V. Biomasse: BAFA-Erneuerbare Energien Förderung der Installation von Biomasseanlagen (z.B. Holzpelletheizung) 36,- Euro/kW, mind. 1.000 Euro/Anlage (Stand: Januar 2008) Wärmepumpe: BAFA-Erneuerbare Energien Förderung der Installation von Wärmepumpen 5 - 10 €/qm Nutz- oder Wohnfläche (Stand: Januar 2008) Bonussystem: zusätzliche Zuschüsse sind möglich bei: zusätzlichem Kesselaustausch Kombination mehrerer regenerativer Energien Installation von Solarpumpen oder neuen Umwälzpumpen besonders energieeffizienten Gebäuden für o.g. Maßnahmen Stromerzeugung durch regenerative Energien: Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Förderung der Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren Energien Festgelegte Mindestvergütungssätze in Abhängigkeit von der Art der Erzeugung, z. B. 35,49 bis 51,75 Cent pro kWh für Photovoltaik (2007) Förderprogramme der Stadt Freiburg im Breisgau Statt der zinsvergünstigten Kredite der Bundesprogramme bieten die Förderprogramme der Stadt Freiburg Investitionszuschüsse an. Im Gegensatz zu den zinsgünstigen Darlehen ist hierbei der psychologisch werbewirksame Anreiz hilfreich, dass der Investor „Geld auf die Hand“ bekommt, was vor allem bei kleineren eigenfinanzierten Wohngebäuden den entscheidenden Bedeutung des Gebäudesektors für den Klimaschutz 56 Anreiz einer umfassenden Sanierung bewirken kann. Eine Kombination mit den bestehenden Bundesprogrammen ist grundsätzlich möglich. Förderprogramm „Wärmeschutz im Altbau 2002/2003“ Das primäre Ziel des Förderprogramms „Wärmeschutz im Altbau“ im Jahre 2002/2003 war die CO2-Einsparung durch die energetische Sanierung von Gebäuden. Als CO2Einsparungsziel für die folgenden 30 Jahre wurden 37.500 t CO2 vorgegeben. Durch die parallel laufenden Projekte in der Öffentlichkeitsarbeit erhoffte man sich sekundär das Interesse und die Bereitschaft der Öffentlichkeit für den Klimaschutzes zu wecken und das regionale Handwerk und Ausbaugewerbe durch Schaffung bzw. Erhaltung der Arbeitsplätze zu fördern. Der Schwerpunkt der Fördermittelverteilung sollte im frei finanzierten Wohnungsbau liegen, aber auch alle sonstigen Formen von Wohnungseigentum sollten angesprochen werden, vom Eigenheim bis hin zum freien und sozialen Wohnbau. Die Grundidee bei der Ausgestaltung des Programmes war die Schaffung von Anreizen zur Wärmedämmung der Gebäudehülle. Um die Barriere hoher Investitionskosten für Hauseigentümer zu brechen, wurde je nach Sanierungsumfang eine Förderhöhe von 10-15 % der Investitionen festgesetzt. Der Gesamtförderbetrag betrug 460.000 Euro, die Gesamtinvestitionskosten der Antragsteller bei rund 4,22 Mio. Euro. Mit dem Förderprogramm ist ein Investitionsschub von insgesamt rund 4,2 Mio. Euro in der energetischen Gebäudesanierung von Altbauten bzw. ein entsprechend großer Auftragsschub in der kommunalen Wirtschaft verbunden (Weglage 2008, S. 3–20). In Bezug auf einen Zeitraum von 30 Jahren konnten durch die Umsetzung der Maßnahmen rund 68.000 MWh Heizenergie eingespart werden. Für die Umwelt bedeutet diese eine Entlastung von 20.750 t CO2 in den nächsten 30 Jahren, bzw. 690 t/a (Basche 2004, S. 3). Förderprogramm „Wärmeschutz im Altbau 2005 / 2006“ Das Förderprogramm stellt die Fortsetzung des Pionierprogrammes aus dem Jahre 2002 / 2003 dar. Insgesamt standen für das Förderprogramm 450.000 Euro bereit. Durch die Umsetzung der Maßnahmen konnten im Durchschnitt je Gebäude 38 % der bisher verbrauchten Heizenergie eingespart werden. Dies entspricht jährlich rund 2,5 GWh Heizenergie oder eine Umweltentlastung von rund 1.400 t/a CO2. Die verbesserten Werte im Vergleich zum vorangegangen Förderprojekt sind auf eine verbesserte energetische Qualität der Sanierungen zurückzuführen (Basche 2007, S. 2–3). Methodisches Vorgehen 5 57 Methodisches Vorgehen Im Folgenden werden das methodische Vorgehen und die Berechnungsgrundlagen zur Analyse des Freiburger Gebäudebestandes und dessen Heizwärmebedarf dargestellt. Hierfür müssen in einem ersten Schritt relevante Merkmale zur Analyse des Gebäudebestandes gewählt werden. Anhand dieser charakteristischen Merkmale wird der Gebäudebestand in einer Typologie geordnet. Desweiteren wird die Ermittlung und Zuordnung gebäudetypischer Heizwärmebedarfswerte erläutert. Inwiefern diese Daten den räumlichen Bezug zu den Stadtbezirken erhalten, wird durch die Erläuterung der Funktionsweise eines Geographischen Informationssystems erklärt. 5.1 Auswahl relevanter Merkmale zur Analyse des Gebäudebestandes Von den architektonischen Merkmalen bis zur Wärmedämmung wird der Freiburger Gebäudebestand durch eine Vielzahl verschiedener Eigenschaften geprägt. Um den Gebäudebestand energetisch zu beschreiben, bedarf es charakteristischer Merkmale, mit Hilfe derer eine Klassifikation erstellt und damit die komplexe Struktur vereinfacht dargestellt werden kann. Verbrauchsmessungen und Nutzverhalten Anhand von aufwendigen Verbrauchsmessungen können genaue Rückschlüsse auf den Energiebedarf eines Gebäudes gezogen werden. Zum Einen steht hier jedoch der große Aufwand einer allgemeinen und flächendeckenden Erhebung und Ausführung im Wege, zum anderen verursacht das Nutzverhalten der Bewohner Schwankungen des Verbrauchs an Heizenergie um über 50 % (Weglage 2008, S. 154). Somit stellen Verbrauchsmessungen keine geeignete Möglichkeit dar, Gebäude energetisch vergleichbar zu bewerten. Gebäudetypologie Eine Gebäudetypologie dient als vergleichende und einordnende Klassifizierung von Gebäuden, welche von verschiedenen Städten zur Analyse des Gebäudebestandes in Auftrag gegeben wurde. Für die Stadt Freiburg liegt eine solche Gebäudetypologie bisher nicht vor. Verschiedene Eigenschaften des Gebäudebestandes ermöglichen Aussagen über die Baukonstruktion, die eingesetzten Baustoffe und dadurch auch auf den Heizenergiebedarf. Unter Zuhilfenahme dieser Eigenschaften ist es möglich, den Gebäudebestand einer Stadt in einer überschaubaren Klassifizierung zu beschreiben und zu analysieren. In dieser Arbeit wurden zur Klassifizierung des Freiburger Gebäudebestandes folgende Kategorien gebildet, die in ihren Merkmalen charakteristisch für den Heizwärmebedarf sind: Gebäudeart Verschiedene Gebäudearten weisen sehr unterschiedliche Nutzungseigenschaften auf. Entsprechend ihrer Nutzung können Gebäude in drei Arten untergliedert werden: ‐ Nichtwohngebäude (keine Wohnfläche, nur Nutzfläche; z.B. Gewerbe-, Industriegebäude) ‐ Bewohnte Nichtwohngebäude (Wohnfläche kleiner 50 %) ‐ Wohngebäude (Wohnfläche größer als 50 %) Methodisches Vorgehen 58 Gebäudetyp Durch die Außenfläche wirken sich Größe und Kompaktheit eines Gebäudes wesentlich auf die Wärmeverluste aus (Kap. 4.4.2). Einfamilienhäuser weisen damit höhere Verluste auf, als Hochhäuser. Baualter Da das Thema Energieeffizienz in der Baugeschichte ein eher neuer Aspekt ist und in Bauten vor dem 20. Jahrhundert nahezu gänzlich vernachlässigt wurde, ist das Baualter eines Gebäudes durch die fortwährende Verbesserung der Wärmedämmung im Laufe der Baugeschichte repräsentativ für den Energieverbrauch. 5.2 Datenverfügbarkeit Informationen zum Gebäudebestand der Stadt Freiburg sind zwar in vielfacher Form sowohl innerhalb der Stadtverwaltung als auch bei externen Unternehmen vorhanden, jedoch werden diese Daten aus verschiedenen Gründen nicht zur Verfügung gestellt. Informationen zu Baualter und Größe der Gebäude sind beim Baurechtsamt für Eigentümer einsehbar. Da jedoch nicht nur das Baualter, sondern auch weitere Informationen (beispielsweise zu den Eigentumsverhältnissen) mit diesen Daten verknüpft sind, unterliegen diese dem Datenschutz. Detailierte Angaben zum Energieverbrauch des Gebäudebestandes liegen sowohl bei dem regionalen Energiedienstleister Badenova, bei Energieberatungsbüros als auch bei Architekturund Ingenieurbüros vor. Auch hier ist aus Gründen der Datensicherheit keine Auskunft über spezifische Werte möglich. Eine Neutralisierung der datenschutztechnisch bedenklichen Inhalte konnte nicht unentgeltlich zur Verfügung gestellt werden und hätte den finanziellen Rahmen dieser Arbeit gesprengt. Kartographische Grundlagen wie die Kataster- und Liegenschaftskarte, sowie der digitale Stadtplan der Stadt Freiburg sind gegen Gebühr beim Vermessungsamt der Stadt Freiburg erhältlich und wurden für diese Arbeit zur Verfügung gestellt. Die Kartengrundlage der geographischen Lage und Begrenzungen der statistischen Bezirke und Stadtbezirke wurden vom Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung der Stadt Freiburg zur Verfügung gestellt. Daten zu kommunalen Förderprogrammen (Basche 2004). wurden freundlicherweise vom Umweltamt der Stadt Freiburg zur Verfügung gestellt. Statistik der Stadt Freiburg „FRITZ“ FRITZ (Freiburger Informationen-Tabellen-Zahlen) ist eine HTML-basierte Datenbank des Amtes für Bürgerservice und Informationsverarbeitung in Kooperation mit dem Amt für Statistik der Stadt Freiburg. Sie enthält sowohl zusammengefasst für die Gesamtstadt, als auch detailliert für die 42 Stadtbezirke, nach Sachgebieten sortierte aktuelle Daten sowohl zu demographischen, politischen und ökonomischen Entwicklungen als auch detailierte Daten zur Entwicklung des Gebäudesektors in Freiburg. Der Zugriff auf die Datenbank erfolgt über ein Webinterface, welches sowohl Funktionen zur Datenauswahl (Abb. 11) als auch zur tabellarischen Darstellung der ausgewählten Daten beinhaltet. Abbildung 11 zeigt die Eingabemaske für den Abruf ge- Methodisches Vorgehen 59 wünschter Informationen. Die Eingabemaske unterscheidet zwischen 18 Merkmalen (Gemeindeteil, Gebäudeart, Baualtersklasse, Zahl der Wohnungen im Gebäude, etc.), welche wiederum durch die Merkmalsart (Spalte „Auswahl“) differenziert werden können. Abbildung 11: Ausschnitt aus der Eingabemaske zur Analyse des Gebäudebestandes (Stadt Freiburg 2008). Das Ergebnis einer Auswertung bezieht sich auf die kleinräumige Gliederung der Stadtteile, die sogenannten Stadtbezirke, welche in der Statistik durch einen dreistelligen Schlüssel differenziert werden (Kap. 5.5, Tab. 8). Da die Daten auf Stadtbezirke bezogen sind, und durch diesen großräumigen Bezug keine Rückschlüsse auf einzelne Gebäude- und Eigentumsverhältnisse nachvollziehbar sind, kann der Schutz allzu detaillierter gebäudespezifischer Daten als gewährleistet angesehen werden. Methodisches Vorgehen 60 Abbildung 12: Ausschnitt der ausgegebenen Ergebnisse (Stadt Freiburg 2008). Die ausgegebenen Daten (Abb. 12) können in FRITZ weder gespeichert noch weiter verarbeitet werden. Daher wurden alle ausgegebenen Daten mit Hilfe der Tabellenkalkulations-Software Microsoft Excel archiviert und für die weitere Verarbeitung vorbereitet. Insgesamt wurden folgende Daten ausgelesen und dokumentiert: Anzahl der Gebäude und Wohnfläche nach Gebäudeart je Stadtbezirk Anzahl der Gebäude und Wohnfläche nach Baujahr und Stadtbezirk Anzahl der Gebäude und Wohnfläche nach Anzahl der Wohnungen im Gebäude (1 bis 10+ Wohnungen). Die Verfügbarkeit dieser grundlegenden Informationen in der Datenbank ermöglicht das Erstellen einer detaillierten stadtbezirksbezogenen Gebäudetypologie für die Stadt Freiburg. 5.3 Erstellung einer Gebäudetypologie für Freiburg i. Br. Da die Summe aller Gebäude einer Stadt keine homogene Einheit bildet, ist eine differenzierte Betrachtung entsprechend einzelner Gebäudetypen notwendig. Ziel der statistischen Aufbereitung ist es, den Gebäudebestand gemäß charakteristischer Merkmale zu unterteilen und an Hand dieser Merkmale Aussagen über den energetischen Zustand der Gesamtstadt, sowie die in den einzelnen Stadtbezirken auftretenden regionalen Unterschiede zu treffen. Methodisches Vorgehen 61 5.3.1 Gebäudeart Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Gebäudeart „Wohngebäude“. Da diese Gebäudeart mit einem Mengenanteil von 80 % in Freiburg weit dominiert, bieten Wohngebäude eine interessante Untersuchungsgrundlage. Des Weiteren kann auf Grund der weitestgehend homogenen Nutzung und Konstruktion von Wohngebäuden einfacher auf den Energiebedarf geschlossen werden, als dies bei industriell oder gewerblich genutzten Nichtwohngebäuden der Fall wäre. Ein weiterer Grund für die Fokussierung auf Wohngebäude ist die hohe Lebensdauer von ca. 60 bis 100 Jahren (Kleiber et al. 1998, S. 31), als auch der lange Renovierungszyklus von Wohngebäuden. Laut Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung erfolgen Renovierungen bei Wohngebäuden alle 30 bis 40 Jahre; bei Nichtwohngebäuden alle 25 bis 30 Jahre (Böde et al. 1999, S. 7). Einmal getroffene Entscheidungen und Maßnahmen haben somit bei Wohngebäuden eine langfristige Wirkung, so dass hier ein besonderer Handlungsbedarf besteht. Wohngebäude sind definiert als Gebäude, deren Grundfläche zu mehr als 50 % für Wohnzwecke bestimmt ist. Zu den Wohngebäuden zählen somit auch gemischt genutzte Gebäude, sofern die Wohnfläche überwiegt (z.B. Büros und Geschäfte im Erdgeschoß, Wohnungen in den Obergeschossen). Bewohnte Nichtwohngebäude dagegen beinhalten einen Wohnflächenanteil von weniger als 50 % und werden überwiegend gewerblich genutzt. Nichtwohngebäude sind vorwiegend Gewerbe- und Industriegebäude, sowie Landwirtschafts- und Infrastrukturbauten oder Nebengebäude, und weisen keine Wohnfläche auf (Alber 15.10.2008). 5.3.2 Gebäudetypen Zwei charakteristische Eigenschaften eines Gebäudes sind die Oberfläche und das Volumen des Baukörpers. Da sich die Größe und Kompaktheit eines Gebäudes wesentlich auf die Wärmeverluste durch die Außenflächen auswirken (Kap. 4.4.2), ist eine entsprechende Differenzierung bei einer energetischen Analyse des Gebäudebestandes unumgänglich. Generell gilt der Leitsatz: Je größer das Gesamtvolumen eines zusammenhängenden Baukörpers, desto kleiner ist das erreichbare A/V-Verhältnis19 (Kap. 4.4.2) und desto geringer ist der Heizwärmebedarf (Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2002, S. 27f). Da für Freiburg keine Angaben über die Anzahl verschiedener Gebäudetypen in den einzelnen Stadtbezirken zugänglich waren, wurde eine eigene Methode zur Ermittlung der Gebäudetypen entwickelt. Um eine Differenzierung der Gebäudegröße zu erreichen, wurde auf Basis der Datenbank „FRITZ“ für jeden Stadtbezirk die Anzahl der Wohnungen pro Gebäude berechnet. Beispielsweise wurde für ein Gebäude, in welchem sich lediglich eine Wohnung befindet, der Gebäudetyp eines Einfamilienhauses angenommen. Anhand der Anzahl der Wohnungen in einem Gebäude wurde der Freiburger in die in Tabelle 4 dargestellten Gebäudetypen unterteilt. 19 Maß für die Kompaktheit eines Baukörpers. V ist das Baukörpervolumen; A die wärmeübertragende Außenfläche. Methodisches Vorgehen 62 Tabelle 4: Gebäudetypenabgrenzung nach Anzahl der Wohnungen im Gebäude (eigener Entwurf). Gebäudetyp Klassengrenzen Einfamilienhaus EFH 1 Wohnung im Gebäude Zweifamilienhaus ZFH 2 Wohnungen im Gebäude Mehrfamilienhaus MFH 3-6 Wohnungen im Gebäude Großes Mehrfamilienhaus GMFH 7-8 Wohnungen im Gebäude Hochhaus HH 9 u. mehr Wohnungen im Gebäude Details zu Sonderformen und ergänzende Angaben zur Gebäudegröße wurden in der Wohnungsbaudatenbank „FRITZ“ der Stadt Freiburg nicht festgehalten, daher wird in der vorliegenden Arbeit lediglich die Anzahl der Wohnungen innerhalb eines Gebäudes für die Klassifizierung herangezogen. Die Gebäudetypenabgrenzung wird in ähnlicher Systematik in den Arbeiten des Umweltamtes der Stadt Düsseldorf (Görtz 2005) verwendet. Abbildung 13 stellt einen Bildausschnitt der Berechnungen dar, in welchem die verschieden Gebäudetypen entsprechend ihrer Anzahl den verschiedenen Baualtersklassen und Stadtbezirken zugeordnet wurden. Abbildung 13: Auszug aus der Datei zur Ermittlung der Gebäudezahl je Gebäudetyp und Baualtersklasse pro Stadtteil in Microsoft Excel. Die Datei enthält zugleich die Analyse der Wohnfläche je Gebäudetyp und Baualtersklasse. Ausgewertet wurden insgesamt 1680 Einzelwerte, welche in einem späteren Schritt bzgl. Der Wohnfläche und den damit verbundenen Energiekennwerten sowie CO2-Emissionen analysiert wurden (eigener Entwurf). Methodisches Vorgehen 5.3.3 63 Baualtersklassen Eine Charakterisierung des Gebäudebestandes lediglich nach der Gebäudegröße ist jedoch nicht ausreichend. Um eine qualifizierte Beurteilung des Gebäudebestandes zu gewährleisten, ist es unentbehrlich die Entwicklung der Bautechniken, die Entwicklung der Wärmedämmung und vor allem auch die Einführung verschiedener Normen, Verordnungen und Gesetze zur Minimierung der Energieverluste zu berücksichtigen. Eine weitere energetisch charakteristische Gebäudeeigenschaft ist daher das Baualter. Entwicklung einer Baualtersklassifizierung Um den energetischen Zustand eines Gebäudes zu ermitteln, ist daher die Bewertung der Bausubstanz eine grundlegende Voraussetzung. Da eine genaue Untersuchung der einzelnen Bausubstanzen auf dem gesamten Gebiet der Stadt Freiburg den Rahmen dieser Arbeit gesprengt hätte, erwies sich hierbei die Differenzierung nach verschiedenen Baualtersklassen als sehr hilfreich. Gebäude verschiedener Baualtersklassen können in ihrer Ausführung, je nach historischen Einschnitten oder Einführung verschiedener wärme- bzw. bautechnischen Normen, stark variieren. Energierelevante Unterscheidungsmerkmale der jeweiligen Bauepochen lassen sich sowohl in der Konstruktion der Außenbauteile, als auch in den eingesetzten Baustoffen finden. Generell sorgen jedoch in allen Bauepochen, in denen der Wärmeschutz keine nennenswerte Rolle spielte, geringe Wärmedämmungen, hohe Wärmedurchgangskoeffizienten, Undichtigkeiten im Bereich der Fenster und der ausgebauten Dachgeschosse, Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste sowie Energieverluste durch überalterte Heizungsanlagen in unterschiedlich ausgeprägter Weise für einen hohen Heizwärmebedarf. Bautechnisch zu betrachten sind dabei, neben Außenwänden und Fenstern, alle wärmeabgebenden Flächen des Gebäudes (HaasArndt, Ranft 2008, S. 12). Die durchschnittliche Lebensdauer von Wohngebäuden ist abhängig von den Eigenschaften der Baustoffe, Bauplanung, Bauausführung und Umfang der Instandhaltung, bis hin zum Verhalten der Nutzer und der Umwelteinflüsse. Entsprechend der Qualität dieser Faktoren ist die mittlere Lebensdauer von Gebäuden bei etwa 60-100 Jahren anzusetzen (Kleiber et al. 1998). Bei der Entwicklung einer Baualtersklassifizierung für die Gebäude der Stadt Freiburg wurde diese Lebensdauer, sowie die Verfügbarkeit der Baualtersdaten in der Wohnungsbaustatistik des Amtes für Bürgerservice und Informationsverarbeitung als Fundament für die Festlegung der ältesten Baualtersklasse A (BAK A) berücksichtig. Die Einteilung der Baualtersklassen richtet sich nach bauhistorischen Zeitepochen, wobei bezüglich des Wärmeschutzes erste wesentliche Änderungen in der Baukonstruktion erst ab 1918 zu verzeichnen sind (Weglage 2008, S. 155) und daher die Gebäude mit einem Baujahr vor dem Ersten Weltkrieg ebenfalls in der Baualtersklasse A zusammengefasst werden. Das Baualter der Freiburger Gebäude ist in der Wohnbaustatistik des Amtes für Bürgerservice und Informationsverarbeitung der Stadt Freiburg mit insgesamt 21 Baualtersklassen detailliert dokumentiert. Diese decken sich vor 1945 weitgehend mit politischen und wohnungsstatistischen Abgrenzungen (z.B. nach 1918 Kriegsende und Gründung der Weimarer Republik, nach 1945 Kriegsende und Gründung der Bundesrepublik Deutschland). Im Jahre 1918 wurde ers- Methodisches Vorgehen 64 tmals der gesamte Gebäudebestand erfasst. Die anknüpfenden Zählungen fanden nach dem Zweiten Weltkrieg im Jahre 1948 statt, gefolgt von den Volkszählungen in den Jahren 1961 und 1987. Die Baualtersklassen A-D wurden unverändert aus der Statistik übernommen. Die Neubauten der Jahre 1988 bis 1991 stellen zwar in der Freiburger Wohnbaustatistik eine eigene Baualtersklasse dar, da aber ab dem Jahr 1991 die Wohnbaustatistik jährlich ergänzt wurde, wurden die Jahre 1988 bis 1994 für diese Untersuchung zu einer Baualtersklasse zusammengefasst (BAK E), da die Gebäude dieser Zeit entsprechend der Wärmeschutzverordnung aus dem Jahre 1982 (WschVO 82) gebaut wurden. Die Neubauten der Folgejahre wurden ebenfalls entsprechend der jeweils gültigen Wärmeschutzverordnung in die Baualtersklassen E-G klassiert. Abbildung 14 stellt die Abgrenzung der Baualtersklassen und die jeweils gültigen Wärmeschutz- oder Energieeinsparverordnungen dar. BAK A •bis 1918 BAK B •1919 ‐ 1948 BAK C BAK D BAK E BAK F •1949 ‐ 1961 •1962 ‐ 1987 •1988 ‐ 1994 •1995 ‐ 2001 DIN 4108 WschVO 77 WschVO 82 WschVO 95 BAK G •2002 ‐ 2007 EnEV 02 Abbildung 14: Einteilung der Baualtersklassen mit Angabe des jeweils gültigen Wärmeschutzstandards (eigener Entwurf). Historischer Gebäudebestand bis 1918: Baualtersklasse A Wärmedämmende Bauteile waren zu Beginn des 20. Jahrhunderts weitgehend unbekannt. Im Vordergrund stand die Errichtung eines Gebäudes mit regional verfügbarem Baumaterial, das einfach zu transportieren und zu verarbeiten war. Undicht verbaute einscheibenverglaste Fenster, kombiniert mit einer Ofenheizung stellten den Standard dieser Zeit dar (Weglage 2008, S. 155). Jedoch wird bereits in dem 1902 erschienenen Buch „Das gesunde Haus“ festgestellt: „Das Wärmeleitungsvermögen der Baumaterialien, d.h. ihre Fähigkeit, Wärme von der einen Fläche durch die Wanddicke hindurch zur gegenüberliegenden Fläche zu leiten, soll bei Baumaterialien möglichst gering sein“ (Kröhnke, Müllenbach 1902). Gebäude, die vor Beginn des 20. Jahrhunderts errichtet wurden sind zumeist Fachwerkhäuser oder verputzte Massivbauten aus Ziegelmauerwerk. Heute existieren meist nur noch Fragmente des ursprünglichen Zustandes dieser Baualtersklasse, welche im Laufe der Zeit mit zahlreichen An- und Umbauten verändert oder während des 2. Weltkrieges zerstört wurde. Im Jahre 1918 wurde erstmals eine Gebäudezählung in Freiburg durchgeführt, deshalb ist eine detailliertere Aussage über den vor 1918 gebauten Gebäudebestand in großem Umfang nicht möglich (Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung 2008). Daher werden alle Gebäude mit dem Baujahr 1918 oder älter in der Baualtersklasse A zusammengefasst. Methodisches Vorgehen 65 Gebäude zwischen dem 1. und 2. Weltkrieg: Baualtersklasse B (1919-1948) Die Epoche ist geprägt durch eine zunehmende Industrialisierung der Baustoffherstellung. Zum Einsatz kommen kostengünstige und einfache Baustoffe, sowie materialsparende Konstruktionen (Kalchthaler 2000, S. 36ff). Gebäude der Nachkriegszeit: Baualtersklasse C (1949-1961) Weiterentwicklungen bei den Baustoffen, Veränderungen der Baukonstruktionen und die Weiterentwicklung der Normen bestimmen diese Epoche. Gleichzeitig zwingt die Nachkriegszeit zu vereinfachten Bauweisen, um durch den Wiederaufbau für billigen und schnell zu errichtenden Wohnbau zu sorgen. Vorherrschend ist eine material- und kostensparende Bauweise, bei der der bauliche Wärmeschutz im Hintergrund steht (Weglage 2008, S. 155). Materialien werden teilweise aus Trümmerschutt in der Stadt aufbereitet und wiederverwendet (Trümmerziegel) (Kalchthaler 2000, S. 36ff; Ecker 1994). Baualtersklasse D (1962-1987) Auf den sich abzeichnenden Abschluss des Wiederaufbaus und die damit zurückgehende staatliche Förderung in den frühen 60erJahren reagierte man mit veränderten Siedlungskonzepten und Bauformen, vor allem bauliche Großformen und Hochhäuser. Es wurde zunehmend mit neuen Formen und Materialien experimentiert. Nach Abschluss des Wiederaufbaus werden zum Ende der 1960er Jahre neue industrielle Bauweisen entwickelt (Sandwichkonstruktionen, Verbundbauweise, etc.). Unter dem Druck der ersten Ölpreiskrise 1974 wurde die DIN 4108 häufiger eingehalten und gelegentlich übererfüllt. Des Weiteren mussten die Anforderungen der 1. und 2. Wärmeschutzverordnung von 1977 und 1982 berücksichtigt werden (Görtz 2005, S. 8), (Weglage 2008, S. 155f). Gebäude nach Einführung der 2. Wärmeschutzverordnung: Baualtersklasse E (19881994) Neubauten dieser Baualtersklasse erfüllen die Anforderungen der 2. Wärmeschutzverordnung. Die ersten Niedrigenergiehäuser werden seit Beginn der 90er Jahre gebaut (Weglage 2008, S. 156). Gebäude nach Einführung der 3. Wärmeschutzverordnung: Baualtersklasse F (19952001) Neubauten seit 1995 erfüllen die Anforderungen der 3. Wärmeschutzverordnung. Gebäude nach Einführung der Energie-Einsparverordnung: Baualtersklasse G (20022007) Durch die ab 2002 gültige Energiesparverordnung (EnEV) wurde die 3. Wärmeschutzverordnung abgelöst. Erste Passivhäuser werden ab Ende der 90er Jahre erstellt (Görtz 2005, S. 8; Weglage 2008, S. 156). Methodisches Vorgehen 66 Abbildung 15: Systematik der Klassifizierung des Freiburger Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Die Erstellung der Gebäudetypologie für die Stadt Freiburg erfolgt somit anhand der Merkmale Gebäudeart, Gebäudetyp und Baualtersklasse. Diese wurden gesondert für jeden Stadtbezirk der Stadt Freiburg ermittelt. Abbildung 15 zeigt einen exemplarischen Ausschnitt der Systematik der Gebäudetypologie am Beispiel Altstadt-Mitte. Entsprechend der unterschiedlichen Eigenschaften ist für jeden Gebäudetyp und jede Baualtersklasse ein bestimmter Heizwärmebedarf charakteristisch, der im Folgenden ermittelt und definiert wird. 5.4 Heizwärmebedarf Gebäude verlieren über das Dach, Fenster und Türen, Außenwände, Boden und durch Luftaustausch Wärme an die Umwelt. Der Wärmeverlust wird dabei neben den baulichen Wärmeschutzmaßnahmen durch das Klima sowie durch das Nutzungsverhalten der Bewohner bestimmt. Um eine definierte Raumtemperatur aufrecht zu erhalten, muss in den kühleren Mona- Methodisches Vorgehen 67 ten Energie zugeführt werden. Ein Teil dieser benötigten Energie wird durch solare Einträge, sowie interne Wärmequellen wie Abwärme von Hausgeräten, Personen oder Beleuchtung bereitgestellt. Die Heizwärmebilanz eines Gebäudes verrechnet diese Wärmegewinne mit den Wärmeverlusten und ermittelt hieraus den Heizwärmebedarf, also den Teil der benötigten Wärme, welche dem Gebäude über die Heizungsanlage zugeführt werden muss. Um den Heizwärmebedarf bei unterschiedlich großen Gebäuden vergleichen zu können, wurde als Kennzahl der spezifische Jahres-Heizwärmebedarf eingeführt. Dieser bezieht den Heizwärmebedarf eines Gebäudes auf dessen Wohnfläche [kWh/m²a] (Wirtschaftsministerium BadenWürttemberg 2002, S. 14). Der spezifische Heizwärmebedarf eines Gebäudes ist nicht identisch mit dem Primärenergiekennwert, welcher als Kennwert mit der EnEV 2002 eingeführt wurde. Der Heizwärmebedarf berücksichtigt ausschließlich die Gebäudehülle und fließt neben der Anlagentechnik und den verwendeten Energieträgern als zentrale Größe bei der Berechnung des Primärenergiekennwertes mit ein. In dieser Arbeit wurde der Heizwärmebedarf als Kennwert gewählt, da dieser eine Untersuchung des Gebäudebestandes ermöglicht, die sowohl unabhängig von der verwendeten Anlagentechnik und Energieträger, als auch vom Nutzverhalten der Bewohner ist. Bei der Betrachtung der CO2-Emissionen spielen die Energieträger und Anlagentechnik jedoch eine bedeutende Rolle und fließen in die Berechnungen mit ein. Alle ermittelten Energiekennwerte gelten für den historischen Gebäudezustand. Nachträgliche energetische Sanierungsmaßnahmen, wie Wärmedämmung und Nutzung von Solar- und Windenergie, unterliegen in der Regel keinem Genehmigungsverfahren (Imig 2007, § 50) und konnten daher nicht mit in die Untersuchung aufgenommen werden, da diese nicht amtlich festgehalten wurden. Im Folgenden werden die Grundlagen für die energetische Bewertung der Gebäudetypen beschrieben. Zunächst wird die Bezugsfläche definiert, nachstehend das Verfahren zur Ermittlung der gebäudetypischen Heizenergiekennwerte im historischen und optimierten Zustand unter Berücksichtigung klimatischer Randbedingungen beschrieben. Bezugsfläche Um den flächenspezifischen Heizwärmebedarf [kWh/m²a] eines Wohngebäudes berechnen zu können, bedarf es der Betrachtung der Fläche, welche innerhalb des Gebäudes liegt. Unterschiedliche Definitionen (z.B. Gebäudenutzfläche nach WSchV’95, Wohn- und Nutzfläche nach DIN 277 oder Wohnfläche nach der „Verordnung über wohnungswirtschaftliche Berechnungen –II.BV“) führen zu divergierenden Kennzahlen, welche gegebenenfalls zunächst in Entsprechung zur jeweiligen Nutzflächendefinition umgerechnet werden müssen. In dieser Arbeit beziehen sich die Wärmeumsätze auf die Wohn- und Nutzfläche nach DIN 277, da diese für alle Gebäudetypen und Baualtersklassen aus der Wohnbaustatistik ausgelesen werden konnte. Die Wohn- und Nutzfläche ist nach DIN 277 definiert als die Summe der Grundfläche mit Nutzungen inklusive Wohnfläche. Sie ist folglich derjenige Teil der Netto-Grundfläche20, der der Nutzung 20 Netto-Grundfläche = Nutzfläche + Technische Funktionsfläche + Verkehrsfläche. Methodisches Vorgehen 68 des Bauwerks aufgrund seiner Zweckbestimmung dient (Norm DIN 277-2). Im Folgenden wird statt des Begriffes Wohn- und Nutzfläche auf Grund der in Wohngebäuden weit überwiegenden Wohnflächen der Begriff Wohnfläche verwendet. Für jeden Stadtteil wurde die Wohnfläche eines jeden Gebäudetyps unter Berücksichtigung der jeweiligen Baualtersklassen aus der Wohnbaustatistik recherchiert, den jeweiligen Typen und Klassen zugeordnet und in einer Microsoft Excel-Tabelle dokumentiert. Mit dieser Feingliederung der Gebäudetypologie nach der Wohnfläche kann mit Hilfe gebäudetypischer Heizwärmebedarfswerte der Bedarf eines Stadtteiles ermittelt werden. Abbildung 16: Ausschnitt aus der Wohn- und Nutzflächenberechnung je Gebäudetyp, Baualtersklasse und Stadtbezirk (eigener Entwurf). Gebäudetypischer Heizwärmebedarf Im Auftrag der Enquete-Kommission des deutschen Bundestages „Schutz der Erdatmosphäre“ und der Bundesstiftung Umwelt wurde vom IWU (Institut Wohnen und Umwelt GmbH) eine Gebäudetypologie für Deutschland entwickelt. Einige Bundesländer verfeinerten für ihre Region diese Typologie, ebenso einige Städte und Kreise. Diese verfeinerten Typologien enthalten auch regional typische Heizwärmebedarfskennwerte für jedes Baualter und jeden Gebäudetyp. Mit Hilfe dieser Kennwerte und anhand der für Freiburg vorgenommenen Baualtersklassifizierung sowie der Definition verschiedener Gebäudetypen, konnten die Heizenergiekennwerte der einzelnen Stadtteile auf Basis des historischen Gebäudezustands für jeden Gebäudetyp ermittelt werden. Zur Analyse des Energieverbrauches des Freiburger Gebäudebestandes wurden die Gebäudetypologien der Stadt Hamburg (Dedekind 2006), Mannheim (Stadt Mannheim 1998), Dortmund (Stadt Dortmund 2005), Heidelberg (Stadt Heidelberg 1996) und die Gebäu- Methodisches Vorgehen 69 detypologie Hessen (Institut Wohnen und Umwelt 2003) herangezogen, da diese Typologien Daten in ausreichendem Umfang enthielten. Die in diesen Gebäudetypologien dargestellten Heizwärmebedarfskennwerte basieren sowohl auf den Ergebnissen bereits erstellter Wärmepässe (Dedekind 2006, S. 13) sowie auf Berechnungen anhand der Gebäudeform und Baukonstruktion mit Hilfe der dynamischen Berechnungssoftware STATBIL/ENBIL (Görtz 2005, S. 14). Abbildung 17: Ausschnitt aus der Gebäudetypologie Dortmund (Stadt Dortmund 2005). Methodisches Vorgehen 70 Die in Tabelle 5 dargestellten Werte spiegeln den Mittelwert des Heizwärmebedarfs verschiedener Gebäudetypen und Baualtersklassen an den genannten fünf verschiedenen Standorten wieder. Tabelle 5: Mittlerer Heizwärmebedarf in kWh/m²a nach Baualtersklassen (BAK) und Gebäudetyp ohne Klimabereinigung. Ermittelt aus den Gebäudetypologien Hamburg, Dortmund, Mannheim, Heidelberg, Hessen (eigene Berechnungen). EFH ZFH MFH GMFH HH BAK A 244 227 177 142 142 BAK B 240 194 189 154 154 BAK C 219 202 177 155 155 BAK D 164 139 142 121 121 BAK E 125 75 93 96 96 BAK F 103 61 77 57 57 BAK G 97 69 67 56 56 Da die fünf Gebäudetypologien und deren Heizwärmebedarfskennwerte an unterschiedlichen Standorten in Deutschland erhoben wurden, muss ein weiterer Faktor berücksichtigt werden, welcher den Heizwärmebedarf von Gebäuden wesentlich beinflusst. Dieser ist das regional spezifische Klima. 5.4.1 Klimabereinigung des Heizwärmebedarfes Die aus den fünf Gebäudetypologien ermittelten Energiekennwerte unterliegen heterogenen Klimabedingungen. Um die klimatischen Eigenschaften des Standortes Freiburg zu berücksichtigen, müssen die verwendeten Energiekennwerte klimabereinigt werden. Als objektive Vergleichsmöglichkeit für den Heizwärmebedarf an verschiedenen Standorten, eignen sich die sogenannten Gradtagszahlen bzw. Heizgradtage, deren Definition in der VDI-Richtlinie 2067 (Norm 2067-2) wie folgt festgelegt ist: Die Gradtagszahl (GTZ) ist ein Maß für den Wärmebedarf eines Gebäudes während der Heizperiode mit der Einheit [Kd/a] (Kelvin day / anno). Sie stellt den Zusammenhang zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der Außenlufttemperatur dar und ist somit ein Hilfsmittel zur Bestimmung des Wärmebedarfes eines Wohnraumes. Die Gradtagszahl ist ortsabhängig und wird gemessen, sobald die Außentemperatur unter 15 °C, der so genannten Heizgrenze liegt. Sie ist die Summe aus der Differenz einer angenommenen Rauminnentemperatur von 20 °C und der jeweiligen durchschnittlichen Tagesaußentemperatur, die vom Deutschen Wetterdienst ermittelt wird (Norm 2067-2). Methodisches Vorgehen 71 Formel 1: Berechnung der Gradtagszahl: 20⁄15 1 Gt20/15: Gradtagszahl für einen Monat bei ti 20°C und Heizgrenze von 15°C z: Anzahl der Heiztage2120 eines Monats t i: mittlere Raumtemperatur von 20°C t a: mittlere Außentemperatur eines Heiztages20 Der Heizwärmebedarf hängt somit neben gebäudespezifischen Merkmalen auch vom Temperaturunterschied zwischen einem beheizten Raum (20°C) und der mittleren Außentemperatur ab. Dieser Temperaturunterschied ist die Gradtagszahl und wird für jeden Tag des Jahres gemessen und als Jahressumme aufaddiert. Es wird angenommen, dass an Tagen mit einer mittleren Tagestemperatur von über 15°C (Heizgrenze) nicht geheizt werden muss. Dementsprechend ist an diesen Tagen die Gradtagszahl = 0. Die Gradtagszahl für ein Jahr ist somit die Summe der Gradtagszahlen (20°C minus mittlerer Außentemperatur) aller Heiztage22 für diesen Zeitraum. Das Tagesmittel der Außentemperatur wird als Mittelwert aus drei Lufttemperaturmessungen um 7, 14 und 21 Uhr, wobei letztere doppelt berücksichtigt wird, errechnet. Gradtagszahlen werden vom Deutschen Wetterdienst für 42 Standorte in der Bundesrepublik ermittelt und sind gegen Gebühr erhältlich. Mit Hilfe einer vom Institut für Wohnen und Umwelt (IWU) zur Verfügung gestellten Excel-Tabelle, die die Klimadaten deutscher Stationen des Deutschen Wetterdienstes zusammenfasst (IWU, DWD 2008), konnte eine Klimabereinigung der Heizwärmebedarfswerte der verwendeten Gebäudetypologien durchgeführt und auf den Standort Freiburg übertragen werden. Für den Standort Freiburg lagen keine Daten des DWD vor. Die im Folgenden verwendeten Gradtagszahlen für Freiburg wurden am Institut für Meteorologie der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Thomsen 2008) auf Grundlage der Tagesmitteltemperaturen des Deutschen Wetterdienstes für Freiburg errechnet und freundlicherweise von Prof. Dr. Matzarakis für diese Arbeit zur Verfügung gestellt. Die errechneten mittleren Gradtagszahlen des Zeitraumes 1997-2007 für die hier verwendeten fünf Typologiestandorte zur Ermittlung des Freiburger Heizwärmebedarfes verschiedener Gebäudetypen sind in Tabelle 6 dargestellt. 21 Tag innerhalb einer Periode, dessen mittlere Tagestemperatur unterhalb der Heizgrenze von 15° C liegt. Methodisches Vorgehen 72 Tabelle 6: Mittlere Gradtagszahlen (1997-2007) der Wetterstationen, die den entsprechenden Gebäudetypologien zu Grunde liegen (eigene Berechnungen). Gebäudetypologie Wetterstation Hamburg Dortmund Hessen Mannheim Heidelberg Freiburg Hamburg-Fuhlsbüttel Essen Frankfurt/M.-Flughafen Karlsruhe Karlsruhe Freiburg Gradtagszahl (1997-2007) 3554 Kd/a 3087 Kd/a 3143 Kd/a 3034 Kd/a 3034 Kd/a 2923 Kd/a Da nun für die Regionen der fünf Typologiestandorte sowohl der Heizwärmebedarf als auch die Gradtagszahlen vorliegen und auch für den Standort Freiburg die Gradtagszahl vorliegt, kann der für Freiburg typische Heizwärmebedarf mit folgender Formel (Weglage 2008, S. 57) errechnet werden. Formel 2: Berechnung des klimabereinigten Heizenergiebedarfes: HWBnor : HWBFr : GTZnor : GTZFr : · Heizenergieverbrauch für die Region der Referenzwetterstation Heizenergieverbrauch für Freiburg Gradtagszahl für die Region der Referenzwetterstation Gradtagszahl für Freiburg Das Verfahren der Witterungsbereinigung soll an dieser Stelle an einem praktischen Beispiel verdeutlicht werden. Ein Einfamilienhaus der Baualtersklasse A in Hamburg verbraucht 260 kWh/m²a (Dedekind 2006, S. 13). Der gleiche Gebäudetyp mit gleichem Alter in Heidelberg verbraucht dagegen nur 232 kWh/m²a (Amt für Umweltschutz u. Gesundheitsförderung 1996, S. 12). Um beide Gebäude vergleichen zu können, muss das Hamburger Gebäude gedanklich in das Regionalklima von Heidelberg versetzt werden. Wird entsprechend Formel 2 die Gradtagszahl von Heidelberg auf das Gebäude in Hamburg angewandt, so erhält man für dieses einen Wert von 226 kWh/m²a – also benötigt das Hamburger Gebäude entgegen dem ursprünglichen Eindruck sogar etwas weniger Heizwärme als das Gebäude in Heidelberg. Der für Freiburg errechnete Bedarf liegt entsprechend der geringen Gradtagszahl (2923 Kd/a) bei 214 kWh/m²a. Da die fünf hier verwendeten Gebäudetypologien von unterschiedlichen Instituten und Autoren erarbeitet wurden, kann keine einheitliche Berechnungsgrundlage zur energetischen Bewertung sichergestellt werden. Darüber hinaus führen regional unterschiedliche bautechnische Einflüsse zu abweichenden Werten innerhalb eines Gebäudetypes. Um diesen Einflüssen ebenfalls Rechnung zu tragen und sie zu beschreiben wurde die Standardabweichung der Mittelwerte (Formel 3) gebildet. Methodisches Vorgehen 73 Formel 3: Ermittlung der Standardabweichung vom Mittelwert: ∑ s : Standardabweichung : arithmetisches Mittel xi : i-ter Variablenwert n : Anzahl der Variablenwerte Die Ergebnisse der Klimabereinigung inklusive der Standardabweichungen durch bautechnische und methodische Erhebungsunterschiede sind in den Abbildungen 26 und 27 im Ergebnisteil (Kap. 6.2.1) dargestellt. Heizwärmebedarf unter Annahme eines optimierten Gebäudebestandes Die bisher dargestellten Werte beschreiben den Gebäudebestand in seinem historischen Zustand und ohne Berücksichtigung eventuell vorgenommener baulicher Veränderungen oder Ergänzungen durch Sanierungsmaßnahmen. Um das Energieeinspar- und CO2- Reduktionspotential der Stadt Freiburg zu ermitteln, bedarf es neben diesem „Worst-CaseSzenario“, das den schlechtesten anzunehmenden Zustand darstellt, ein „Best-Case-Szenario“, welches den bestmöglichen Zustand nach Durchführung einer Sanierung durch Außenwanddämmung, Kellerdämmung, Dachdämmung und Erneuerung der Fenster darstellt. Die Einsparpotentiale nach einer solchen Sanierung sind ebenfalls in den Gebäudetypologien der Stadt Hamburg, Dortmund, Mannheim, Heidelberg und der Gebäudetypologie Hessen enthalten. Wie bereits für die Heizenergiebedarfswerte des historischen Bestandes wurden auch diese Werte nach dem in Kapitel 5.4.1 beschriebenen Verfahren klimabereinigt, gemittelt und auf die Gebäudetypologie der Stadt Freiburg übertragen. Da nun die Verbrauchswerte des historischen Bestandes und die Werte eines optimierten Bestandes vorhanden sind, lässt sich daraus das Energieeinsparpotential der verschiedenen Gebäudetypen und Baualtersklassen berechnen und für jeden Stadtteil darstellen. Die Ergebnisse hierzu befinden sich in Kapitel 6.3. 5.4.2 CO2-Äquivalent-Emissionen Bisher unbeachtet blieben die Energieträger zur Bereitstellung der Raumwärme. Die Bereitstellung der Raumwärme verteilt sich in Freiburg neben Strom (3 %), Kohle (3 %), Fernwärme (7 %) und Holz (4 %, inkl. regenerativer Energien) hauptsächlich auf die Energieträger Öl (28 %) und Gas (55 %) (Timpe, Seebach 2007). Methodisches Vorgehen 74 Anteil der Energieträger (Heizwärme) Fern‐ Kohle Holz 4% wärme 3% Strom 7% 3% Gas 55% Öl 28% . Abbildung 18: Verteilung der Energieträger zur Bereitstellung der Heizwärme in Freiburg i. Br. (Timpe, Seebach 2007). Da für die einzelnen Stadtbezirke keine detaillierteren Daten zu den verwendeten Energieträgern vorliegen, wird diese Verteilung für die gesamte Stadt angenommen. Aus dem in Kapitel 5.4.1 ermittelten und in Kapitel 6.2.1 dargestellten gebäudetypspezifischen Energieverbrauch lassen sich entsprechend der verwendeten Energieträger die CO2-Emissionen der einzelnen Stadtbezirke berechnen. Die CO2-Emissionen durch die Erzeugung der Raumwärme werden durch die Größe der beheizten Wohnfläche, den Energieverbrauch pro Wohnfläche und den Emissionsfaktor des verwendeten Brennstoffs beeinflusst: Formel 4: Berechnung der CO2-Äquivalent-Emissionen durch Raumwärme: · : : · Emissionen durch Raumwärme [t CO2/a] Wohnfläche [m²] HWB: Heizwärmebedarf [kWh/m²a] EF: Emissionsfaktor des verwendeten Brennstoffs [kg CO2/kWh] CO2-Äquivalent-Faktor Um die CO2-Emissionen korrekt zu berechnen, müssen die unterschiedlichen Emissionsfaktoren der Energieträger berücksichtigt werden. Der Emissionsfaktor ist das Verhältnis aus der Masse eines emittierten Stoffes zum Energieinhalt des Ausgangsstoffes. Die der Berechnung zu Grunde liegenden Emissionsfaktoren wurden aus der Datenbank GEMIS übernommen. GEMIS (Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme) dient zur Bestimmung von Lebenswegen für Energie-, Stoff- und Transportsysteme. Um Lebenswege zu berechnen, müssen nicht nur die Verbrennung selbst wie z.B. das Öl in einer Ölheizung betrachtet werden, sondern auch alle Vorketten der Produktion – also Aktivitäten, die mit der Bereitstellung der Energiedienstleistung verbunden sind – vom Bohrloch angefangen über Transporte, Raffinerie bis zum Tank im Methodisches Vorgehen 75 Keller eines Wohngebäudes. Die in dieser Arbeit verwendeten Werte basieren auf der Version GEMIS 4.3 (Fritsche 2008). Die CO2-Emissionen der verschiedenen Energieträger werden über sogenannte CO2Äquivalent-Faktoren bestimmt (Tab. 7). Der Zusatz „Äquivalent“ deutet darauf hin, dass nicht nur die direkten CO2-Emissionen, sondern alle klimarelevanten Emissionen in die Bewertung mit einbezogen sind. So werden beispielsweise die ebenfalls klimarelevanten Methanemissionen berücksichtigt, indem sie auf CO2-Emissionen umgerechnet werden. Aus der Multiplikation der CO2-Äquivalent-Faktoren mit dem Heizenergiebedarf des Gebäudebestandes ergeben sich die Emissionen in CO2-Äquivalenten. Tabelle 7: Emissionsfaktoren in kg/kWh. Vorgelagerte Kette für die Endenergie bis Übergabe im Gebäude inkl. Materialaufwand für Wärmeerzeuger, ohne Hilfsenergie im Haus (Datengrundlage: Fritsche 2008; Graphik: eigener Entwurf). Energieträger CO2Äquivalent-Faktoren Heizöl Erdgas Steinkohle Strom1 Fernwärme2 Holz3 0,303 kg/kWh 0,249 kg/kWh 0,439 kg/kWh 0,647 kg/kWh 0,217 kg/kWh 0,042 kg/kWh 1 Elektro-Energiemix Fernwärme 70 % KWK 3 Wert entspricht Holzpellets (Brennholz Wald: 0,06 kg/kWh) 2 Die Ergebnisse der Emissionsberechnungen sind in Kapitel 6.4 dargestellt. 5.5 Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) Die vorangehend beschriebenen Methoden waren rein statistischer Natur. Um die gewonnenen Ergebnisse raumbezogen darzustellen, bedarf es eines spezialisierten Informationssystems. Ein Geographisches Informationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst, gespeichert, verwaltet, aktualisiert, analysiert und graphisch präsentiert werden. Geoinformationssysteme stellen raumbezogene Informationen dar, die im Gegensatz zu übrigen Informationssystemen Geoobjekte der realen Welt modellieren und diese in ein digitales Informationssystem abbilden. Das Besondere bei Geoinformationssystemen ist, dass Geoobjekte Geometrie und Topologie als implizite und untrennbare Bestandteile aufweisen. Die Verarbeitung derartiger raumbezogener Informationen erfordert spezielle Werkzeuge bzw. Funktionen, die von andersartigen Informationssystemen nicht bereitgestellt werden (de Lange 2006, S. 319-320). Die Beschreibung, Bearbeitung und Speicherung verschiedener Thematiken von Geoobjekten kann durch das Ebenenprinzip und durch das Objektklassenprinzip erfolgen. Beim Ebenenprinzip werden die Geometriedaten der Objekte und deren Attribute streng nach den verschiedenen thematischen Bedeutungen getrennt und in verschiedenen Ebenen (engl.: layer, daher auch Layerprinzip genannt) vorgehalten. Das Objektklassenprinzip geht von einer hierarchischen Methodisches Vorgehen 76 Anordnung verschiedener Thematiken mit Teilmengenbeziehungen der Themen aus. Dabei werden Geoobjekte mit gemeinsamer Thematik zu Objektklassen zusammengefasst (de Lange 2006, S. 165). Um die Datenfülle des heterogenen Gebäudebestandes übersichtlich zu gestalten, müssen die Daten strukturiert werden. In einem ersten Schritt werden die Informationen in ihre Bestandteile aufgeteilt und entsprechend klassifiziert (Analyse). Aus diesen Einzelteilen wird ein komplexes Gebilde geformt (Synthese). Dabei wird der relevante Ausschnitt der Wirklichkeit in einem Modell abgebildet. Daten sind das vereinfachte und computertaugliche Ergebnis solcher Abstraktionsvorgänge, zum Beispiel Koordinaten als Abstraktion der Lage, ein Polygon als Abstraktion eines Stadtteiles, ein Name als Abstraktion der Baualtersklasse. Der Verfeinerung eines Modells kann sowohl von seiner Geometrie, Topologie oder Semantik Grenzen gesetzt werden. Je detaillierter das Modell ist, desto unhandlicher und unübersichtlicher ist die Darstellung und desto größer ist der Speicherplatzbedarf (Bartelme 2005, S. 43–46). Für die Darstellung der Ergebnisse dieser Arbeit wurde daher der Anteil der dargestellten Informationen im Kartenbild auf das Wesentliche reduziert. Um die Werkzeuge und Funktionen eines Geographischen Informationssystems zur Analyse des Freiburger Gebäudebestandes zu nutzen, wurde die Software ArcGIS 9.2 der Firma ESRI gewählt. Primärdaten Der Grenzverlauf der Stadtbezirke wurde freundlicherweise vom Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung (ABI) als ArcGIS kompatible Shape-Datei zur Verfügung gestellt. Die Shape-Datei enthielt die Vektordaten aller statistischen Bezirke der Stadt Freiburg. Da die Gebäudedaten jedoch nur auf die Stadtbezirke bezogen verfügbar sind, wurden die kleinräumigeren statistischen Bezirke zu den 42 Stadtbezirken zusammengefasst. Methodisches Vorgehen 77 Gebäudeart Gebäudetyp Baualtersklassen Heizwärmebedarf CO2-Emissionen Ergebnisse aus der Analyse des Gebäudebestandes. Datengrundlage: Wohnbaustatistik Stadt Freiburg; eigene Berechnungen Reduktionspotentiale (Heizwärme u. CO2) Stadtbezirksgrenzen Verkehrsnetz Digitalisiert auf Basis TK 7912, TK 7913 Quelle: Amt für Statistik, Stadt Freiburg Digitalisiert auf Basis TK 7912, TK 7913. Eigener Entwurf. Gewässernetz Digitaler Stadtplan Digitaler Stadtplan auf Basis TK 7912, TK 7913 Abbildung 19: Schema der Layerstruktur in ArcGIS (eigener Entwurf). Die Vektordaten enthielten kein räumliches Bezugssystem und mussten daher georeferenziert werden. Als Grundlage der Georeferenzierung diente der digitale Stadtplan der Stadt Freiburg, welcher auf den topographischen Karten 7912 und 7913 im Maßstab 1:25.000 (Landesvermessungsamt Baden-Württemberg 2007) basiert und zu diesem Zweck ebenfalls vom Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung zur Verfügung gestellt wurde. Unter Verwendung des ArcGIS-Tools „georeferencing“ wurde der Layer der Stadtbezirksgrenzen mit Hilfe mehrerer Referenzpunkte („control points“) in das kartesische UTM-Koordinatensystem (von engl. Universal Transverse Mercator) der topographischen Karten überführt. Da sich die Stadtbezirksgrenzen nicht an sichtbare Geländeformen der topographischen Karte halten und sie die Erdoberfläche eher inhaltlich zusammenfassen, wurde auf die Visualisierung der topographischen Karten in den Auswertungen verzichtet. Um die räumliche Orientierung dennoch zu erhalten, wurden die umliegenden Orte, das Hauptverkehrsnetz sowie die Dreisam als Orientierungshilfe mit Hilfe der topographischen Kartengrundlage digitalisiert, entsprechend ihrer Größe klassifiziert und in den Auswertungen dargestellt. Methodisches Vorgehen 78 Die Wohnbaustatistik der Stadt Freiburg gliedert die Stadtbezirke unter Verwendung eines dreistelligen Schlüssels. Dieser Schlüssel ist zwar bei der Datenbearbeitung hilfreich, innerhalb der kartographischen Auswertungen wurde dieser jedoch durch den tatsächlichen Stadtbezirksnamen ersetzt. Die beiden ersten Ziffern stehen dabei für die großräumige Lage und den Stadtteil. Die dritte Ziffer steht für die Stadtbezirke. So hat der Stadtteil Altstadt beispielsweise den Nummerncode 110 und besteht aus zwei Stadtbezirken (111 Altstadt-Mitte und 112 AltstadtRing). Tabelle 8: Gliederung des Stadtgebietes (Stadt Freiburg 2007). Sekundärdaten Auf der Grundlage der topographischen Karte wurden das Hauptverkehrsnetz, der Gewässerverlauf und die Lage der umliegenden Ortschaften digitalisiert. Entsprechend dem thematischen Inhalt wurden die Geometriedaten und Attribute nach dem Layerprinzip in verschiedenen Ebenen festgehalten. Die in Kapitel 6.1 klassifizierten Informationen zu Gebäudetyp, Baualter, Heizenergiebedarf und Emissionen fließen stadtbezirksspezifisch in das Geographische Informationssystem ein und bilden die Grundlage der kartographischen Auswertungen. Die graphische Darstellung der Daten ist durch den kleinflächigen Darstellungsraum innerhalb eines Stadtbezirkspolygons eingeschränkt. Säulendiagramme eignen sich auf Grund der teilweise sehr heterogenen Werte, welche die Höhe der Säule bestimmen, nicht als Diagrammtyp, da sie entweder weit über die Polygongrenzen hinaus die Übersichtlichkeit des Kartenblattes einschränken, oder im entgegengesetzten Falle zu Säulen minimaler Höhe schrumpfen, mit welchen keine Beurteilung der Daten möglich ist. Als Diagrammtyp eignet sich vor allem das Kreisdiagramm, da sich Extremwerte nicht auf die Abbildungsgröße des Diagrammes auswirken, sondern lediglich die sektorale Fläche relativ zu den übrigen Sektoren innerhalb einer fest Methodisches Vorgehen 79 definierten Kreisgröße einnehmen. Da das Kreisdiagramm nur Rückschlüsse auf das relative Verhalten der Daten zulässt, sind wichtige absolute Datenwerte entweder als farblich markierte Polygonfläche des Stadtbezirks oder als größenskalierte Symbole visualisiert. Die in den Stadtbezirkspolygonen dargestellten Werte beziehen sich lediglich auf die jeweiligen Stadtbezirke und lassen einen mittleren Wert für die Gesamtstadt Freiburg nur vermuten. In der nordwestlichen Ecke des Kartenblattes sind daher die aus den Stadtbezirken ermittelten Werte für die Gesamtstadt dargestellt. Ergebnisse 6 80 Ergebnisse Dieses Kapitel stellt die Ergebnisse der in Kapitel 5 angewandten Methoden dar. Zunächst wird die Freiburger Gebäudetypologie mit ihren charakteristischen Auffälligkeiten in Bezug auf Gebäudearten, Gebäudetypen und Baualtersklassen in den verschiedenen Stadtbezirken aufgezeigt. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Klimabereinigung der Heizenergiebedarfswerte von fünf verschiedenen Standorten für den Standort Freiburg dargestellt. Ausgehend von diesen Bedarfswerten werden die ermittelten Ergebnisse sowohl des Heizwärmebedarfes eines historischen Gebäudebestandes als auch eines sanierten Gebäudebestandes dargestellt. Der Vergleich dieser beiden Szenarien zeigt nicht nur welche Potentiale in Hinsicht auf die Reduktion des Heizwärmebedarfes bestehen, sondern auch die Potentiale hinsichtlich der Reduktion der CO2-Emissionen. Ergebnisse 6.1 81 Freiburger Gebäudetypologie 6.1.1 Gebäudeart Inwiefern sich die verschiedenen Gebäudearten unterscheiden, wurde bereits in Kapitel 5.3.1 beschrieben. Die Differenzierung des Gebäudebestandes nach Wohngebäude, Nichtwohngebäude und bewohnte Nichtwohngebäude ergab die folgenden Resultate (Abb. 20). Abbildung 20: Verteilung der Gebäudearten in Freiburg (eigener Entwurf). In Freiburg dominiert der Anteil der Wohngebäude den Gebäudebestand in nahezu allen Stadtbezirken. Vor allen anderen Stadtbezirken weisen St. Georgen-Süd (96 %), Rieselfeld (95 %), Mooswald-West (94 %) und Herdern-Nord (93 %) die höchsten Wohngebäudeanteile auf. In einigen wenigen Bezirken dominieren Nichtwohngebäude. Diese sind Brühl-Industriegebiet (75 %), Mundenhof (65 %) und Haslach-Schildacker (51 %). In Teilbereichen der Innenstadt macht sich die zunehmende Konzentration der gewerblich genutzten Fläche durch ein häufigeres Auftreten bewohnter Nichtwohngebäude bemerkbar (Bezirke Altstadt-Mitte (31 %), AltstadtRing (21 %) und Unter-Wiehre-Nord (12 %)). Im Mittel überwiegt in Freiburg jedoch deutlich der Sektor Wohngebäude mit 80 % gegenüber den Nichtwohngebäuden (12 %) und bewohnten Nichtwohngebäuden (8 %). Daher ist dem Ergebnisse 82 Wohngebäudesektor auf der Suche nach Ansatzpunkten zur Reduzierung des Energieverbrauches und infolgedessen der Ausübung eines wirksamen Klimaschutzes besondere Bedeutung zu widmen. 6.1.2 Gebäudetypen Entsprechend der Anzahl der Wohnungen in einem Gebäude, wurde der Gebäudebestand in Kapitel 5.3.2 nach verschiedenen Gebäudetypen differenziert. Abbildung 21 stellt die Anzahl der Gebäude in ihrer relativen Häufigkeit bezogen auf die einzelnen Stadtbezirke dar. Abbildung 21: Verteilung der Gebäudetypen in Freiburg (eigener Entwurf). In den Randbezirken der Stadt Freiburg überwiegen die Ein- und Zweifamilienhäuser wie beispielsweise in Waltershofen (EFH: 46 %, ZFH: 43 %), Munzingen (58 %, 27 %), Tiengen (54 %, 27 %), Opfingen (47 %, 34 %), Hochdorf (53 %, 24 %) und Kappel (43 %, 35 %), aber auch in den planmäßig erschlossenen Bezirken Landwasser (66 %, 4 %) und Mooswald-West (54 %, 30 %). Im Bereich der Kernstadt prägt hingegen das Mehrfamilienhaus als dominierender Gebäudetyp das Bild der Bezirke Haslach-Schildacker (66 %), Mittel-Wiehre (65 %), Unter-Wiehre-Nord (63 %), Altstadt-Ring (58 %), Alt-Stühlinger (56 %), Herdern-Süd (52 %), Altstadt-Mitte (51 %), Ergebnisse 83 Neuburg (44 %), Oberau (44 %), Ober-Wiehre (44 %), Stühlinger-Beurbarung (44 %) und Stühlinger-Eschholz (35 %). Die Stadtbezirke mit den höchsten Hochhäuseranteilen sind Brühl-Güterbahnhof (38 %), Vauban (36 %), Rieselfeld (32 %) und Stühlinger-Eschholz (31 %). Das Auftreten von Zweifamilienhäusern sowie von großen Mehrfamilienhäusern (GMH) ist in keinem Stadtbezirk dominierend, was unter anderem auf die geringe statistische Klassenbreite zurückzuführen ist. Meist häufen sich in Bezirken mit hohen Einfamilienhausanteilen auch die Zweifamilienhäuser (z.B. Mooswald-West, Lehen). In derselben Weise häufen sich große Mehrfamilienhäuser im Bereich von Mehrfamilienhäusern und Hochhäusern. Für die energetische Betrachtung (Kap. 6.2) ist jedoch vor allem die Berücksichtigung der Wohnfläche in den verschiedenen Gebäudetypen von Bedeutung. Abbildung 22 stellt die Ergebnisse aus der Analyse der Gebäudetypen nach ihrer Wohnfläche dar. Abbildung 22: Verteilung der Wohnfläche (inkl. Nutzfläche) bezogen auf die Gebäudetypen (eigener Entwurf). Die Stadtbezirke Munzingen, Haslach-Haid, Waltershofen, Mooswald-West, St.-Georgen und Tiengen weisen mit Werten zwischen 30 und 40 % den größten Anteil der Wohnfläche innerhalb von Einfamilienhäusern auf. Ergebnisse 84 Wohnflächen innerhalb von Zweifamilienhäusern weisen vor allem die Stadtteile Waltershofen mit 45 % auf, gefolgt von Lehen (32 %) und Opfingen (31 %) auf. Mehrfamilienhäuser beinhalten fast 74 % der Wohnfläche in Mundenhof, aber auch im Stadtteil Wiehre befindet sich viel Wohnfläche in Mehrfamilienhäusern (Mittelwiehre 68 %; UnterwiehreNord 55 %), sowie in den Stadtbezirken Altstadt-Mitte (54 %) und Altstadt-Ring (50 %). Große Mehrfamilienhäuser nehmen lediglich im Stadtbezirk Stühlinger-Beurbarung einen hohen Anteil von 40 % der Wohnfläche ein. Fast 77 % der Wohnfläche in Landwasser befinden sich in Hochhäusern, gefolgt von 75 % in Alt-Betzenhausen und 67 % in Weingarten. Aber auch in den Stadtteilen Vauban und Rieselfeld befinden sich ca. 60 % der Wohnfläche in Hochhäusern. 6.1.3 Baualtersklassen Im Folgenden sind die Ergebnisse der Differenzierung des Gebäudebestandes nach seinem Baualter dargestellt. In Abbildung 23 ist die relative Häufigkeit der Gebäude entsprechend den Baualtersklassen A bis G für die einzelnen Stadtbezirke dargestellt. Abbildung 23: Verteilung der Baualtersklassen nach der Gebäudeanzahl (eigener Entwurf). Ergebnisse 85 Für die energetische Betrachtung ist wie bei den Gebäudetypen auch bei den Baualtersklassen die Berücksichtigung der Wohnflächenanteile innerhalb der verschiedenen Baualtersklassen von Bedeutung. Diese Ergebnisse sind in Abbildung 24 dargestellt. Abbildung 24: Verteilung der Baualtersklassen nach Wohnfläche (eigener Entwurf). Baualtersklasse A (bis 1919) Heute existieren meist nur noch Fragmente des ursprünglichen Zustandes dieser Baualtersklasse, der im Laufe der Zeit mit zahlreichen An- und Umbauten verändert oder während des 2. Weltkrieges zerstört wurde. Die erhaltenen Bauwerke dieser Baualtersklasse liegen zumeist im Bereich der Innenstadt östlich der Bahnlinie. Die Stadtbezirke Unterwiehre-Nord (74 %), Mittelwiehre (70 %) und Altstadt-Ring (69 %) weisen die meisten Gebäude dieser ältesten Baualtersklasse auf, wobei sich in Unterwiehre-Nord und Altstadt-Ring 59 %, in Mittelwiehre 68 % der Wohnfläche in der Baualtersklasse A befinden. Weiterhin dominiert auch in den Stadtbezirken Ober-Wiehre (55 %), Herdern-Süd (49 %), sowie in Altstadt-Mitte (46 %), Oberau (43 %) und Alt-Stühlinger (40 %) der Anteil der Gebäude der Baualtersklasse A. In Vauban ist diese Baualtersklasse lediglich durch ein ehemaliges Kasernengebäude vertreten. In den Stadtbezirken Betzenhausen-Bischofslinde, Landwasser, Rieselfeld sind keine Gebäude und Wohnflächen dieser Baualtersklasse vorhanden. Ergebnisse 86 Baualtersklasse B (1919-1948) Die Baualtersklasse B überwiegt, bezogen auf die Anzahl der Gebäude, in den Stadtbezirken Mundenhof (80 %), Waldsee (52 %), Haslach-Gartenstadt (41 %), Stühlinger-Beurbarung (36 %) und Herdern-Nord (30 %). Die Wohnfläche dieser Baualtersklasse ist dominant in den Stadtbezirken Mundenhof (84 %), Stühlinger-Beurbarung (41 %) und Waldsee (39 %). In Landwasser, Rieselfeld und Vauban befinden sich keine Gebäude und Wohnflächen der Baualtersklasse B. Baualtersklasse C (1949-1961): Gebäude der Nachkriegszeit Die Gebäude der Baualtersklasse C überwiegen alle anderen Baualtersklassen in den Stadtbezirken Mooswald-Ost (61 %), Stühlinger-Eschholz (53 %), Neuburg (48 %), Brühl-Güterbahnhof (36 %), Mooswald-West (35 %) und Haslach-Egerten (33 %). Dabei verteilt sich die Wohnfläche der Baualtersklasse C in Mooswald-Ost auf 51 %, StühlingerEschholz 50 % und in Neuburg auf 48 %. In Landwasser, Mundenhof und Rieselfeld sind keine Gebäude und Wohnflächen dieser Baualtersklasse vorhanden. Baualtersklasse D (1962-1987) Die Baualtersklasse D ist auf Grund ihrer großen Klassenbreite in vielen Stadtbezirken dominant vertreten. Diese sind Landwasser (99 %!), Weingarten (76 %), St. Georgen-Süd (72 %), Betzenhausen-Bischofslinde (71 %), Haslach-Haid (66 %), Opfingen (59 %), Haslach- Schildacker (47 %), Ebnet (47 %), Tiengen (45 %), Alt-Betzenhausen (44 %), Lehen (44 %), Waltershofen (42 %), Littenweiler (40 %), Kappel (40 %), St. Georgen-Nord (39 %), Unterwiehre-Süd (39 %), Zähringen (37 %) und Munzingen (34 %). In ähnlicher Reihenfolge verteilt sich die Wohnfläche der Baualtersklasse D in den Stadtbezirken Landwasser mit 98 %, Weingarten mit 91 % und Betzenhausen-Bischofslinde mit 85 %. Keine Gebäude und Wohnflächen dieser Baualtersklasse enthalten die Stadtbezirke Rieselfeld, Vauban und Mundenhof Baualtersklasse E (1988-1994): Gebäude nach Einführung der 2. Wärmeschutzverordnung Die Baualtersklasse E dominiert lediglich im Stadtteil Hochdorf mit 46 %. Aber auch in den westlich vorgelagerten Stadtteilen Tiengen (25 %), Opfingen (21 %), Waltershofen und Munzingen (je 18 %) ist sie sekundär vertreten. Die Wohnfläche ist in Hochdorf mit 59 % und Mundenhof mit 30 % mit der Baualtersklasse E vertreten. Keine Gebäude und Wohnflächen dieser Baualtersklasse enthalten die Stadtbezirke Rieselfeld, Mundenhof und Landwasser. Ergebnisse 87 Baualtersklasse F (1995-2001): Gebäude nach Einführung der 3. Wärmeschutzverordnung Die Baualtersklasse F ist lediglich im Stadtteil Vauban mit 52 % dominant. Im Stadtteil Rieselfeld ist sie sekundär mit 47 % vertreten. Die eingemeindeten Vororte weisen ebenfalls einen hohen Anteil dieser Baualtersklasse auf (Munzingen 22 %, Tiengen 18 %, Waltershofen 15 %, Kappel 11 %, Ebnet 10 %, Hochdorf 10 %, Opfingen 9 %). Bezüglich der Wohnfläche ist die Baualtersklasse F in Rieselfeld mit 54 % und Vauban mit 40 % vertreten. Keine Gebäude und Wohnflächen dieser Baualtersklasse enthalten die Stadtbezirke Mundenhof und Haslach-Schildacker. Baualtersklasse G (2002-2007): Gebäude nach Einführung der Energie-Einsparverordnung (EnEV 2002): Gebäude der jüngsten Baualtersklasse dominieren im Stadtteil Rieselfeld mit 53 %, gefolgt von Vauban mit 47 %. Alt-Betzenhausen und Munzingen folgen im Ranking mit lediglich 14 % der Gebäudezahl. Vauban weist 58 % seiner Wohnfläche in der Baualtersklasse G auf. In Rieselfeld beläuft sich dieser Anteil auf 46 % der Wohnfläche. Die Baualtersklasse G ist in den Stühlinger-Eschholz, Landwasser, Mundenhof und HaslachSchildacker nicht präsent. Ergebnisse 88 6.1.4 Beziehungen zwischen Gebäudetypen und Baualtersklassen Folgende Tabelle veranschaulicht die statistische Verteilung der Gebäudeanzahl (GZ) und Wohnfläche (WF) nach Gebäudetyp und Baualtersklasse für die gesamte Stadt Freiburg. Tabelle 9: Gebäudetyp und Baualtersklasse nach Gebäudeanzahl (GZ) und Wohnfläche (WF) in 1000m² für die Gesamtstadt Freiburg. Prozentangaben bezogen auf den gesamten Gebäudebestand (eigene Berechnungen). BAK A B C D E F G ∑ EFH ZFH MFH GMH HH ∑ GZ 864 3,4% 760 3,0% 2245 8,9% 146 0,6% 95 0,4% 16,4% WF 93,3 1,1% 141,3 1,6% 757,0 8,6% 78,5 0,9% 83,5 0,9% 13,1% GZ 1422 5,7% 621 2,5% 827 3,3% 231 0,9% 103 0,4% 12,8% WF 158 1,8% 104,0 1,2% 234,7 2,7% 116,9 1,3% 87,7 1,0% 8,0% GZ 1289 5,1% 980 3,9% 1291 5,1% 470 1,9% 413 1,6% 17,7% WF 161 1,8% 158,6 1,8% 387,4 4,4% 240,8 2,7% 301,4 3,4% 14,2% GZ 3164 12,6% 1794 7,1% 1606 6,4% 577 2,3% 979 3,9% 32,3% WF 451 5,1% 374,8 4,2% 557,4 6,3% 339,1 3,8% 1551 17,6% 37,1% GZ 1012 4,0% 333 1,3% 256 1,0% 74 0,3% 276 1,1% 7,8% WF 175 2,0% 80,9 0,9% 120,8 1,4% 56,7 0,6% 368,1 4,2% 9,1% GZ 766 3,0% 368 1,5% 288 1,1% 128 0,5% 351 1,4% 7,6% WF 150 1,7% 91,3 1,0% 150,2 1,7% 97,9 1,1% 549,2 6,2% 11,8% GZ 720 2,9% 125 0,5% 177 0,7% 75 0,3% 326 1,3% 5,7% WF 110 1,3% 26,9 0,3% 88,0 1,0% 50,7 0,6% 295,0 3,3% 6,5% GZ 9237 36,8% 4981 19,8% 6690 26,4% 1701 6,8% 2543 10,1% 100,0% WF 1300 14,7% 977,7 11,1% 2295 26,0% 980,5 11,1% 3236,7 36,7% 100,0% Diese Feingliederung der Gebäude- und Wohnflächenverteilung nach Gebäudetyp und Baualtersklasse zeigt, dass sich die größte Wohnfläche mit rund 18 % in Hochhäusern der Baualtersklasse D befindet. Weiterhin ist der hohe Anteil von rund 9 % in Mehrfamilienhäusern der Baualtersklasse A auffällig. Diese machen mit ebenfalls fast 9 % einen großen Teil der Anzahl an den Freiburger Gebäuden aus. Die größte Anzahl der Freiburger Gebäude bilden mit rund 13 % die Einfamilienhäuser der Baualtersklasse D, welche vorwiegend in Landwasser vorzufinden sind. Sehr selten sind Hochhäuser der älteren Baualtersklasse A und B mit jeweils 0,4 % vorzufinden, ebenso wie große Mehrfamilienhäuser der Baualtersklasse F und G und Zweifamilienhäuser der Baualtersklasse G (alle ≤ 0,5 %). Wie auf Grund der großen Wohnfläche innerhalb eines Hochhauses zu erwarten, befindet sich 37 % der Freiburger Wohnfläche in Hochhäusern, die jedoch lediglich einen Anteil an der Gebäudezahl von etwa 10 % bilden. Die restliche Wohnfläche verteilt sich vor allem auf Mehrfamilienhäuser mit etwa 26 % sowohl an der Wohnfläche als auch an der Gebäudezahl. Beachtliche 36 % bildet die Zahl der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand, bei einem Wohnflächenanteil von lediglich rund 15 %. Etwa 16 % aller Gebäude in Freiburg wurden vor dem Jahr 1919 erbaut, welche sich hauptsächlich in den Stadteilen der Altstadt, Wiehre und Oberau befinden. Diese Gebäude beinhalten 13 % der gesamten Wohnfläche in Freiburg. Gebäude der Baualtersklasse D bilden 32 % des Ergebnisse 89 Gebäudebestandes und 37 % der Wohnfläche. Zu der Baualtersklasse F sind 7 % aller Gebäude und damit 12 % der Wohnfläche zu zählen. 6.2 Heizwärmebedarf Für den Standort Freiburg gelten klimatisch bedingte Heizwärmebedarfskennwerte, welche in Kapitel 5.4 methodisch hergeleitet und im Folgenden erläutert werden. Dabei wird differenziert zwischen einem unsanierten historischen Gebäudebestand, welcher den Urzustand aller Gebäude seit ihrem Bau annimmt, und einem sanierten Gebäudebestand, für welchen eine optimierte Gebäudehülle angenommen wird. Im Anschluss werden die Kennwerte auf die Gebäudetypen und Baualtersklassen der einzelnen Stadtbezirke übertragen und der Heizwärmebedarf für den unsanierten und sanierten Gebäudebestand kartographisch dargestellt. 6.2.1 Heizwärmebedarfskennwerte Entsprechend Formel 2 (Kap. 5.4.1) wurde der Wärmebedarf unter Verwendung der jeweils regionalen Gradtagszahl der fünf Typologiestandorte mit dem für Freiburg ermittelten Wert von 2923 Kd/a klimabereinigt. Durch die Klimabereinigung ergeben sich für Freiburg deutlich niedrigere Verbrauchswerte als die ursprünglich errechneten Mittelwerte aus Tabelle 5, welche das Klima nicht mit einbeziehen. Beispielsweise besteht im direkten Vergleich zwischen einem Einfamilienhaus der Baualtersklasse A in Hamburg und Freiburg eine klimabedingte Heizwärmebedarfsdifferenz. In Freiburg wird 18 % weniger Heizwärme im Vergleich zum gleichen Gebäudetyp in Hamburg benötigt. Heizwärmebedarf in kWh/(m²a) 280 260 240 220 ‐18% 200 180 BAK A Hamburg 160 BAK A Freiburg 140 120 100 EFH ZFH MFH GMFH HH Gebäudetyp Abbildung 25: Vergleich des Heizwärmebedarf in kWh/m²a der Baualtersklasse A zwischen Freiburg im Breisgau und Hamburg, klimabereinigt (Datengrundlage: Dedekind 2006; eigene Berechnungen). Kennwerte des historischen Gebäudebestandes Abbildung 26 stellt die klimabereinigten Heizwärmebedarfswerte der verschiedenen Gebäudetypen und Baualtersklassen nach Berücksichtigung der regionalen Gradtagszahlen der ursprünglichen Standorte dar. Sie repräsentieren somit die für Freiburg typischen Heizwärmebedarfskennwerte für den unsanierten, historischen Gebäudebestand. Die klimabereinigten Werte beruhen auf dem arithmetischen Mittel der in Kapitel 5.4.1 genannten fünf Gebäudetypologien. Ergebnisse 90 Da neben dem Klima auch regional unterschiedliche Einflüsse wie Baustil, Topographie, Stadtplanung etc. aus diesen Typologien mit einfließen und zu einer Varianz der Verbrauchswerte führen, wurde die Standardabweichung als ein Maß für die mittlere Abweichung der Einzelwerte ermittelt und in Abbildung 26 dargestellt. 900 800 Heizwärmebedarf in kWh/m²a 700 133 143 130 143 600 500 144 143 113 164 176 HH 164 112 400 300 GMFH 87 209 179 132 186 127 200 88 52 53 72 63 57 65 112 96 91 E F G 84 70 100 225 222 201 151 MFH 53 54 ZFH EFH 0 A B C D Baualtersklasse Abbildung 26: Klimabereinigte und gemittelte Heizwärmebedarfswerte der Freiburger Gebäudetypologie. Die Standardabweichungen vom Mittelwert der Referenzstandorte sind als schwarze Klammer dargestellt (eigene Berechnungen). Wie zu erwarten, ist der Heizwärmebedarf eines Einfamilienhauses auf Grund seines ungünstigen A/V-Verhältnisses (Kap. 4.4.2) in allen Baualtersklasse am größten. Mit zunehmender Gebäudegröße verbessert sich das A/V-Verhältnis, was zu sinkenden Verbrauchswerten führt. Entsprechend der zunehmend verschärften Anforderungen an den Wärmeschutz nehmen die Verbrauchswerte mit abnehmendem Baualter ebenfalls ab. Gebäude mit dem höchsten Heizwärmebedarf sind somit Einfamilienhäuser der Baualtersklasse A mit 225 kWh/m²a. Weniger als ein Viertel dieses Wertes benötigen moderne Hochhäuser der Baualtersklasse G mit 52 kWh/m²a. Kennwerte des optimierten Gebäudebestandes Die klimabereinigten Heizwärmebedarfskennwerte der verschiedenen Gebäudetypen und Baualtersklassen unter der Annahme einer optimierten Gebäudehülle stellt Abbildung 21 dar. Die klimabereinigten Werte beruhen auf dem arithmetischen Mittel der in Kapitel 5.4.1 genannten fünf Gebäudetypologien. In diesen Gebäudetypologien sind neben den bisher beschriebenen Bedarfswerten unsanierter Gebäude auch die anzunehmenden Bedarfskennwerte beschrieben, welche nach einer Dämmung der Außenwände, Kellerdecke, Dach und Fenster (Kap.4.4.1) für das jeweilige Gebäude anzunehmen sind. Ergebnisse 91 Heizwärmebedarf in kWh/m²a 350 300 250 200 150 100 56 51 57 65 52 44 51 52 61 56 58 54 60 A 44 53 49 49 45 58 55 51 55 47 45 57 59 55 B C D 40 HH 41 GMFH MFH 48 54 48 58 73 75 E F G 50 ZFH EFH 0 Baualtersklassen Abbildung 27: Heizwärmebedarfswerte unter Annahme eines optimierten Gebäudebestandes in Freiburg. Alle im Diagramm angegeben Zahlenwerte in kWh/m²a (eigene Berechnungen). Die Heizwärmebedarfswerte eines sanierten Gebäudebestandes weisen vor allem in den älteren Baualtersklassen wesentlich geringere Werte auf als im unsanierten Zustand. So liegt nun der höchste Bedarfswert nicht mehr bei den Einfamilienhäusern der Baualtersklasse A, sondern bei den Einfamilienhäusern der Baualtersklasse G. Der geringste Wert wird in Hochhäusern der Baualtersklasse G mit 40 kWh/m²a erreicht. Ältere Gebäude (v.a. Einfamilienhäuser) können nach der Sanierung durch die mächtigen Außenwandstärken (massive historische Außenwand + Wärmeschutzdämmung) sogar geringere Werte aufweisen, als moderne Neubauten. Einfamilienhäuser der Baualtersklassen A und B weisen zwischen 73 und 75 % die höchsten Einsparungen gegenüber den Kennwerten des unsanierten Zustandes (Abbildung 26) auf. In der Baualtersklasse F ist die Summe des Heizwärmebedarfs aller Gebäudetypen, hauptsächlich auf Grund der geringen Einsparpotentiale der Einfamilienhäuser von 31 %, etwas höher und ist mit der Summe der Baualtersklassen B und C gleichzusetzen. 6.2.2 Heizwärmebedarf eines unsanierten historischen Gebäudebestandes Abbildung 28 stellt den Heizwärmebedarf der Stadt Freiburg unter Annahme eines unsanierten Gebäudebestandes dar. Die Berechnung des Heizwärmebedarfes beruht auf Grundlage der Wohnfläche innerhalb der definierten Gebäudetypen und Baualtersklassen und deren typischen Heizwärmebedarfswerte. Die Werte sind im Folgenden zur besseren Veranschaulichung zusätzlich in einem „Ranking“ dargestellt. Darin enthalten sind jeweils die 10 Stadtbezirke, welche die Maximalwerte aufweisen, gefolgt von den 3 Stadtbezirken, welche die geringsten Werte aufweisen. Eine detailierte Tabelle mit allen Werten befindet sich im Anhang 4. Zunächst wird der Heizwärmebedarf je Stadtbezirk dargestellt, gefolgt von den wohnflächenbezogenen Heizwärmebedarfswerten. Ergebnisse 92 Abbildung 28: Heizwärmebedarf des unsanierten Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Heizwärmebedarf je Stadtbezirk Der Gesamt-Heizwärmebedarf eines Stadtbezirkes hängt neben gebäudetypologischen Merkmalen auch von der vorhandenen Wohnfläche innerhalb des Stadtbezirkes ab. Der Stadtteil Zähringen ist der Stadtteil mit der meisten Wohnfläche in Freiburg und weist mit 51,7 GWh pro Jahr den höchsten Energiebedarf zur Bereitstellung der Raumwärme auf. Zähringen ist in Abbildung 28 somit der höchsten Klasse mit dem größten Tropfen Heizöl zuzuordnen. Im Ranking, absteigend sortiert nach der Höhe des absoluten Energieverbrauches, folgt nach Zähringen der Stadtbezirk St.-Georgen-Nord mit einem Jahres-Heizwärmebedarf von 50 GWh. Ergebnisse 93 Tabelle 10: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im unsanierten Zustand und Anteil am Gesamtheizwärmebedarf der Stadt Freiburg. Vollständige Tabelle siehe Anhang 4 (eigene Berechnungen). Rang Stadtteil 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 41. 42. 43. Zähringen St. Georgen-Nord Unter-Wiehre-Süd Alt-Stühlinger Weingarten Littenweiler Oberwiehre Haslach-Gartenstadt Herdern-Süd Herdern-Nord … Haslach-Schildacker Brühl-Industriegebiet Mundenhof Heizwärmebedarf in GWh 51,7 50,0 46,1 44,7 42,9 42,7 40,7 40,4 38,1 37,7 ... 4,5 2,5 0,3 Anteil am Freiburger Gesamtheizwärmebedarf 4,7 % 4,5 % 4,2 % 4,1 % 3,9 % 3,9 % 3,7 % 3,7 % 3,5 % 3,4 % … 0,4 % 0,2 % 0,03 % Unter-Wiehre-Süd ist mit 46,1 GWh/a an dritter Stelle des Heizenergiebedarf-Ranking vertreten. Diese drei Stadtbezirke fallen somit in die höchste der in Abbildung 28 differenzierten Klassen mit einem stadtbezirksbezogenen Heizwärmebedarfswert zwischen 45 und 55 Gigawattstunden. Entsprechend den geringen Heizwärmebedarfswerten befinden sich die Stadtbezirke HaslachSchildacker, Brühl-Industriegebiet und Mundenhof in der untersten Klasse (kleinster Tropfen Heizöl) mit Werten unter 15 GWh (Tabelle 12 und Abbildung 27). Am Gesamtenergiebedarf der Stadt Freiburg für Raumwärme benötigen damit die Stadtbezirke Zähringen, St. Georgen-Nord, Unter-Wiehre-Süd und Alt-Stühlinger die höchsten Anteile zwischen 4 und 5 %, wohingegen die flächenmäßig kleineren Stadtbezirke Haslach-Schildacker und Brühl-Industriegebiet lediglich ein halbes Prozent und der Stadtbezirk Mundenhof nur ein dreißigstel Prozent benötigen. Insgesamt benötigt die Stadt Freiburg zur Bereitstellung der Raumwärme im unsanierten Zustand 1.102 GWh/a. Heizwärmebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche Wird nicht der Gesamt-Heizwärmebedarf eines Stadtteiles betrachtet, sondern der Heizwärmebedarf bezogen auf einen Quadratmeter der vorhandenen Wohnfläche innerhalb des Stadtbezirkes, ergibt sich ein etwas anderes Bild (Abb. 28 und Tab. 11). Mundenhof weist mit 184 kWh/m²a mit Abstand den höchsten Wert aller Stadtbezirke auf und bildet damit in Abbildung 20 eine eigene Klasse, welche alle Werte über 160 kWh/m²a zusammenfasst. Im Ranking folgen die Stadtbezirke Kappel (159 kWh/m²a), Mittel-Wiehre (152 Wh/m²a) und Brühl-Industriegebiet (150 kWh/m²a), welche mit weiteren Stadtbezirken der Klasse mit Heizwärmebedarfswerten zwischen 140 und 160 kWh/m²a zuzuordnen sind. Ergebnisse 94 Die Schlusslichter bilden Hochdorf mit 105 kWh/m²a und die Stadtbezirke Vauban und Rieselfeld mit Werten knapp über 60 kWh/m²a, welche sich damit in Abbildung 28 bereits im Bereich des grünen Farbspektrums befinden. Für die gesamte Stadt Freiburg beträgt der mittlere Heizwärmebedarf im unsanierten Zustand pro Quadratmeter Wohnfläche 125 kWh/m²a. Tabelle 11: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche im unsanierten Zustand (eigene Berechnungen). Rang 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Stadtbezirk Mundenhof Kappel Mittel-Wiehre Brühl-Industriegebiet Waldsee Herdern-Süd Unter-Wiehre-Nord Mooswald-West Altstadt-Ring Herdern-Nord … Hochdorf Vauban Rieselfeld Mittlerer JahresHeizwärmebedarf 184 kWh/m²a 159 kWh/m²a 152 kWh/m²a 150 kWh/m²a 150 kWh/m²a 149 kWh/m²a 148 kWh/m²a 147 kWh/m²a 147 kWh/m²a 146 kWh/m²a … 105 kWh/m²a 62 kWh/m²a 61 kWh/m²a Ergebnisse 95 6.2.3 Heizwärmebedarf eines sanierten Gebäudebestandes Abbildung 29 zeigt den Heizwärmebedarf der Stadt Freiburg unter Annahme eines vollständig sanierten Gebäudebestandes. Es werden die zurzeit üblichen Wärmeschutzmaßnahmen am kompletten Gebäudebestand angenommen. Der Umfang der angenommenen Sanierungen umfasst eine Fassadendämmung, Isolierung der Dachflächen, Wärmeschutzverglasung sowie die Isolation des Kellers (Kapitel 4.4.1). Im Folgenden wird wieder zunächst nach dem Heizwärmebedarf je Stadtbezirk, gefolgt von dem Heizwärmebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche differenziert. Abbildung 29: Heizwärmebedarf eines optimierten Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Heizwärmebedarf je Stadtbezirk Zähringen weist als Stadtteil mit der größten Wohnfläche auch nach durchgeführten Sanierungen den höchsten Heizwärmebedarf der Stadt Freiburg auf, jedoch ist dieser von 51,7 GWh/a auf 21,9 GWh/a gesunken. Zähringen ist somit der höchsten Klasse der in Abbildung 29 differenzierten Heizwärmebedarfswerte (20-25 GWh/a) zuzuordnen. Die Stadtbezirke mit geringem Wohnraumanteil Haslach-Schildacker, Brühl-Industriegebiet und Mundenhof weisen, wie auch im unsanierten Gebäudezustand, den geringsten Bedarf auf und zählen zu den Stadtbezirken mit einem Verbrauch unter 5 GWh/a (Abb. 29, Tab. 12). Ergebnisse 96 Der Gesamtheizwärmebedarf für die Stadt Freiburg liegt unter optimierten Bedingungen bei 462 GWh/a. Für den unsanierten Gebäudebestand (Kap. 6.2.2) liegt dieser Wert bei 1102 GWh/a. Tabelle 12: Rangfolge der Stadtbezirke nach Heizwärmebedarf im sanierten Zustand. Die vollständige Tabelle ist in Anhang 4 einzusehen (eigene Berechnungen). Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 41. 42. 43. Zähringen St. Georgen-Nord Alt-Stühlinger Rieselfeld Weingarten Unterwiehre-Süd Littenweiler Oberwiehre Haslach-Gartenstadt Hochdorf … Haslach-Schildacker Brühl-Industriegebiet Mundenhof Heizwärmebedarf in GWh/a 21,9 20,3 19,9 18,1 17,5 17,5 17,3 15,9 15,5 15,0 1,8 0,9 0,1 Heizwärmebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche Kappel weist mit 71 kWh/m²a den weitaus höchsten Heizwärmebedarf bezogen auf die Wohnfläche auf und sticht somit als einziger Stadtbezirk der Klasse mit Heizwärmebedarfswerten zwischen 70 und 75 kWh/m²a in der Graphik als einzige rote Fläche hervor. Die Gründe hierfür werden in Kapitel 7.3 diskutiert. Neben Mundenhof schließen sich Mittel- und Unter-Wiehre sowie der Altstadt-Ring in der Rangfolge mit Werten um 60 kWh/m²a an. Landwasser und Betzenhausen-Bischofslinde haben mit Werten zwischen 46-47 kWh/m²a die geringsten Bedarfswerte bezogen auf die Wohnfläche (Tab. 13). Für die Gesamtstadt Freiburg wäre unter optimierten Bedingungen ein Bedarf von 53 kWh/m² möglich. Im unsanierten Zustand lag dieser bei 125 kWh/m²a. Ergebnisse 97 Tabelle 13: Rangfolge des Heizwärmebedarfs des sanierten Gebäudebestandes bezogen auf die Wohnfläche. Die vollständige Tabelle ist in Anhang 4 einzusehen (eigene Berechnungen). 6.3 Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Kappel Mundenhof Mittelwiehre Unterwiehre-Nord Altstadt-Ring Herdern-Süd Munzingen Altstadt-Mitte Brühl-Industriegebiet Oberwiehre … Weingarten Betzenh.-Bischofslinde Landwasser Jahres-Heizwärmebedarf pro m² [kWh/m²a] 71,3 60,1 59,2 58,8 57,4 57,2 55,7 55,6 55,3 55,2 47,6 46,9 45,9 Heizwärme-Einsparpotentiale Durch die bisher ermittelten Werte lässt sich das Einsparpotential des Heizwärmebedarfs noch nicht hinreichend verdeutlichen. Die Differenz des Heizwärmebedarfes eines unsanierten Gebäudebestandes und des Heizwärmebedarfes eines sanierten Gebäudebestandes zeigt das wahre Einsparpotential eines Stadtbezirkes auf. Um nicht nur die Werte der Heizwärmeeinsparung pro Quadratmeter und die Heizwärmeeinsparung des gesamten Stadtbezirkes, sondern auch die Einsparungen relativ zum unsanierten Gebäudebestand deutlich darstellen zu können, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit die Werte auf zwei getrennten Karten dargestellt. Die Abbildungen 30 und 31 stellen die Einsparungen an Heizwärme als relativen Anteil zum unsanierten Gebäudebestand in Form von Kreisdiagrammen dar. Hierbei stellt der Vollkreis den Heizwärmebedarf des unsanierten Gebäudebestandes dar. Ergebnisse 98 Absolute Heizwärmeeinsparung je Stadtbezirk Abbildung 30: Stadtbezirksbezogene Heizwärme-Einsparpotentiale eines sanierten Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Der Stadtteil Zähringen weist mit 29,7 GWh die größte Differenz zwischen dem Heizwärmebedarf des unsanierten und des sanierten Gebäudebestandes auf. In der gleichen Klasse mit Einsparungen zwischen 24 und 30 GWh folgen die Stadtbezirke St. Georgen-Nord (29,7 GWh), Unterwiehre-Süd (28,6 GWh) und Weingarten (25,4 GWh). Die geringsten Einsparungen mit weit unter 6 Gigawattstunden pro Jahr weisen die Stadtteile Rieselfeld (4,3 GWh/a), Vauban (3,3 GWh/a), Haslach-Schildacker (2,7 GWh/a), BrühlIndustriegebiet (1,6 GWh/a) und Mundenhof (0,2 GWh/a) auf. Detailierte Werte zu den übrigen Stadtbezirken sind in Tabelle 14 und Anhang 4 zu finden. Für die gesamte Stadt Freiburg ergibt sich als Summe aus den einzelnen Stadtbezirken eine Heizwärmebedarfseinsparung von 640,3 GWh pro Jahr. Weitere Angaben der absoluten Heizwärmebedarfseinsparungen der übrigen Stadtbezirke sind in Anhang 4 zusammengestellt. Ergebnisse 99 Absolute Heizwärmeeinsparung je Quadratmeter Wohnfläche Unter Berücksichtigung der vorhandenen Wohnfläche in den unterschiedlich dimensionierten Stadtbezirken ergibt sich, bezogen auf den Quadratmeter Wohnfläche, das folgende Bild: Abbildung 31: Wohnflächenbezogene Heizwärme-Einsparpotentiale eines sanierten Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Mundenhof weist mit 124 kWh/m²a mit Abstand den höchsten Jahres-Heizwärmebedarf auf. Einsparungen zwischen 80 und 105 kWh/m²a weist mit wenigen Ausnahmen nahezu das gesamte Stadtgebiet östlich der Bahnlinie auf. In dieser Klasse führen die Stadtbezirke Waldsee und Brühl-Industriegebiet mit Werten um 96 kWh/m²a, gefolgt von Mittelwiehre (92 kWh/m²a), Herdern-Nord und Mooswald West mit je 92 kWh/m²a. Zu den Stadtbezirken mit weniger als 30 kWh/m²a Einsparung pro Jahr zählen lediglich Vauban mit 14 kWh/m²a und Rieselfeld mit 12 kWh/m²a. Weitere Angaben der absoluten Heizwärmebedarfseinsparungen der übrigen Stadtbezirke sind in Anhang 4 zusammengestellt. Ergebnisse 100 Relative Heizwärmebedarfseinsparung Im Folgenden werden die relativen Einsparungen der Heizwärme dargestellt. Wie in Kapitel 6.1 dargestellt errechnet sich der Heizwärmebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche aus dem Gesamtheizwärmebedarf eines Stadtbezirkes. Somit beziehen sich die Angaben zur relativen Heizwärmebedarfseinsparung sowohl auf die Einsparungen pro Quadratmeter Wohnfläche als auch auf die Gesamteinsparung eines Stadtbezirkes. Spitzenreiter der relativen Einsparpotentiale ist der Stadtteil Mundenhof. Mit über 67 % weist Mundenhof die höchsten Einsparpotentiale bezogen auf den unsanierten Gebäudezustand auf. Wie jedoch aus den vorangegangenen Ergebnissen hervorgeht, hat Mundenhof aufgrund seiner geringen Wohnfläche die geringste absolute Einsparung aller Stadtbezirke von lediglich 0,2 GWh pro Jahr. Jedoch können auf dieser Wohnfläche pro Quadratmeter und Jahr 124 kWh Heizwärme eingespart werden. Waldsee weist ein Energieeinsparpotential der Heizwärme von 64 % auf, gefolgt von den Stadtbezirken Brühl-Industriegebiet, Herdern-Nord, Neuburg und Mooswald-West mit jeweils 63 % Einsparpotential. Energieeinsparpotentiale unter 50 % weisen Hochdorf (49 %) und Munzingen (49 %) auf. Mit großem Abstand zu den restlichen Stadtteilen folgen Vauban mit 22 % und Rieselfeld mit lediglich 19 % Einsparpotential. Mit 58 % Einsparung gegenüber dem unsanierten Zustand entspricht Zähringen dem Durchschnitt der Gesamtstadt Freiburg. Tabelle 14:Absolute und relative Heizwärmebedarfseinsparungen durch Optimierung des Gebäudebestandes; Rangfolge nach relativer Einsparung in Prozent. Die vollständige Tabelle ist in Anhang 4 einzusehen (eigene Berechnungen). Mundenhof Waldsee Brühl-Industriegebiet Herdern-Nord Mooswald-West Herdern-Süd Stühlinger-Beurb. Mittelwiehre Altstadt-Ring Unterwiehre-Nord Reduktion des JahresHeizwärmebedarf pro m² [kWh/m²a] 124,0 96,0 94,7 92,3 92,2 91,5 90,8 92,9 89,2 89,0 Reduktion des Heizwärmebedarf [GWh/a] 0,2 23,8 1,6 23,7 15,8 23,4 7,2 17,9 11,7 17,6 67,3 64,1 63,1 63,0 62,7 61,5 62,3 61,1 60,8 60,2 Hochdorf Vauban Rieselfeld 51,1 13,5 11,7 14,3 3,3 4,3 48,8 21,7 19,4 Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. 6.4 Kohlendioxidemissionen Einsparung [%] Die durch die Bereitstellung der Raumwärme freigesetzten Kohlendioxidemissionen hängen wesentlich von den verwendeten Energieträgern und deren CO2-Emissionsfaktoren ab (Kap. 5.4.2). Da die Kohlendioxidemissionen aus einer Multiplikation der Heizenergiever- Ergebnisse 101 brauchsmengen mit den Energieträgeranteilen und deren Emissionsfaktoren hervorgehen (Formel 4), verhalten sie sich äquivalent zu den Heizwärmebedarfswerten. Wie auch bereits bei der Darstellung der Heizwärmeeinsparpotentiale im vorangehenden Kapitel, werden die Emissionsreduktionspotentiale in zwei getrennten Darstellungen sowohl stadtbezirk- als auch wohnflächenbezogen dargestellt. Absolute CO2-Reduktion je Stadtbezirk In den Stadtbezirken Zähringen, St. Georgen-Nord und Unterwiehre-Süd können mit Werten um rund 8.000 Tonnen pro Jahr die größten Mengen an CO2 eingespart werden (Abb. 32 u. Tab. 15). Mit Annäherung an die Altstadt nehmen die Reduktionspotentiale auf 5000-7000 Tonnen ab (z.B. Stühlinger, Herdern, Oberau, Oberwiehre). Im Bereich der Altstadt und den umliegenden Bezirken können insgesamt zwischen 3000-5000 Tonnen CO2-Emissionen eingespart werden. Abbildung 32: Kohlendioxideinsparung pro Stadtteil durch Optimierung des Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Ergebnisse 102 Tabelle 15: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk. Absteigend sortiert nach Einsparung CO2 in t pro Jahr (eigene Berechnungen). Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Zähringen St. Georgen-Nord Unterwiehre-Süd Weingarten Littenweiler Haslach-Gartenstadt Alt-Stühlinger Oberwiehre Waldsee Herdern-Nord … Haslach-Schildacker Brühl-Industriegebiet Mundenhof 40. 41. 42. Einsparung CO2 [t/a] 8.061,44 8.055,69 7.753,26 6.883,13 6.876,16 6.748,61 6.737,99 6.721,57 6.454,82 6.437,24 723,64 433,66 53,93 Einsparung CO2 pro m² [kg/m²a] 19,21 21,28 22,88 18,75 21,08 23,39 17,11 23,28 26,03 25,03 21,63 25,69 33,62 Einsparung zum historischen Bestand [%] 57,53 59,44 62,07 59,21 59,43 61,65 55,53 60,87 64,13 62,98 59,21 63,13 67,35 Die geringsten Mengen an CO2 können im Stadtteil Mundenhof mit rund 54 Tonnen pro Jahr eingespart werden. Auch Brühl-Industriegebiet mit 434 Tonnen sowie Haslach-Schildacker mit rund 724 Tonnen gehören zu den Stadtbezirken mit den geringsten absoluten CO2Reduktionspotentialen pro Stadtbezirk und bilden die Schlusslichter der in Tabelle 15 dargestellten Werte. Insgesamt emittiert die Stadt Freiburg im unsanierten Zustand 298.950 Tonnen CO2 pro Jahr durch die Bereitstellung der Raumwärme. Im sanierten und optimierten Zuständ beträgt die Emission 125.300 Tonnen CO2. Ergebnisse 103 Absolute CO2-Reduktion je Quadratmeter Wohnfläche Mundenhof mit rund 34 kg/m²a, Waldsee und Brühl-Industriegebiet mit 26 kg/m²a weisen die höchsten CO2-Reduktionspotentiale bezogen auf die Wohnfläche auf, gefolgt von Herdern-Süd, Mooswald-West und Herdern-Nord mit Werten knapp über 25 kg/m²a. Der Bereich der Freiburger Innenstadt weist außer dem Stadtbezirk Alt-Stühlinger, welcher in etwa 15-20kg/m²a weniger emittieren könnte, eine mögliche Reduktion der Emissionen um 20 bis 25 kg/m²a auf. Die das Stadtgebiet im Westen begrenzenden Bezirke Walthershofen, Opfingen und Tiengen weisen geringere Reduktionspotentiale zwischen 15 und 20 kg/m²a auf. In Munzingen und Hochdorf ist lediglich eine Reduktion um 14kg/m²a möglich, in Rieselfeld und Vauban sogar nur zwischen 3 und 4 kg/m²a. Abbildung 33: Kohlendioxideinsparung pro Quadratmeter Wohnfläche durch Optimierung des historischen Gebäudebestandes (eigener Entwurf). Ergebnisse 104 Tabelle 16: Ranking der CO2-Emissionen je Stadtbezirk. Absteigend sortiert nach Einsparung CO2 in Kilogramm pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr (eigene Berechnungen). Rang 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Stadtbezirk Mundenhof Waldsee Brühl-Industriegebiet Mittelwiehre Herdern-Nord Mooswald-West Herdern-Süd Stühlinger-Beurb. Altstadt-Ring Unterwiehre-Nord … Hochdorf Vauban Rieselfeld Einsparung CO2 [kg/m²a] Einsparung CO2 [t/a] 33,62 26,03 25,69 25,21 25,03 25,02 24,80 24,64 24,20 24,13 53,93 6.454,82 433,66 4.852,34 6.437,24 4.286,84 6.360,12 1.957,75 3.181,92 4.749,60 Einsparung zum historischen Bestand [%] 67,35 64,13 63,13 61,09 62,98 62,71 61,54 62,33 60,84 60,21 13,87 3,67 3,18 3.880,12 903,84 1.179,53 48,76 21,65 19,40 Für die gesamte Stadt Freiburg ergibt sich durch die Optimierung des Gebäudebestandes eine Reduktion der Kohlendioxidemissionen um 173.700 Tonnen pro Jahr, oder 20 kg/m²a. Relative Reduktionspotentiale Die größten Kohlendioxideinsparungen relativ zum historischen Zustand der Gebäude weisen Mundenhof (67 %) und Waldsee (64 %), sowie Mooswald-West, Neuburg, Herdern-Nord und Brühl-Industriegebiet mit je 63 % auf. Die Stadtteile Vauban (22 %) und Rieselfeld (19 %) weisen die geringsten CO2-Einsparpotentiale auf. Für die gesamte Stadt Freiburg ergibt sich eine Reduktion der CO2-Emissionen um 58 % im Vergleich zum ursprünglichen historischen Gebäudebestand. Diskussion der Ergebnisse 7 105 Diskussion der Ergebnisse Das folgende Kapitel gewichtet die gewonnenen Resultate aus dem vorangehenden Kapitel entsprechend ihrer Stärken und Schwächen. Inwiefern die hier angewandte Methode (Kap. 5) und deren Ergebnisse (Kap. 6) zur Differenzierung des Gebäudebestandes anhand zugänglicher statistischer Informationen zum Baualter, der Gebäudegröße und auf dieser Basis errechneten Energiebedarfswerten und Kohlendioxidemissionen tatsächlich der Realität entsprechen, soll im Folgenden geprüft und erläutert werden. Ob die Berechnungen des Heizwärmebedarfes anhand verschiedener klimabereinigter Gebäudetypologien in etwa den tatsächlichen Werten in Freiburg entsprechen, wird anhand einiger zur Verfügung gestellter Energieausweise geprüft. Desweiteren wird ermittelt, welche Waldfläche notwendig wäre, um die im Ergebnisteil dargestellten CO2-Emissionen abzubauen. 7.1 Methodische und rechnerische Fehlerquellen Gebäudetypologie Die Erstellung einer Gebäudetypologie erfordert im Idealfall detailierte und auf Einzelgebäude bezogene Daten zu energierelevanten konstruktiven Merkmalen. Dazu gehören detailierte Angaben über die Baukonstruktion der Gebäudehülle, besonders über die eingesetzten Baustoffe, sowie das Oberflächen-Volumen-Verhältnis, bestimmt durch die Grundrissform, Anbausituation und die Geschosszahl. Wie in Kapitel 5.2 beschrieben, liegen diese Daten zwar bei verschiedenen Ämtern und Energiedienstleistern vor, jedoch unterliegen diese dem Datenschutz und konnten für diese Arbeit nicht gewonnen werden. Unter der Annahme, dass für die Analyse des Freiburger Gebäudebestandes für jedes Einzelgebäude energetisch verwertbare Daten zur Verfügung gestellt worden wären, wäre der Umfang dieser Daten bei über 24.500 Wohngebäuden in Freiburg kaum übersichtlich darstellbar gewesen. Um diese Daten kartographisch erfassbar darzustellen, wäre auf Grund der Klassenbildung dieser Daten wiederum eine Generalisierung erforderlich geworden, wodurch ebenfalls lediglich gemittelte Ergebnisse für die Stadtbezirke als Endresultat festgestanden hätten. Somit stellt die hier angewandte Methode zur Analyse des Heizwärmebedarfes eine effektive Alternative zu aufwendigen Verbrauchsmessungen dar. Gebäudetypen Das Verhältnis zwischen Gebäudeoberfläche und Volumen wirkt sich wesentlich auf den Heizwärmebedarf eines Gebäudes aus. Da für Freiburg keine Angaben über die Anzahl verschiedener Gebäudetypen in den einzelnen Stadtbezirken zugänglich waren, wurde die in Kapitel 5.3.2 dargestellte Methode zur Ermittlung der Gebäudetypen anhand der Anzahl an Wohnungen innerhalb eines Gebäudes entwickelt. Hierbei finden jedoch Unterschiede in der Wohnungsgröße (Einzimmerwohnung im Vergleich zu Vierzimmerwohnung) keine Berücksichtigung. Es ist anzunehmen, dass ein Gebäude mit fünf Einzimmerwohnungen einen geringeren Heizwärmebedarf aufweist als ein Gebäude mit fünf Vierzimmerwohnungen. Da jedoch insgesamt 24.500 Gebäude betrachtet werden, kann davon ausgegangen werden, dass solche Gebäude mit nur Diskussion der Ergebnisse 106 einräumigen, bzw. nur mehrräumigen Wohnungen die Minderheit darstellen und sich im Gesamtbild ein ausgeglichenes Größenniveau einstellt. Desweiteren bleiben konstruktive oder geometrische Gebäudeeigenschaften, sowie Sonderformen (z.B. Gruppierungen von Hochhäusern oder die in den 1970er Jahren häufig üblichen Einfamilienreihenhäuser mit Flachdächern) unberücksichtigt. Hinsichtlich der verschiedenen Gebäudetypen soll der Begriff des Hochhauses an dieser Stelle erörtert werden, da durch diesen Begriff unterschiedliche Assoziationen verbunden sein können. Laut Landesbauordnung ist ein Gebäude als Hochhaus definiert, wenn der Fußboden mindestens eines Aufenthaltsraumes mehr als 22 Meter über der Geländeoberfläche liegt (Ruf 2009). Wohngebäude dieser Höhe sind in Freiburg jedoch sehr selten anzutreffen. Die Definition des Begriffes „Hochhaus“ bezieht sich in dieser Arbeit lediglich auf die Anzahl der Wohnungen (neun und mehr Wohnungen) und stellt keinen Bezug zur Gebäudehöhe dar. Da in der deutschen Sprache keine detailliertere Unterscheidung der Gebäudegroßformen vorgenommen wird, wird dieser Gebäudetyp hier als Hochhaus bezeichnet. Baualtersklassen Die Differenzierung nach Baualtersklassen (Kap. 5.3.3) richtet sich nach bauhistorischen Zeitepochen, die entsprechend den jeweils geltenden Wärmeschutzverordnungen gegliedert wurden. Mit Unsicherheit behaftet ist hierbei die älteste Baualtersklasse (BAK A). Da die Gebäudestatistik „FRITZ“ der Stadt Freiburg alle Wohngebäude mit einem Baujahr vor 1918 in einer Klasse zusammenfasst, kann innerhalb der Baualtersklasse A keine genauere energetische Differenzierung erfolgen. Jedoch sind laut deutschlandweiten Untersuchungen erste wesentliche Änderungen in der Baukonstruktion erst ab 1918 verzeichnet (Weglage 2008, S. 155), sodass keine allzu großen Abweichungen der Heizwärmebedarfswerte der verschieden Gebäudetypen innerhalb der Baualtersklasse A zu erwarten sind. Für die übrigen Baualtersklassen wurde die Einhaltung der zum Bauzeitpunkt gültigen Wärmeschutzverordnung angenommen. Einzelgebäude, welche die Wärmeschutzverordnungen übererfüllen, bzw. nicht erfüllen werden somit nicht berücksichtigt. Desweiteren sind die Baualtersklassen nicht in gleich große Zeiträume unterteilt. Diesem Umstand sind beispielsweise die Zugehörigkeit großer Anteile des Gebäudebestandes zur Baualtersklasse B und D zu verdanken, welche einen Zeitraum von 26, bzw. 30 Jahren in der Baugeschichte einnehmen. Auf Grund der unterschiedlichen Zeitabstände zwischen den durchgeführten Wohnungszählungen konnten hier jedoch keine feineren Abstufungen getroffen werden. Tabelle 17: Zeitspanne der Baualtersklassen in Jahren (eigene Berechnungen). BAK Baujahr A B C D E F G bis 1919 1919 bis 1948 1949 bis 1961 1962 bis 1987 1988 bis 1994 95-2001 2002-2007 Zeitspanne [Jahre] unbekannt 30 13 26 7 7 6 Diskussion der Ergebnisse 107 Angaben zur Art der Beheizung der Gebäude konnten nicht ermittelt und zugänglich gemacht werden, da diese nicht amtlich erfasst werden. Da sich aber in nahezu keinem Gebäudetyp, der älter als 25 Jahre ist, noch ursprüngliche Wärmeerzeuger und Heizungsanlagen befinden dürften, können Aussagen hierzu kaum verallgemeinert werden. Heizwärmebedarf und Einsparpotentiale In verschiedenen Publikationen wird unter dem Begriff Wärmebedarf sowohl der Bedarf zur Bereitstellung der Raumwärme, der Wärmebedarf zur Bereitstellung von Warmwasser als auch der Wärmebedarf, welcher Wärmeverluste ausgleicht, die durch Wärmeabfluss beim Luftaustausch auftreten (Lüftungswärmebedarf) in einem Kennwert zusammengefasst. Der Fokus in dieser Arbeit liegt jedoch auf den Zusammenhängen zwischen der Wärmedämmung der Gebäudehülle und den damit verbundenen Reduktionen der Heizleistung und Emissionen. Daher wird hier nur der Heizwärmebedarf betrachtet, welcher sowohl unabhängig von der verwendeten Anlagentechnik und Energieträger, als auch von dem Nutzverhalten der Bewohner ist. Der gebäudespezifische Heizwärmebedarf wurde entsprechend dem in Kapitel 5.4 beschriebenen Verfahren ermittelt. Die Heizwärmebedarfswerte aus fünf verschiedenen Gebäudetypologien wurden für den Standort Freiburg klimabereinigt. Die Werte der Gradtagszahlen für die Klimabereinigung sind leicht mess- und nachvollziehbar. Die Erhebungen und Berechnungen, welche die Autoren der fünf verschiedenen Gebäudetypologien für ihre Typologie zu Grunde legen, basieren auf spezialisierten Softwareberechnungen und Einzelerhebungen an typischen Gebäuden. Da kein einheitliches Verfahren dieser Erhebungen sichergestellt werden kann, kann es hier unter Umständen zu weiteren Abweichungen der Ergebnisse kommen. Es ist jedoch zu vermuten, dass anlässlich moderner Messinstrumente und Softwarelösungen, sowie den in DIN-Normen geregelten Berechnungsvorgaben, diese Abweichungen klein bleiben. Die Standardabweichungen, welche sich durch diese bautechnischen und methodischen Erhebungsunterschiede bei der Berechnung des mittleren Heizwärmebedarfs ergeben (Kap. 6.2.1), liegen zwischen 7 und 15 % und sind in Abbildung 26 und 27 im Ergebnisteil dargestellt. Um sicherzustellen, dass die Heizwärmebedarfswerte in etwa den tatsächlichen Energiekennzahlen von Wohngebäuden in Freiburg entsprechen, wurden die in Kapitel 6.2.1 dargestellten Heizwärmebedarfswerte einem Vergleich mit bedarfsorientierten Energieausweisen Freiburger Gebäude verglichen (Tab. 18), welche von verschiedenen Beratungsbüros zur Verfügung gestellt wurden (Dittrich 10.02.2009; Osterloh 09.02.2009; Tanner 08.02.2009). Anhand dieser Energieausweise zeigt sich, dass die Stichproben der Heizwärmebedarfswerte meist lediglich innerhalb einer Abweichung von 8 bis 18 % variieren. Teilweise weichen einzelne Werte jedoch um bis zu 34 % ab (z.B. EFH, BAK C). Diese Abweichungen sind vermutlich auf bereits durchgeführte Renovierungen oder bauliche Sonderformen zurückzuführen und stellen die Ausnahme dar. Ein Beispiel der freundlicherweise zur Verfügung gestellten Energieausweise ist in Anhang 5 dargestellt. Diskussion der Ergebnisse 108 Tabelle 18: Heizwärmebedarf aus Energieausweisen verschiedener Gebäudetypen in Freiburg. Zahlenwerte in kWh/m²a. Die Abweichungen von den in den Auswertungen verwendeten Kennwerten (Kap. 6.2.1) sind in Klammern dargestellt (Datengrundlage: Dittrich 10.02.2009; Osterloh 09.02.2009; Tanner 08.02.2009; eigene Berechnungen). EFH ZFH MFH GMFH HH A - - - - B - - - - C 182,5 (+9 %) 123 (+18 %) - 250 (-34 %) - 150 (+8 %) 206 (-17 %) - - - - 127 (+11 %) - - - - - 128 (-33 %) - - - - - - - - - D E F G Kohlendioxidemissionen Bei der Berechnung der Kohlendioxidemissionen wurden für alle Stadtbezirke gleiche Energieträgeranteile angenommen, da diese nur für die Gesamtstadt vorlagen (Kap. 5.4.2). Es ist jedoch anzunehmen, dass vor allem in den jüngeren Stadtbezirken wie Vauban und Rieselfeld die Verteilung auf die Energieträger anders aussieht, da in Neubauten jüngerem Alters weniger oder keine ölbasierten Heizsysteme mehr vorzufinden sein sollten. In Stadtbezirken mit älteren Gebäuden ist das Gegenteil anzunehmen. Somit sind die Emissionswerte in Stadtbezirken mit hohem Anteil jüngerer Baualtersklassen unterhalb der angegebenen Werte, in Stadtbezirken mit vielen älteren Gebäuden eher oberhalb der angeben Werte anzusiedeln. Unter Berücksichtigung der Fehlerquellen bei der Erstellung der Gebäudetypologie sollte jedoch im Hinblick auf die Gesamtstadt der Emissionswert wieder annähernd der Realität entsprechen, da die verwendete Verteilung der Energieträgeranteile ebenfalls für die gesamte Stadt gültig sind. 7.2 Übertragbarkeit der Gebäudetypologie in den tatsächlichen Gebäudebestand Dass die in Kapitel 5.3 erstellten Gebäudetypen und Baualtersklassen tatsächlich der Realität entsprechen und charakteristisch für bestimmte Stadtbezirke sind, kann sowohl auf Grundlage historischer Entwicklungen, als auch durch Luftbildaufnahmen im Folgenden anhand einiger Beispiele nachgewiesen werden. Baualtersklasse A Wie die Ergebnisse aus Kapitel 6.1.3 zeigen, überwiegt die Baualtersklasse A vor allem im Kernbereich der Stadt Freiburg in den Stadtteilen Altstadt und Wiehre. Die bis zum Jahre 1918 errichteten Gebäude existieren heute kaum mehr in ihrem ursprünglichen Zustand. Im Laufe der Zeit wurden sie durch zahlreiche An- und Umbauten verändert oder während des 2. Weltkrieges teilweise zerstört. Der heutige Bestand ist Joseph Schlippe zu verdanken, welcher 1925 die Diskussion der Ergebnisse 109 Leitung des Hochbauamtes in Freiburg übernahm. Seine Aufgabe sah Joseph Schlippe in der Bewahrung des Alt-Freiburger Stadtbildes, das seiner Auffassung nach durch eine „allzu große Neuerungssucht“ in Gefahr geriet. Zur Erhaltung der Altstadt forderte Schlippe Maßnahmen zur Bewahrung des Bestandes vor „Entstellungen“ sowie die Restaurierung von erhaltenswerten Baudenkmalen (Schlippe 1929, S. 99–103). Bis zur teilweisen Zerstörung im Zweiten Weltkrieg waren diese Maßnahmen in unterschiedlichem Umfang in Angriff genommen worden und bilden Teile der heute noch bestehenden Baualtersklasse A. Abbildung 34: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Altstadt-Ring (Microsoft Corporation 2009). In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurde das Gebiet entlang der Kartäuserstraße im Stadtteil Oberau und Wiehre zunehmend industriell erschlossen. In diesem Zusammenhang stieg der Bedarf an Arbeitskräften und somit auch die Bautätigkeit und Einwohnerzahl in den südöstlich der Altstadt gelegenen Stadtteilen Ober-, Mittel- und Unter-Wiehre stark an. Während des weiteren Wachstums blieb in der Wiehre die Bevölkerungsstruktur mit einem überwiegenden Arbeiteranteil bis in die 1870er Jahre bestehen. Aufwendigere Bauten und Vorstadtvillen entstanden fast ausschließlich an der Günterstalstraße. Erst in den 1880er Jahren vollzog sich mit der Ausweisung durchgrünter Villengebiete (besonders in der Unterwiehre) und dem Bau von Mietshäusern für gehobene Ansprüche (besonders in der Mittelwiehre) der Wandel zum „besseren“ Großbürger- und Mittelstandsviertel (Fiek 1999). Der damalige Bürgermeister Otto Winterer sah die wirtschaftliche Zukunft der Stadt Freiburg darin, wohlhabenden und anspruchsvollen Rentiers aus allen Teilen Deutschlands einen angenehmen Wohn- und Ruhesitz zu bieten. Dieses Vorhaben wurde in der Gründerzeit zwischen den späten 1880er Jahren und dem Ersten Weltkrieg vor allem durch den Architekten Rudolf Schmid umgesetzt. Es handelt sich hierbei um zahlreiche charakteristische Mietsbauten in Doppel- oder Gruppenbauten in baumbestandenen Straßen mit Vorgärten. Diese Gebäude enthielten große Mietwohnungen für ein Publikum mit bürgerlichen Wohnvorstellungen, das sich aber in der Regel keine eigene Villa leisten konnte oder dies aus Gründen der Bequemlichkeit nicht wollte. Solche Bauten prägen heute im Diskussion der Ergebnisse 110 wesentlichen die Stadtteile Wiehre und Herdern (Abb. 35) (Bürgerverein Oberwiehre-Waldsee e.V. 2007, S. 167). Abbildung 35: Blick nach Norden auf den Stadtbezirk Unter-Wiehre-Süd (Microsoft Corporation 2009). Da Wiehre vom Zweiten Weltkrieg weitgehend verschont blieb, ist das Stadtbild mit den Bauten der Baualtersklasse A nahezu vollständig erhalten geblieben. Aus diesem Grund konnten die Stadtbezirke der Wiehre, abgesehen von Unter-Wiehre-Süd, nicht wesentlich durch Bauten neuerer Baualtersklassen nachverdichtet werden. Die teils überdimensionierten Villen wurden mit zunehmender Wohnungsnachfrage in einzelne Wohneinheiten unterteilt. In den Stadtbezirken der Stadtteile Herden und Wiehre ist diese Entwicklung an der deutlichen Dominanz der Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäuser zu erkennen. Baualtersklasse B (1919-1948) Zwei Jahre nach der Weltwirtschaftskrise des Jahres 1929 wurde von der Regierung in Berlin ein Erwerbslosenprogramm verabschiedet, welches unter anderem neue Richtlinien zur Förderung von gemeinnützigem Wohnungsbau und die Förderung von vorstädtischen Kleinsiedlungen vorsah. Das Ziel war unter anderem die Versorgung möglichst breiter Schichten mit angemessenen Wohnungen zu tragbaren Mieten. Es sollten nur noch wenige Einheitstypen, diese aber in großer Zahl erstellt werden (Freiburger Stadtbau GmbH 2002, S. 8). Die Siedlungsgesellschaft errichtete nach Entwürfen des Städtischen Hochbauamtes zwischen 1930 und 1938 beispielsweise in Haslach-Egerten 15 Bauten mit 420 Wohnungen. „Die rund 70 m langen, 8,5 m breiten dreigeschossigen Wohnbaugruppen sind in nord-südlicher Zeilenbauweise angeordnet, bei beiderseits bebauten Straßen, mit Rasen als Wäschetrockenplatz und Kinderspielplatz zwischen den Gebäudegruppen“. So beschreibt ein Begleittext „anlässlich des Besuches der 'Association Francaise pour l’ Amélioration de l´Habitation' zur Besichtigung der in der Nachkriegszeit erstellten Wohnungen zu Freiburg im Breisgau am 17. Juli 1932“ die Siedlung (Freiburger Stadtbau GmbH 2002, S. 16). Diese Gebäude belegen den im Vergleich zu anderen Stadtbezirken hohen Anteil an Hochhäusern im Stadtteil Haslach-Egerten. Diskussion der Ergebnisse 111 Abbildung 36: Große Mehrfamilienhäuser im Stadtbezirk Haslach-Egerten (Microsoft Corporation 2009). Im Zuge der Kleinsiedlungsförderung begann auch die Bebauung des Stadtteil Mooswald im Jahre 1931. Nach dem Bau einer eigenen Bahnstation im Jahre 1948 setzte sich die Bautätigkeit energisch fort (Bürgerverein Freiburg Mooswald e.V. 2008). Dies ist durch das verstärkte Auftreten der Baualtersklasse C in den beiden Stadtbezirken Mooswald-West (35 %) und Mooswald–Ost (61 %) in dieser Gebäudetypologie nachvollziehbar. Der britische Luftangriff vom 27. November 1944 schlug eine breite Schneise der Zerstörung in die Stadt. Nahezu 85 % des Freiburger Gebäudebestandes wurde beschädigt. Im Norden der Innenstadt und in der nördlichen Vorstadt mit dem späteren Institutsviertel überstanden nur wenige Gebäude das Flächenbombardement. In der westlichen Innenstadt wurde der Bereich zwischen Eisenbahnstraße und Sedanstraße23 weitgehend zerstört. Große Teile des Stühlinger wiesen Totalzerstörungen auf. Nach Nordwesten waren die Beurbarung und Teile des Rotlaubviertels24 stark in Mitleidenschaft gezogen. Westlich der Güterbahnlinie wurden das Gelände von Yorck- und Grenzstraße25, die ehemalige Artilleriekaserne26 sowie das Gebiet am Heidenhof27 betroffen. Die Mooswaldsiedlung in Freiburg-West und der Ortskern von Betzenhausen verzeichneten teils Totalschäden, teils einen mittleren Zerstörungsgrad (Stadelbauer 1994, S. 149–150). Durch den Wiederaufbau nach dem 2. Weltkrieg ermöglichten diese zerstörten Flächen die heutige Dominanz der Baualtersklassen B und C in den Stadtteilen Herdern-Süd, Neuburg, und Mooswald. 23 Stadtbezirk Altstadt-Ring. 24 Westlicher Bereich des Stadtbezirkes Herdern-Süd. 25 Nördlicher Bereich des Stadtbezirkes Betzenhausen-Bischofslinde. 26 Südlicher Bereich des Stadtbezirkes Mooswald-West. 27 Im Osten des Stadtteil Mooswald-Ost. Diskussion der Ergebnisse 112 Mundenhof, am westlichen Stadtrand von Freiburg gelegen, ist mit 48 Einwohnern der mit Abstand kleinste Stadtteil von Freiburg. Die einzigen Wohngebäude dieses Stadtteils bilden drei Gebäude der Baualtersklasse B (ein „Zweifamilienhaus“ mit 168m² Wohnfläche, ein „Großes Mehrfamilienhaus“ mit 680m² Wohnfläche und ein Mehrfamilienhaus mit 370m² Wohnfläche (eigene Berechnungen)) sowie ein Einfamilienhaus der BAK-A mit 170m² Wohnfläche. Die ältesten Gebäude können dem im Jahre 864 erstmals erwähnten „Stadtgut Mundenhof“ zugeschrieben werden. Das Gelände des Gutshofes befindet sich seit dem Jahr 1882 im Besitz der Stadt Freiburg. Im Jahr 1978 wurde Mundenhof auch politisch der Stadt Freiburg angegliedert, aber nicht weiter zur Wohnraumnutzung erschlossen. Dies erklärt das alleinige Auftreten der Baualtersklassen A und B in diesem Stadtteil. Abbildung 37: Blick nach Norden auf den kompletten Gebäudebestand des Stadtteil Mundenhof (Microsoft Corporation 2009). Gebäude der Nachkriegszeit: Baualtersklasse C (1949-1961) Im Stadtteil Stühlinger wurden während des Zweiten Weltkrieges 70 % des Gebäudebestandes komplett zerstört. Nach dem Zweiten Weltkrieg erfolgte eine Wiederaufbau- und Erweiterungsphase des Stühlinger in östlicher Richtung bis zur Güterbahnlinie (ARGE Freiburger Stadtbild e.V. 2007, S. 150). Dies ist deutlich an dem häufigen Auftreten der Baualtersklasse C in Stühlinger-Beurbarung (25 %), -Eschholz (53 %) und Alt-Stühlinger (29 %) zu beobachten. Gleiches gilt für den Stadtteil Neuburg, welcher durch den Luftangriff nahezu vollständig zerstört und wiederaufgebaut wurde. Den höchsten Anteil der BAK-C weist mit 61 % der Stadtbezirk Mooswald-West auf. Nachdem Mooswald auf Grund der Nähe zum militärisch genutzten Flughafen zu 80 % zerstört wurde, wurde der erst kurz zuvor erschlossene und bebaute Stadtteil ohne auf Hilfe der Behörden zu warten in ungebrochenem Gemeinschaftsgeist der Vorkriegsjahre wieder aufgebaut. Baualtersklasse D (1962-1987) Freiburg hatte in den 1960er Jahren das zweithöchste Wohnungsdefizit in Deutschland, dennoch stieg die Bevölkerung von 100.000 auf 150.000 Einwohner an. Um der Wohnraumknap- Diskussion der Ergebnisse 113 pheit entgegen zu wirken, wurde unter Oberbürgermeister Eugen Keidel ein Programm zum Bau von 5000 Wohnungen beschlossen (ARGE Freiburger Stadtbild e.V. 2007, S. 87). Im Jahr 1963 begannen die Planung und der Bau der neuen Stadtteile Landwasser, Weingarten und Betzenhausen-Bischofslinde. Nahezu der komplette Bestand in Landwasser (99 %) entspricht der Baualtersklasse D, in Weingarten sind es 76 % und Betzenhausen-Bischofslinde 71 %. Entgegen den Erwartungen weisen diese Stadtbezirke dominierende Anteile an Ein- und Zweifamilienhäuser auf (Abb. 38). Abbildung 38: Blick von Osten auf den Stadtteil Landwasser (Microsoft Corporation 2009). Betzenhausen wurde im Zweiten Weltkrieg fast vollständig zerstört. Nachdem die Freiburger Stadtverwaltung den Wiederaufbau Betzenhausens auf Grund einer geplanten Fernverkehrsstraße nach Frankreich (Sundgaualle) massiv behindert hat (ARGE Freiburger Stadtbild e.V. 2007, S. 28), fand der Wiederaufbau erst ab Ende der sechziger Jahre statt. Die Anfang der achtziger Jahre eingemeindeten Vororte Munzingen, Tiengen, Opfingen, Waltershofen, Kappel und Ebnet weisen einen hohen Anteil der Baualtersklasse D im Gebäudebestand auf. Die verbesserte Infrastruktur und neu erschlossene Baugebiete mit günstigem Bauland lockten vor allem junge Familien in das Freiburger Umland. In der Gesamtstadt Freiburg ist die Baualtersklasse C mit 32 % am stärksten vertreten. Dies ist nicht nur auf die Wohnraumförderung dieser Zeit, sondern auch auf die verhältnismäßig große Klassenbreite der Baualtersklasse von 26 Jahren zurückzuführen. Gebäude nach Einführung der 3. Wärmeschutzverordnung: Baualtersklasse F (19952001) Die BAK F tritt vor allem im Stadtteil Vauban prägnant in Erscheinung. Die militärische Nutzung der ehemaligen Vauban-Kaserne hat das Gebiet dieses Stadtteils fast 60 Jahre lang der Stadtentwicklung entzogen. Im August 1992 wurde das Gelände schließlich von den Forces Françaises en Allemagne (FFA) frei gegeben. Die Stadt Freiburg erwarb das 38 ha große Vaubangelände von der Bundesrepublik Deutschland um innenstadtnahen, verdichteten Wohnraum für verschiedene soziale Gruppen zu schaffen. 1994 wurde ein städtebaulicher Ideenwettbewerb Diskussion der Ergebnisse 114 veranstaltet, in dem folgende Planungsvorgaben für den Stadtteil Vauban umgesetzt werden sollten (Stadt Freiburg 2009): Mischung von Arbeit und Wohnen Vorrang für Fußgänger, Radfahrer und öffentliche Verkehrsmittel Erhalt des Baumbestandes und des Biotops St. Georgener Dorfbach Mischung sozialer Gruppen gute Verbindung der Wohnungen zu den Freiräumen Nahwärmeversorgung und Wohnhäuser in Niedrigenergiebauweise. Das Planungsvorhaben der Niedrigenergiebauweise wurde konsequent umgesetzt. Es ist sogar anzunehmen, dass die gemittelten Heizenergiebedarfswerte für diesen Stadtbezirk von 6080 kWh/m²a (Kap. 6.2.1) zu hoch angesetzt sind, da auf Grund der Ambition des städtebaulichen Wettbewerbs die gesetzlichen Anforderungen teils übererfüllt wurden. Gebäude nach Einführung der Energie-Einsparverordnung (EnEV 2002): Baualtersklasse G (2002-2007) Rieselfeld und Vauban sind die modernsten Stadtteile der Stadt Freiburg. Aufgrund der großen Nachfrage nach preiswertem Wohnraum Ende der 1990er Jahre gab der Gemeinderat 1991 das Gebiet des ehemaligen Rieselfeld für den Wohnungsbau frei. Mehr als 20 Jahre nach dem Bau der Stadtteile Landwasser und Weingarten war erstmals wieder die Entscheidung für einen neuen Stadtteil gefallen. Hier spielten ökologische Zielsetzungen von Anfang an eine große Rolle. Das Energiekonzept schreibt Ausrichtung und Abstände der Baukörper vor, sowie die Verpflichtung zur Niedrigenergiebauweise mit einem nachzuweisenden Energieverbrauchswert von 65 kWh/m² im Jahr. Beginn der Baumaßnahmen war im Jahr 1993, im Jahr 2007 wurden 20 Projekte mit ca. 380 Wohnungen fertiggestellt. Daher dominiert in Rieselfeld deutlich die Baualtersklasse G. Zurzeit befinden sich 15 Projekte mit 165 Wohnungen und zahlreichen gewerblichen Einheiten im Bau. Weitere Grundstücke sind bereits protokolliert bzw. in Vorbereitung. Die Realisierung des Projektes Rieselfeld dürfte 2010 weitgehend abgeschlossen sein. Anfang April 2008 leben über 8300 Einwohner in ca. 3200 Wohnungen. Dichte Baublockstrukturen mit ca. 70 auf 130 m Länge liegen direkt an der Rieselfeldallee, die Dichte nimmt nach außen ab (Siegl 2008). Sowohl die Bauprojektbeschreibung als auch Abbildung 29 belegen das hohe Vorkommen an Häusern mit mehr als 9 Wohnungen (HH) sowie deren junge Baualtersklassen F und G. Diskussion der Ergebnisse 115 Abbildung 39: Blick in Richtung Norden auf den Stadtbezirk Rieselfeld (Microsoft Corporation 2009). Gebäudetypen und Baualtersklassen Freiburg Gesamt Der Anteil der Einfamilienhäuser beträgt in der Gesamtstadt Freiburg rund 37 % gefolgt von den Mehrfamilienhäusern mit 26 % und Zweifamilienhäusern mit 20 %. Die restlichen Gebäude verteilen sich auf große Mehrfamilien- und Hochhäuser mit insgesamt 17 %. Es zeigt sich, dass Mehrfamilienhäuser besonders häufig während der älteren Baualtersklasse A-D mit einem Anteil am Gesamtbestand zwischen 3,3 - 8,9 % gebaut wurden, jedoch im Laufe der neueren Baualtersklassen zu Gunsten der Hochhäuser immer seltener wurden. Der Anteil der Hochhäuser nimmt im zeitlichen Verlauf je Baualtersklasse um etwa 3,5 % zu (Abb. 40). Der Anteil der Einfamilienhäuser nahm nach dem Zweiten Weltkrieg bis 1994 stetig zu (Baualtersklassen CE). Somit nimmt mit den jüngeren Baualtersklassen sowohl die Häufigkeit der Einfamilienhäuser, als auch der Hochhäuser zu. Die Entwicklung der Zweifamilienhäuser und der großen Mehrfamilienhäuser ist nicht signifikant. Der vor allem in der Baualtersklasse A noch bis zu 55 % vertretene Gebäudetyp der Mehrfamilienhäuser nimmt auf lediglich 12 % in der Baualtersklasse G ab. Bei den großen Mehrfamilienhäusern und Hochhäusern fällt insbesondere die Größe der Wohnfläche ins Gewicht. So befinden sich beispielsweise 18 % der Freiburger Wohnfläche in Hochhäusern der Baualtersklasse D, diese bilden jedoch nach der Gebäudezahl lediglich einen Anteil von 3,9 % im Gebäudebestand. Insgesamt sind die Baualtersklassen A, B, C, und insbesondere auch D sowohl mit insgesamt 79 % der Gebäude als auch mit über 72 % der Wohnfläche in Freiburg signifikant vertreten (Kap. 6.1.4; Tab. 9) und stellen damit einen Handlungsschwerpunkt bei der energetischen Sanierung dar. Vor allem der hohe Gebäudeanteil der Baualtersklasse D (32 %) befindet sich bei einem angenommenen Sanierungszyklus von 30-40 Jahren derzeit in einem sanierungsbedürftigen Alter und ist für eine energetische Sanierung besonders interessant. Der Anteil der Gebäude in der Baualtersklasse E ist zwar nicht sehr hoch, diese Gebäude werden aber in naher Zukunft in den Sanierungszyklus kommen und bilden damit einen weiteren zukünftigen Handlungsschwerpunkt. Diskussion der Ergebnisse 116 Die Betrachtung der Wohnfläche nach Baualtersklassen (Tab. 9) unterstreicht den Handlungsschwerpunkt bei den Mehrfamilien- und Hochhäusern in den Baualtersklassen A-D und zukünftig auch E. Bei den Einfamilienhäusern ist zudem noch die Baualtersklasse D als möglicher Schwerpunkt zu nennen. Gebäudetyphäufigkeit innerhalb BAK 100% 146 95 90% 80% 70% 103 231 413 979 276 470 577 74 827 256 1606 2245 326 75 177 333 621 50% 40% 368 1794 125 MFH 760 1012 1422 720 766 3164 ZFH EFH 1289 864 HH GMH 980 20% 10% 128 252 1291 60% 30% 351 0% A B C D E F G Baualtersklassen Abbildung 40: Gebäudetypenhäufigkeit nach Baualtersklassen bezogen auf die Gesamtstadt Freiburg. Die Zahlenwerte im Diagramm stellen die absolute Gebäudezahl dar (eigener Entwurf). 7.3 Heizwärmebedarf und Einsparpotentiale Wie in Kapitel 6.2 aufgezeigt, weisen die verschiedenen Stadtbezirke teils erheblich unterschiedliche Werte in Bezug auf den Heizwärmebedarf und dessen Einsparpotentiale auf. Diese sind abhängig von der Zusammensetzung des Gebäudebestandes durch die Gebäudetypenund Baualtersklassenanteile. Heizwärmebedarf des unsanierten historischen Gebäudebestandes Zähringen steht zwar an sechzehnter Stelle, was seinen Flächenanteil an der Stadt Freiburg ausmacht, dennoch beinhaltet Zähringen mit knapp 420.000m² die meiste Wohnfläche aller Stadtteile. In diesem Zusammenhang ist der hohe in Kap. 6.2.1 ermittelte Heizwärmebedarfswert von 51,2 GWh/a zu sehen. Hinzu kommt, dass sich mehr als 42 % der Wohnfläche in verbrauchsintensiven Ein, Zwei- und Mehrfamilienhäusern der Baualtersklasses A-D befinden, welche mit 56 % den Löwenanteil des Heizwärmebedarfes bilden. Beachtliche 18 % des Heizenergiebedarfes fallen jedoch alleine auf Hochhäuser der Baualtersklasse D. Seit der Baualtersklasse D wurden verstärkt Hochhäuser gebaut, welche heute 35 % der Zähringer Wohnfläche beinhalten. Da diese auf Grund ihres Oberflächen-Volumen-Verhältnisses weniger Wärmeverlust aufweisen, senken sie den Heizwärmebedarf in Zähringen bezogen auf die Wohnfläche auf 123 kWh/m²a. Diskussion der Ergebnisse 117 Desweiteren weist St. Georgen-Nord einen hohen Heizwärmebedarf von 50 GWh/a auf. Die Erklärung hierfür liefern vor allem die Mehrfamilien- und Hochhäuser der Baualtersklasse D, die 33 % der Wohnfläche und 30 % des Heizenergiebedarfes ausmachen. In Unter-Wiehre-Süd befinden sich knapp über 25 % der Wohnfläche in Hochhäusern der Baualtersklasse D, welche zu 20 % den Heizwärmebedarf ausmachen. 15 % der Wohnfläche befinden sich in Ein- und Zweifamilienhäusern der Baualtersklasse A-C, welche mit 22 % den stadtbezirksbezogenen Heizwärmebedarf auf 46,1 GWh/a in die Höhe treiben. Weiterhin treibt vor allem die hohe Zahl an Mehrfamilienhäusern der Baualtersklasse A-D (25 % der Wohnfläche) mit einem Anteil von 29 % den Bedarf in die Höhe. Insgesamt weist Unter-Wiehre-Süd im Vergleich zu den übrigen Wiehre-Stadtbezirken einen heterogen Gebäudebestand sowohl in Hinsicht auf die Gebäudetypen, als auch auf die Baualtersklassen auf. Haslach-Schildacker weist hauptsächlich Mehrfamilienhäuser, große Mehrfamilienhäuser und Hochhäuser der Baualtersklassen C-E auf. Da dieser Stadtbezirk hauptsächlich Nichtwohngebäude und lediglich 38 % Wohngebäude enthält (Abb. 20), sind die Wohnfläche und der errechnete Bedarf demensprechend gering (5,5 GWh/a). Dasselbe gilt für den geringen Bedarf von 2,5 GWh/a für Brühl-Industriegebiet (7 % Wohngebäude) und Mundenhof (22 % Wohngebäude). Der Stadtteil Mundenhof weist zwar den geringsten Heizwärmebedarf auf, wird dieser jedoch auf die Wohnfläche bezogen, zeigt sich ein anderes Bild. Mundenhof hat mit 184 kWh/m²a den höchsten Heizwärmebedarf. Zu berücksichtigen ist hierbei jedoch, dass Mundenhof lediglich 1600 m² Wohnfläche verteilt auf drei Mehrfamilienhäuser (BAK B), und jeweils ein Ein- (BAK A) und Zweifamilienhaus (BAK B) aufweist. Da diese Baualtersklassen die größten Einsparpotentiale enthalten, ist dieses in Mundenhof mit 67 % dementsprechend hoch. Dieser relativ kleine und homogene Gebäudebestand beeinflusst die Mittelwertbildung hin zu einem hohen Heizwärmebedarf pro Quadratmeter. Dies sollte daher bei einem direkten Vergleich mit anderen weitaus größeren Stadtbezirken berücksichtigt werden. Kappel weist mit fast 160 kWh/m²a einen hohen flächenbezogenen Heizwärmebedarf auf, was auf einen sehr hohen Anteil an Einfamilienhäuser (43 %) und Zweifamilienhäuser (35 %) zurückzuführen ist. Nahezu 70 % dieser Gebäude wurden zudem vor 1987 gebaut und sorgen für einen hohen Heizwärmebedarf. Einen etwas geringeren Heizwärmebedarf pro Quadratmeter ergeben die Berechnungen für den Stadtbezirk Mittel-Wiehre. Zu begründen ist dies damit, dass hier insgesamt alle Gebäudetypen sehr alt sind. Gut 70 % des gesamten Gebäudebestandes gehören der Baualtersklasse A an. Dass der Mittelwert für den Heizwärmebedarf nicht sehr viel schlechter ausfällt, verdankt die Mittel-Wiehre dem hohen Anteil an Mehrfamilienhäuser, die 65 % des Gebäudebestandes ausmachen und zu 82 % der Baualtersklasse A angehören. Der Stadtteil Waldsee weist sowohl wohnflächenbezogen (96 kWh/m²a), als auch bezogen auf den gesamten Stadtteil (23,8 GWh/a) mit 64 % sehr hohe Einsparpotentiale auf. Dies ist damit zu begründen, dass sich in Waldsee alleine 14 % der Wohnfläche in Einfamilienhäusern der Baualtersklasse B befinden. Insgesamt befinden sich hier 62 % der Wohnfläche innerhalb von Gebäuden der Baualtersklasse A-C, welche somit für hohe Bedarfswerte sorgen und 66 % des Diskussion der Ergebnisse 118 Heizwärmebedarfs des Stadtteiles benötigen. Gleiches gilt für den Stadtbezirk BrühlIndustriegebiet und Herdern-Nord. Hier befinden sich 56-57 % der Wohnfläche in Gebäuden der Baualtersklasse A-C, welche in Herdern-Nord 60 % und in Brühl-Industriegebiet 57 % des Heizwärmebedarfs des Stadtbezirkes ausmachen. Für den gesamten Innenstadtbereich wurden hohe Bedarfswerte ermittelt. Die Gründe hierfür liegen vor allem in der hohen Zahl an Mehrfamilienhäusern der Baualtersklasse A in der Altstadt (38 % der Wohnfläche) und Wiehre (58 % der Wohnfläche). Landwasser und Betzenhausen-Bischofslinde haben mit Werten zwischen 46-47 kWh/m²a die geringsten Werte bezogen auf die Wohnfläche, was durch die hohen Anteile bereits vorhandener Neubauten der letzten Jahre, sowie die hohe Anzahl an Mehrfamilien- und Hochhäusern zu begründen ist. Tabelle 19: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten Heizwärmeeinsparung; absteigend sortiert (eigene Berechnungen). Rang 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Stadtbezirk Einsparung relativ zum unsan. Bestand [%] Mundenhof 67,35 Waldsee 64,13 Brühl-Indust. 63,13 Herdern-Nord 62,98 Neuburg 62,76 Moosw-West 62,71 Stühl.-Beur. 62,33 Mooswald-Ost 62,19 Unterw.-Süd 62,07 Hasl.-Egerten 61,80 … Munzingen 48,51 Vauban 21,65 Rieselfeld 19,40 Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Zähringen St. Georgen-N. Unterwiehre-Süd Weingarten Littenweiler Haslach-Gt. Alt-Stühlinger Oberwiehre Waldsee Herdern-Nord … Haslach-Schild. Brühl-Indust. Mundenhof Absolute Einsparung [GWh/a] 29,72 29,70 28,58 25,38 25,35 24,88 24,84 24,78 23,80 23,73 2,67 1,60 0,20 Eine Gegenüberstellung der absoluten Heizwärmeeinsparung eines sanierten Gebäudebestandes mit den Einsparpotentialen relativ zu einem unsanierten historischen Bestand (Tab. 19) zeigt, in welchen Bezirken ein hohes Maß an Energieeinsparungen erreicht werden kann. Waldsee, Unter-Wiehre-Süd und Herdern-Nord befinden sich in beiden Fällen unter den zehn Stadtbezirken mit den jeweils höchsten Einsparpotentialen, gefolgt von Haslach-Gartenstadt, Herdern-Süd, Oberwiehre, Neuburg und St Georgen-Nord. Diese Stadtbezirke beherbergen somit einen Großteil der Gebäude, die sowohl absolut als auch relativ hohe Einsparpotentiale bieten. Gezielte Förderprogramme und eine Sensibilisierung des öffentlichen Bewusstseins hinsichtlich der Einsparpotentiale könnten in diesen Stadtbezirken besonders effektiv sein. Die Schlusslichter bilden Ebnet, Munzingen und insbesondere Rieselfeld und Vauban, welche auf Grund der modernen Gebäudestruktur die geringsten Einsparpotentiale aufweisen. Beispielsweise wurden alle Gebäude im Stadtteil Vauban mindestens entsprechend dem Niedrigenergie- Diskussion der Ergebnisse 119 Standard28 errichtet, wobei die etwa 100 Einheiten der Solarsiedlung29 über das Jahr gerechnet mehr Energie erzeugen sollen, als sie selbst verbrauchen (Disch 2009). Insgesamt summieren sich die absoluten Einsparungen aller Stadtteile auf 640,3 GWh pro Jahr, was in etwa der Heizleistung von 63,4 Mio Liter Heizöl (ca. 2900 Tankwagen) entspricht. Würde die Dreisam Heizöl statt Wasser führen, würde diese Menge bei einem mittleren Abfluss von 5m³/Sekunde in 3 ½ Stunden an Freiburg vorbeifließen. 7.4 Kohlendioxidemissionen Das primäre Ziel des Freiburger Förderprogrammes „Wärmeschutz im Altbau“ aus dem Jahre 2002 und 2003 war die CO2-Einsparung durch die energetische Sanierung von Gebäuden. Als CO2-Einsparungsziel für die folgenden 30 Jahre wurden 37.500 t CO2 vorgegeben (Kap. 4.7.3). Durch die Umsetzung der Maßnahmen an verschiedenen Gebäuden in ganz Freiburg konnten durch das Förderprogramm in den Jahren 2002 und 2003 rund 68.000 MWh Heizenergie eingespart werden. Für die Umwelt bedeutet diese eine Entlastung von 20.750 t CO2 in den nächsten 30 Jahren, bzw. 690 t/a (Basche 2004, S. 3) Für die Fortsetzung des Programmes im Jahr 2005 wurden vom Amt für Umweltschutz Abschätzungen der CO2-Reduktion durch insgesamt 132 Effizienzsteigerungsmaßnahmen an Einzelgebäuden zur Verfügung gestellt (Basche 2007). Insgesamt summieren sich hierbei die Emissionsreduktionen in Freiburg auf 1.460 Tonnen pro Jahr bei einem in Kapitel 6.4 errechneten Gesamtreduktionspotential von 173.700 Tonnen. Dies zeigt, dass das Potential der Gesamtstadt zur Reduktion der jährlichen Emissionen durch die beiden städtischen Förderungsprogramme noch nicht einmal zu 0,85 % erschlossen wurde. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass in den städtischen Programmen auch Optimierungsmaßnahmen an Heizungsanlagen umgesetzt wurden, die in dem hier errechneten Gesamtreduktionspotential von 173.700 Tonnen nicht enthalten sind. Die hier genannten Emissionsreduktionen durch Förderungen beinhalten nur die Resultate aus den Förderprogrammen der Stadt Freiburg. Weitere Verbesserungen im Gebäudebestand sind durch Förderungen des Bundes und der Länder, sowie verschiedener Förderbanken zu erwarten. In Kapitel 6.4 wurden die Potentiale zur Reduktion der Kohlendioxidemissionen zum einen in Hinblick auf das Reduktionspotential des gesamten Gebäudebestandes differenziert, welches Abhängig von der Größe und Bebauungsdichte eines Stadtbezirkes ist, und zum anderen nach den Reduktionspotentialen pro Quadratmeter Wohnfläche. Wie auch bei den Energieeinsparpotentialen soll auch für die Reduktion der Kohlendioxidemissionen eine Gegenüberstellung der beiden Rangfolgen erfolgen. Die Gegenüberstellung (Tab. 20) zeigt, dass Waldsee und Unterwiehre-Süd in beiden Fällen beständig innerhalb der ersten 10 Rangfolgen platziert sind, gefolgt von Herdern-Nord, Haslach-Gartenstadt, Mittel- und Oberwiehre. Somit beinhalten diese Stadtbezirke in der genannten Reihenfolge die höchsten Einsparpotentiale durch Maßnahmen an der Gebäudehülle, was sowohl den Heizenergiebedarf, als auch die Reduktion der Kohlendioxidemissionen angeht. Die 28 Heizenergieverbrauch zwischen 40 und 60 kWh/m²a 29 Kleines Quartier am Schlierberg im Stadtteil Vauban mit vorwiegend Plusenergiehäusern Diskussion der Ergebnisse 120 Stadtbezirke Munzingen, Ebnet, Rieselfeld und Vauban finden sich jeweils in den hinteren Bereichen der Rankings wieder und beinhalten somit die geringsten Reduktionspotentiale. Tabelle 20: Gegenüberstellung der Rangfolgen der relativen und absoluten CO2-Einsparung, absteigend sortiert (eigene Berechnungen). Rang 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Stadtbezirk CO2-Einsparung relativ zum unsan. Bestand [%] Mundenhof 67,35 Waldsee 64,13 Brühl-Indust. 63,13 Herdern-Nord 62,98 Neuburg 62,76 Mooswald-West 62,71 Stühlinger-Beur. 62,33 Mooswald-Ost 62,19 Unterw.-Süd 62,07 Hasl.-Egerten 61,80 … Munzingen 48,51 Vauban 21,65 Rieselfeld 19,40 Rang Stadtbezirk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. … 40. 41. 42. Zähringen St. Georgen-N. Unterw.-Süd Weingarten Littenweiler Haslach-Gt. Alt-Stühlinger Oberwiehre Waldsee Herdern-Nord … Haslach-Schild. Brühl-Indust. Mundenhof Absolute CO2 Einsparung [kg/a] 8061,44 8055,69 7753,26 6883,13 6876,16 6748,61 6737,99 6721,57 6454,82 6437,24 723,64 433,66 53,93 Kohlendioxidemissionen im nationalen Vergleich In Deutschland werden pro Jahr 113 Mio. Tonnen CO2 durch den Haushaltssektor emittiert. Rund 90 % dieser Emissionen (101,7 Mio. Tonnen) resultieren aus der Bereitstellung der Raumwärme (Umweltbundesamt 2007, S. 4). Bei einer Bundesbevölkerung von 82,1 Mio. Einwohnern ergibt sich somit eine Pro-Kopf-Emission von rund 1,24 Tonnen pro Person und Jahr. Wird diese Berechnung auf die ermittelten Werte eines unsanierten Gebäudebestandes der Stadt Freiburg mit 300.000 Tonnen CO2-Emissionen und 220.000 Einwohnern übertragen, so ergibt sich eine pro-Kopf-Emission von 1,36 Tonnen pro Jahr. Dieser Wert liegt somit 9 % über dem Bundesschnitt. Diese Abweichung ist auf die Annahme eines komplett unsanierten Gebäudebestandes für Freiburg zurückzuführen. Unter Annahme eines vollständig sanierten Gebäudebestandes mit einer Jahresemission von 125.000 Tonnen CO2 wären es lediglich 0,57 Tonnen pro Einwohner und Jahr. Dass die pro-Kopf-Emissionen aus der Heizwärmebereitstellung für Deutschland lediglich etwa 9 % unter dem angenommenen „Worst-Case-Scenario“ für Freiburg liegen zeigt, dass auch bundesweit ähnlich hohe und ungenutzte Potentiale sowohl zur Reduktion des Heizwärmebedarfes, als auch der CO2-Emissionen zu finden sind. Diskussion der Ergebnisse 7.5 121 Kohlendioxidkompensationsflächen Eine der wichtigsten aktuellen Kohlenstoffsenken sind Wälder als Teil der Biosphäre (Kap. 4.1.1). Eine Studie des Forschungsinstitut Eberswalde „Kohlenstoffpotentiale mitteleuropäischer Wälder“ von Prof. Dr. Gerhard Hofmann, Dr. Martin Jenssen und Dr. Siegfried Anders hat ergeben, dass jeder mitteleuropäische Hektar Wald im Durchschnitt 3,8 Tonnen Kohlenstoff oder dementsprechend 13,8 Tonnen CO2 pro Jahr bindet. Eine Fichte im Altbestand bindet beispielsweise etwa 95 Kilogramm CO2-Äquivalente pro Jahr, eine Buche 182 Kilogramm (Hofmann et al. 2002). Für den Energieverbrauch zur Bereitstellung der Heizwärme im unsanierten Gebäudebestand wäre somit eine Fläche von 21.700 Hektar nötig, um die etwa 300.000 Tonnen CO2 jährlich abzubauen. Dies entspricht der Fläche des gesamten Stadtgebietes mit einem zusätzlichen 1000 Meter breiten Band um die Stadtgrenze (Abb. 41). Unter Annahme eines sanierten Gebäudebestandes, mit Emissionen von etwa 125.000 Tonnen CO2, würde eine Fläche von lediglich 9.080 Hektar genügen - 58 % weniger als im ursprünglichen Zustand. Dies entspricht im Wesentlichen dem in Abbildung 41 grün dargestellten Freiburger Stadtgebiet östlich der Güterbahnlinie und der Breisacher-S-Bahnlinie. Abbildung 41: Waldflächenbedarf zur Kompensation der Kohlendioxidemissionen aus der Heizwärmebereitstellung (eigener Entwurf). Diskussion der Ergebnisse 122 Umgerechnet auf die knapp 220.000 Einwohner der Stadt Freiburg im Jahre 2008, müssten zur Reduktion der CO2-Emissionen aus der Bereitstellung der Raumwärme eines unsanierten Gebäudebestandes jährlich 8 Buchen oder 15 Fichten pro Einwohner ihre Reduktionsarbeit verrichten. Bei einem sanierten Gebäudebestand wären es lediglich 4 Buchen oder 6 Fichten. Dabei ist die CO2-reduzierende Photosynthese eines Baumbestandes als CO2-Senke hauptsächlich in der Wachstumsperiode des Sommerhalbjahres aktiv, während die Emissionen durch Heizen phasenverschoben in der Heizperiode des Winterhalbjahres produziert werden. 7.6 Übertragbarkeit der Methode auf andere Regionen Die hier angewandte Methode zur Analyse des Gebäudebestandes ist auf beliebige Städte und Regionen anwendbar, insofern räumlich differenzierte Informationen zu Gebäudeart, Baualter und Gebäudegröße vorhanden und zugänglich sind. Die Klassengrenzen der Baualtersklassen, Gebäudetypen sowie der Bedarfs- und Emissionswerte können an die jeweils gültigen Rahmenbedingungen und Untersuchungsschwerpunkte angepasst werden. Anhand einer Klimabereinigung können auch überregionale Bedarfswerte an den jeweiligen Standort angepasst werden. Die Methode stellt damit eine kostengünstige Alternative zu aufwendigen Verbrauchsmessungen dar. Zusammenfassung 8 123 Zusammenfassung Auf der Suche nach Lösungen zur Minderung des anthropogenen Einflusses auf das Klimasystem, sowie der zeitlichen Reichweitenverlängerung der zur Neige gehenden fossilen Energieträgerressourcen, spielt die effiziente Nutzung von Energie eine wesentliche Rolle. Sowohl auf internationaler, als auch auf nationaler Ebene wurden Ziele zur Reduktion der Kohlendioxidemissionen festgelegt und Rahmenbedingungen geschaffen, um diese Ziele zu erreichen. Diese Arbeit hat gezeigt, dass die Stadt Freiburg durch ihren charakteristischen Gebäudebestand hohe Potentiale sowohl bei der Reduktion des Energieverbrauches zur Bereitstellung der Raumwärme, als auch bei der Reduktion der Emissionen klimawirksamer Kohlendioxidemissionen birgt. Diesem Ergebnis lag in einem ersten Schritt die Analyse des Gebäudebestandes zu Grunde, welcher entsprechend dem Baualter und der Größe der Gebäude differenziert und für die einzelnen Stadtbezirke dargestellt wurde. Die verschiedenen Baualtersklassen und Gebäudetypen benötigen auf Grund charakteristischer Konstruktionsmerkmale unterschiedliche Mengen an Energie, um eine angenehme Raumwärme im Gebäude zu erhalten. Um diesen energetischen Gebäudeeigenschaften Rechnung zu tragen, wurde für die verschiedenen Gebäudetypen und Baualtersklassen der Heizwärmebedarf unter Berücksichtigung des regionalen Klimas ermittelt. Hinsichtlich des Heizwärmebedarfes wurde der Gebäudebestand zum einen in Hinblick auf den historischen Zustand untersucht, wobei keine baulichen Veränderungen seit dem Bau der Gebäude angenommen wurden. Zum anderen wurden die Auswirkungen einer Anpassung aller Gebäude an den heute üblichen Wärmeschutz analysiert. Die Differenz des unsanierten, historischen und des modernen, optimierten Gebäudezustandes zeigt das hohe Potential, welches der Gebäudesektor in Freiburg birgt. Anhand der Resultate aus der Analyse des Gebäudebestandes, sowie dessen Energieverbrauch und der Energie- und Kohlendioxidreduktionspotentiale lassen sich die in der Einleitung gestellten Fragen klären. 1. Welche charakteristischen Merkmale weist der Freiburger Gebäudebestand auf? Die Stadt Freiburg wird durch einen hohen Wohngebäudeanteil geprägt. Insgesamt beträgt hier der Anteil der Wohngebäude 80 %. Lediglich in den Stadtbezirken Brühl-Industriegebiet, Haslach-Schildacker und Mundenhof überwiegen Nichtwohngebäude mit bis zu 75 %. Die Untersuchung nach dem Vorkommen verschiedener Gebäudetypen ergab, dass Freiburg deutlich durch bauliche Kleinformen wie Einfamilienhäuser, Zweifamilienhäuser und Mehrfamilienhäuser geprägt ist. Alleine Ein- und Zweifamilienhäuser bilden 57 % des Freiburger Gebäudebestandes. Mit zunehmender Entfernung von der Kernstadt nimmt der Anteil der Ein- und Zweifamilienhäuser zu Lasten größerer Gebäude zu. Somit weisen die das Stadtgebiet begrenzenden Bezirke wie etwa Waltershofen, Munzingen, Tiengen, Opfingen und Hochdorf die höchsten Anteile von Einfamilienhäuser mit bis zu 58 % auf, wohingegen dieser Gebäudetyp in der Kernstadt eher selten vorkommt Im Bereich der Kernstadt überwiegen deutlich die Mehrfamilienhäuser mit bis zu 66 % der Gebäude im Stadtbezirk Haslach-Schildacker. Insgesamt sind in Freiburg Mehrfamilienhäuser mit bis zu 6 Wohnungen mit 26 % vertreten. Bauliche Großformen wie Hochhäuser (10 %) und große Mehrfamilienhäuser (7 %) bilden in Zusammenfassung 124 Freiburg eher eine Minderheit. Dennoch beinhalten die wenigen Hochhäuser beachtliche 37 % der Freiburger Wohnfläche. Die Untersuchung des Gebäudebestandes nach dem Baualter ergab, das vor allem die WiehreBezirke mit bis zu 75 % sehr hohe Anteile innerhalb der beiden ältesten Baualtersklasse A-B aufweisen. Geprägt durch die Zerstörungen des Zweiten Weltkrieges, weisen die nördlich der Wiehre gelegenen Stadtbezirke der Kernstadt eine heterogenere Verteilung der Baualtersklassen auf. Entsprechend verschiedener Siedlungskonzepte und Wohnraumförderungen weisen einzelne Stadtbezirke sehr hohe Häufigkeiten bestimmter Baualtersklassen auf, wie z.B. Weingarten und Landwasser mit Gebäudebeständen, die annähernd zu 100 % der Baualtersklasse D zuzuordnen sind. Ein weiteres Beispiel sind die beiden jüngsten Stadtbezirke Rieselfeld und Vauban, deren Gebäude zu 100 % den modernen Baualtersklassen G und F angehören. Insgesamt sind etwa 80 % der Freiburger Gebäude den Baualtersklassen A-D zuzuordnen, welche damit vor dem Jahr 1987, und somit überwiegend vor Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung gebaut wurden. 2. Wie viel Heizwärme benötigt Freiburg auf Grund dieser typischen Gebäudestruktur? Anhand der Klimabereinigung von Heizwärmebedarfswerten fünf verschiedener Standorte in Deutschland konnte nachgewiesen werden, dass der Heizwärmebedarf in Freiburg auf Grund hoher Jahresmitteltemperaturen geringer ist als an vielen anderen Standorten. So weisen beispielsweise Gebäudetypen in Hamburg einen um 18 % höheren Heizwärmebedarf auf, als die gleichen Gebäudetypen in Freiburg. Die für den Standort Freiburg ermittelten Heizwärmebedarfswerte hängen neben klimatischen Bedingungen auch vom Gebäudetyp und der Baualtersklasse ab. Gebäude älteren Baujahres benötigen auf Grund geringer Wärmeschutzmaßnahmen mehr Heizwärme als moderne Gebäude. Gleichermaßen benötigen kleine Einfamilienhäuser auf Grund ihres ungünstigen Verhältnisses von Oberfläche und Volumen mehr Heizwärme als Hochhäuser. Zusammengenommen ergeben diese beiden Faktoren für jeden Stadtbezirk ein charakteristisches Bild. Dieses kann zum einen auf den Stadtteil als solchen bezogen werden, oder, um auch die Größenunterschiede der vorhandenen Wohnfläche in den Stadtbezirken zu berücksichtigen, je Quadratmeter Wohnfläche betrachtet werden. Somit weisen die Stadtbezirke Zähringen, St-GeorgenNord und Unter-Wiehre-Süd auf Grund ihres hohen Wohnflächenanteils von jeweils rund 4 % an der gesamten Freiburger Wohnfläche die höchsten Bedarfswerte auf (z.B. Zähringen 52 GWh/a). Wird der Energieverbrauch ins Verhältnis zur Wohnfläche gesetzt, ergeben sich die Stadtbezirke mit dem höchsten Energiebedarf pro Quadratmeter Wohnfläche. Dieser ist in Kappel, Mundenhof und Mittelwiehre mit Werten bis weit über 150 kWh/m²a im unsanierten Gebäudezustand, bzw. um die 60 kWh/m²a im sanierten Zustand am größten. Die Gesamtstadt Freiburg benötigt unter Annahme eines unsanierten, historischen Gebäudezustands 1102 GWh/a bei durchschnittlich 125 kWh/m²a. Im wärmeschutztechnisch optimierten, sanierten Zustand sind es lediglich 462 GWh/a bei durchschnittlich 53 kWh/m²a. Dieser Wert entspricht den Bedarfswerten moderner Niedrigenergiehäuser, welche zwischen 40 und 60 kWh/m²a benötigen. Zusammenfassung 125 3. Welchen Beitrag kann der Gebäudesektor durch Ausschöpfung der Energie- und CO2-Einsparpotentiale zum Klimaschutz leisten? Das Reduktionspotential des Heizwärmebedarfs und der CO2-Emissionswerte wird aus dem Vergleich des unsanierten mit dem sanierten Gebäudebestand deutlich. Insgesamt könnte in Freiburg durch die energetische Modernisierung der Gebäudehülle 630 GWh/a an Heizwärme eingespart werden. Dies entspricht in etwa der Jahresleistung des Rheinkraftwerkes bei Laufenburg, bzw. 2900 Tankwagen mit Heizöl. Bezogen auf den Quadratmeter Wohnfläche sind dies 77 kWh/m²a weniger Heizwärme als im unsanierten Gebäudebestand. Im Gesamtdurchschnitt der Stadt könnte somit 58 % des Heizwärmebedarfs alleine durch die Optimierung der Gebäudehülle erreicht werden. Einige Stadtbezirke erreichen auf Grund ihres großen Anteils besonders alter Baualtersklassen, welche besonders hohe Reduktionspotentiale bergen, außerordentlich hohe Werte zur Reduktion des Wärmebedarfs. So weist vor allen anderen Stadtbezirken der Stadtteil Mundenhof auf Grund seiner alten Gebäude der Baualtersklasse A und B mit 67 % die höchsten Einsparpotentiale auf. Da dieser Stadtteil jedoch sehr klein ist, liegt die Bedarfsreduktion lediglich bei 0,2 GWh/a. Unter Berücksichtigung der sowohl relativen, als auch absolut eingesparten Energie bergen die Stadtbezirke Waldsee und Unterwiehre-Süd das höchste Einsparpotential. Hier können durch ein relatives Einsparpotential von etwa 63 % etwa 24-28 GWh/a pro Stadtbezirk eingespart werden. Diese Einsparungen an Heizwärme bedeuten eine Reduktion der CO2-Emisssionen um 173.700 Tonnen pro Jahr für die gesamte Stadt Freiburg, sowie eine Reduktion um 20 kg/m²a bezogen auf die Wohnfläche. Die höchsten absoluten Reduktionspotentiale weisen dabei die Stadtbezirke Zähringen und St.-Georgen-Nord mit über 8000 Tonnen CO2 pro Jahr auf. Um die gesamten Emissionen der Stadt Freiburg in einem unsanierten Gebäudebestand von etwa 300.000 Tonnen pro Jahr zu kompensieren, müsste eine Waldfläche von der Größe des gesamten Stadtgebietes plus einem zusätzlichen 1000 Meter breiten Band um die Stadtgrenze ihre CO2-Reduktionsarbeit verrichten. Wäre der Gebäudebestand saniert, würde eine Waldfläche genügen, welche nicht einmal so groß ist, wie das östlich der Autobahn gelegene Stadtgebiet. Literatur 126 Literatur Alber, Diana (15.10.2008): Information Wohnbaustatistik. Freiburg. E-Mail an Sven Fitz. Alianza del Clima e.V. (Hg.) (2008): Klima-Bündnis der europäischen Städte mit indigenen Völkern der Regenwälder. Online verfügbar unter http://www.klimabuendnis.org, zuletzt geprüft am 06.12.2008. Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung (08.09.2008): Anfrage Baualtersklassen. Freiburg. E-Mail an Sven Fitz. Amt für Umweltschutz u. Gesundheitsförderung (1996): Heidelberger Gebäudetypologie. 1. Aufl. Heidelberg. Andel, Tjeerd H. van (1992): Das neue Bild eines alten Planeten. Die neuen Erkenntnisse der dynamischen Erdwissenschaft. München: Droemer Knaur (Knaur, 4086). Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (Hg.) (2007): Auswertungstabellen zur Energiebilanz für die Bundesrepublik Deutschland. 1990-2006. ARGE Freiburger Stadtbild e.V. (Hg.) (2007): Freiburg und seine Stadtteile. Unter Mitarbeit von Paul Bert. Freiburg i. Br.: Promo. Bartelme, Norbert (2005): Geoinformatik. Modelle, Strukturen, Funktionen. 4. Aufl. Berlin u.a.: Springer. Basche, Iris (2004): Förderprogramm Wärmeschutz im Altbau. Abschließende Bewertung der Pilotphase. Herausgegeben von Umweltschutzamt Stadt Freiburg. Freiburg. Basche, Iris (2007): Förderprogramm Wärmeschutz im Altbau. Erfahrungsbericht 2005/2006. Herausgegeben von Umweltschutzamt Stadt Freiburg. Freiburg. BBC (Hg.) (2007): 50 years on: The Keeling Curve legacy. Unter Mitarbeit von Helen Briggs. (Science/Nature). Online verfügbar unter http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7120770.stm, zuletzt aktualisiert am 02.12.2007. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (Hg.) (2008a): Energie und Klima. Online verfügbar unter http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energie-und-klima.html, zuletzt geprüft am 16.09.2008. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (Hg.) (2008b): Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen. Energiestatistiken. Referat Öffentlichkeitsarbeit. Online verfügbar unter http://www.bmwi.de/BMWi/Navigation/Energie/energiestatistiken,did=176660.html, zuletzt geprüft am 23.12.2008. Böde, Ulla; Gruber, Edelgard; Jochem, Eberhard (1999): Hemmnisabbau bei der rationellen Energieverwendung - Wohn- und Verwaltungsgebäude. Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (Hg.). Karlsruhe: ISI. Literatur 127 Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle BAFA (2009): Energie Förderprogramme. Online verfügbar unter http://www.bafa.de/bafa/de/energie/index.html, zuletzt aktualisiert am 20.02.2009, zuletzt geprüft am 22.02.2009. Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hg.) (2008a): Umweltpolitik. Zahlen - Daten - Fakten. 1. Aufl. Berlin. Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hg.) (2008b): Nationales Klimaschutzprogramm. Beschluss der Bundesregierung vom 13.Juli 2005. Berlin. Online verfügbar unter http://www.clearingstelle-eeg.de/node/154, zuletzt geprüft am 27.11.2008. Bundesumweltministerium (Hg.) (2007): Internationale Klimapolitik. Referat Öffentlichkeitsarbeit. Online verfügbar unter http://www.bmu.de/klimaschutz, zuletzt aktualisiert am 01.10.2007, zuletzt geprüft am 15.09.2008. Bürgerverein Freiburg Mooswald e.V. (Hg.) (2008): Stadtteilgeschichte. Online verfügbar unter http://www.bvfm.de, zuletzt aktualisiert am 04.01.2008, zuletzt geprüft am 23.10.2008. Bürgerverein Oberwiehre-Waldsee e.V. (Hg.) (2007): 1000 Jahre Wiehre. Ein Almanach 10082008. Freiburg: Promo Verlag. Dedekind, Marianne (2006): Dämmen, heizen, lüften. Ihr Ratgeber für effizienten Wärmeschutz. Herausgegeben von Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt. Hamburg. Hamburg. (Wachsende Stadt - grüne Metropole am Wasser). Deutsche Energie-Agentur; Solarpraxis AG (Hg.) (2004): Modernisierungsratgeber Energie. Kosten sparen Wohnwert steigern Umwelt schonen. Berlin: Dena. Deutsche Meteorologische Gesellschaft (2004): Stellungnahme zu den Grundlagen des Treibhauseffektes. Die Basis des anthropogenen Treibhauseffektes. Deutscher Wetterdienst (15.04.2008): Neue Fakten zum Klimawandel in Deutschland. Pressemitteilung vom 15.04.2008. Berlin. Disch, Rolf (2009): Solarsiedlung in Freiburg. Wohnen mit der Sonne. Solarsiedlung GmbH. Online verfügbar unter http://www.solarsiedlung.de, zuletzt geprüft am 13.02.2009. Dittrich, Christian (10.02.2009): Energieausweisdaten.U-Sieben Energieberaternetzwerk. Waldkirch. Email an Sven Fitz. Ebel, Witta (1996): Der zukünftige Heizwärmebedarf der Haushalte. 1. Aufl. Darmstadt: IWU. Ecker, Ulrich P. (1994): Freiburg 1944 - 1994, Zerstörung und Wiederaufbau. Begleitbuch zur Ausstellung von Stadtarchiv und Augustinermuseum anläßlich des 50. Jahrestags der Zerstörung Freiburgs im Luftkrieg am 27. November 1944. Unter Mitarbeit von Jörg Stadelbauer. Waldkirch: Waldkircher Verl. Energie- und Umweltzentrum Allgäu (2002): Bauen für die Zukunft. Wirtschaftlich, energiebewusst, komfortabel. Ratgeber zur Energieeinsparverordnung für Bauherren und Käufer. Berlin: Dena. Literatur 128 Feist, Wolfgang (2007): Was ist ein Passivhaus. Passivhaus Institut. Online verfügbar unter http://www.passiv.de/, zuletzt aktualisiert am 12.11.2007, zuletzt geprüft am 21.12.2008. Fiek, Wolfgang (Hg.) (1999): Die Wiehre - ein Almanach. Freiburg: Kehrer. Fischlin, A. (2007): Ecosystems, their properties, goods and services. Unter Mitarbeit von M. van der Parry, O. Canziani und J. Palutikof et al. Cambridge. (Climate change 2007: Impacts, adaptation and vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC)). Fischlin, A.; Buchter, B.; Matile, L.; Hofer, P.; Taverna, R. (2006): CO2-Senken und -Quellen in der Waldwirtschaft – Anrechnung im Rahmen des Kyoto-Protokolls. Herausgegeben von Bundesamt Umwelt. Bern. (Umwelt-Wissen, 0602). Freiburger Stadtbau GmbH (2002): Vorbereitende Untersuchungen "Soziale Stadt Alt-Haslach". Freiburg: Freiburger Stadtbau. Fritsche, Uwe (2008): GEMIS Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme. Version 4.3: Institut für angewandte Ökologie e.V.. Freiburg. Gebhardt, Hans; Glaser, Rüdiger; Radke, Ulrich, et al. (Hg.) (2007): Geographie. Physische Geographie und Humangeographie. 1. Aufl. München: Elsevier Spektrum Akad. Verl. Görtz, Werner (2005): Gebäudetypologie für die Stadt Düsseldorf. Endbericht. Herausgegeben von Umweltamt Landeshauptstadt Düsseldorf. Ingenieurbüro ebök GbR. Großmann, Bettina (2008): Pellet-Brennwertkessel. In: Gebäude-Energieberater, Jg. 11, S. 1314. Haas-Arndt, Doris; Ranft, Fred (2008): Altbauten sanieren - Energie sparen. 2. Aufl. Berlin: Solarpraxis; Verl. Solarpraxis (BINE-Informationspaket). Häckel, Hans (1999): Meteorologie. 4. Aufl. Stuttgart (Hohenheim): Ulmer (UTB Geowissenschaften, Agrarwissenschaften, 1338). Hauff, Volker (1987): Unsere gemeinsame Zukunft. Der Brundtland-Bericht. Greven: Eggenkamp. Hegger, Manfred (2008): Energie-Atlas. Nachhaltige Architektur. 1. Aufl. Basel u.a.: Birkhäuser. Heinloth, Klaus (1997): Die Energiefrage. Bedarf und Potentiale Nutzung Risiken und Kosten. Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg. Heinloth, Klaus (2003): Die Energiefrage. Bedarf und Potentiale Nutzung Risiken und Kosten. 2. Aufl. Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg. Hildebrandt, Olaf (2003): Evaluation des Förderprogramms zur Altbausanierung in der Stadt Münster. Anhang zum Endbericht. Gebäudetypologie Baustein 4. Herausgegeben von Stadt Münster. Amt für Grünflächen und Umweltschutz. Heidelberg. Hofmann, G.; Jensen, M.; Anders, S. (2002): Kohlenstoffpotenziale mitteleuropäischer Wälder. In: AFZ-Der Wald, Jg. 57, H. 12, S. 605–607. Literatur 129 Houghton, J. T. (2001): Climate change 2001. The scientific basis. Intergovernmental Panel on Climate Change (Hg.). Cambridge: Cambridge University Press. Hug, Rolf (2009): Sonnenkollektoren: Kollektortypen für das Solardach. Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. Online verfügbar unter http://www.solarserver.de/wissen/sonnenkollektoren.html, zuletzt geprüft am 22.01.2009. Imig, Klaus (2007): Landesbauordnung für Baden-Württemberg. Mit Allgemeiner Ausführungsverordnung Verfahrensverordnung Feuerungsverordnung Garagenverordnung und weiteren ergänzenden Vorschriften; Textausgabe. 26. Aufl. Stuttgart: Kohlhammer. Institut Wohnen und Umwelt (Hg.) (2003): Energieeinsparung durch Verbesserung des Wärmeschutzes und Modernisierung der Heizungsanlage für 31 Musterhäuser der Gebäudetypologie. Studie im Auftrag des Impulsprogramms Hessen. Darmstadt. IPCC (Hg.) (2007): Climate change 2007. The physical science basis; contribution of working group I to the fourth assessment report of the IPCC; technical summary. Unter Mitarbeit von Susan Solomon, Dahe Qin und Martin Manning. Cambridge. IWU; DWD (2008): Klimadaten deutscher Stationen. Berechnungsblatt zur Bestimmung der Gradtagszahlen in Deutschland. Offenbach. Online verfügbar unter http://www.iwu.de/downloads/fachinfos/energiebilanzen/, zuletzt geprüft am 15.08.2008. Kalchthaler, Peter (2000): Freiburg und seine Bauten. Ein kunsthistorischer Stadtrundgang. Freiburg: Promo. KfW Förderbank (2009): Bauen, Wohnen, Energie sparen. Online verfügbar unter http://www.kfw-foerderbank.de/DE_Home/Bauen_Wohnen_Energiesparen/index.jsp, zuletzt geprüft am 22.02.2009. Kiehl, J.; Trenberth, K. (1997): Earth's Annual Global Mean Energy. In: Bull. Am. Meteorol. Soc., H. 78, S. 197–206. Kleiber, Wolfgang; Simon, Jürgen; Weyers, Gustav (1998): Verkehrswertermittlung von Grundstücken. Kommentar und Handbuch zur Ermittlung von Verkehrs-, Beleihungs-, Versicherungsund Unternehmenswerten unter Berücksichtigung von WertV und BauGB /. 3. Aufl. Köln: Bundesanzeiger. Kröhnke, Otto; Müllenbach, Hermann (1902): Das gesunde Haus. Stuttgart: Enke. Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (Hg.) (2006): Regionale Klimaszenarien für Süddeutschland. Abschätzung der Auswirkungen auf den Wasserhaushalt ; "Entwicklung regionaler Klimaszenarien". KLIWA-Projekt B 1.1.1. Mannheim. (KLIWA-Berichte). Landesvermessungsamt Baden-Württemberg (2007): Freiburg im Breisgau- NW. Topographische Karte 1:25000. Blatt 7912. 6. Aufl., mit UTM-Koordinaten (bezogen auf das WGS 84/ETRS 89), umfassende Aktualisierung 2006. Stuttgart. Literatur 130 Lange, Norbert de (2006): Geoinformatik in Theorie und Praxis. 2. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer. Levermann, Eva-Maria; Milles, Uwe (2002): Holz - Energie aus Biomasse. Herausgegeben von Fachinformationszentrum Karlsruhe. Eggenstein. (Basis Energie, 13). Lorenz, Edward N. (1963): Deterministic Nonperiodic Flow. In: Journal of the Atmospheric Sciences, Jg. März 1963, S. 130–141. Malberg, Horst (2002): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung: Springer Berlin. Microsoft Corporation (Hg.) (2009): Live Maps. Online verfügbar unter http://maps.live.de, zuletzt geprüft am 12.01.2009. Nitsch, J.; Fischedick, M. (2004): Ökologisch Optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland. Untersuchung im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Berlin. NOAA (Hg.) (2008): ESRL DATA. Online verfügbar unter ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2_mm_mlo.txt, zuletzt aktualisiert am 03.05.2008, zuletzt geprüft am 16.05.2008. NOAA (Hg.) (2009): Trends in Carbon Dioxide. Earth System Research Laboratory. Online verfügbar unter http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/, zuletzt geprüft am 09.01.2009. Norm, 2067-2 (2004): Raumheizung / Berechnung der Kosten von Wärmeversorgungsanlagen. Norm, DIN 277-2 (2005): Gliederung der Netto-Grundfläche (Wohn-, Nutzflächen, Technische Funktionsflächen und Verkehrsflächen). Osterloh, Swen (Energieberater Architekt) (09.02.2009): Energieausweisdaten. Freiburg. Email an Sven Fitz. Regionalverband Südlicher Oberrhein (2006): Regionale Klimaanalyse Südlicher Oberrhein (REKLISO). Freiburg im Breisgau. Ruf, Dietmar (2009): Landesbauordnung Baden-Württemberg. Mit ergänzenden Vorschriften: Rehm, Heidelberg. Schlippe, Joseph (1929): Über Denkmalpflege des alten und Gestaltung des neuen Freiburg. In: Freiburg und der Breisgau. Badische Heimat, Jg. 16. Sekretariat der Klimarahmenkonvention (Hg.) (1997): Das Protokoll von Kyoto zum Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen. Deutscher Wortlaut. Bonn. Online verfügbar unter http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpger.pdf, zuletzt geprüft am 27.11.2008. Siegl, Klaus (2008): Der neue Stadtteil Freiburg-Rieselfeld, ein gutes Beispiel für eine nachhaltige Stadtteilentwicklung. Herausgegeben von Stadt Freiburg im Breisgau. Spektrum Akademischer Verlag (Hg.) (2008): Wissenschaft-Online. Online verfügbar unter www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/geogr/547, zuletzt geprüft am 27.11.2008. Literatur 131 Stadelbauer, Jörg (1994): Zerstörung, Wiederaufbau und Stadtumbau. Freiburg im Breisgau 1944-1994. In: Regio Basiliensis, Jg. 35, H. 3, S. 149–160. Stadt Dortmund (Hg.) (2005): Dortmunder Gebäudetypologie. Neuauflage der Hausdatenblätter. Umweltamt. Dortmund. Stadt Freiburg (Hg.) (2008): FRITZ. Freiburg - Infos, Tabellen, Zahlen. Amt für Bürgerservice und Informationsverarbeitung. Online verfügbar unter http://fritz.freiburg.de/scripts/fritz/fritzview.exe?aw=Gebaeude%20%20Auswertung, zuletzt geprüft am 24.12.2008. Stadt Freiburg (Hg.) (2007): FRITZ. Freiburger Informationen, Tabellen, Zahlen. Amt für Statistik. Online verfügbar unter http://fritz.freiburg.de/, zuletzt aktualisiert am 13.08.2007, zuletzt geprüft am 10.12.2008. Stadt Freiburg (Hg.) (2009): Architektenwettbewerb. Online verfügbar unter http://www.freiburg.de/servlet/PB/menu/1167536_l1/index.html, zuletzt geprüft am 07.02.2009. Stadt Heidelberg (Hg.) (1996): Heidelberger Gebäudetypologie. 1. Aufl. Amt für Umweltschutz und Gesundheitsförderung. Heidelberg. Stadt Mannheim (Hg.) (1998): Die Mannheimer Wärmefibel. Der Ratgeber zur Wärmedämmung und Energieeinsparung. 1. Aufl. Dezernat für Planung, Bauen, Umweltschutz und Stadtentwicklung. Mannheim. Steffen, Will (2005): Global change and the earth system. A planet under pressure. 2. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York, Hong Kong, London, Milan, Paris, Tokyo: Springer (Global change the IGBP series). Stock, Manfred (Hg.) (2005): KLARA. Klimawandel - Auswirkungen, Risiken, Anpassung. Potsdam: PIK (PIK Report, 99). Tanner, Gerhard (Dipl Ing ). (08.02.2009): Energieausweisdaten. Freiburg. Email an Sven Fitz. Thomsen, Finn (2008): Langzeitliche Entwicklung der Heiz- und Kühlgradtage in Freiburg auf der Grundlage von Messungen und REMO-Modellierungen. Bachelorarbeit am Institut für Meteorologie. Betreuung durch Prof. Dr. A. Matzarakis, Dr. H. Saurer. Freiburg Timpe, Christoph; Seebach, Dominik (2007): Klimaschutz-Strategie der Stadt Freiburg. Szenarien und Maßnahmenplan. Anlage zum Abschlussbericht. Öko-Institut e.V. Freiburg. Toniazzo, T. (2006): A study of the sensitivity of ENSO to the mean climate. In: Advances in Geosciences, H. 6, S. 111–118. Traufetter, Gerald (2008): Raubbau fürs Klima. In: Spiegel, Jg. 49, 2008. Online verfügbar unter http://www.spiegel.de/spiegel/0,1518,593502,00.html, zuletzt geprüft am 22.01.2009. Umweltbundesamt (Hg.) (2005): „Klimafolgen und Anpassung an den Klimawandel in Deutschland – Kenntnisstand und Handlungsnotwendigkeiten“. Hintergrundpapier. Dessau. Umweltbundesamt (Hg.) (2007): „Klimaschutz in Deutschland: 40%-Senkung der CO2Emissionen bis 2020 gegenüber 1990“. Dessau. Literatur 132 Umweltministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2005): Klimaschutz 2010. Konzept für BadenWürttemberg. Stuttgart. Umweltministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2008): Klimaschutzpolitik in Deutschland. Online verfügbar unter http://www.um.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/44467/, zuletzt geprüft am 27.11.2008. Umweltschutzamt Stadt Freiburg (Hg.) (2007): Klimaschutzkonzept Freiburg. Fortschreibung der Klimaschutzstrategie, des Klimaschutzzieles und des Maßnahmenplans. Beschlussvorlage vom 11.06.2007. UNFCCC (Hg.) (1992): Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen. Deutscher Wortlaut. Online verfügbar unter http://unfccc.int/resource/docs/convkp/convger.pdf. UNFCCC (Hg.) (2008): Kyoto Protocol. Online verfügbar unter http://unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.php, zuletzt aktualisiert am 05.2008, zuletzt geprüft am 14.05.2008. Wacker, Anne-Katrin (2005): Brennwerttechnik. Aktueller Stand. Herausgegeben von ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. Kaiserslautern. Online verfügbar unter http://www.asue.de/veroff/haustech/image/Brennwerttechnik.pdf, zuletzt geprüft am 23.01.2009. Weglage, Andreas (2008): Energieausweis - das große Kompendium. Grundlagen - Erstellung Haftung. 2. Aufl. Wiesbaden: Vieweg + Teubner (Programm Bauwesen). Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2009): Informationszentrum Energie. Online verfügbar unter http://www.wm.baden-wuerttemberg.de/informationszentrumenergie/63806.html, zuletzt geprüft am 22.02.2009. Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2002): Solarfibel - Städtebauliche Maßnahmen. Solare und energetische Wirkungszusammenhänge und Anforderungen. 3. Aufl. (2002). Stuttgart. Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (Hg.) (2007): Solarfibel. Städtebauliche Maßnahmen; solare und energetische Wirkungszusammenhänge und Anforderungen. 5. Aufl. Stuttgart. Anhang 133 Anhang 316 123 137 54,86% 21,35% 23,78% Neuburg 402 97 98 67,34% 16,25% 16,42% Herdern-Süd 691 84,06% Herdern-Nord 866 92,72% Zähringen 1.240 90,12% BrühlGüterbahnhof BrühlIndustriegebiet Hochdorf 376 64,38% 58 64 67 7,79% 8,15% 24 44 2,57% 4,71% 45 91 3,27% 6,61% 31 177 5,31% 30,31% 144 609 7,15% 17,76% 75,09% 858 140 138 75,53% 12,32% 12,15% Waldsee 988 89,49% Littenweiler 1.207 88,23% Ebnet 403 87,61% Kappel 598 86,54% Oberau 471 79,70% Oberwiehre 735 88,66% Mittelwiehre 508 80,38% UnterwiehreNord UnterwiehreSüd Günterstal 469 StühlingerEschholz 69 4,26% 6,25% 48 113 3,51% 8,26% 24 33 5,22% 7,17% 43 50 6,22% 7,24% 52 68 8,80% 11,51% 36 58 4,34% 7,00% 58 66 9,18% 10,44% 76 87 74,21% 12,03% 13,77% 841 81,02% 369 86,21% StühlingerBeurbarung 47 242 90,64% 412 80,31% 58 139 5,59% 13,39% 21 38 4,91% 8,88% 10 15 3,75% 5,62% 17 84 3,31% 16,37% 791 Alt-Stühlinger 100% 576 100% 597 86,52% MooswaldWest Mooswald-Ost 100% 822 100% 934 100% 1376 Betzenh.Bischofslinde AltBetzenhausen Landwasser Waltershofen 100% 1368 100% 460 100% 691 Mundenhof 100% 829 100% 632 HaslachGartenstadt HaslachSchildacker Haslach-Haid St. GeorgenNord St. GeorgenSüd Opfingen Tiengen Munzingen 100% 5 541 81,48% 1.118 90,67% 68 1,63% 4,21% 24 121 3,95% 19,93% 62 69 9,69% 10,78% 24 39 4,42% 7,18% 14 44 3,05% 9,59% 36 64 5,95% 10,58% 75 3 36 5,84% 15 41 82 6,17% 12,35% 18 97 1,46% 7,87% 18 91 705 1.422 31 100 3,71% 11,96% 189 257 76,12% 10,12% 13,76% 469 95,52% 730 9 13 1,83% 2,65% 135 102 603 528 66 57 9,09% 7,85% 75 47 554 Rieselfeld 572 95,02% Vauban 309 90,09% 7,23% 11 54 1,78% 8,72% 9 21 1,50% 3,49% 25 9 7,29% 2,62% Summe 44 38,42% 10,17% 51,41% 89,50% 100% 513 8,94% 17 81,23% 11,54% Weingarten 100% 267 505 83,06% 100% 428 505 4,54% 75,49% 13,96% 10,55% 100% 1038 401 84,33% 100% 632 480 88,40% 65 21,74% 13,04% 65,22% HaslachEgerten 100% 591 509 79,53% 33 81,98% 12,18% 100% 1104 462 83,47% 100% 1136 94,16% 87,36% Lehen 100% 811 983 76,11% 100% 584 629 Nichtwohngebäude 49,18% 31,35% 19,47% Altstadt-Ring Wohngebäude 154 Summe 248 Bewohnte Nichtwohngebäude 389 Nichtwohngebäude Altstadt-Mitte Bewohnte Nichtwohngebäude Wohngebäude Anhang 1: Absolute und relative Häufigkeit der Gebäudearten nach Gebäudeanzahl je Stadtbezirk (Datengrundlage: Stadt Freiburg 2008; eigene Berechnungen). 727 100% 1044 100% 607 100% 640 100% 543 100% 459 100% 605 100% 616 100% 23 100% 664 100% 1233 100% 177 100% 836 100% 1868 100% 491 100% 967 100% 726 100% 650 100% 619 100% 602 100% 343 100% Anhang 134 Anhang 2: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach Gebäudetypen je Stadtbezirk (Datengrundlage: Stadt Freiburg 2008; eigene Berechnungen). Stadtteil EFH ZFH MFH GMH HH Alt-Betzenh. 201 40% 90 18% 74 15% 19 4% 119 Altstadt-Mitte 76 19% 61 15% 207 51% 29 7% 31 8% Altstadt-Ring 32 10% 49 15% 188 58% 14 4% 41 13% Alt-Stühlinger Betzenh.-Bisch. 24% 11 2% 27 4% 365 56% 90 14% 156 24% 170 33% 91 18% 46 9% 79 15% 126 25% 38% Brühl-Güterb. 25 7% 7 2% 74 19% 133 35% 145 Brühl-Ind. 23 40% 12 21% 18 31% 4 7% 1 2% 131 33% 99 25% 132 33% 25 6% 15 4% Ebnet Günterstal 157 42% 122 33% 70 19% 13 3% 12 3% Haslach-Egerten 130 24% 70 13% 148 27% 106 19% 95 17% Haslach-Gt. 658 58% 94 8% 261 23% 44 4% 77 7% Haslach-Haid 396 56% 141 20% 130 18% 26 4% 15 2% 7 10% 7 10% 46 66% 2 3% 8 11% 7% Haslach-Schild. Herdern-Nord 278 32% 229 26% 248 28% 57 7% 60 Herdern-Süd 126 18% 109 16% 361 52% 52 7% 47 7% Hochdorf 473 53% 212 24% 134 15% 19 2% 49 6% Kappel 264 43% 211 35% 108 18% 18 3% 9 1% Landwasser 264 66% 17 4% 0 0% 37 9% 83 21% Lehen 214 42% 184 36% 88 17% 24 5% 2 0% Littenweiler 522 43% 299 25% 291 24% 44 4% 64 5% Mittelwiehre 52 10% 58 11% 337 65% 38 7% 33 6% Mooswald-Ost 164 35% 79 17% 162 35% 31 7% 30 6% Mooswald-West 542 54% 295 30% 123 12% 27 3% 12 1% Mundenhof 1 20% 1 20% 3 60% 0 0% 0 0% Munzingen 316 58% 149 27% 51 9% 13 2% 13 2% 89 22% 41 10% 182 44% 45 11% 53 13% Neuburg Oberau 44 9% 22 5% 211 44% 88 18% 111 23% Oberwiehre 132 17% 82 11% 355 46% 83 11% 112 15% Opfingen 347 47% 250 34% 114 15% 12 2% 22 3% Rieselfeld 282 44% 66 10% 6 1% 85 13% 204 32% St. Georgen-Nord 554 38% 391 27% 386 27% 60 4% 58 4% St. Georgen-Süd 299 62% 100 21% 43 9% 14 3% 25 5% Stühlinger-Beurb. 34 14% 14 6% 107 44% 66 27% 22 9% Stühlinger-Esch. 15 4% 15 4% 145 35% 113 27% 131 31% Tiengen 333 54% 169 27% 77 13% 15 2% 21 3% Unterwiehre-Nord 42 9% 56 12% 300 63% 36 8% 42 9% Unterwiehre-Süd 279 33% 193 23% 232 27% 76 9% 73 9% Vauban 157 38% 44 11% 21 5% 45 11% 147 36% Waldsee 493 49% 195 19% 219 22% 51 5% 45 4% Waltershofen 232 46% 220 43% 49 10% 4 1% 2 0% Weingarten 254 46% 52 9% 52 9% 78 14% 119 21% Zähringen 418 33% 358 28% 313 25% 63 5% 113 9% 9237 37% 4981 20% 6477 26% 1878 7% 2543 10% Summe Anhang 135 Anhang 3: Absolute und relative Verteilung der Gebäude nach Baualtersklassen je Stadtbezirk (Datengrundlage: Stadt Freiburg 2008; eigene Berechnungen). BAK A BAK B BAK C BAK D BAK E BAK F BAK G Altstadt-Mitte 187 46 % 12 3 % 96 24 % 83 21 % 10 2 % 7 2 % 9 2 % Altstadt-Ring 222 69 % 5 2 % 43 13 % 30 9 % 15 5 % 4 1 % 5 2 % 89 22 % 49 12 % 197 48 % 53 13 % 7 2 % 11 3 % 4 1 % Herdern-Süd 341 49 % 122 18 % 87 13 % 90 13 % 20 3 % 19 3 % 16 2 % Herdern-Nord 97 11 % 258 30 % 253 29 % 165 19 % 57 7 % 29 3 % 13 1 % 198 16 % 145 11 % 179 14 % 472 37 % 124 10 % 87 7 % 60 5 % 96 25 % 138 36 % 69 18 % 12 3 % 12 3 % 7 2 % 12 21 % 18 31 % 17 29 % 3 5 % 2 3 % 1 2 % 91 10 % Neuburg Zähringen Brühl-Güterb. Brühl-Ind. 50 13 % 5 9 % Hochdorf 35 4 % Waldsee 28 3 % Littenweiler 91 7 % 20 2 % 520 52 % 92 8 % 2 % 274 31 % 40 5 % 285 28 % 20 118 12 % 407 46 % 15 1 % 30 3 % 7 1 % 386 32 % 490 40 % 68 6 % 69 6 % 24 2 % Ebnet 53 13 % 26 6 % 42 10 % 188 47 % 14 3 % 42 10 % 37 9 % Kappel 40 48 8 % 109 18 % 241 40 % 47 8 % 68 11 % 57 9 % 206 43 % 60 13 % 81 17 % 96 20 % 11 2 % 19 3 1 % Oberwiehre 424 55 % 128 17 % 87 11 % 56 7 % 11 1 % 5 1 % 53 7 % Mittelwiehre 364 70 % 51 10 % 30 6 % 5 1 % 8 2 % 15 3 % 36 Oberau 7 % 45 9 % 25 5 % Unterwiehre-Nord 350 74 % 8 % 21 4 % 9 2 % 7 1 % Unterwiehre-Süd 139 16 % 121 14 % 189 22 % 333 39 % 38 4 % 28 3 % 5 1 % 72 19 % 77 21 % 72 19 % 95 25 % 16 4 % 26 7 % 16 4 % Stühlinger-Beurb. 78 32 % 88 36 % 1 % 1 0 % 7 3 % 6 2 % Stühlinger-Esch. 77 18 % 10 2 % 222 53 % 79 19 % 20 5 % 11 3 % 0 0 % 261 40 % 48 7 % 185 29 % 110 17 % 9 1 % 17 3 % 19 3 % 242 24 % 348 35 % 257 26 % 38 4 % 51 5 % 57 6 % 284 61 % 90 19 % 1 0 % 20 4 % 23 5 % 4 % Günterstal Alt-Stühlinger Mooswald-West 6 1 % Mooswald-Ost 6 1 % Betzenh.-Bisch. 42 9 % 28 6 % 4 % 60 25 % 3 0 0 % 7 1 % 48 9 % 361 71 % 67 13 % 8 2 % 21 Alt-Betzenh. 17 3 % 41 8 % 46 9 % 223 44 % 80 16 % 24 5 % 72 14 % Landwasser 0 0 % 0 0 % 0 0 % 398 99 % 3 1 % Lehen 55 11 % 18 4 % Waltershofen 62 12 % 10 2 % 26 5 % 1 20 % 4 80 % 0 0 % 72 13 % 102 19 % 468 41 % Mundenhof Haslach-Egerten Haslach-Gt. 117 23 % 0 0 % 0 0 % 225 44 % 65 13 % 18 4 % 14 3 % 212 42 % 92 18 % 75 15 % 30 6 % 0 0 % 0 0 % 0 0 % 0 0 % 180 33 % 167 30 % 12 2 % 14 3 % 2 0 % 135 12 % 320 28 % 37 3 % 70 6 % 3 0 % 101 9 % Haslach-Schild. 0 0 % 3 4 % 31 44 % 33 47 % 3 4 % 0 0 % 0 0 % Haslach-Haid 4 1 % 21 3 % 85 12 % 470 66 % 63 9 % 27 4 % 38 5 % 182 13 % 222 15 % 567 39 % 78 5 % 120 8 % 49 3 % St. Georgen-Nord St. Georgen-Süd 231 16 % 3 1 % 16 3 % 22 5 % 346 72 % 66 14 % 10 2 % 18 4 % Opfingen 49 7 % 2 0 % 11 1 % 439 59 % 155 21 % 64 9 % 25 3 % Tiengen 42 7 % 3 0 % 12 2 % 277 45 % 153 25 % 109 18 % 19 3 % Munzingen Weingarten Rieselfeld Vauban 49 3 0 2 9 1 0 0 1 5 0 0 % % % % 18 29 0 1 3 5 0 0 185 34 % 422 76 % 0 0 % 0 0 % 96 18 % 12 2 % 0 0 % 2 0 % 118 22 % 16 3 % 302 47 % 215 52 % 13 % 4443 Freiburg gesamt 4110 % % % % 8 28 0 0 16 % 3204 % % % % 18 % 8120 32 % 1951 8 % 1865 7 % 68 13 % 45 8 % 341 53 % 194 47 % 1423 6 % Anhang 136 Anhang 4: Heizwärmebedarf und CO2-Emissionen bezogen auf Stadtbezirke und Wohnfläche. Die letzte Spalte stellt die relativen Einsparpotentiale dar (Datengrundlage: Stadt Freiburg 2008; eigene Berechnungen). 48,1 55,6 57,4 50,5 46,9 51,1 55,3 54,6 54,9 51,9 53,6 53,8 54,9 54,2 57,2 53,7 71,3 45,9 54,3 53,1 59,2 52,4 54,8 60,1 55,7 52,6 51,1 55,2 52,7 48,8 53,5 51,9 54,9 51,5 52,6 58,8 51,6 48,9 53,7 54,4 47,6 52,3 298951713 34,0 461853667 52,5 4026451 1943772 2047724 5394987 3502759 3206991 253259 1134536 1512709 2997647 4197507 2135532 498520 3783605 3975397 4077215 1665289 3328861 1508235 4694089 3090935 1898394 2548906 26151 2007521 2645639 3608218 4321258 2558954 4900852 5495875 1934639 1183203 3353881 2835195 3138676 4737998 3270279 3610655 1528156 4741682 5951035 125273189 Einspar. Heizwärme u. CO2-Emissionen durch Optimierung des Gebäudebestandes 14844606 7166243 7549492 19890086 12913874 11823444 933709 4182775 5577013 11051641 15475249 7873220 1837931 13949287 14656383 15031762 6139540 12272750 5560517 17306036 11395573 6998944 9397236 96414 7401272 9753869 13302678 15931494 9434280 18068325 20262037 7132573 4362200 12364994 10452717 11571582 17467917 12056773 13311661 5633962 17481499 21940109 CO2-Emissionen je m² 29,7 39,1 39,8 30,8 31,5 35,6 40,7 30,2 36,7 36,9 37,9 35,4 36,5 39,7 40,3 28,4 43,2 31,7 37,4 35,5 41,3 37,6 39,9 49,9 29,4 38,3 34,2 38,2 33,0 16,4 35,8 33,5 39,5 35,6 31,1 40,1 36,9 16,9 40,6 32,2 31,7 33,4 CO2-Emissionen [kg] 9183679 5038216 5229642 12132981 8664784 8226891 686922 2315431 3731299 7846628 10946121 5183300 1222157 10220842 10335513 7957332 3723529 8478579 3831658 11570251 7943274 5021165 6835746 80085 3898756 7104788 8899689 11042829 5909120 6080387 13551568 4604438 3140954 8534059 6184646 7888274 12491259 4174116 10065470 3338050 11624812 14012474 Heizwärmebedarf je m² Wohnfläche [kWh/m²a] Heizwärmebedarf [kWh] 125,4 CO2-Emissionen je m² 1102166764 109,6 144,1 146,6 113,6 116,1 131,1 150,0 111,5 135,3 136,0 139,9 130,5 134,7 146,5 148,6 104,9 159,4 116,9 137,9 130,8 152,1 138,6 147,1 184,1 108,3 141,4 126,0 141,0 121,6 60,5 132,0 123,6 145,7 131,1 114,8 147,8 135,9 62,4 149,6 118,8 116,8 123,1 Optimierter Gebäudebestand CO2-Emissionen [kg] Freiburg gesamt 33858130 18574753 19280497 44731532 31945082 30330671 2532525 8536466 13756449 28928728 40355851 19109646 4505815 37681912 38104678 29336866 13727801 31258586 14126448 42656875 29285039 18511888 25201837 295254 14373824 26193731 32811122 40712390 21785579 22416999 49961540 16975514 11579979 31463129 22801380 29082267 46052421 15389014 37109092 12306628 42858031 51660795 Heizwärmebedarf je m² Wohnfläche [kWh/m²a] Stadtbezirk Alt-Betzenhausen Altstadt-Mitte Altstadt-Ring Alt-Stühlinger Betzenh.-Bischofsl. Brühl-Güterbahnhof Brühl-Ind. Ebnet Günterstal Haslach-Egerten Haslach-Gt. Haslach-Haid Haslach-Schild. Herdern-Nord Herdern-Süd Hochdorf Kappel Landwasser Lehen Littenweiler Mittelwiehre Mooswald-Ost Mooswald-West Mundenhof Munzingen Neuburg Oberau Oberwiehre Opfingen Rieselfeld St. Georgen-Nord St. Georgen-Süd Stühlinger-Beurb. Stühlinger-Eschholz Tiengen Unterwiehre-Nord Unterwiehre-Süd Vauban Waldsee Waltershofen Weingarten Zähringen Heizwärmebedarf [kWh] Historischer Gebäudebestand 13,0 15,1 15,6 13,7 12,7 13,9 15,0 14,8 14,9 14,1 14,5 14,6 14,9 14,7 15,5 14,6 19,3 12,5 14,7 14,4 16,1 14,2 14,9 16,3 15,1 14,3 13,9 15,0 14,3 13,2 14,5 14,1 14,9 14,0 14,3 15,9 14,0 13,3 14,6 14,8 12,9 14,2 56% 61% 61% 56% 60% 61% 63% 51% 59% 62% 62% 59% 59% 63% 62% 49% 55% 61% 61% 59% 61% 62% 63% 67% 49% 63% 59% 61% 57% 19% 59% 58% 62% 61% 54% 60% 62% 22% 64% 54% 59% 58% 14,3 58% Anhang Anhang 5a: Beispiel eines Energieausweises für Wohngebäude; Seite 1 (Dittrich 10.02.2009). 137 Anhang Anhang 5b: Beispiel eines Energieausweis für Wohngebäude; Seite 2 (Dittrich 10.02.2009). 138 Anhang 139 Anhang 6: Daten-CD Auf der CD befinden sich: ‐ Exceldatenblatt mit Auswertung zu: o Wohnfläche (aufgelöst nach Gebäudetyp, Baualtersklasse und Stadtbezirk) o Heizwärmebedarf (aufgelöst nach Gebäudetyp, Baualtersklasse und Stadtbezirk) o Kohlendioxidemissionen je Stadtbezirk Abbildung: Screenshot der Excel-Datenauswertung (eigener Entwurf) ‐ ‐ Alle GIS‐Karten im Jpeg‐Dateiformat Magisterarbeit als PDF‐Dokument Erklärung 140 Erklärung Ich erkläre, dass ich die Arbeit selbstständig und nur mit den angegeben Hilfsmitteln angefertigt habe und dass alle Stellen, die dem Wortlaut oder dem Sinne nach anderen Werken entnommen sind, durch Angabe der Quellen als Entlehnungen kenntlich gemacht worden sind. Ort, Datum, Unterschrift
