Seit 2016 wird die gesamte Wohneinheit auf der Westseite des Passivhauses in Darmstadt Kranichstein allein mit einem sog. „Mini-Split-Gerät“ beheizt. Wie das installiert wurde ist hier dokumentiert: Installation eines Splitgerätes. Seit 6 Jahren wird das Gerät mit laufenden Aufzeichnungen messtechnisch verfolgt, eine Publikation zur den Ergebnissen gibt es hier: [Feist 2022] Heizen mit dem Klima-Splitgerät. Kurz gefasst: das funktioniert durchaus sehr gut, im Sommer wie im Winter und die Stromverbrauchswerte des Mini-Split-Gerätes sind im Passivhaus extrem gering; das ist also eine sehr kostengünstige Heiz-Variante.

2022 wurde auf Grund der Kriegssituation (in Europa!) eine weltweite Erdgas-Krise ausgelöst, die insbesondere Deutschland schwer getroffen hat; dies war der Fall, weil Deutschland gerade bei der Heizung in sehr hohem Maß von Erdgas abhängig war und noch ist: etwa 50% des Heizenergiebedarfs wurde über fossiles Gas gedeckt; diese Gas kam zu einem sehr hohen Prozentsatz (um 66%) ziemlich kostengünstig aus Russland - und diese Lieferung fiel im Zuge des Jahres 2022 schließlich vollständig aus. Das erklärt eine ziemlich ernste Folgekrise, verbunden mit extremen Steigerungen der Kosten für das fossile Gas aber auch für andere Endenergieträger. Allein schon wegen des Mengengerüstes, aber auch wegen der Kosten, war deshalb ein besonders sparsames Verhalten, gerade bei der Raumwärme, angesagt. Nun ist schon allein durch die geringe Heizleistung im Passivhaus und durch die Wärmepumpe im Splitgerät der Stromverbrauch dieses Gerätes im vorliegenden Fall extrem gering:

zwischen 700 und 1100 kWh/Jahr für die gesamte Wohnung
entspr. Kosten von unter 400 € im gesamten Jahr.

Das heißt um 5,5 kWh/(m²a) Stromverbrauch für die Heizung. Davon ist heute schon weniger als die Hälfte fossil erzeugt, weniger als ein Sechstel mit Erdgas. Das gilt bei mittleren Innentemperaturen im Winter von rund 21,5 °C, die dabei dauerhaft gehalten wurden (in fast allen Räumen). Trotzdem nahmen wir die diesjährige Situation als Anlass für eine weitere Untersuchung: Wenn wir durch systematisch verbessertes Kleidungsniveau auch im Passivhaus ein besonders sparsames Nutzerverhalten umsetzen - wie weit kommen wir damit auch hier noch mehr im Wärmepumpen-Stromverbrauch herunter? Dazu sind die folgenden Aufzeichnungen jeweils aktuell dokumentiert worden - die folgenden Absätze sind daher im Präsenz geschrieben und geben die jeweils zeitnah vorliegende Situation wieder.

Die elektronisch aufgezeichneten Temperaturen an den Tagen vor der Inbetriebnahme: Bis zum 26. November lagen die gemessenen Temperaturen in allen Zonen des Gebäudes zwischen 21 und 23 °C (vollständig ohne Heizung). Immer, wenn direkte Solarstrahlung auf der Südseite einfallen konnte (so z.B. am 26. und 27. November) hat sich das Haus dadurch wieder erkennbar erwärmt¹⁾.Seit dem 28. November kam die Sonne dann allerdings nicht mehr hinter den Wolken hervor - und bei Außentemperuren zwischen 3 und 6°C²⁾ beträgt der Wärmeverlust dann um 9 kWh jeden Tag. Mit der Wärmekapazität der Innenwände und Decken entspricht das einer mittleren Temperaturabnahme von rund 0,3 Grad täglich. Das ist dann immer noch ein paar Tage 'durchzuhalten'; irgendwann würde es dann aber ungemütlich kalt; bevor das passiert, werden wir das Klima-Split-Gerät einsetzen, um weitere Verluste zu kompensieren.

Morgens fanden wir im Esszimmer (Standort der Inneneinheit des Splitgerätes) eine „Raum“-Temperatur von 19,4 °C vor. Das ist in einem Passivhaus eine durchaus noch komfortable Temperatur, wenn ein Pullover getragen wird, eine warme Hose und Hausschuhe mit dicken Sohlen. Behaglich ist es dann vor allem, weil es kaum Unterschiede zwischen den Temperaturen im Raum gibt: Stühle, Tischplatten, Innenwände und selbst die Außenwände und der EG-Fußboden haben davon maximal um ein paar Zehntel Grad abweichende Temperaturen: Es gibt also keine Strahlungstemperatur-Asymmetrie und auch keinen thermischen Antrieb für Zugerscheinungen. Weitere Temperaturabsenkungen wären hier durchaus auch noch auszuhalten, allerdings müsste dazu eine weitere Kleidungsanpassung erfolgen.

Weil die generelle Vorgabe für Büros in der öffentlichen Hand in Deutschland zu diesem Zeitpunkt bei 19°C liegt, sehen wir bei Temperatur-Sollwerten in diesem Bereich jetzt eine sinnvolle Zielsetzung für unseren neuen Selbstversuch: In diesem Intervall zwischen 19 und knapp über 20°C wollen wir die Räume in dieser Jahreszeit halten und beobachten, was es dazu an Energieaufwand benötigt.

Das Splitgerät war zuletzt am 31.8. 2022 in Betriebsbereitschaft, dabei für die Kühlung, gewesen und wurde um 9:29 MEWZ am 5.12. im Betriebszustand:

„Heizung, automatischer Volumenstrom, interne thermostatische Regelung auf 21°C“

Abb. 1 in Betrieb genommen. Das erfolgt ganz einfach über Freigabe des Netzstroms über einen Schalter. Die Einstellungen werden dann über die original-Fernbedienung vorgenommen, das ist intuitiv und nicht wesentlich anders als die Bedienung eines Thermostatventils³⁾. Das Gerät lief sofort an und zog in den ersten 30 Minuten (auch zum Anheizen der Geräteteile) zwischen 424 und 1140 Watt elektrisch. Um 10:00 lag dann die Raumtemperatur im Aufstellraum bereits bei 19,6 °C. Wie wir schon au den vorausgehenden Jahren wissen, werden über die folgenden Tage durch das hier vorhandene offene Treppenhaus auch alle anderen Räume Zug um Zug „mitgenommen“. Das System aus Heiztechnik und Gebäude ist sehr träge - deshalb warten wir auch nicht bis die Temperaturen überall unter 19° liegen sondern fangen schon jetzt an, dem Temperaturabfall ein wenig gegen zu steuern. Die Räume, in denen wir uns jeweils aufhalten, liegen in den Temperaturen dann noch einmal um ein paar Zehntel Grad über dem Mittel, weil jede Person eben auch selbst nennenswert⁴⁾ zum Warmhalten beiträgt - solche Leistungen spielen in gut wärmegedämmten Gebäuden eben dann bereits eine Rolle, und selbst die wenigen Watt, die als passiv solare Einstrahlung⁵⁾ durch die Fenster dazu kommen, helfen, tagsüber 2 bis 3 Zehntel Grad 'mehr' zu erhalten als am frühen Morgen.

Der Stromverbrauch am ersten Tag (bis 6.12. 9:29) war 10,7 kWh entsprechend einer durchschnittlichen 24-h-Leistung von rund 350 W_el. Daraus erzeugt die Wärmepumpe im Splitgerät in der vorliegenden Konfiguration etwa 800 W_therm an Heizwärme („thermisch“). Das ist auch etwa die Leistung, die dieses Haus im Durchschnitt gerade braucht, um die Netto-Verluste nach außen⁶⁾ auszugleichen⁷⁾.

Einordnung: Der mittlere Stromverbrauch für alle übrigen Anwendungen (wie Kühlschrank, Licht, Spülmaschine, Arbeitsplatzrechner etc.) betragen in dieser Wohnung rund 350 W_el im Winter⁸⁾. Der aktuelle Verbrauch der Klimageräte-Heizung ist durchaus ein realitätsnaher Dezemberwert: Er verdoppelt etwa die aus dem Netz entnommene Leistung gegenüber dem Jahresdurchschnitt⁹⁾; obwohl der Heizenergieverbrauch in der Jahressumme im Passivhaus¹⁰⁾ nur rund ein Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs ausmacht: Heizung ist eben eine „Wintersache“, das ist eigentlich bekannt, es wird leider sehr oft verdrängt. In nicht so gut gedämmten Häusern sind die erforderlichen Leistungen (sehr) viel höher: Gegenüber den 350 W können es locker 2000 bis 4000 W sein. Und das sind dann Durchschnittsleitungen eines Haushalts, die 6 bis über 10mal höher liegen als bisher gewohnt.
Diese konkreten Werte illustrieren, wie Energieeffizienz, Umstellen auf elektrische Systeme mit hoher Effizienz (Wärmepumpen) und Erneuerbare Energiekonzepte erfolgreich zusammenwirken, um uns auf Dauer von fossiler Energie unabhängig zu machen.

Abb. 2 Zunächst das Ergebnis vom 6. Dezember: Da war es schon nicht mehr ganz „so dunkel“ am Himmel wie am Tag zuvor, auch unsere PV-Anlage hat nun fast 4 W¹¹⁾ geliefert; das ist immer noch wenig gegenüber dem typischen Winterstromverbrauch (bereits erwähnt um 35o W)¹²⁾.
Die mittlere gemessene elektrische Leistungsaufnahme unseres als alleinige Heizung verwendeten Klima-Split-Raumgerätes lag bei

rund 312 W_el.

Trotz niedrigerer Außentemperaturen etwas weniger als am Vortag: Das liegt daran, dass das Gebäude jetzt etwas näher am neuen Fließgleichgewicht ist. Insbesondere die Betondecke über dem EG-Raum mit dem Klimagerät hat sich nun bereits etwas erwärmt - und die Heizanforderung des Gerätes wird dadurch geringer. Allerdings: Bis im gesamten Haus ein Gleichgewicht erreicht wird, dazu werden noch ein paar Tage vergehen - und die werden möglicherweise gleich wieder gestört, denn die Wetterdienste kündigen für die kommende Woche einen Einfall von sibirischer Kaltluft an. Es bleibt spannend.

Abb. 3Abb. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der stündlich gemessenen elektrischen Durchschnittsleistung. Das sind rund 104 Watt für jede Person - für den Betrieb der Wärmepumpe zur Heizung, in der Größenordnung noch einmal die gleiche Leistung, die diese Personen auch durch ihren Kalorien-Grundumsatz abgeben. Im Passivhaus ist das für die Winterperiode typisch: Die Leistungen liegen in derselben Größenordnung wie die originelle Leistungsfähigkeit der Personen, wir sind bei menschlichen Maßstäben. Natürlich kommt da der Basis-Stromverbrauch (in gleicher Größenordnung für Computer, Licht, Kühlschrank etc.) dazu. Und der Verbrauch für die Mobilität - der im konkreten Fall aber extrem gering ist, denn wir sind seit gut 2 Jahren vor allem zu Fuß, mit dem Fahrrad und ab und zu mit der Straßenbahn unterwegs. Die Nahrungsaufnahme hat dann noch einmal etwa ein solches Niveau.

Heute, am 8. Dezember, ist das Wetter ein wenige kälter und es kommen nur seltener ein paar Sonnenstrahlen. Die Innentemperaturen haben sich in einem Bereich im 20 °C (plus oder minus einige Zehntel Grad) eingependelt. Da wissen wir schon aus den Jahren zuvor, dass das so bleibt - denn, selbst bei einem Kälteeinbruch ist das Klimagerät in der Lage, auch rund die doppelte Heizleistung dauerhaft zu liefern; die Regelung, mit der das derzeit passiert, ist allerdings nicht optimal - aber sie funktioniert. Wer Genaueres zu diesen Erfahrungen wissen möchte, findet dies in der Publikation [Feist 2022].
Abb. 4Da finden sich dann auch detaillierte Messdaten zur Wärmeerzeugung, den Stromverbrauchswerten und zur Effizienz des verwendeten Splitgerätes. Welche Wärmemengen im Winter 2019/20 vom Splitgerät und von den inneren Wärmequellen wie Personen, Warmwasserleitungen und Stromverbrauchern erzeugt wurde, zeigt Abb.4. Typischerweise ist die benötigte Heizleistung des Splitgerätes im Dezember am höchsten, im dargestellten Jahr um 600 Watt im Durschnitt), obwohl das nicht der 'kälteste Monat' ist. Wie schon erwähnt, ist für Gebäude dieses Dämmstandards und ausreichenden Fenstern für gutes Tageslicht die Solareinstrahlung mindestens genauso wichtig. Ab Mitte März spätestens ist daher auch „mit Heizen Schluss“ im Passivhaus in Kranichstein. Die elektrische Leistungsaufnahme des Splitgerätes für die Erzeugung dieser Wärme ist um den Faktor des „COP“ (Coefficient Of Performance - 'Arbeitszahl', d.h. das Verhältnis der bereitgestellte Wärme zum eingesetztem Strom) geringer. Für unser Gerät liegt diese Leistungsaufnahme dann im Durchschnitt knapp unter 300 W_el. Das passt zu den Werten, die wir in den letzten Tagen dieses Dezembers gemessen und hier dokumentiert hatten.
Merkpunkt: Selbst in einem hocheffizienten Gebäude wie dem Passivhaus ist von etwa Dezember bis Februar der Energieverbrauch für die Heizung immer noch dominant; das führt zu sehr ungleichmäßigen Jahres-Bedarfs-Verläufen. Der Wert (um die 600 Watt im Durchschnitt im Dezember) liegt allerdings im Passivhaus in einer beherrschbaren Größenordnung. Mit Wärmepumpe braucht es im Schnitt um 300 Watt herum zusätzlich, und das ist für das Netz immer verkraftbar, selbst „wenn das alle machen würden“. Wichtig bleibt aber, dass die entsprechenden erneuerbaren Stromerzeuger auch gebaut werden.

Am 9. Dezember war es schon wieder etwa 2 °C kälter im Außenbereich - dadurch erhöhen sich natürlich die Wärmeverluste. Die sind tatsächlich näherungsweise proportional zur Differenz aus Innen- und Außentemperatur(en¹³⁾ ). Der Faktor $ H_e $, mit dem die Wärmeverlustleistung aus der Temperaturdifferenz durch Multiplikation erhalten wird, nennt sich der „spezifische Wärmeverlust“ des Gebäudes. In der Normung wird¹⁴⁾ beschrieben, wie dieser sich aus den Wärmeverlustkoeffizienten, den Flächen der Außenbauteile, den Glasflächen und dem Luftaustausch berechnen lässt. Das kann z.B. für unser hier vorliegendes Gebäude mit dem PHPP berechnet werden; es ergeben sich etwa $ H_e $= 82 W/K im vorliegenden Fall¹⁵⁾. Rechnen wir beispielhaft die Gesamtwärmeverluste $ \dot{Q} $ in den letzten Tagen, bei um 3°C außen und 20,4°C innen aus:

$ \dot{Q}=H_e \cdot ( \theta_i - \theta_e ) = $ 82 W/K $ \cdot $ (20,4 - 3 ) K = 1427 W

Diese Wärmeverlustleistung ist bedeutend höher als die vom Splitgerät bereitgestellte Heizwärme von um 720 Watt. Der Rest der Verluste wird durch die von Personen und Geräten und Wasserleitungen¹⁶⁾ abgegeben Wärme und durch den, wenn auch derzeit geringen, passiv solaren Beitrag durch die Fenster kompensiert.

In unserem Passivhaus muss die Heizanlage, in diesem Fall das Klima-Splitgerät, offensichtlich nur weniger als die Hälfte der Wärmeverluste kompensieren - der ganze Rest wird durch die Personen selbst, die Abwärme z.B. der Beleuchtung und der Computer sowie der durch die Fenster eingestrahlten Sonnenwärme gedeckt. Weil insbesondere heute, am 9. Dezember 2022, ein recht sonniger Tag war, werden wir morgen etwas zur Solarenergie - aktiv und passiv - berichten.

Heute (10. Dezember) ein kleiner Ausflug zum Thema solare Energie - mitten im Dezember, in Deutschland. Das ist der typischerweise strahlungsärmste Monat im Jahr in Mitteleuropa - aber auch dann ist die solare Einstrahlung nicht Null, sie liefert (ein wenig) Energie.

Abb. 5Um eine Vorstellung von den Energiemengen zu bekommen, werfen wir einen Blick auf die Aufzeichnungen der Photovoltaik-Anlage: Da wurde jeden Tag Strom produziert, Abb. 5 zeigt den Verlauf der erzeugten elektrischen Leistung. Die war vom 3. bis 5. Dezember nur sehr spärlich - das ist typisches bewölktes Winterwetter in Darmstadt. Am 10. Dezember dagegen, erreichte die PV-Stromerzeugung durchaus kurzzeitig 550 Watt. Diesen nicht ganz wolkenlosen, aber relativ strahlungsreichen Dezembertag werden wir jetzt genauer anschauen. Die Messdatenerfassung zeigt ein Strahlungsangebot auf die Südfassade von rund 1,2 kWh/(m²d) an diesem Tag¹⁷⁾. Das sind auf die rund 20 m² verglaste Fläche im Süden fast 24 kWh_solar. Allerdings, die kommen nicht alle wirklich „herein“ durch das Fenster; da gibt es Verschattung durch die Nachbargebäude, durch die Balkonbrüstung, es gibt eine Verschmutzung der Scheiben, Strahlung wird teilweise reflektiert, teilweise absorbiert¹⁸⁾ - es kommen tatsächlich nur etwa 4,8 kWh wirklich im Innenraum an¹⁹⁾. Das sind aber für die gesamte Wohnung durchaus etwa 200 Watt über 24-Stunden gemittelte Dauerleistung. Ein messbarer Beitrag zur Energiebilanz, der bei insgesamt nur 1427 Watt Wärmeverlusten in dieser Wohnung²⁰⁾ mit gutem Wärmeschutz auch nennenswert etwas beiträgt, nämlich etwa ein Siebtel²¹⁾.

Abb. 6Dieser Beitrag der Sonne kann tatsächlich in den Temperaturaufzeichnungen gesehen werden. In Abb. 6 ist das für das östlichen Südzimmer dokumentiert; dort erkennbar ein „steiler“ Temperaturanstieg ab 10:30 um in der Spitze bis zu 1,4 °C. Da ist es jetzt richtig angenehm warm, durch gratis-Lieferung von der Sonne. Und weil die Verluste in diesem Gebäude so gering sind, hält das hier sogar bis 3:00 in der Folgenacht an! So lang liegt die Temperatur über dem gewählten Sollwert. 'Passiv solar' funktioniert, auch im Dezember! Vorausgesetzt werden muss allerdings, dass die Nutzer das auch zulassen, d.h., nicht etwa bei jedem Sonnenstrahl die außenliegende Jalousie schließen im Winter. Das setzt natürlich voraus, dass als Blendschutz²²⁾ ein alternatives, innen aufgestelltes System verfügbar ist. Das spart dann in so einem Gebäude immerhin ca. 17% der Heizwärme im Kernwinter ein; in schlecht gedämmten Gebäuden ist der absolute Beitrag (2 bis 5 kWh/(m²a)) gleich hoch, aber im Vergleich zu den hohen Verlusten relativ wenig bedeutend.

Abb. 7Mit dem Passivhaus-Projektierungspaket kann die Bilanz aus Wärmeverlusten und -Gewinnen monatsweise ermittelt werden. Abb. 7 zeigt das für derzeitiges mitteleuropäisches Durchschnittsklima²³⁾. Sehr gut ist erkennbar, wie die solaren Gewinne²⁴⁾ insbesondere im Winter drastisch abnehmen - und dafür die Wärmeverluste stark zunehmen²⁵⁾. Ausgerechnet im Dezember ist der Solareintrag am geringsten bei dann außerdem hohen Wärmeverlusten; gut, in unserem Fall sind diese gar nicht sehr hoch, denn das Gebäude ist sehr gut geschützt. In einem ungedämmten Bestandsgebäude können die Verluste 5 bis 10mal so hoch sein. Schon ab Februar nimmt das solare Angebot wieder zu - und deckt dann einen Großteil der Verluste.

1. Passiv solar bringt's, auch im Winter; es setzt aber in Europa ein gut gedämmtes Gebäude voraus, wenn der Beitrag wirklich relevant sein soll.
2. Voraussetzung ist, dass die Nutzer die Sonne auch „zulassen“ und nicht etwa aussperren.
3. „Passiv solar“, das sind in unserem Fall an einem strahlungsreichen Dezembertag fast 200 W Heizungsbeitrag im 24-h-Mittel. Im Vergleich dazu liefert die 4-kW-peak-PV-Anlage am gleichen Tag etwa 50 Watt_el Durchschnittleistung über den ganzen Tag. Das reicht auch bei uns nicht weit - kann aber immerhin z.B. den Betrieb der Lüftungsanlage²⁶⁾ abdecken.
   
   

Abb. 8Gemerkt haben wir von der aber noch nicht viel: Gut heute Nacht waren die Wiesen in der Umgebung und das Gras auf dem Dach bereift: Diese Oberflächen mit nur geringen Wärmekapazitäten strahlen ihren Wärmeinhalt schnell in den kalten Nachhimmel ab und kühlen sich so sogar unter die Lufttemperatur ab²⁷⁾. Deswegen sind übrigens auch die äußeren Oberflächentemperaturen vieler Bauteile im Winter oft²⁸⁾ kälter als die Außenluft - wir werden in einem späteren Beitrag das noch genauer darstellen. Die Bauteile sind auf der Innenoberfläche trotzdem warm - denn, wegen des guten Wärmeschutzes fließt kaum Wärme ab und alle Oberflächen zum Innenraum haben Temperaturen, die nur wenig von der Raumlufttemperatur abweichen (max. 3 K bei den Fenstern, weniger als 1 K bei Wänden und Dächern). Das sind sehr gute Voraussetzungen für gute thermische Behaglichkeit: solange das Temperaturniveau zur Kleidung und Aktivität passt.

Apropos Temperaturniveau: Das hält sich jetzt im Intervall zwischen 19,7 und 21,3 °C; bis auf den Raum, den wir derzeit bewusst so wenig ankoppeln, wie es geht²⁹⁾, da geht es dann schon zeitweise auf 19,2 °C herunter (Obergeschoss NO). Die elektrische Leistungsaufnahme des Splitgerätes, unsere einzige Heizung derzeit, liegt dabei immer noch im 24-h-Durchschnitt unter 400 Watt.

Jetzt herrschen zwar draußen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt - aber das kann das Außenteil des Klimagerätes³⁰⁾ ohne weiteres ab. Natürlich sinken dann die Arbeitszahlen³¹⁾- immer noch bei Werten deutlich höher als 1 und die Leistung des Gerätes reicht nach wie vor mehr als aus, das ganze Haus warm zu halten. Auf der Südseite kommt unterstützend die Sonneneinstrahlung dazu, wie schon im Blog vom 10. Dez. beschrieben.

Sicher fragen sich gerade die, die von Heizungstechnik ein bisschen mehr verstehen, wie das denn überhaupt sein kann, dass ein 156 m² Reihenendhaus komplett aus einem Mini-Splitgerät mit maximal 3,6 kW Heizleistung, wandhängend in einem Erdgeschossraum (EG), komfortabel beheizt werden kann. Und Skepsis ist hier angebracht, denn solche Ansätze „Heizen aus nur einem Wärmeerzeuger mit Wärmeabgabe im EG“, das war doch historisch schon einmal gescheitert, nämlich mit dem in der Mitte des 19. Jahrhunderts oftmals eingebauten „Warmluftkachelofen“; abschließendes Urteil war dazu: Klar, im Haupt-Aufstellraum (meist Wohnzimmer) war es dann 'mollig warm', aber insbesondere in anderen Geschossen, gar im 2. OG, da kam regelmäßig nicht genug Wärme an und wenn, dann zog es ordentlich. Die wasserführende Zentralheizung mit Heizkörpern in jedem Raum trat dann auch in Deutschland den Siegeszug an - das war zuverlässig, bequem und komfortabel³²⁾.

Wieso soll das jetzt auf einmal funktionieren? Und dann auch noch mit einer Mini-Wärmepumpe (3,6 kW maximal) statt einem Kachelofen mit über 10 kW? Der Schlüssel heißt hier: Erhebliche Reduktion der Wärmeverluste! Die sind in diesem Gebäude nur noch etwa ein Achtel (12,5%) so hoch wie in einem typischen Altbau zur Zeit der Kachelöfen. Deswegen wird schon einmal sehr viel weniger Heizleistung benötigt - weniger als ein Zehntel der früheren Werte, denn die frei verfügbare Wärme ist wegen der größeren Fenster ein bisschen höher geworden. Die verfügbare Leistung der Mini-Split-Wärmepumpe ist sogar doppelt so hoch wie die hier maximal auftretende Heizlast.

Dann bleibt aber immer noch die Frage: Wenn die gesamte Leistung aus einer Quelle in nur einem Raum im EG freigesetzt wird - wie kann es dann im ganzen Haus vernünftig warm werden?

Abb. 9

Abb. 9 gibt die Auflösung: Entscheidend ist der sehr gute Wärmeschutz dieses Gebäudes. Nach außen fließt nur sehr wenig Wärme ab, wir hatten das in einem der letzten Blog-Beiträge schon behandelt³³⁾. Von dieser Wärme wird nahezu die Hälfte dezentral durch Personen und Geräte und ein wenig Licht durch die Fenster ersetzt - der verbleibende „Rest-Verlust“ muss natürlich auch gedeckt werden, sonst wird es trotz allem irgendwann kälter als gewollt. Von der Leistung her kann das Mini-Split-Gerät das „locker“ - und, weil es im Erdgeschoss angebracht ist, kann sich diese Energie auf ganz natürlichem Weg im ganzen Haus ausbreiten. Über einen Mechanismus, der bei den Heizkörper-Raumheizungen als „Warmluftwalze“ bekannt ist; nur, dass das hier eine ganze „Hausluftwalze“ ist, vom EG bis in das zweite Obergeschoss, wie in der Abbildung illustriert. Entgegen kommt uns dabei, dass es sich bei diesem Entwurf um einen sogenannten „offenen Grundriss“ handelt: D.h., das zentrale Treppenhaus ist vollständig offen zum „Ein-Raum“-Erdgeschoss aus Ess- bis Wohnbereich mit zentral integrierter Küche. Wenn wir jetzt die Türen zum Treppenhaus in allen den Räumen offen stehen lassen, die wir mit beheizen wollen - dann funktioniert das!

Dass das tatsächlich funktioniert, kann in dieser Publikation nachgelesen werden: [Feist 2022]Heizen mit dem Klima-Splitgerät. Es wird auch aus den hier im Blog dokumentierten diesjährigen Erfahrungen erkennbar, die Temperatur im EG ist in etwa 1 °C höher als z.B. im Dachgeschoss. Das ist gerade noch „wahrnehmbar“, je nach Priorität ist es dann im EG „etwas wärmer“³⁴⁾ oder im Dachgeschoss „ein wenig kühler“³⁵⁾. Das Niveau, auf dem diese Temperaturspreizung 'aufsitzt', können wir uns noch aussuchen. In den vergangenen Jahren waren das komfortable 21 bis 23 °C im Winter. Im Erdgas-Krisen-Winter testen wir jetzt den Betrieb zwischen 19 und 21 °C.

Die „Hausluftwalze“ darf jetzt nicht so verstanden werden, dass da eine Art „Warmluft-Taifun“ durch das ganze Treppenhaus rauscht. Die Luftgeschwindigkeiten liegen überall unter 0,15 m/s (!!) und sind nicht wahrnehmbar³⁶⁾. Dass es Schritt für Schritt wärmer wird, wenn ich die Treppe hinunter steige, das allerdings kann ich tatsächlich wahrnehmen.

Ganz entscheidend für eine Einschätzung: In einem solchen Objekt mit drei Ebenen kann das mit nur einem Gerät natürlich nur mit der sehr guten Dämmung eines Passivhauses funktionieren und auch das nur mit einem offenen Grundriss. In einem sanierten Altbau sind aber Lösungen mit zwei (oder auch drei) solchen Raumklima-Split-Geräten denkbar. Das ist dann immer noch eine recht kostengünstige Lösung. Überraschend mag sein, dass dennoch solche Raumklima-Split-Geräte als Ergänzung zu einer bestehenden Heizung einen ziemlich großen Anteil der Raumheizung übernehmen können, selbst in einem Altbau. Das ist ein ernst zu nehmender Ansatz in der Erdgas-Krise - denn, diese Geräte sind sehr kostengünstig, eine Installation ist weitaus leichter zu organisieren als eine Erneuerung der ganzen Heizanlage³⁷⁾ - und, evtl. können später weitere Geräte ergänzt werden. Oder aber, der Wärmeschutz wird verbessert, dann reicht das eine Gerät für einen immer größeren Anteil, bis die alte Heizung überflüssig geworden ist³⁸⁾.

Abb. 10Die Kälte ist angekommen.

Aber nur außen - denn innen bleibt es warm; würde es selbst dann, wenn wir jetzt nicht heizen könnten. Letzteres können wir aber, denn die Split-Wärmepumpe läuft, ganz problemlos, auch bei Minusgraden im Außenraum. Natürlich ist die Arbeitszahl dann geringer, aber immer noch deutlich 'über 1'. Und die elektrische Leistungsaufnahme liegt immer noch bei nur um 400 Watt; das ist weder für das regionale Netz noch für die Stromerzeugung ein Problem, auch dann nicht, wenn das „alle machen würden“.

Erstmal zurück zum Außenklima: Eisblumen wachsen! Auf der Innenseite unseres Glasvorbaus auf der Nordseite des Hauses. Auf der Innenoberfläche der Einscheibenverglasung. Woher kommt das Wasser? Aus der Luft im Glasvorbau. Warum gibt es da Wasser? Das kommt derzeit aus den im Vorbau gelagerten Materialien, die auch jetzt noch höhere Temperaturen haben (leicht über 0°C) - da wird Feuchtigkeit, die darin in Poren gebunden ist, verdunstet. Und: Von uns, immer wenn wir da durchkommen und als Personen natürlich Feuchtigkeit ausatmen. Die Innenoberfläche der Einfachverglasung hat aber Temperaturen unter 0°C. Die Luft aus dem Raum kühlt sich an der Oberfläche ab… und kann dann soviel Feuchtigkeit nicht mehr halten. Der Überschuss an Wasser - bleibt auf der Oberfläche, und in diesem Fall dann natürlich als Eis. Das Resultat: langsam wachsende Kristallstrukturen (Abb. 10). Wer genauer verstehen möchte, wie sich das erklärt, findet hier die Grundlagen dazu: Physik zur feuchten Luft, insbesondere: Was ist eigentlich relative Luftfeuchtigkeit?

Auch heute scheint hier die Sonne, und das ist in Mitteleuropa kein Zufall: Die Kälte kommt hier überwiegend durch einen Übergriff des (sibirischen) Kontinentalklimas (Hochdruckgebiet!) auf Europa. Das ist dann jedoch ziemlich trockene Luft - und daher ist der Himmel dann, abgesehen von Bodennebel, klar. Das macht es einerseits noch kälter³⁹⁾ und lässt andererseits der Sonne, auch wenn sie nur wenige Stunden über dem Horizont steht, eine Chance. In einem Gebäude mit gutem Wärmeschutz tankt das dann regelmäßig eine Menge passiv solar verfügbarer Energie. In den meisten Passivhäusern wird daher bei solch kalten Wetterlagen gar nicht mehr geheizt als an einem trüben Novembertag⁴⁰⁾.

Nachtrag (um 14:00): Ein durchgehend klarer Wintertag! Und das bringt soviel Sonnenenergie in den Raum, dass ich jetzt im Arbeitszimmer schon seit Stunden über 22°C messe. Trotz einem Sollwert, der nur bei um 20° liegt. Klar, das erhöht auch (ein wenig) die Wärmeverluste, aber es ist wirklich sehr, sehr angenehm - ab und zu mal „Wärme zum auftanken“, und das bei dem ausgesprochen kalten Wetter. Das Haus tankt dabei auch Wärme, das merken wir dann in den folgenden Tagen, wenn trotz der Kälte nicht viel Strom für die Wärmepumpe gebraucht wird.

Abb. 11Abb. 12Erst ein Nachtrag zum „Sonne tanken“ am gestrigen Dienstag. Abb. 11 zeigt, wie das dann von außen aussieht. Das gibt auch die Stimmung gut wieder: Die Sonne steht tief, auch mitten am Tag⁴¹⁾. Die Strahlung kommt durch die Verglasungen, denn für den sichtbaren Teil des Spektrums sind die transparent⁴²⁾. Und mit dem Licht kommt Energie ins Haus. Diese Strahlungsenergie wird an den Flächen, auf die sie innen auftritt, zum Teil reflektiert⁴³⁾. Abb. 12 zeigt den „Lichtfleck“, der durch die Verglasung bis tief über die Mitte des Grundrisses hinaus in das Haus gelangt - 'passiv solar', das ist keinesfalls eine neuen Idee, das wird schon Sokrates im klassischen Altertum zugeschrieben („Sonnenhaus des Sokrates“).

Bringt das Energie ins Haus? Sicher, und wieviel das ist, das lässt sich anhand von Abb. 13 ein wenig einschätzen. In der Spitze (11:00 bis 12:00) lag die Globalstrahlung auf der Südfassade durchaus bei über 800 W/m². Der helle Tag ist nur kurz - und in der Summe werden es dann 2 kWh/m²/d an so einem sonnigen Tag⁴⁴⁾. Schön wäre es ja, wenn wir diese Energie komplett nutzen könnten; dazu ist aber selbst die modernste Passivhaus-Technik nicht vollständig in der Lage; es ist eher nur ein Viertel davon⁴⁵⁾, das durch fast 20 m² Südverglasungsfläche „durchgereicht“ wird. 10 kWh am Tag ist die hier bewusst grob gehaltene Abschätzung. Diesen Anteil an den Verlusten müssen wir dann schon nicht heizen - wobei, wg. der Kälte, die Verluste eben insgesamt doch höher waren. Das Splitgerät dann aber weiterhin nicht wesentlich mehr zu tun hatte: 425 W_el am gestrigen Tag im Durchschnitt; und, ja, das ist jetzt mehr als nochmal so viel wie der sonst benötigte Haushaltsstrom. Das wird somit schon eine nennenswerte Gesamtlast im Stromnetz, wenn künftig überwiegend mit Wärmepumpen geheizt werden soll, selbst wenn es alles energiesparende Gebäude sind. Wenn sie das nicht sind, dann wird diese Last 5 bis 10mal so hoch - und das wird so schnell nicht ohne weiteres für alle verfügbar sein können: Effizienz und Erneuerbare ergänzen sich aber perfekt: Mit den geringen Lasten, die wir hier haben, ist das darstellbar.

Abb. 13Nun aber zum „ersten Schnee“, wenn wir das so nennen wollen. OK, dafür, dass jetzt eine dünne Puderschicht auf den PV-Paneelen auf dem Dach liegt, hat's gereicht. Bei Einstrahlung wird die schnell wieder verschwinden, Einstrahlung gibt es heute aber nur wenig: Es sieht nach einem eher „dunklen Tag“ aus, die Außentemperaturen aber immer noch unter dem Gefrierpunkt. Ein wenig Wind kommt auf, das wird die erneuerbare Stromerzeugung heraufsetzen, so dass unsere Wärmepumpe ab jetzt mit weniger CO₂-Vorbelastung aus dem Stromnetz betrieben wird⁴⁶⁾.

Das Innere des Hauses, die Wände und Decken, haben sich gestern so um etwa ein Drittel Grad durch die solare Gratiswärme erwärmt. Das konnten wir am Morgen feststellen - die Messwerte der Raumtemperaturen auf der Südseite lagen sogar um gut ein halbes Grad über denen des Vortages. Mit der Zeit verteilt sich die Wärme im Haus, sie reicht aber derzeit nicht, um die Wärmeverluste des ganzen Hauses zu kompensieren - auch in einem Passivhaus nicht. Da hilft dann, dass diese Verluste eben sehr viel geringer sind als bei schlecht gedämmten Gebäuden - diese um 1000 Watt, die gerade als Netto-Verlust bleiben, das ist auf vielen unterschiedlichen Wegen leicht nachhaltig zu decken; die Wärmepumpe ist ein Weg davon, richtig nachhaltig wird das aber auch erst, wenn die Stromversorgung aus erneuerbarer Energie wirklich ausgebaut sein wird.

Wir sollten immer das Gesamtbild im Auge behalten: Wie wichtig die Energieversorgung für unseren heutigen Wohlstand ist, das sollte allen in den letzten Monaten angesichts der erneuten Energiekrise, diesmal ein Krise des fossilen Gases, klar geworden sein. Gerade wenn es draußen so richtig kalt ist - da weiß ich doch einen gut beheizten Raum zu schätzen. Wie das geht, auch ohne die letzten fossilen Kohlestoffatome in Form von CO₂ wieder in die Atmosphäre zu versetzen, das ist der Kerngegenstand dieser Seiten auf Passipedia.

Die Fusion leichter Atomkerne (wie Wasserstoff, Deuterium oder Tritium) zu schwereren ist ein physikalischer Weg, Energie ohne Kohlenstoffverbrennung zu gewinnen⁴⁷⁾. Dass die Kernfusion das kann, muss nicht mehr bewiesen werden: Die Sterne machen das jeden Tag und tatsächlich ist das heute die bei weitem überwiegende Energiequelle im gesamten Kosmos. Auch auf der Erde ist uns das schon gelungen: Edward Teller war derjenige, der es voran getrieben hat - es war bisher nur leider auf militärische „Anwendung“ begrenzt.

Die Erreichung einer positiven lokalen Energiebilanz durch das LLNL, das IST ein wichtiger Durchbruch. Und ich will da auch ganz ehrlich sein: Das ist eine erfreuliche zukünftige Perspektive, denn ich bin auch da sicher, schrittweise wird diese Technologie sich weiter entwickeln lassen und sie wird den Menschen ganz neue Möglichkeiten erschließen, z.B. die interstellare Raumfahrt.

Bis dahin wird wohl leider noch viel Zeit vergehen. Das haben die Wissenschaftler am LLNL selbst betont. Ich muss das nicht im Detail erläutern, denn das hat Anton Petrov in seinem Youtube-Video bereits sehr gut gemacht: Hier der ehrliche wissenschaftliche Hintergrund zum aktuellen Durchbruch bei der Kernfusion: Anton Petrov macht das sehr gut verständlich.

Ein Hinweis noch: Wenn Fusionsenergie z.B. in 30 Jahren in großem Maßstab verfügbar wird, dann wird sie zur Stromerzeugung verwendet.

Auch dann bleibt es also dabei: Die Heizung der Gebäude, unsere Fahrzeuge, … alles das muss dann auf Strom umgestellt werden. Etwas, was wir unabhängig von der gewünschten künftigen Primärenergiequelle ohnehin tun müssen.

Wir sind also gut beraten: auf Wärmepumpen umstellen, so, wie es z.B. mit dem hier im einzelnen beschriebenen Klima-Split-Gerät geht. Alles, was dazu gehört, damit das auch vernünftig funktioniert, das wird ebenfalls gebraucht - ob über Kernfusion oder über z.B. Windkraft betrieben. Damit die Netze das aushalten ist der Schlüssel dafür eine bedeutend verbesserte Effizienz. So, wie wir das hier beschreiben und über die Erfahrungen berichten.

Diese Technologie steht bereits zur massenhaften Anwendung zur Verfügung - sie ist erprobt und bewährt und extrem kostengünstig, sogar im Vergleich mit den immer noch billig verkauften fossilen Energieträgern. Sie kann überall angewendet werden und einen Einstieg kann jeder selbst vollziehen: Bauliche Maßnahmen zur Energieeffizienz.

Für treue und neugierige Verfolger unseres Blogs aber auch noch die Daten des letzten Tages: Zwischen -2 und -8°C lagen die Außentemperaturen gestern - und es war durchgehend dicht bewölkt, im Maximum nicht einmal 50 W/m² auf der Außenseite der Südfassade. Es ist kälter als im Durchschnitt im Dezember, aber schon noch „typisches Dezemberwetter“. Die Temperaturen zwischen 19,2 und 21 °C wurden im Haus eingehalten, dafür war die Split-Wärmepumpe im Betrieb. 461 W_el hat sie dabei gezogen (aus dem Stromnetz, für die Heizung für alle 3 Personen zusammen), die solare Stromerzeugung lag dagegen bei nur 8,5 W im Durchschnitt. Und dazu im Vergleich der Bericht zum Durchschnitt in Deutschland: Etwa 880 W/Person wurde aus dem Stromnetz gezogen und das war leider überwiegend fossil erzeugte elektrische Energie ⁴⁸⁾. Die Gasverbrauchswerte sind ebenfalls seit Tagen auf Spitzenniveau: So hoch, dass die Bundesnetzagentur wiederholt ein sparsameres Verhalten angemahnt hat: Es waren über 4 TWh am Tag⁴⁹⁾, ziehen wir die 1 TWh/d temperaturunabhängigen Verbrauch (aus dem August) ab, so sind das auf 24 h gemittelt um 1500 W je Person in Deutschland⁵⁰⁾. Wenn Erdgas ungefähr die Hälfte der Heizwärme deckt, sind es im Gesamten sogar 3 kW Heizlast je Person in einer solchen Kälteperiode im Dezember. Das summiert sich auf eine gewaltige Leistung, die die Dimension der Aufgabe transparent macht: Diese Heizwärmeverluste, das müssen erheblich weniger werden, wenn wir eine Chance haben wollen, das mit nachhaltigen Energieträgern zu decken. Immerhin: In einem typischen Passivhaus, wie hier dokumentiert, ist es nur ein Zwanzigstel; und dafür reichen auch im Winter Wind und Sonne sowie Backup durch Biomasse-Kraftwerke aus, auch „wenn das alle so machen“⁵¹⁾.

Bei unserer Wärmepumpe handelt es sich um ein „ganz normales“ Raumklimasplitgerät⁵²⁾. Eines der „kleinsten“, die es zu diesem Zeitpunkt gab, unter dem Namen „Mini-Split“ beworben. Vielen in Deutschland sind Splitgeräte aus dem Mittelmeerurlaub bekannt - wo sie in nahezu jeder Eisdiele im Sommer für eine kühle Pause sorgen; oder aus manchen Chef-Büro-Etagen auch in Deutschland - dort allerdings werden die so häufig gar nicht oft betrieben, weil die Geräte älterer Bauart nämlich einen 'Höllenlärm' machen. Das ist einer der Gründe, warum sich diese Technik in Deutschland zunächst nicht besonders ausgebreitet hat: Die paar heißen Tage lassen sich zur Not ertragen, wenn nur die Wahl zwischen „zu warm“ und „zu laut“ besteht. Daher müssen wir uns mit der Frage der Schallbelästigung befassen.

Die gute Nachricht gleich zu Beginn: Gute neue Geräte sind nicht mehr derart extrem laut. Das gilt auch schon für unser Gerät - und, es besteht durchaus die Chance, dass das in der künftigen Weiterentwicklung sogar noch besser wird. Allerdings: Es gibt ein breites Spektrum unterschiedlicher Geräte von verschiedenen Herstellen. Am besten ist es, wenn es unabhängig bestätigte Messwerte zur Schallleistung gib; in der PHI-Zertifizierung sind die beispielsweise enthalten.

Die modernen Geräte haben meistens auch einen sog. „Flüster-Modus“ mit bewusst reduzierten Luftvolumenströmen. Das setzt die Ventilationsgeräusche drastisch herab. Allerdings, der geringere Luftvolumenstrom erzwingt auch, dass für gleiche Wärmeleistung die Lufttemperatur erhöht werden muss. Und das geht nur bei höherer Kondensationstemperatur im Innenteil des Gerätes⁵³⁾. Dadurch sinkt der COP des Gerätes - und der Strombedarf steigt. Das ist übrigens der wichtigste Grund, warum unser Gerät im Winterdurchschnitt keine wirklich hohe saisonale Arbeitszahl erreicht; wir lieben es leise - für konzentriertes Arbeiten ist das einfach angenehmer. Hier wird deutlich, warum Fortschritte beim Schallschutz⁵⁴⁾ zugleich auch Fortschritte bei der Energieeffizienz bedeuten.

Das Schallschutzlabor der Universität Innsbruck hat die Chance wahrgenommen, sowohl innen- als auch außenseitig an dem bei uns eingesetzten Gerät die Schalldruckwerte zu messen. Das war am 25. März 2017, als das Innengerät 'wie üblich' installiert war und der Messkanal für die genaue thermische Messung des Betriebsverhaltens noch nicht vorhanden war; der Kanal nimmt natürlich weiteren „Schall weg“ - denn die verwendeten Stützventilatoren sind ganz extrem leise⁵⁵⁾. Das Messen der Schallwerte war weder innen noch außen „einfach“, weil es überall und immer Störgeräusche gab, die nur sehr schwer „abstellbar sind“. Z.B. musste die „Bahnhofsuhr“ im Esszimmer entfernt werden, deren Sekundenzeiger-Ticken sonst die Messung spürbar beeinflusst; und der Kühlschrank in der Küche für ein paar Stunden vom Netz getrennt, denn wenn der anspringt, wirkt sich das ebenfalls aus. Diese Bemerkungen zeigen auch bereits, dass die Schallleistung des Gerätes im „Flüsterbetrieb“ tatsächlich nicht extrem hoch ist; aber deutlich hörbar ist das Gerät dann schon noch - subjektiv würde ich da nicht von „Flüstern“ reden.

Nun aber zu den Messwerten:

Und das sind die Messwerte für das Außengerät, in dem auch der Kompressor der Wärmepumpe eingebaut ist:

Wir sind somit bereits nahe dran an den extrem guten Werten der zertifizierbaren Passivhaus-Lüftung. Deren Werte um rund 20 dB(A) zeigen auch, dass gute Geräte tatsächlich außerordentlich leise sein können; tatsächlich gibt es sehr leise Geräte auch bereits am Markt - einziges Problem ist, welcher Verlass auf die Angaben in den Herstellerprospekten wirklich besteht.

Möchte jemand selbst eine Eindruck bekommen? Tonaufzeichnungen aus dem Innenraum bei um 20 dB(A) bringen da nichts, weil uns da einfach die „Referenz“ fehlt. Aber das Geräusch außen, nun allerdings aus nur 1 m Entfernung vom Gerät, davon kann ein gewisser Eindruck vermittelt werden. Es handelt sich tatsächlich im wesentlichen um das Rauschen des großen Lüfters. Um die „Ecke“ des Gebäudes, gleichgültig ob im Norden oder Süden dieser Westgiebelwand, ist das bereits beim besten Willen nicht mehr zu hören. Im Foto (Abb. 15) ist erkennbar, dass das Gerät (selbstverständlich!) schallentkoppelt aufgestellt ist; das ist überhaupt nicht schwierig, die zugehörigen Bauelemente sind leicht beschaffbar und auch nicht teuer, sie sind ihren Preis Wert. Bedenke: Die Akzeptanz solcher Geräte hängt ganz entscheidend daran, dass sie eben nicht störend laut sind - und das ist mit etwas Achtsamkeit und bei sorgfältiger Auswahl heute durchaus zu erreichen.

Abb. 14 Abb. 15

Abb. 16Jetzt liegt die Außenluft-Temperatur im Mittel schon um -6°C. Aber der 16. Dezember ist bisher in Darmstadt ein sonniger Tag - und die Temperaturen in unseren Südräumen sind bereits auf um 22 °C angestiegen. Da kann ich den Pullover wieder ausziehen! Die 24-gemittelte elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe am gestrigen Tag (kalt aber ohne Sonne!) lag bei 462 W. Etwa 6 W/m² spezifische Heizleistung⁵⁷⁾ ist da das Ergebnis - und das innerhalb der 14 Tage des Jahres, in denen die Sonne am tiefsten steht⁵⁸⁾. Wenn sich das Wetter so abwechselt - immer mal wieder ein sonnenreicher Tag zwischendurch - ist das geradezu Idealwetter für ein Passivhaus. In Deutschland normalerweise häufiger sind aber atlantische Dezember-Tiefdruckgebiete; da ist es dann trüb und nass - auch da bleiben die Heizleistungen in einem Passivhaus oder einer EnerPHit-Sanierung in Grenzen, aber für die Stimmung ist der Sonnenschein natürlich viel besser.

Habe ich es schon erwähnt? Praktische Schritte in Richtung auf so niedrige Verbrauchswerte können überall gegangen werden, mit ganz einfachen Dingen können alle anfangen:Eine gedämmte Heizkörpernische, eine Fensterfolie, ein paar verbesserte Heizleitungen,... oder auch so ein Split-Klimagerät.

Ziel der Umrüstung auf Wärmepumpen ist letztlich die Verringerung von Klimagas-Emissionen. Da die Wärmepumpe vor Ort mit Strom betrieben wird, entsteht beim Betrieb kein CO₂, und so wird das gern oft kommuniziert. Natürlich ist es in Wahrheit etwas komplizierter - aber nicht so kompliziert, dass es nicht in unserem Blog verständlich gemacht werden kann. Wir machen das in „kleinen Schritten“, so dass transparent wird, welche Daten wo eingehen und wo sich Einschätzungen auch anders treffen ließen.

Ja, und das wird fast überall im Dezember in privaten Haushalten so sein - denn die PV-Eigenstromerzeugung im Dezember, auch bei einer sehr großen Anlage, wird in Mitteleuropa für den Betrieb einer Wärmepumpe nicht verfügbar sein - die reicht, selbst bei sehr sparsamen Verbrauch, noch nicht einmal für die Deckung des Verbrauchs von den ganzjährigen üblichen Haushaltsanwendungen⁵⁹⁾. Für den Betrieb von Wärmepumpen muss somit von der verfügbaren Stromerzeugung im öffentlichen Netz ausgegangen werden.

Beginnen wir mit der Situation heute: Vom Strom im Netz wird derzeit etwa die Hälfte nicht aus fossiler Energie erzeugt, der erst noch immer in Kohle-, Gas- und Ölkraftwerken - und diese setzen CO₂ frei. Blenden wir die aktuelle Situation mit wieder erhöhtem Kohle-Anteil aus und gehen von den durchschnittlichen Emissionen des Jahres 2021 aus, so waren das im Resultat

420 g/kWh_el .

Unsere Wärmepumpe kommt im Winter auf eine mittlere monatliche System-Arbeitszahl (inkl. aller Hilfsenergie) von 2,25⁶⁰⁾. Damit kommen wir für die Emissionen im Betrieb je kWh_therm Heizwärme auf

Split-Geräte-Heizung wie gemessen: 187 g/kWh_therm .

Würden wir die Heizwärme weiter aus dem zentralen mit Erdgas betriebenen Brennwertkessel beziehen, dessen Gesamtsystemwirkungsgrad inkl. der Verteilung gemäß der Messergebnisse in den Jahren 2000-2015 bei rund 92% liegt, so ergeben sich bei einem GWP⁶¹⁾ von 250 g/kWh_Erdgas

Erdgas-Brennwertkessel wie gemessen: 272 g/kWh_therm .

Das sieht immer noch gut aus! Die Wärmepumpe erlaubt damit nicht nur eine Umstellung auf einen höheren Anteil erneuerbarer Energie, sondern bereits heute eine CO₂ Reduktion im Betrieb von rund 30%. Und selbstverständlich wird erheblich weniger Erdgas dafür gebraucht. Das sind gute Gründe, die Umstellung auf Wärmepumpen zu empfehlen.

Es gibt jedoch immer noch einen Tropfen Wasser in den Wein: Denn, die meisten heute eingebauten Wärmepumpen laufen mit klimaschädlichen Kältemitteln. Das ist solange kein „Riesenproblem“, solange diese Kältemittel nicht freigesetzt werden, deswegen muss bei Befüllung und auch bei der Außerbetriebnahme bzw. dem Ersatz von Wärmepumpen darauf geachtet werden, dass so wenig wie möglich Kältemittel freigesetzt wird.

Überschlagen wir es kurz im vorliegenden Fall: Da sind 1,05 kg R410A an Kältemittel eingefüllt, dieses hat einen GWP-Faktor von 2088 gegenüber CO₂. Gehen wir von einer Betriebszeit von 12 Jahren und einem vollständigen Kältemittel-Verlust aus, so wären das immerhin ein Beitrag von 117 g/kWh auf jede Kilowattstunde erzeugte Heizwärme. Mit dieser Klimagas-Belastung wäre die Split-Wärmepumpe dann sogar ein wenig klimaschädlicher als der alternative Gaskessel. Was wir daraus erkennen: Es ist wirklich wichtig, dass wir auf umweltfreundlichere Kältemittel umsteigen. Schon mit R32 sieht es besser aus (nur noch +38 g/kWh) und letztlich können Wärmepumpen dieser Leistungsklasse auch mit Propan (R290) betrieben werden, denn unter 150 g Kältemittelmenge können bei nur 2 kW geforderter Leistung durchaus erreicht werden. Damit ist das Thema Treibhausgas bzgl. des Kältemittels „erledigt“, denn die beim einem GWP von 3,3 verbleibenden umgerechnet 0,026 g/kWh sind vernachlässigbar gering. Hier wird deutlich, warum wir empfehlen:

• Moderne Splitgeräte zur Heizungsunterstützung einsetzen: Ja, das ist schon heute sinnvoll,
• aber auf R32 als Kältemittel achten (oder, wenn möglich, gleich R290)
• und: erstmal nur ein solches Splitgerät für den „wichtigsten Raum“, damit können dann immerhin schon einmal 30 bis 40% der Energie aus Gas oder Öl eingespart werden, wenn ansonsten eine brennstoffbetriebene Zentralheizung läuft⁶²⁾.
• … weitere Splitgeräte können nachgerüstet werden, wenn (hoffentlich in wenigen Jahren) die verbesserten Systeme mit klimafreundlicheren Kältemittel in großer Auswahl am Markt verfügbar sind. Die werden dann auch effizienter im Heizbetrieb sein, denn dafür sind die heutigen Systeme noch nicht wirklich optimiert.
• Vor allem immer darauf achten, dass Kältemittelverluste gering gehalten werden.
  

Nun wollen wir aber auch noch einen Blick in die Zukunft wagen: Denn, so wie heute wird die Situation bei der Stromerzeugung sicher nicht bleiben - der Kohleausstieg ist vereinbart und ein Zubau von erneuerbarer Stromerzeugung ist ziemlich sicher. Das wird insgesamt die mittlere äquivalente Klimagas-Emission von Wärmepumpenstrom auf rund

198 g/kWh_el reduzieren,

im Durchschnitt des im Winter für den Betrieb entnommenen Stroms über die kommenden 30 Jahre; bei einem relativ 'optimistischen' Szenario für die künftige Stromerzeugung. Das ist nur etwa die Hälfte der heutigen Emissionen. Damit reduzieren wir künftig mit solchen Splitgeräte-Heizungen die Emissionen für die Raumwärmebereitstellung um etwa einen Faktor 3. Das ist der eigentliche Grund, warum wir das empfehlen. Dazu erforderlich ist aber

• Ein zügiger Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung, insbesondere der Windkraft: Denn nur Windenergieanlagen können im Winter in der geforderten Menge erneuerbaren Strom direkt erzeugen⁶³⁾.
• Ein engagiertes Gebäude-Modernisierungsprogramm: Denn bei den jetzt vorliegenden Heizlasten wäre die mittlere Last im Stromnetz allein durch die zusätzlichen Wärmepumpen im Winter mehr als verdoppelt; das wäre weder für das Netz noch für die Erzeugung noch für das ebenfalls erforderliche Backup leistbar. Bei einer Reduktion auf etwa 33 bis 40%, so wie das mit den Tipps für die schrittweise Verbesserung der Gebäude möglich ist, kann es aber alles gelingen, dann auch mit einem vertretbarem Aufwand für die Umstellung.

Nach dem sonnigen Tag gestern scheint auch heute wieder die Sonne und das zieht die Temperaturen im Haus nach oben. Die mittlere elektrische Leistung der Wärmepumpe lag gestern nur noch bei 422 Watt_el⁶⁴⁾. Das hat in den dafür zu betreibenden Kraftwerken immerhin etwa 5,9 kg CO_äq freigesetzt. Heizung ist schon immer noch ein bedeutender Klimagas-Erzeuger, selbst in einem Passivhaus; daran ändert sich dann etwas, wenn erneuerbare Energie, insbesondere Windkraft, zügig ausgebaut wird - etwas Zeit benötigt das aber schon. Welcher Zeitmaßstab hier anzulegen ist, das werden wir in einem künftigen Beitrag auch noch beleuchten. Für heutige durchschnittliche Gebäude mit heute üblichen Heizungen lagen die Emissionen gestern gut 12mal so hoch! Es ist völlig klar, dass dies sich ändern muss: Es geht nicht lange gut, wenn wir nur für einen Tag Heizen in jeder Wohnung die Masse einer Person an Klimagasen freisetzen.

Abb. 17Abb. 17 zeigt das Außengerät heute Vormittag mit einer Reifschicht - die ist zum Zeitpunkt der Aufnahme noch nicht besonders dick und die Außenluft wird vom Gebläse da immer noch durchgezogen, das Kältemittel in den Rohren des Verdampfers zieht auch bei -9 °C⁶⁵⁾ immer noch Wärme aus dem Luftstrom heraus. Wird der Strömungswiderstand bei dicker werdender Eisschicht zu groß, dann schaltet das Gerät automatisch in den Abtaumodus; das hat es in der Nacht mehrmals getan, ohne dass wir davon irgendwie Notiz genommen haben. Ein Problem gab es deswegen noch nie - auftreten tut diese Situation dann, wenn die Luftfeuchtigkeit außen so hoch ist, dass die unterkühlte Fläche des Verdampfers die Taupunkttemperatur unterschreitet⁶⁶⁾. Das kam in den 7 Jahren des Betriebes nur an einzelnen Tagen vor. Dass das derzeit passiert, kündigt einen Wetterwechsel an: Die relative Luftfeuchtigkeit ist gestiegen, feuchtere Luft eines atlantischen Tiefdruckgebietes ist auf dem Weg zu uns: Die Folgen, wenn das auf jetzt eiskalte Böden trifft, haben die Wetterdienste bereits seit Tagen angekündigt: Glatteis!

Eine Konsequenz hat die Reifschicht und die Notwendigkeit zum Abtauen schon: Das reduziert den COP⁶⁷⁾ unseres Gerätes; der liegt allerdings auch heute immer noch deutlich über eins: Es ist also sinnvoll, die Wärmepumpe zu betreiben, sie zieht nach wie vor einen bedeutenden Teil der benötigten Heizwärme aus der Außenluft. Auch bei dieser Kälte, und trotz des Energieaufwandes für das Abtauen von Zeit zu Zeit.

Die Temperaturen lagen in der Nachts bei -1 bis -10 °C, es gab rasche Luftmassenwechsel; es ist, als ob der „atlantische Einfluss“ (feuchter, wärmer) mit dem „asiatischen Einfluss“ (kälter, klarer, trockener) „kämpft“. Der Stromverbrauch am gestrigen Tag lag bei 426 Watt im Durchschnitt für das Splitgerät, da ist der Aufwand für das Abtauen (von Zeit zu Zeit) bereits enthalten. Die Temperaturen im Innenraum wurden gehalten - bzw. in den Südräumen war es zeitweise sogar angenehm sonnig warm (bis über 22 °C).

Das Wetter ist wie angekündigt: Feuchte atlantische Luft, die sich über und in die Kaltluft am Boden einmischt. Richtig geregnet hat es hier bisher noch nicht: Aber der Boden, durchgefroren von den vergangenen Tagen, hat eine spiegelglatte Eisoberfläche. Bedeckt von einer hauchdünnen Schicht aus flüssigem Wasser - das ist Spaß für die Kinder, da lässt sich schön „Schlittern“. Auf Beton, Asphalt oder Steinbelägen mit normalem Schuhwerk - keine Chance, das ist dann, wie wenn Dir jemand den Boden unter den Füßen wegzieht. Da muss ich dann wohl die Schuhspikes zum überziehen raussuchen, die wir für die Gletscherquerung einmal besorgt hatten.

Das Splitgerät arbeitet weiter ohne Murren und einwandfrei; 10,33 kWh_el waren es gestern insgesamt. Die Temperaturen im Haus halten sich auf dem gewünschten Niveau. Nach dem Wetterumschwung werde ich dann die Daten der sehr kalten Woche insgesamt auswerten und dokumentieren. Klar ist schon jetzt: Auch in einer solchen Wetterlage arbeitet das Splitgerät zuverlässig; und die Strombedarfswerte lagen immer in einem Bereich, der für das Netz und die (künftige) erneuerbare Erzeugung noch akzeptabel sind. Ebenso klar ist aber auch, dass dafür die Heizlast nicht so hoch bleiben darf wie im durchschnittlichen Bestand - und, dass dafür ein erheblicher Ausbau der erneuerbaren Erzeugung erfolgen muss, insbesondere bei der Windenergie.

Abb. 18 zeigt den Verlauf von Solareinstrahlung und atmosphärischer thermischer Strahlung (sog. atmosphärische Gegenstrahlung) im Zeitraum des Hochdruckeinflusses. Sehr schön ist in Abb. 19 erkennbar, wie die Temperatur am 12. Dezember steil abfällt, dann typische Tag-Nachtgänge zeigt und wie die Kaltluftmasse ab 18. Dezember 8:00 wieder durch das atlantische Tief durch warme, feuchte Luft verdrängt wird. Nur zwei der 7 kalten Tage waren strahlungsarm (Nebel); sonst zeigt sich der typische Verlauf von Solarstrahlung auf die Südfassade (gelb), in Ostorientierung (rot) und von Westen (blau) sowie horizontal (grün) und nordseitig (grau), am 16. Dezember nahezu bilderbuchmäßig. Hier wird deutlich erkennbar, warum wir südorientierte Fenster empfehlen. Die solare Einstrahlung wirkt sich unmittelbar auf den Temperaturverlauf in den Südräumen aus, auch wieder am 16. Dezember am klarsten erkennbar: Im Dachgeschoss Südost (gelb) an diesem Tag auf über 23 °C - das Passivhaus ist in der Lage, die Gratiswärme lang im Gebäude „zurück“ zu halten, denn die Wärmeverluste sind nur gering; natürlich verteilt sich die Wärme mit der Zeit tiefer in die Bauteile (z.B. Decken) hinein und auch weiter bis in den Nordbereich des Hauses. Der Nordraum im Erdgeschoss („EG_Esszimmer, violett“) ist der Standort des Splitgeräte-Innenteil⁶⁸⁾. Wärmer sind nur die Feuchträume in EG und OG (blau, das sind kleine Räume mit extrem geringem Wärmeverlust), weil hier die WW-Zirkulation endet. Alle Innentüren stehen offen, bis auf die zum Raum OG_Zi-NE (orangerot); diesen seltener genutzten Raum haben wir hier ganz bewusst „abgekoppelt“. Dort sind die Temperaturen dann auch tatsächlich bis auf rund 18,5 °C abgesunken. Überall sonst liegen die Temperaturen dauerhaft zwischen 19,2 °C und 21,4 °C, in dem für „sparsamen Heizbetrieb“ angestrebten Band.

Die entsprechenden Verläufe in den Jahren 2017-2021 liegen im Durchschnitt gut 1 Grad höher, das Niveau ist allein eine Frage der Einstellung der Sollwerte an der Steuerung des Klima-Splitgerätes.

Abb. 18

Abb. 19

Abb. 20Zu den obigen Temperaturverläufen werden hier jetzt auch noch die „gezapften“ Energiemengen dokumentiert. Versorgt wird das Gerät aus dem deutschen Stromnetz; angegeben im Diagramm ist die gesamte elektrische Leistung (inkl. alle „Hilfsenergie“-Verbrauchswerte wie Ventilatoren, Regelung, Abtauprozesse u.a.m.) im Mittelwert über 24 h. Über die Kälteperiode insgesamt gemittelt sind es um 442 Watt_el und das ist der Gesamtverbrauch für die Heizung in diesem Haus - womit die Temperaturen im Raumtemperaturdiagramm dargestellten Intervall gehalten werden konnten; das waren 19,2 bis 21,4 °C, ein Bereich, der mit angemessener Innenraum-Winterkleidung komfortabel ist. Mit rund 150 Watt_el je Personen liegt dies um nur 50% über dem Energieumsatz der drei Personen in dieser Wohnung. Würden alle 84 Millionen⁶⁹⁾ so heizen, mit Gebäuden der hier vorliegenden Effizienz, so würde sich das auf 12,6 GW_el summieren. Die in diesem Zeitraum tatsächliche mittlere Leistung aus Windkraft lag bei um 9 GW⁷⁰⁾. In nur durchschnittlich wärmegedämmten Gebäuden wäre die betreffende in der Kälteperiode benötigte Leistung 5 bis 8 mal so hoch; das korrespondiert auch zu den Erdgasmengen, die im betreffenden Zeitraum in Deutschland gezapft wurden.

Diese Analyse zeigt: Mit Wärmepumpen ist der überwiegende Teil der Gebäude gesichert im verfügbaren Stromnetz beheizbar, wenn der Wärmeschutz der Gebäude auf einem guten Niveau liegt⁷¹⁾.Auch dafür wird ein bedeutender Ausbau der erneuerbaren Energiegewinnung benötigt, insbesondere bei der Windenergie. Alle genannten Voraussetzungen sind erfüllbar:

• Eine Umrüstung auf (weitgehend) Wärmepumpen innerhalb der nächsten ca. 25 Jahre
• Die Verbesserung des Wärmeschutzes auf EnerPHit-Niveau im etwa gleichem Zeitraum (Das entlastet dann auch die Gasversorgung, in den Objekten, die noch nicht auf Wärmepumpen umgerüstet sind)
• Der Ausbau der Windkraft, die allerdings zügiger und mit ehrgeizigeren Zielen (nämlich rund +10 GW/a Nennleistung) erfolgen muss.
• Für Flauten wird auch eine Backup-Leistung benötigt. Auch das ist bei gering bleibenden Gesamtlasten machbar, dafür könnten z.B. GUD-Kraftwerke bereit gehalten werden, die mit Gas aus erneuerbarer Energie, zwischengespeichert in den schon heute vorhandenen Methan-Speichern, betrieben werden können. Das ist der bei weitem teuerste Teil er Lösung. Bei zu hoher maximaler Gesamtheizlast würde dieser Teil des Konzeptes unbezahlbar.
  
  
  

Abb. 21Dass die Wärmedämmung von Hüllflächen der Gebäude bedeutend den Verbrauch an Heizenergie reduziert, das wird an den Ergebnissen in diesem Blog zum „Heizen mit nur einem einzelnen Splitgerät“ für ein richtig gut gebautes Wohnhaus deutlich. Auch bestehende Gebäude können mit verbessertem Wärmeschutz nachgerüstet werden, das ist ein entscheidender Teil zum Gelingen der Energiewende. Auf den Seiten zu Energieeffizienz-Jetzt geben wir dazu konkrete Anleitungen, die auf dem gesammelten Know-how zehntausender realisierter Neubauten und Bestandsgebäude beruhen. Diese Anleitungen beruhen immer auf dem Stand der Erkenntnis der Bauphysik - dort sind die entscheidenden Fakten zur korrekten Ausführung zusammengefasst. Die Anleitungen betreffen immer solche Maßnahmen, die wir konkret selbst ausgeführt haben: D.h., auch die Erfahrung der praktischen Ausführbarkeit⁷²⁾ ist gegeben. Es lohnt sich in jedem Fall, sich diese Sammlung konkreter Maßnahmen an zu sehen.

Dass diese ausgeführten Maßnahmen das leisten, das durch die Bauphysik von ihnen versprochen wird, ist durch wissenschaftlich begleitete Projekte, die z.T. schon Jahrzehnte erfolgreich in praktischer Nutzung sind, belegt. Dennoch nehmen wir die Gelegenheit war, die in der unmittelbaren Umgebung des Institutes ausgeführten Maßnahmen ebenfalls messtechnisch zu begleiten.

Abb. 22Eine besonders wirksamere Dämmung von Außenwänden erfolgt natürlich von der Außenseite - und bei Gelegenheit werden wir das hier noch einmal im Detail mit Messergebnissen darstellen. Aus den unterschiedlichsten Gründen ist eine außenliegende Dämmung aber nicht überall möglich. In solchen Fällen ist - fast immer⁷³⁾ eine innenliegende Dämmung besser als gar keine Dämmung. Für diese Innendämmungen gibt es sogar eine Fülle unterschiedlicher Ausführungsmöglichkeiten, die alle gute Ergebnisse versprechen. Die beiden entscheidenden Merkmale sind: (1) Die Dämmschicht muss gegenüber der Raumluft luftdicht sein, damit konvektiv nicht große Mengen an Raumluftfeuchtigkeit an die dann kalte alte Oberfläche gelangen kann, und (2) schädliche Wärmebrücken mit zu niedrigen raumseitigen Innenoberflächen müssen entschärft werden - und wie das genau geht⁷⁴⁾, das beschreiben wir detailliert in den jeweiligen Anleitungen.

Sechs unterschiedliche Varianten zur Innendämmung haben wir konkret mit modernen Werkzeugen in den eigenen Räumlichkeiten im Jahr 2022 ausgeführt - und da wird auch jeweils nochmals gemessen und der Erfolg kontrolliert. Auch darüber wird noch im Einzelnen berichtet werden. Soviel kann allerdings schon jetzt verraten werden: Bisher, Messungen bis zum 20. Dezember berücksichtigt, funktionieren alle sechs Varianten genau wie zuvor erwartet. Abb. 22 zeigt das Wärmebild an einer Innenecke zur Geschossdecke; dabei waren es um 22°C Innentemperatur und um 0°C außen). Das Bild zeigt: Es gibt einen sicheren Abstand zur Taupunkttemperatur (die hier um 9°C liegt); keine Gefahr für erhöhte Feuchtigkeit und ohnehin kein Tauwasser; das geht somit auch mit Innendämmung - wenn die Randbereiche wie beschrieben mit Dämmkeilen 'entschärft' werden. So, wie beschrieben, kann das somit gemacht werden - und es spart jeweils eine Menge Energie, CO₂ und Geld.

Das war ein enormer Temperatursprung im Außenbereich: Von nur um -8°C auf deutlich über 9°C, verbunden mit einer Zunahme der relativen Feuchtigkeit der Außenluft auf nahezu 100%; jetzt, da es regnet, sehr nahe dran. Wie wirkt sich das auf den Innenraum aus? Nun, die Temperaturen haben sich kaum geändert, dafür ist das thermostatisch geregelte Split-Heizgerät ja da; weniger als ein halbes Grad macht der Außeneinfluss auch in den entlegenen Räumen im Dachgeschoss aus. Der Verbrauch dafür geht, wie zu erwarten, spürbar zurück, nur noch um 300 Watt_el nimmt das Gerät jetzt im Durchschnitt auf; dabei unterstützt auch noch, dass bei kleineren Leistungen die Temperaturdifferenzen an den Wärmeübertragern geringer werden und die Wärmequelle der Wärmepumpe, die Außenluft, soviel wärmer ist: auch das „Abtauen“ kommt jetzt nicht mehr vor.

Ein wenig deutlicher werden die Unterschiede durch das Außenklima bei den Messwerten zu den Raumluftfeuchten: Die lagen in der Kälteperiode zwischen 36% und 43% (jeweils immer noch ideal für die Bedürfnisse der Menschen und völlig unproblematisch bzgl. potentieller Feuchtebelastungen der Bauteile), sie liegen jetzt zwischen 45% und 51% (weiter im optimalen Bereich für uns Menschen - und weiter unkritisch für die Bausubstanz); diese Unterschiede sind aber in den Messergebnissen klar zur verfolgen. Auch 100% relative Feuchte Außenluft hat, bei 10° Frischluftemperatur, hereingeholt als Zuluft⁷⁵⁾ nur noch eine relative Feuchtigkeit von 52,5%. Wen das verwundert - diese Zusammenhänge sind leicht zu verstehen und können z.B. hier: "Grundlagen feuchte Luft" nachgelesen werden.

Die traditionelle Feier eines Festes der Freude: Schon die Alten wussten sehr wohl, dass es der Frieden ist, der den Menschen gut tut - der großen Mehrheit der Menschen zumindest. Wir wünschen allen Lesern ein friedliches Fest - und die Besinnung auf die Schönheit und Einzigartigkeit der uns umgebenden Natur. Wir Menschen sind ein Teil dieser Natur - und unser Leben hängt mit den Bedingungen unseres Ökotops untrennbar zusammen. Diese haben unsere Art seit Beginn ihrer Existenz eine beispiellose Entwicklung ermöglicht. Wir müssen bedenken, dass nicht wir es sind, die diese Bedingungen geschaffen haben - und wir sollten uns nicht anmaßen, diese Bedingungen so zu verändern, dass es nicht nur für uns, sondern für viel zu viele mit uns in Synergie lebende Arten ungemütlich wird auf dem Planeten.

Lassen Sie mich aus Carl Sagans „Kosmos“ zitieren: „…Es gibt vielleicht keine bessere Veranschaulichung der Torheit der menschlichen Überheblichkeit als das ferne Bild unserer winzigen Welt. Für mich unterstreicht es unsere Verantwortung, freundlicher miteinander umzugehen und den blassblauen Punkt, das einzige Zuhause, das wir je gekannt haben, zu bewahren und zu schätzen.“

In den bisherigen Berichten wurde deutlich, wie extrem gering der Energieverbrauch für die Heizung auch bei strenger Kälte in diesem Gebäude noch ist - und das bei Innentemperaturen, die im Komfortbereich liegen. Dass das hier so möglich ist, dahinter steckt kein Geheimnis: der Grund ist offensichtlich. Es ist der bereits im Blog vom 9. Dezember erwähnte sehr niedrige spezifische Wärmeverlust durch die Hülle des Hauses in die kalte Umgebung: wir hatten diesen schon mit um 82 W/K⁷⁶⁾ angegeben; bei den um -8 °C mittleren Außentemperaturen in der Frostperiode aber immer noch um 20°C innen sind es

$ \dot{Q} = H \cdot \left( \theta_i - \theta_e \right) = $ 82 W/K ( 20 - (-8) ) K = 2296 W

Ein bedeutender Beitrag zu diesen Verlusten ist auch in diesem Gebäude immer noch der Wärmestrom durch die Außenwände - einfach weil diese die weit überwiegende Fläche für den Wärmeaustausch darstellen (etwa 140 m²). Dabei sind unsere Außenwände tatsächlich sehr gut wärmegedämmt - mit einer Gesamtdämmstärke von rund 27,5 cm und einem konventionellen Dämmstoff⁷⁷⁾.
Abb. 23Abb. 23 zeigt die gemessenen Temperaturen an den Oberflächen und im Inneren der westlichen Außenwand in der gerade vergangenen Periode vom 13 bis zum 25.12.2022. Die Lage der hier verwendeten Temperatursensoren⁷⁸⁾ gehen aus dem mit dargestellten Querschnitt hervor. Wir konzentrieren und zunächst auf drei Sensoren: Den an der inneren Oberfläche des Innenputzes⁷⁹⁾, den an der Außenseite im Außenputz⁸⁰⁾ und den an der Grenzfläche des gemauerten tragenden Teils der Wand zum Dämmstoff⁸¹⁾.
Die Temperaturen der Innenoberfläche sind nur ganz wenig verschieden von denen der Raumluft im betreffenden Raum⁸²⁾. Das allein zeigt schon, dass über die Wand nur wenig Wärme abfließt. Aber wir können das noch klarer durch den Vergleich der Verläufe bei den drei ausgewählten Sensoren sehen:
Wie die beiden schwarzen Pfeile zeigen, ist die Temperaturdifferenz zwischen der Innenoberfläche und der Grenzfläche zwischen der gemauerten Wand und der außenliegenden Dämmung nur gering; im Mittel über den gesamten Zeitraum sind es gerade 0,66°C⁸³⁾. Dagegen ist die Temperaturdifferenz zwischen der Grenzfläche Mauer/Dämmung und dem Außenputz hoch, nämlich im zeitlichen Mittel 18,5°C. Es ist also so, dass fast der gesamte Abfall der Temperatur innerhalb der Dämmschicht stattfindet. Dort allerdings ist Wärmeleitfähigkeit gering, so wird der Wärmeabfluss begrenzt. Der Temperaturabfall über der tragenden Mauer ist nur ca. ein 29stel der gesamten Temperaturdifferenz. Ohne die Dämmschicht müsste die Temperatur fast vollständig über der Mauer abgebaut werden. Entsprechend der sehr viel höheren Wärmeleitfähigkeit des dort verwendeten Kalksandsteins ergibt sich dann ein um nahe am Faktor 29 liegender höherer Wärmeverlust. Abb. 23 macht die enorme Wirkung dieses verbesserten Wärmeschutzes unmittelbar erkennbar. In unserer Nachuntersuchung zum 25jährigen Jubiläum dieses Hauses haben wir aber auch die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes noch einmal im Labor nachgemessen. Das hatte auf einen Wert von 0,0412(12) W/(mK) geführt⁸⁴⁾. Ein Ergebnis, das im Rahmen der Messgenauigkeit den Literaturwerten für das Material im Neuzustand entspricht. Der volle Bericht zu dieser Nachuntersuchung kann hier auf Passipedia nachgelesen werden [Feist, Pfluger 2016][Feist 2022].

Nicht nur die Außenwände sind in dieser Weise gut wärmegedämmt: Das gilt auch für das Dach, die Kellerdecke und selbst die Fensterrahmen. Das „Einpacken in verpackte Luft“ funktioniert an allen Bauteilen so wie geplant⁸⁵⁾ und reduziert uns die Verluste des Hauses um eine Größenordnung eines Faktors 4. Da aber die inneren Wärmequellen und die passiv solare Gratisenergie auf nahezu dem gleichen Niveau bleiben wie in einem durchschnittlichen Gebäude, reduzieren sich dadurch die noch erforderlichen Heizleistungen sogar um Faktoren 8 bis 12 (je nach Wetterlage). Das also ist das (gar nicht so geheime!) Geheimnis für den Erfolg.
Die gute Nachricht: Auch in bestehenden Gebäuden lassen sich die Wärmewiderstände der Bauteile nachträglich bedeutend reduzieren - in einer Reihe von Fällen ist das sogar bis zum Passivhaus-Standard gelungen. Oft wäre es zu aufwändig, das für alle Bauteile und Anschlüsse auch im Bestand um zu setzen - hier greift dann „EnerPHit“-Standard, eine auf die vorgefundene Situation bei Bestandsgebäude angepasste Methodik, nach der auch dort sehr geringe Verbrauchswerte erreicht werden können; Faktoren 3 bis 8 gegenüber dem ursprünglichen Zustand sind auch dann möglich. Und damit nahezu alle Vorteile, die sich aus den hier beschriebenen Erfahrungen ergeben.

Heute früh mit einer kurzen Periode Sonnenschein verwöhnt. Die Außentemperaturen sind aber nach wie vor sehr mild, die Wärmeverluste daher weiterhin gering. In den vergangenen Tagen lag die elektrische Aufnahmeleistung der Split-Wärmepumpe wieder bei nur rund 270 W. Jetzt kommt der Strom auch bereits überwiegend aus erneuerbarer Erzeugung, dafür sorgt das jetzt hohe Windenergie-Angebot.

Eine rückblickende Betrachtung zur Frostperiode: Da lag die elektrische Leistung zum Betrieb der Wärmepumpe bei um 430 Watt. Würde jede in Deutschland ansässige Person eine dem entsprechende Leistung⁸⁶⁾ zusätzlich aus dem Stromnetz beanspruchen, dann kämen dabei etwa 12 GW⁸⁷⁾ Dauerleistung über die 10 Tage⁸⁸⁾ dazu. Das ist in etwa ein Sechstel (17%) mehr als die tatsächlich in diesem Zeitraum über das Stromnetz verteilte Leistung. Im gleichen Zeitraum wurden durchschnittlich etwa 9 GW Windstrom erzeugt, der natürlich an anderer Stelle wirklich gebraucht wurde. Allein für die Deckung des nur noch sehr geringen Heizwärmebedarfs von Passivhäusern wäre für eine vollständige Deckung in einer solchen 10-Tages-Flaute mehr als die heutige Windkraftleistung zusätzlich erforderlich. Das illustriert, dass ein vollständig erneuerbares Energiesystem selbstverständlich ein „Backup“ durch in solchen Zeiten einsetzbare gespeicherte Energie benötigt. Im folgenden Abschnitt beschrieben wir eine Möglichkeit, wie das klappen kann - es gibt noch eine ganze Reihe weiterer, uns erscheint die dargestellte als die naheliegendste.

Biomasse ist ein leicht lagerfähiger Energieträger - dieser wird auch heute schon für die Stromerzeugung eingesetzt, allerdings bisher überwiegend in der sog. Grundlast. Biomasse lässt sich z.B. als Biogas erzeugen und dann problemlos so wie heute das Erdgas in den schon vorhandenen Erdgas-Speichern aufbewahren. Wir erzeugen heute etwa 5,5 GW_el „Strich“ das ganze Jahr hindurch. Die Stromerzeugung daraus ließe sich in der Zukunft mehr und mehr auf die Monate November bis Februar konzentrieren; die Leistung von Gas-Kraftwerken dafür steht sogar bereits zur Verfügung: etwa 24 GW_el lieferten diese zeitweise in diesem Dezember bereits: Für die tatsächlich von Flauten beherrschten Zeiträume würde schon das auch für den Leistungsbedarf von Wärmepumpen - auf dem Niveau der Passivhaus-Effizienz - ausreichen. Anders, wenn die nachgefragte elektrische Durchschnittsleistung das 8fache des Wertes im Vergleich zur Passivhaus-Effizienz wäre (so, wie das derzeit etwa für konventionelle Altbauten im Durchschnitt zutrifft). Die dann allein für die Haushalte für die Wärmepumpen benötigte Backup-Leistung läge dann bei etwa 100 GW_el; das ist in etwa die Höhe der heutigen gesamten verfügbaren Leistung zur Stromerzeugung in Deutschland. Diese würde einerseits als zusätzlich installierte Windleistung (für die Zeiten außerhalb der Flauten) und zusätzlich mit Backup-Erzeugern benötigt. Solche Ausbaupläne liegen bisher nicht vor und sie würden auch ziemlich teuer werden.

Abb. 24Das heißt aber nicht, dass eine erneuerbare Zukunft schwierig oder gar unmöglich wäre: Denn, die erforderlichen Leistungen lassen sich auch in den bestehenden Gebäuden stark reduzieren, denn die Techniken der Passivhaus-Effizienz haben sich bereits im Einsatz bei der Gebäudemodernisierung bewährt - sie führen dort regelmäßig zu einer Verringerung der Heizlast um etwa einen Faktor 4 [Bastian 2022]. Dann treffen sich die erforderliche Leistung für die Wärmepumpen (dann noch um +25 GW Durchschnittsleistung in einer Frostperiode) mit den Windkraft-Ausbauzielen und einem leicht ausgebauten Backup an mit Biomethan⁸⁹⁾ betriebenen GUD-Kraftwerken⁹⁰⁾.

Die Energiewende kann so funktionieren - und, so wie gerade beschrieben, sogar mit nahezu ausschließlich in Mitteleuropa gewonnener erneuerbarer Energie. Ein ganz entscheidender Beitrag dazu ist die erheblich verbesserte Energie-Effizienz, vor allem im Bestand der Gebäude. Dass das geht, wurde durch bereits vorliegende tausendfache Umsetzung belegt. Es kann sogar schrittweise angegangen werden, wie unsere detaillierten Beschreibungen unter „Energieeffizienz JETZT“ zeigen. Das ermöglicht nicht nur die künftige nachhaltige Versorgung für alle, es spart auch heute bereits umfassend fossile und teure Energie; und die Emissionen, die bei deren Verbrennung entstehen. Es gibt somit Perspektiven der erneuerbaren Energie Versorgung für alle - und die sind sogar innerhalb weniger Jahrzehnte realisierbar, sogar mit bereits heute verfügbarer kostengünstiger Technik.

Die Außentemperaturen sind außergewöhnlich hoch für den Kernwinter in Mitteleuropa (zwischen 4 und 12 °C). Das führt natürlich zu niedrigen Wärmeverlusten - das gilt für gewöhnliche Gebäude ebenso wie für unser Passivhaus. Für die vielen schlecht gedämmten Gebäude im Bestand bedeutet es, dass wir ziemliches Glück haben diesen Winter nach den enormen Preiszunahmen beim Heizöl und Erdgas - aus denen immer noch der weit überwiegende Teil der Heizwärme gewonnen wird⁹¹⁾. Im Passivhaus liegt die mittlere elektrische Leistung zum Betrieb unseres Splitgerätes seit Tagen im Bereich von etwa 260 Watt; und dabei haben die Temperaturen in den Innenräumen jetzt sogar wieder leicht zugenommen, sie liegen im Durchschnitt sogar etwas über 20 °C; immer, wenn die Sonne einmal hinter den Wolken herausschaut, erfüllen sich die Räume zusätzlich mit Licht und Wärme.

Ja, das ist wissenschaftlich mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit belegt. Ist das absolut sicher? Aussagen über die reale Welt können in einem mathematisch strengen Sinn niemals absolut sicher sein; im praktischen Leben würde dennoch kaum ein Mensch einen Pfad wählen, der mit 99,8% Wahrscheinlichkeit zum Absturz führt. Ich werde hier auf spezielle Einwände und Details nicht eingehen, weil das Klimawissenschaftler an anderer Stelle unübertreffbar gut machen (z.B. Prof. Stefan Rahmstorf). Einen generellen Umstand bei dieser Frage will ich aber erwähnen: Die historisch verfolgbaren Belege für eine weltweite Veränderung des Klimas sind unabhängig voneinander in verschiedenen Disziplinen der Wissenschaft aufgefallen; ob das der Rückgang der Gletscher, das Ansteigen der Meeresspiegel, die Abnahme des Meereises, die Zunahme von Waldbränden, die Abnahme des PH-Wertes von Meerwasser, die Wanderung von Arten oder die Chemie der Atmosphäre ist. Alle diese Auswirkungen sind jeweils auf die klimatischen Veränderungen zurückführbar - und dass diese Auswirkungen vorliegen, davon kann sich jede Person leicht selbst überzeugen. Ich habe meine Studenten in Innsbruck z.B. zu einer Gletschertour eingeladen; vielmehr einer Tour durch das, was von den „Fernern“ in Tirol noch übrig ist. Einige konnten von ihren Großeltern alte Fotos bekommen - auf denen gut zu sehen ist, wie weit die Ausdehnung des Eises vor einigen Jahrzehnten noch war⁹²⁾.

Ja, auch das weiß die Wissenschaft mit hoher Zuverlässigkeit. Es ist nicht allein das CO₂, CH₄ (Methan) hat ebenfalls einen sehr hohen Anteil. Wieder ist das im Grundsatz leicht nachvollziehbar⁹³⁾. Die Absorptionsbanden des CO₂ im Infraroten sind seit mehr als einem Jahrhundert bekannt, die Strahlungsdurchlässigkeit der Atmosphäre lässt sich messen, und sogar die thermische Abstrahlung können wir inzwischen aus dem Weltall messen.

Ja, das ist mit außerordentlich hoher Zuverlässigkeit bekannt⁹⁴⁾: Die Mengengerüste stimmen⁹⁵⁾, keine andere Emissionsquelle kann derzeit Mengen in dieser Höhe erreichen⁹⁶⁾. Der entscheidende Beleg ist, dass die Isotopenzusammensetzung stimmt. Fossiler Kohlenstoff hat ein wohlbekanntes anderes Isotopengemisch⁹⁷⁾ als der Kohlenstoff aus dem biologischen Kreislauf. Es ist die Verbrennung und es ist der fossile Kohlenstoff.

Das ist ein sehr weit verbreiteter Mythos. Der auf einem konkreten Kern beruht: Denn, dass wir innerhalb weniger Jahrzehnte eine sehr hohe Steigerung des Wohlstandes erreicht haben, das ist tatsächlich von einem massiv gesteigerten Einsatz von fossiler Energie begleitet worden.

Ein Irrtum ist aber, dass der Wohlstand nur auf diesem Weg erreichbar oder gar nur so zu halten wäre. Vielmehr liegen in allen Anwendungsbereichen bereits heute gut gangbare alternative Lösungen vor - sei es die Elektrotraktion beim Straßenverkehr oder die photovoltaische Stromerzeugung. Richtig ist allerdings, dass wir in vielen Jahrzehnten technische Strukturen aufgebaut haben, von denen das ökonomische System in seiner Normalfunktion entscheidend abhängt: So lässt sich ein Verlust von 600 TWh Erdgas-Lieferung nicht innerhalb weniger Monate durch neue dezentrale Erzeugung aufwiegen - der Aufbau dieser Strukturen hat Jahrzehnte benötigt, die 'normal' ablaufende Umstellung auf andere Strukturen benötigt Zeiträume in der gleichen Größenordnung. Das lässt sich rein technisch gesehen etwas beschleunigen - dann stellt sich aber die Frage nach der vorzeitigen Aufgabe von vorhandenen ökonomischen Werten. Gebäude (und zwar deren Energieverbrauch im Betrieb) machen gut ein Drittel dieser Struktur aus. Wir haben auf den Seiten von Passipedia.de umfassend dokumentiert, wie sich der fossile Verbrauch der Gebäude systematisch auf nahe Null reduzieren lässt - auch schrittweise, wenn die Umstände so liegen. Einen Wohlstandsverzicht gibt es dabei nicht - im Gegenteil, der Komfort wird dadurch sogar verbessert und die Gesamtkosten reduzieren sich. Ein erheblich höherer Anteil der Wertschöpfung würde dadurch in Europa liegen.

Welcher technologische Pfad von einer Gesellschaft eingeschlagen wird, hängt von vielen psychologischen, sozialen, ökonomischen und politischen Randbedingungen ab; diese Pfade sind keinesfalls (z.B. durch die Technologieentwicklung) vorgezeichnet. Nehmen wir ein Beispiel, Individualfahrzeuge: Das erste Auto (https://de.wikipedia.org/wiki/Benz_Patent-Motorwagen_Nummer_1) baute gut erkennbar auf Fahrradtechnologie auf. In der weiteren Entwicklung wurden die Autos dann aber immer größer und schwerer - der „Entwicklungsdruck“ in diese Richtung kam von gesellschaftlichen Prioritäten, nicht aus technischer Notwendigkeit. Ermöglicht wurde es durch die Überzeugung, dass der Treibstoff (aus Erdöl) extrem billig ist und auch so billig bleibt und auch ansonsten keinerlei ernste Probleme bereitet. Schon 1881 gab es Prototypen ähnlicher Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb; eine Alternative, die ebenfalls wegen des vermeintlich billigen Erdöls mit nur wenig Nachdruck verfolgt wurde.

Abb. 24Das ist ein ebenfalls sehr weit verbreiteter Mythos. Natürlich verbraucht die Industrie nennenswerte Energiemengen, in Deutschland sind das rund 28% des Energieverbrauchs. Weit entscheidender für die Lösungen ist, wofür die Energie genau eingesetzt wird - da liegt die Prozesswärme in der Summe bei rund 21%⁹⁸⁾. Der größte Brocken ist inzwischen der Energieverbrauch im Verkehr mit 30%; ganz überwiegend ist das Kraftstoff für Personenkraftwagen. Dicht gefolgt vom Verbrauch für die Raumheizung⁹⁹⁾ mit 27%. Ohne eine bedeutende Reduktion der Verbrauchswerte bei den höchsten Brocken kann die Energiewende nicht gelingen. Auch für die anderen Anwendungsfelder ist die Erhöhung der Effizienz vorrangig - und in weiten Bereichen möglich, so dass eine Versorgung aus erneuerbaren Quellen möglich wird. Ein geringerer Verbrauch an nicht aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Materialien¹⁰⁰⁾ kann ebenfalls zur Zielerreichung beitragen. Dabei stehen längere Nutzungsdauern, verbesserte Wiederverwendung und Umstellung auf weniger energieintensive Materialien im Vordergrund. Der bei weitem überwiegende Teil der fossilen Energie wird aber gar nicht für die Rohstoffumwandlung eingesetzt, sondern, wie schon ausgeführt, für Verkehr, Heizung, Warmwasser, Klimatisierung und viele weitere Anwendungen, deren Verbrauchswerte sich aufaddieren. So ist eine Verbesserung bei dem oft „graue Energie“ genannten Teil ein wichtiger Beitrag - jedoch nicht der entscheidende und schon gar nicht ausreichend für eine Lösung der Krise.

Zu oft höre ich, von verschiedenen Seiten, dass es „jetzt ja zu spät sei“ daran noch etwas ändern zu wollen. Diese Einschätzung ist grundfalsch. Wir Menschen sind es, die die Probleme aktiv erzeugen - und an vielen Stellen würde es einfach ausreichen, wenn wir solche Aktivitäten, die eigentlich wirklich niemand braucht, einfach einstellen würden. Ja, das fällt oft wegen der Macht der Gewohnheiten schwer. Aber: Das ist leistbar, denn für die wirklich essentiellen Dinge des Lebens versorgen uns die Sonne und der Planet Erde mit allem, was wir brauchen. Es ist an vielen Stellen sogar noch einfacher: Die Dienstleitung, die uns so wichtig ist (wie z.B. das Kühlen von Nahrungsmitteln) können sogar auf gleichem Niveau mit nur einem Viertel des bisherigen Aufwandes gewährleistet werden - und die Umstellung solcher Infrastruktur ist, wenn wir das gezielt angehen, in weniger als einer Dekade zu leisten¹⁰¹⁾. Alle können zu einer solchen Umstellung beitragen, auch und insbesondere „in den eigenen vier Wänden“. Der zweite Beitrag, von der Versorgungsseite her, ist durchaus ebenfalls schon ein wenig in Gang gekommen - wenn auch die heutigen Neuinstallationen von Photovoltaik und Windgeneratoren bei weitem nicht ausreichen, um schnell genug von fossiler Energie los zu kommen. Auch in diesem Bereich muss erheblich mehr geschehen und das ist auch möglich. Ein dritter Bereich ist der verschwenderische Materialumlauf: Längere Nutzungsdauern von z.B. Fahrzeugen, Möbeln, Elektronik - das ist kein technisches Problem, sondern allein eine Frage des bewussteren Umgangs. Selbst bei der Ernährung¹⁰²⁾ ist die Umstellung bei weitem nicht so schwer, wie es manchmal vermittelt wird: Im Grunde kommt es nur darauf an, Schritt für Schritt weniger tierische Nahrung zu konsumieren und zugleich die Verschwendung von Nahrungsmitteln zu vermeiden (eine gute Zusammenfassung dazu findet sich hier: https://ourworldindata.org/environmental-impacts-of-food).

Ja, das sind durchaus bedeutende Umstellungen - interessanterweise viel weniger bedeutend für unser tägliches Leben, bei dem es auch nach der Umstellung für alle alles gibt, was Menschen für ein gutes Leben wünschen, sondern vor allem für die Art, wie wir uns diese Annehmlichkeiten aus der Umwelt „besorgen“: Räuberisch 'ohne Rücksicht auf Verluste', so wie es jetzt viele Jahrzehnte lang ausgebaut wurde ODER durch Eingliederung in ökologische Kreisläufe, die in der Lage sind, uns dauerhaft alles zu liefern, was wir für ein gutes Leben benötigen. Eine der Ängste scheint zu sein, dass das ja auf eine „Stagnation“ hinaus liefe¹⁰³⁾. Das ist aber nicht so: Denn, die Effizienz unserer Techniken des Eingliederns in bestehende Kreisläufe, ohne diese zu schädigen, hat über die Jahre, Jahrzehnte und Jahrhunderte sehr stark zugenommen - das ist der Fortschritt, den wir hatten und den wir auch künftig haben können. Künftig kann in dem Ausmaß, indem diese 'Eingliederungs'effizienz gesteigert wird, durchaus auch der materielle Wohlstand¹⁰⁴⁾ jeweils im nachhaltigen Maß weiter zunehmen. „Wohlstand“ besteht aber auch nicht nur aus materiellen Gütern; Kunst und Erkenntnis sind Teile der Kultur, sogar ganz zentrale Teile. Deren Wachstum ist nahezu unbegrenzt möglich¹⁰⁵⁾.

Die Aussichten sind gar nicht so trübe, wie es mancherorts dargestellt wird. Nur eines ist allerdings klar: Einfach „weiter so wie bisher“, das kann nicht funktionieren. Die erforderlichen Änderungen müssen aber letztlich nicht wirklich schmerzhaft sein¹⁰⁶⁾.

Jahresrückblicke und Reflexionen sind jetzt überall zu lesen. Häufig sind es Versuche, mit dem oftmals Unfassbaren umzugehen, das uns 2022 begegnet ist. Längst vergessene (oder verdrängte?) Zeiten scheinen zurückgekehrt. Es ist schon richtig: Wir waren, zumindest gefühlt, schon einmal weiter. Weiter in der Erkenntnis, dass die Gewalt die Lage nicht verbessert. Weiter in der Erfahrung, dass es 'keine Probleme gibt' sondern Aufgaben, die es zu lösen gilt. Bei Letzterem wollen wir bleiben, zumindest hier auf http://passipedia.de.

Da ging es konkret konstruktiv zu: Zig Seiten kamen hinzu, die beschreiben, wie wir konkret zumindest die aktuelle Energiekrise abmildern können: Energieeffizienz Jetzt. Und auch die Seiten zum Hintergrund konnten erweitert werden, z.B. mit leicht verständlichen Erklärungen zum Thema Luftfeuchtigkeit und Taupunkt. Das wird im nächsten Jahr fortgesetzt - das ist unser Verständnis von offener Wissenschaft: Diese muss verständlich sein für alle, die sie anwenden. Es geht nicht allein um praktische Anleitungen, sondern auch darum, die grundlegenden Prinzipien zu verstehen. Denn, das ist nicht so schwierig, wie es oft angenommen wird. Menschen mit solchem Verständnis - denen können so leicht auch keine Scheinlösungen angeboten werden; denn, natürlich lässt sich das alles¹⁰⁷⁾ relativ einfach nachrechnen.

Zu oft wurde ich in den vergangenen Jahren mit dem Argument konfrontiert: „Das ist ja alles schön - aber das kommt doch jetzt sowieso alles zu spät“.

Kaum eine Aussage ist so grundfalsch wie diese! Die dargestellten Maßnahmen zur Energie-Effizienzverbesserung sind, jede für sich, in wenigen Stunden bis maximal Tagen im eigenen Umfeld umsetzbar. Vieles kann selbst gemacht werden - und wer das nicht kann oder dafür keine Zeit hat, kann sich kompetente Hilfe holen. 'Lohnen' werden sich diese Maßnahmen auch, in aller Regel mindestens dreifach: 1) Es werden Energiekosten gespart. 2) Es bleibt der Komfort erhalten oder er wird sogar verbessert. 3) Die Belastung für die Umwelt nimmt ab, und zwar dramatisch. Werden alle alles schon im nächsten Jahr machen? Sicher nicht; aber Schritt für Schritt und Jahr für Jahr kann es nahezu überall umgesetzt werden. Dazu ist vor allem wichtig, dass die Ergebnisse dokumentiert und berichtet werden - auch dazu wird es noch mehr auf diesen Seiten zu lesen geben; es ist aber auch schon einiges da, wie z.B. die dokumentierte Nachuntersuchung zu einer Innendämmung aus dem Jahre 1986: Innendämmung 36 Jahre erfolgreich.

Allen Interessierten ein gutes Jahr 2023; die gemeinsame Hoffnung, dass wir es schaffen werden, die Krisen zu überwinden.

Übrigens: So warm wie heute war es im Dezember seit langem nicht mehr. Wir haben heute sogar zusammen auf der Terrasse gefrühstückt. Der Heizwärmeverbrauch ist unter solchen umständen gering: um 5 kWh$_{el}$ wurde für das Splitgerät nur gebraucht und die Temperaturen in den Südräumen waren eine Zeit lang um 22 °C. Wenngleich das eine schöne Pause mit Sonne im Winter darstellt - es erinnert doch daran, wie wir seit Jahrzehnten mit dem Planeten, insbesondere seiner Atmosphäre, umgehen. Es wird wirklich Zeit, dass sich das ändert - noch ist es dafür nämlich nicht zu spät, siehe oben.

Seit 2 Wochen ist es in Deutschland mehr als 10 Grad wärmer als typisch für diese Jahreszeit. Die Medien diskutieren die spektakulären Dezember-Höchst-Temperaturen. Das wirklich Ungewöhnliche aber ist dieser lange Zeitraum mit erheblich überhöhten Temperaturen. Die Wahrscheinlichkeit für eine solche Periode ist im mitteleuropäischen Klima gering; ohne Klimaveränderungen müssten wir damit kaum rechnen. Subjektiv freut uns das in der gegenwärtigen Situation sogar: Denn, da wird sehr viel weniger Heizwärme gebraucht, nicht nur in einem Passivhaus¹⁰⁸⁾. Die hohen Temperaturen lassen z.B. den Bedarf an fossilem Gas stark einbrechen - die Gasspeicher füllen sich jetzt sogar wieder und die Preise für das Gas purzeln.

Es wäre aber ein Irrtum zu glauben, dass solche Wetterlagen von nun an die „neue Normalität“ werden. Es handelt sich hier um ein Extrem-Wetter-Ereignis. Diese Extrem-Ereignisse nehmen in einer Welt mit höherem CO₂-Gehalt der Atmosphäre zu; das ist eine einfache Folge der höheren Inneren Energie. Wie der arktische Lufteinbruch in den USA zeigt, kann extremes Wetter auch in genau die andere Richtung gehen: So, wie wir uns derzeit auf dem Planeten verhalten, verstärken wir die Extreme. Das ist keine neue Erkenntnis, es ist schon seit Jahrzehnten aus den Berichten des IPCC bekannt.

Oft wird gesagt: „Was soll's. Wir müssen uns einfach an die neuen Bedingungen anpassen“. Das ist sicher nicht im biologisch-genetischen Sinn gemeint, denn solche Anpassungen dauern viel zu lang. Gemeint ist wohl, dass wir unsere Infrastruktur, z.B. die Straßen, Energiesysteme und Häuser anpassen müssen. Dazu sind dann aber grundlegende Änderungen an diesen Systemen erforderlich: Gebäude müssen dann gegen stärkere Stürme, kälteres und heißeres Wetter und Starkregen besser geschützt werden. Das bedeutet vor allem Änderungen an den Gebäudehüllen; und den Einbau von Klimaanlagen, über die bisher nur wenige Gebäude in Deutschland verfügen. Das alles benötigt Zeit - denn die Arbeitskraft dafür ist begrenzt ebenso wie die Verfügbarkeit der dafür benötigten Komponenten; die Umstellzeit misst sich in Jahrzehnten. Doch, ja, das würde für die meisten von uns schon immer noch rechtzeitig gehen.

Eben genau solche Verbesserungen der Gebäudehüllen und der Einbau wärmepumpenbasierter Systeme würde uns gerade auch dabei helfen, die Ursachen für die Klimaveränderungen zu reduzieren: Mit etwas besserem Wärmschutz lassen sich sowohl winterliche Wärmeverluste als auch sommerliche Hitzelasten verringern - und, wenn wir sowieso schon dran sind, am betreffenden Bauteil, dann ist das noch nicht einmal teuer¹⁰⁹⁾. Natürlich „dauert“ auch das die eben aufgeführten Jahrzehnte - bei gutem Willen geht es vielleicht umfassend in 15 Jahren. Es würde überdies erlauben, auch die vorbeugenden Schutzmaßnahmen schneller einzuführen - denn, der bessere Wärmeschutz kostet ja kaum zusätzliche Investitionen, er erlaubt aber permanente Einsparungen bei den Betriebskosten. Damit „rechnen“ sich viele der Maßnahmen, die sonst einfach nur Zusatzkosten darstellen würden.

In den Anleitungen werden wir auf einige dieser Mehrfach-Nutzen-Verbesserungen eingehen. Damit lässt sich, in einem Zug,

• Geld sparen
• Energie sparen
• CO₂-Emission sparen
• Komfort verbessern
• der Schutz vor Extremwetter verbessern.

Es ist eben nicht richtig, dass es für all das 'ohnehin schon zu spät' sei. Jeder fossile Kohlenstoff, den wir damit nicht mehr verbrennen müssen, reduziert die globale Temperaturerhöhung; doch, 1,7°C mehr wäre leichter zu ertragen als 2°C mehr; und 2°C immer noch leichter als 3°C - bei letzteren Werten wird es dann allmählich fragwürdig, ob das überhaupt noch erträglich sein kann.

Bericht aus dem Haus: In meinem 'Homeoffice'-Zimmer liegen die Temperaturen jetzt schon seit Tagen zwischen 20,6 und 22,2 °C, ohne Heizung. Ist das sehr aufwändig, so ein Betriebsverhalten zu erreichen? Inzwischen haben Zehntausende ihre Gebäude so gebaut und Tausende bereits Bestandsgebäude so nachgerüstet; Passivhaus-Komponenten zu verwenden, das ist weit weniger ungewöhnlich, als oft gedacht wird. Nehmen wir die Fenster als Beispiel: Gute Passivhausfenster unterscheiden sich äußerlich kaum von gewöhnlichen Komponenten, die Verbesserungen liegen in der dritten Scheibe, dem nicht-mehr-Aluminium-Randverbund und dem besseren inneren Rahmenaufbau. Das macht diese Fenster nicht bedeutend teurer als die oft eingesetzten Billig-Komponenten. Dafür halten die wirklich tauwasserfreien Fenster auch länger, bieten zusätzlich verbesserten Komfort und exzeptionellen Schallschutz. 'Nebenbei' zahlen sich evtl. Mehrinvestitionen rasch durch eingesparte Energiekosten zurück; bei den gerade extremen Energiepreisen sowieso - und auch künftige Energiekrisen braucht der Nutzer nicht mehr zu fürchten; denn eingespart wird ja nicht nur „ein bisschen was“, vielmehr sind Passivhaus-Fenster in den meisten Himmelsrichtungen „Netto-Wärmegewinn-Fenster“. Sie helfen auch in der kalten Jahreszeit mit, die Verluste anderer Hüllflächen auszugleichen. Dass wir auch diese umfassend verbessern können sei nochmals angemerkt.

Die Außentemperaturen liegen weiter zwischen 5 und 12°C; und weiter lugt ab und zu die Sonne zwischen den Wolken hervor. Unter diesen Umständen ist der Verbrauch für die Heizung im Passivhaus extrem niedrig: um die 160 Watt wurde im Durchschnitt für die Split-Wärmepumpe eingesetzt. Dabei wurde es im Haus deutlich wärmer: zwischen 21,5 und 22,5°C liegen die Raum-Temperaturen jetzt; wir könnten die Wärmepumpe also auch ausschalten. Weil der Strom derzeit aber weit überwiegend aus Windkraft kommt und wegen der hohen Lufttemperaturen auch die Verdampfertemperatur der Wärmepumpe und damit der COP¹¹⁰⁾ hoch sind, tanken wir ein wenig Wärme für eine angekündigte kältere Periode ein.

Und eine bittere Erfahrung aus der menschengemachten Umgebung: Das Bestehen auf der Ausweitung der Braunkohlenutzung spaltet die Gesellschaft. Immerhin ist in der Wahrnehmung etwas passiert: Immer mehr Menschen verstehen, dass wir mit dem Verbrennen von Kohlenstoff Probleme erzeugen. Irrtümlich halten viele die aber für wenig bedeutend. Denn die Gründe, die für das immer längere Fortsetzen der Verbrennung angeführt werden, sie kommen nicht entfernt an die Probleme heran, die wir uns durch den fortgesetzten Betrieb einhandeln. Welche Alternativen dazu bestehen, ist allerdings vielerorts ebenfalls nicht verstanden: Es ist schon richtig, dass der Umbau der Versorgungsseite Zeit benötigt - aber es ist ebenso richtig, dass das bei gutem Willen deutlich schneller gehen könnte. Die zusätzliche Nutzung der seit Jahrzehnten brach liegenden Effizienzpotentiale würde uns noch schneller von der fossilen Energie unabhängig machen. Das ist aber offensichtlich noch viel weniger verstanden und auch da werden Scheinprobleme kommuniziert, wie z.B. der Mythos des „Rebound-Effektes“.

Der besteht darin, dass in einem Markt Waren, die günstiger werden¹¹¹⁾ sozusagen automatisch dafür in höherem Umfang konsumiert werden. Für manche Waren dürfte das auch zutreffen; nur sehr wenig allerdings bei Dienstleistungen, die wir ohnehin schon in der Nähe der Sättigung oder des Überflusses konsumieren. Wenn ich meine Räume im Winter dann über 23°C beheizen sollte, fängt der Komfort sogar an, wieder abzunehmen. Zusätzlichen Wohnraum könnte ich beheizen - müsste den dafür aber erstmal schaffen. Unsere Erfahrungen in messtechnisch begleiteten Projekten zeigen, dass ein Rebound-Effekt hier kaum wirksam wird. In den Messergebnissen der Passivhaus-Siedlungen¹¹²⁾ liegen die Verbrauchswerte immer um 15 kWh/(m²a)¹¹³⁾ und das enthält jeden evtl. vorhandenen Mehrverbrauch durch Mehrkomfort bereits mit. Mehr Wohnfläche pro Kopf¹¹⁴⁾ gibt es insbesondere in den Sozialwohnbauprojekten bei den Passivhäusern auch nicht. Die Bewohner haben deutlich geringere Ausgaben für Heizenergie und damit mehr von ihrem Einkommen verfügbar, das sie wahrscheinlich alternativ ausgeben werden; wofür, dazu können wir nur Annahmen machen - von denen die wahrscheinlichste das „Durchschnitts-Konsumverhalten“ darstellt. Das erzeugt je Euro erheblich weniger CO₂-Emissionen als die eingesparte Heizung; bei dieser handelt es sich nämlich um nahezu 100% fossilen Energieverbrauch. Hinweis: Unter folgenden Link wird der Rebound-Effekt für eine andere Dienstleistung, nämlich 'Kunstlicht' diskutiert: Rebound-Effekt bei der Beleuchtung. Bei dieser Anwendung ist der Effekt tatsächlich von einer etwas größeren Bedeutung; allerdings bliebt auch da der weit überwiegende Teil des Einspareffektes erhalten.

Derzeit sind die Außentemperaturen etwas gefallen, liegen aber immer noch über dem langjährigen Mittel. Bei derart hohen Temperaturen ist der Wärmeverlust stark reduziert. Die mittlere elektrische Leistungsaufnahme der Split-Wärmepumpe lag bei um 160 W_el, für die Beheizung der gesamten Wohnung; und dabei liegen die Raumtemperatruen jetzt tagsüber über 21 °C.

Jetzt ist Winter: Die Temperaturen messen derzeit (na ja, wenig) unter 0°C; aber: es liegt sogar ein bisschen Schnee(Foto). Weil aber die Solarstrahlung wegen der länger werdenden Tage schon wieder etwas höher ist als im dunklen Dezember, liegt die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe jetzt bei nur rund 300 Watt_el. weniger als die Maximallast, die bei rund 450 Watt_el lag. Um es nochmal zu wiederholen: Das ist die Leistung für die ganze Wohnung, für 3 Personen mit akzeptablem Innenklima (20°C). Wenn das alle so machen, wir hatten es schon mal behandelt, wären das in ganz Deutschland etwa 12,6 GW (Gigawatt) und das wäre auch im Winter überhaupt kein Problem; das gibt der angekündigte Wind- und PV-Ausbau ohne weiteres auch noch zusätzlich zum heutigen Stromverbrauch her.

Nun sehen unsere bestehenden Gebäude aber ganz anders aus. Die haben im Durchschnitt in etwa den 8fachen (in Worten: acht) Wärmeverlust wie das hier dokumentierte Passivhaus. Weil es auch nicht nur Wohnungen sind, kommt insgesamt pro Kopf sogar etwa ein Faktor 10 mehr heraus - das sind dann insgesamt (zum mitrechnen):

• Der Heizwärme- und Warmwasserverbrauch in Deutschland beträgt etwa 620 TWh/a (Quelle: Energiedaten BMWi, Blatt7, Terawattstunden pro Jahr)
• aus den Volllaststunden von rund 1500h für die Durchschnitts-7-Tage-Kälteperiode, ergibt sich
• eine Heizwärmelast von 413 GW (Gigawatt)¹¹⁵⁾
• wovon nur 80% letztlich mit Wärmepumpen gedeckt werden müssen (es bleiben andere Heizquellen, z.B. Fernwärme), das macht dann
• 330 GW_therm thermische Leistung¹¹⁶⁾.
• Bei einer Arbeitszahl von 3¹¹⁷⁾ sind das 110 GW_el an dauerhaft über rund 10 Tage Kälteperiode vorzuhaltender Stromerzeugung allein für die Wärmepumpen¹¹⁸⁾.
• Zum Vergleich: Das allein ist mehr als die gesamte derzeitige Kraftwerkskapazität (fossil,nuklear &erneuerbar).

Hieran wird deutlich: Diese Last wäre sowohl für das Netz, als auch für die primären Erzeuger¹¹⁹⁾ als auch für das notwendige Backup zu hoch¹²⁰⁾. Diese Last muss runter, und das geht mit besserem Wärmeschutz auch und gerade im Bestand. Wie wir zu Anfang gesehen haben, geht das - im Passivhaus ist es nämlich nur ein Zehntel dieser Leistung. Freilich, so gut werden nicht alle Altbauten letztendlich werden - es bleiben sogar rund 10% der Bauten, bei denen z.B. wegen Denkmalschutz immer noch hohe Lasten übrigbleiben. Wenn wir im Schnitt auf eine Größenordnung von 40 GW runter wollen, dann müssen die meisten übrigen Gebäude auf etwa ein Drittel des heutigen Wärmeverlustes verbessert werden. Mit schrittweisen EnerPHit-Konzepten geht das. Das kommt aber nur dann rechtzeitig, wenn wir mit den Maßnahmen jetzt anfangen; das kann eben nicht alles innerhalb von ein paar Jahren ausgeführt werden - innerhalb von ca. 15 Jahren schon.

Abb. 26 Eine so schöne Gelegenheit, Thermographie zu machen OHNE Thermographie-Kamera gibt es nicht oft: Wir haben Tauwetter; der Schnee schmilzt, aber er schmilzt dort natürlich schneller, wo ihm von oben (Warmluft) und unten (Wärmeleitung) Wärme zugeführt wird. Daher stellen sich jetzt Unterschiede in der Dämmwirkung sehr schön dar. In Abb. 26 sehen wir das Gründach einer Nachbar-Reihenhauszeile. Das ist ein durchaus recht gut gebautes Objekt, es ist eine der ersten Niedrigenergiehaussiedlungen in Deutschland, gebaut Ende der achtziger Jahre. Diese Häuser sind vom Wärmeschutz her sogar etwas besser¹²¹⁾ als es der heutigen Verordnungslage entspricht. Die Wärmebrücken, die hier erkennbar sind, werden üblicherweise auch heute noch so realisiert: Der Beton-Ringanker ist aus Brandschutzgründen bis unter die Dachhaut geführt. Natürlich „müsste“ das nicht Beton sein, für den Brandschutz würde es auch eine Lage Porenbetonsteine tun - und die Wärmebrücke ist dann praktisch weg. Teurer wird das auch nicht - das Einzige, das dafür gebraucht wird, ist das Know-how. Das scheint aber den meisten am Bau zu lästig zu sein, sich damit zu befassen.

Abb. 27 Abb. 27: So sieht es auf dem Dach des Passivhauses Darmstadt Kranichstein (Baujahr 1990) aus. Auch das ist ein Reihenhaus, zwei Oberansichten von Trennwänden sind hier im Bild - aber halt, da sehen wir ja gar nichts. Wie kann das sein? Gut, wir wussten das schon damals bei der Planung und haben eine brandschutztechnische Trennung mit Mineralwolle erreicht. Mehrinvestition dadurch: Null (klar, weil das ein Massivbau ist, gibt es einen Ringanker trotzdem; der ist nur unwesentlich „billiger“ (weil weniger hoch). Zudem ist auch gut erkennbar, dass insgesamt weniger Schnee abgeschmolzen ist, als beim Nachbarhaus. Das liegt an der insgesamt dickeren Dämmung - der U-Wert des Daches liegt im Passivhaus bei um 0,1 W/(m²K). Hier ist der Dachaufbau beschrieben, es handelt sich um Einblas-Dämmstoff. Investitionskosten: Das sind etwa 15 cm mehr als üblich, bei um 80 €/m³ Einblaskosten summiert sich das auf 12 €/m² zusätzliche bauliche Investition. Pro Jahr und m² spart das etwa 1 € ein und 'halten' wird das - Jahrhunderte. Es hat sich schon jetzt längst zurückgezahlt, auch ohne fossile Gaspreiskrise.

Noch zwei Bemerkungen:

1. Ja, so etwas lässt sich kostengünstig praktisch nicht nachrüsten. Mit den so geplanten und ausgeführten Wärmebrücken werden wir somit leben müssen - in alle Zukunft. Das ist einer der Gründe¹²²⁾, warum im Bestand nachträglich Passivhausstandard meist nicht erreichbar ist; wir empfehlen da den EnerPHit-Standard, und der lässt sich überall erreichen, mit vertretbarem Aufwand (wird dann so um 25 bis 35 kWh/(m²a) liegen; das ist immer noch weniger als ein Viertel des derzeitigen Durchschnittswertes der deutschen Bausubstanz¹²³⁾, es gibt also ein sehr großes Potential).
2. Wegen der Nicht-Nachrüstbarkeit kommt es beim Neubau daher umso mehr darauf an, diese Dinge von Anfang an besser zu machen („Wenn schon, denn schon“). Am Anfang kostet das nämlich sehr wenig (ja, eine etwas aufmerksamere Planung). Dieser Typ von Detail kommt bei jedem massiven Neubau auch noch an anderen Stellen vor: Beim Mauerwerksfußpunkt z.B.. Und auch da kann die Wärmebrücke ohne besonderen Aufwand nahezu vollständig vermieden werden, wenn die Planer nur gelernt haben, wie. Das sind dann übrigens alles CO₂-Reduktionskosten von unter Null €/Tonne - denn, diese Maßnahmen lohnen sich durch die Energiekosteinsparung, ihre Lebenszykluskosten sind geringer als die der durchgezogenen Betonwand.
   
   

Abb. 28
Weil mir das heute beim Spaziergang aufgefallen ist: Da liegt doch tatsächlich immer noch Schnee auf dem Dach unseres Passivhauses¹²⁴⁾ - während der Schnee sonst überall (z.B. das Dach links im Bild) nahezu vollständig weggetaut ist. Hier zeigt sich wieder die ausgezeichnete Wärmedämmung dieses Daches - es strömt von unten nur sehr wenig Wärme nach, daher erfolgt der Auftauprozess nur von „oben“, von der jetzt wärmeren Außenluft. Führt die längere Zeit der Schneebedeckung zu einer längeren Temperatur-Absenkung auf um 0°C (Bereich des Gefrierpunktes) und so zu einem höheren Wärmeverlust? Ja, das ist tatsächlich so - über ca. einen Tag ist die Temperatur auf dem Dach auf um 0°C quasi stabilisiert, während andernorts hier wohl eher um 1°C herrschen. Wegen der kleinen Differenz (weniger als ein Grad) und der Kürze der Zeit (24 h) ist der quantitative Einfluss auf den Wärmeverlust allerdings völlig unbedeutend. Dazu kommt, dass der Effekt, dass auf den anderen Dächern ein höhere Anteil der Schmelzwärme des Schnees vom Dach her (also mit Heizenergie) aufgebracht wird, das überkompensiert.

Diese Details sind alle nicht besonders bedeutend; sie zeigen aber, wie komplex die Vorgänge an solchen Außenoberflächen letztlich doch sein können - übliche Simulationsprogramme für die Gebäude-Simulation berücksichtigen Schneefall, Schneeauflage und Abtauen von Schnee in aller Regel nicht; auch nicht die durch den Schnee geringere Absorption von Himmelsstrahlung. Daraus resultieren bei gut gedämmten Bauteilen keine bedeutenden Fehler für die Jahres-Energiebilanzen; aber: Abweichungen zwischen den Temperaturverläufen an den Dachoberflächen an Tagen wie dem heutigen im Bereich von einigen Kelvin können dadurch schon auftreten.

Stresstests mit besonders hoch auflösenden Algorithmen für diese Art Vorgänge wurden aber durchaus durchgeführt: Dabei stellte sich heraus, dass der Einfluss aller solchen Effekte (Auch z.B. „Regen auf die Dachhaut“) die Verluste im zeitlichen Integral alle immer noch zusätzlich ein wenig erhöhen; der Gesamteffekt liegt aber deutlich unter 1% der „wie normativ eingeführt“ berechneten Wärmeverluste¹²⁵⁾.

Zurück zu Praxis bzgl. der Wärmedämmung von Dächern: Unsere Schnee-Thermographie illustriert sehr anschaulich, wie stark die Wärmeverluste eines Daches durch eine wirklich gute Wärmedämmung reduziert werden; bei U-Werten um 0,1 W/(m²K) sind die noch verbleibenden Verluste vernachlässigbar gering. Derart gute U-Werte sind heutzutage bei jedem Neubau leicht und ohne hohe zusätzliche Baukosten erreichbar und auch bei einer Sanierung im Bestand ist das meist kein Problem, es sei denn, Regelungen bzgl. maximaler Firsthöhe stehen dem im Weg; das wäre dann aber wohl ein starker Hinweis, dass solche Regeln geändert werden sollten. 15 cm mehr Höhe für einen dadurch beachtlich reduzierten Wärmeverlust sollten in den allermeisten Fällen schwer genug wiegen: Schließlich geht es bei der CO₂-Reduktion um eine für uns Menschen existentielle Aufgabe. Die Regelungsänderung könnte evtl. sogar noch viel weiter gehen: Vielerorts wären auch Aufstockungen um ein oder sogar zwei Geschosse möglich - das spart dann nicht nur Energie, sondern es würde es auch erlauben, Wohnraum zu schaffen ohne neue Flächen versiegeln zu müssen; das ist sehr oft Wohnraum in den Lagen, in denen dieser auch knapp ist. Die Stadt Zürich hat auf diesem Weg schon seit Jahrzehnten „Bauen im Bestand“ ermöglicht - mit enormen Vorteilen in vielerlei Hinsicht.

Noch ist der Winter nicht vorbei - der Kernwinter vermutlich schon und (normalerweise um diese Zeit des Jahres) auch der überwiegende Teil des Heizwärmeverbrauchs. Die richtig gute Nachricht, die ist derzeit auch auf allen Kanälen: „Unsere Erdgasspeicher sind immer noch ziemlich voll“, nämlich um 78% derzeit. Das ist an der Obergrenze der optimistischsten Szenarien für die Gasversorgung. Objektiv gesehen bedeutet das tatsächlich, dass auch für den Rest dieses Winters eine Mangellage selbst dann ausgeschlossen werden kann, wenn es noch mal so richtig kalt wird und die (bisher tadellose) Versorgungslage mit fossilem Gas aus dem Ausland doch noch nennenswert einbrechen sollte. Auch objektiv richtig ist aber, dass der erwartbare jahresdurchschnittliche Netto-Import an fossilem Gas im Durchschnitt seit dem Ausbleiben der Lieferungen aus Russland bei etwa 2,2 TWh/d liegt. Das sind rund 18% weniger als im Durchschnitt der vorhergehenden Jahre. Das bedeutet: Die bis April sich weiter leerenden Speicher können im Jahr 2023 keinesfalls so rasch wieder nachgefüllt werden, wie das 2022 durch zunächst forcierten Bezug (eben noch aus Russland) geschah. Genau darauf weist die Bundesnetzagentur hin, wenn sie warnt, dass eine Mangellage für den kommenden Winter nicht ausgeschlossen werden kann.

Wie bei vielen Fragen, so sind diese objektiven Fakten Gegenstand mannigfacher, meist politisch motivierter Interpretationen. Das geht von „Aha, war doch alles nur falscher Alarm, es gab nie ein Problem, 'man' wollte uns nur frieren lassen, lasst uns jetzt alles wieder voll aufdrehen.“ bis „Das dicke Ende kommt ganz schnell. Wir müssen die Gasleitungen in der Ostsee reparieren und rasch wieder in Betrieb nehmen.“ Manchmal kommen diese Extrempositionen aus der gleichen Quelle mit nur wenigen Tagen Abstand. Beide Behauptungen sind falsch, wir werden im folgenden Abschnitt aus objektiver Perspektive darstellen, wie die Lage tatsächlich aussieht. Die verfälschten Extrempositionen werden über einige Medien mit viel 'Gedöns' verbreitet - das wohl in der Absicht, gesellschaftliche Spannungen zu verstärken. Denn, die intendierten Folgen, im ersten Fall „Übermut“, im zweiten Fall „Angst“ sind jeweils geeignet, den Zusammenhalt zu schwächen. Genau diesen Zusammenhalt braucht die Gesellschaft aber jetzt am notwendigsten - denn, wir können diese Krise meistern, wenn wir uns vernünftig verhalten. Wir können das aber auch ganz leicht immer noch völlig vermasseln, wenn Übermut oder Angst in großen Teilen der Bevölkerung überhand nehmen - oder wir gar über solche Fragen auch noch endlose und nutzlose Streiterei vom Zaun brechen. Das genau würde uns vom notwendigen vernünftigen Handeln abhalten - das nicht nur hier, sondern auch in vielen anderen Bereichen jetzt wirklich wichtig ist: Denn, wir haben vor allem ein Klimaproblem - die jeweils aktuellen 'Not'lagen lassen das zu gern in den Hintergrund treten.

Wir vergleichen für den ersten Schritt die von der Bundesnetzagentur veröffentlichten wöchentlichen Gesamt-Verbrauchsdaten von Ende Juli¹²⁶⁾ bis zum heutigen Stand Anfang Februar 2023: Der Tagesmittelwert für die Jahre 2018 bis 2021 beträgt in diesem Zeitraum 2,69 und für den aktuellen Zeitraum 2,13 TWh/d. Somit beträgt

die Reduktion 0,56 TWh/d oder
rund 21% des vorherigen Verbrauchs.

Das sieht jetzt nach einem nahezu perfekten „Match“ zwischen dem reduzierten Verbrauch (minus 21%) und der geringeren Lieferung (minus 18%) aus.

Objektives Fakt ist damit: Wenn wir die jetzt erreichten Reduktionen in der tatsächlich erreichten Höhe genau so auch in den Folgejahren durchhalten können, dann würde es tatsächlich zu keinen ernsthaften Problemen kommen können. Damit können wir schon an dieser Stelle die Extremposition „Angst vor dem nahen Niedergang des Abendlandes“ widerlegen. Zugleich aber auch die Extremposition: „Es gibt und gab nie das geringste Problem, lasst uns jetzt endlich zum 'Normalbetrieb' zurückkehren und fleißig alle Verbrauchshähne wieder voll öffnen“ ist damit widerlegt: Denn, das müsste nach diesem Winter eigentlich allen unmittelbar anschaulich vor Augen stehen: Weiterhin dauerhaft die etwa 20%ige Reduktion im Gasverbrauch aufrecht zu erhalten, dazu braucht es eben doch einiger fortgesetzter Anstrengung. Etwas Wasser in den Wein: Sogar bedeutend mehr Anstrengungen als bisher, und das geht aus der weiteren Analyse im folgenden Abschnitt hervor.

Das lässt sich tatsächlich bereits auf der Basis der jetzt vorliegenden Daten abschätzen:

• Zum Ersten hat tatsächlich der Gasverbrauch von Industrie und Kraftwerken um ca. 0,24 TWh/d gegenüber den Vorjahren abgenommen. Dieser Teil der Reduktion ist vor allem durch Umstellungen bei den Brennstoffen erreicht worden; diese Umstellungen können nach meiner Einschätzung durchaus längerfristig gehalten werden. Allerdings: Diese Umstellungen addieren zum Konto der CO₂-Emissionen. Wirklich dauerhaft nachhaltig sind diese Notfallmaßnahmen daher nicht, auch wenn sie stark dazu beitragen, einen aktuellen Notfall vermeiden zu helfen.
• Zum Zweiten war der Herbst und Winter 2022/23 in ganz außerordentlichem Umfang wärmer als zuvor. Dadurch konnte der Beginn der Heizzeit schon einmal lang hinausgeschoben werden und der Heizwärmebedarf auch im Dezember und Januar war dadurch deutlich gegenüber dem früheren Durschnitt reduziert. Wir werden diesen Beitrag nach dem Ende der Heizzeit noch genauer quantitativ bemessen, eine grobe Abschätzung zeigt, dass das allein (bei sonst gleichbleibendem Verhalten) den Heizwärmebedarf um rund 22% reduziert hat, das ist dann ein Beitrag von rund 0,24 TWh/d zur im letzten Abschnitt ausgewiesenen gesamten Reduktion. Das genau ist der Beitrag des milden Wetters am Erfolg - der Beitrag des „haben wir aber ein Glück gehabt“, daher die Überschrift dieser Ausführungen im Blog vom heutigen Tag. Inwieweit dieses Glück wiederholbar ist, werden wir später diskutieren.
• Zum Dritten haben ganz offensichtlich sehr viele Verbraucher sich doch stark angestrengt, ihren Verbrauch bei der Heizung durch sparsamen Betrieb und Temperaturabsenkungen zu senken. Es gab geradezu einen Wettbewerb, wie lange die Inbetriebnahme der Heizung hinausgezögert werden kann; und ich habe Freunde, die wirklich nur die wichtigsten Räume und die auch nur auf Temperaturen unter 20° beheizt haben. Diese Anstrengungen waren aber unterschiedlich hoch - es gab auch völlig unsolidarisches Verhalten nach dem Motto „jetzt gerade, Notlage herbeiführen, geil, dann geht da mal was ab“. Die bisherigen groben Abschätzungen deuten auf eine mittlere Absenkung der Raumtemperaturen im Durchschnitt der beheizten Gebäude von etwas weniger als rund 1°C hin. Die so erreichte Einsparung liegt dann bei 5 bis 6% des Heizwärmebedarfs oder einem 0,08 TWh/d-Beitrag zur zuvor bestimmten Gesamtreduktion. Dieser Beitrag, die Einsparung durch sparsames Nutzerverhalten, wurde zumindest in dem mir zugänglichen Umfeld überall als die „ausnahmsweise in so einem Notfall gerade noch zumutbare“ Einschränkung erlebt. Objektiv, von der Seite der Fanger'schen Komfortgleichung her, wären deutlich höhere Einsparungen durchaus erreichbar ¹²⁷⁾. Im Durchschnitt über alle Gebäude ist aber mit dem wahrgenommenen Notfall des heurigen Winters ein guter Bezugspunkt dafür gegeben, wie weit solche Einsparungen in unserer Gesellschaft kurzfristig mobilisierbar sind. Ob solche Einsparungen über Zeiträume von mehreren Jahren durchhaltbar sind, ist fraglich; bei früheren Energiepreiskrisen war das immer nicht der Fall: Die Verbrauchsgewohnheiten haben sich nach dem wahrgenommenen 'Ende der Krise' normalisiert, die mittleren Raumtemperaturen haben zwischen 1990 und 2021 sogar zugenommen¹²⁸⁾.
• Zum Vierten gibt es eine gewisse 'Flucht aus dem Gas' auch bei der Heizung. Holz- und sogar Kohleöfen wurden teilweise¹²⁹⁾ in Betrieb genommen, und einige Verbraucher haben es doch auch 2022 noch geschafft, auf Wärmepumpen umzusteigen. Der Beitrag zur gesamten Reduktion des Gasverbrauchs für die Heizung schätzen wir hier zu 16 GWh/d ein¹³⁰⁾. Dieser Beitrag kann zumindest als teilweise stabil (Wärmepumpen) angesehen werden und er kann, durch Verstärkung des Trends zum Umsteigen „weg vom Gas“ und „hin zur Wärmepumpe“ in diesem und den folgenden Jahren verstärkt werden.
• Zum Fünften wurden Wärmeschutzmaßnahmen an den Gebäudehüllen vorgenommen, die üblichen „Vollsanierungen“¹³¹⁾, aber auch die übliche mitgenommene Verbesserung von Bauteilen¹³²⁾ und ein paar Maßnahmen, die auf spontan ergriffene Initiativen zurückzuführen sind ¹³³⁾. Richtig ins Volle gegangen sind diese Maßnahmen allerdings 2022 (noch?) nicht, denn gerade diese Ansätze wurden kaum und wenn, dann unzureichend konkret, kommuniziert. Der im letzten Jahr erreichte Einspareffekt durch verbesserte Effizienz der Gebäude wird von uns ebenfalls bei rund 16 GWh/d eingeschätzt. Auch dieser Beitrag ist (automatisch) stabil, denn ein einmal ausgetauschtes oder verbessertes Fenster bleibt dauerhaft bei der höheren Qualität, das gleiche gilt für jede gedämmte Geschossdecke. Bei diesen Maßnahmen ist eine ganz erhebliche Steigerung bei der Umsetzung möglich, nämlich bereits dann, wenn deren Praktikabilität nur fachgerecht kommuniziert wird. Hier liegt erwiesenermaßen das höchste Potential, das allerdings bisher weiterhin weitgehend brach liegt.

Arbeiten wir die Punkte aus dem letzten Abschnitt ab:

• Der Gasverbrauch von Industrie und Kraftwerken kann auf dem geringeren Niveau gehalten werden, es sind sogar weitergehenden Reduktionen möglich - wenn z.B. vermehrt auf andere Energieträger umgestiegen wird. Bei der Stromerzeugung müssen das natürlich erneuerbare Energieträger sein, hier spielt vor allem der zügige Ausbau von Windenergie eine entscheidende Rolle. Dieser Teil scheint auch in Politik und Gesellschaft (weitgehend) verstanden zu sein, auch wenn es immer noch Versuche der Blockade aus politischen und wirtschaftspolitischen Gründen gibt. Nicht wirklich verstanden ist bisher das volle Ausmaß der hier erforderlichen Anstrengungen: Die jetzt 2022 zugebauten gerade mal rund 2,4 GW können rund 4 TWh Strom jährlich zusätzlich produzieren, das sind durchschnittlich rund 12 GWh am Tag. Bei diesem Tempo würde es viele Jahrzehnte benötigen, bis so der notwendige Beitrag zur Reduktion auch beim fossilen Gas erreicht werden kann. Leider sind selbst die bisherigen Ausbauziele der neuen Bundesregierung (hochfahren auf etwa den dreifachen Zuwachs ab 2025) immer noch unzureichend. Hier ist unbedingt ein erheblich höheres Engagement unverzichtbar!
• Der „Klimaeinfluss“: Es ist richtig, das Klima in Mitteleuropa verschiebt sich in Richtung „wärmere Winter“, im Durchschnitt in etwa 1,5°C höhere Temperaturen als noch vor 15 Jahren sind zu erwarten - das ist allerdings selbst für den Durchschnitt bei weitem nicht so mild, wie es jetzt 2022/23 war. Der Klimawandel räumt auch nicht mit den Schwankungen der Wetterbedingungen zwischen unterschiedlichen Jahren auf. Ganz im Gegenteil: der Klimawandel verstärkt, über verschiedene Mechanismen, die Extreme. Es sind sogar bisher nicht dagewesene sehr kalte Episoden möglich, wie die Extrembedingungen im Norden der USA und in Kanada im Januar 2023 (Temperaturen in Ontario bei -30°C) zeigen. Auf „wärmeres Wetter“ im Winter ist somit auch künftig keinesfalls Verlass. Es kann sogar in einzelnen Wintern spürbar kälter werden.
• Das Benutzerverhalten ist nach den vielen Messungen, die unser Institut in zahlreichen Wohngebieten im Laufe der Jahrzehnte durchgeführt hat, sehr starken Schwankungen unterworfen. Verschieden Familien verhalten sich ganz unterschiedlich und es gibt Veränderungen über die Jahre; letztere waren in der Vergangenheit immer in Richtung höhere Raumtemperaturen gerichtet, zum einen, weil wir älter und Komfort-anspruchsvoller wurden, zum andren, weil leichtere Bekleidung auch im Winter zur Norm wurde. Unsere Erfahrung zeigt auch, dass eine Motivation für ein dauerhaft sparsameres Heizverhalten nicht einfach ist, die Menschen im Gegenteil oft sehr ungehalten reagieren, wenn sie in diese Richtung angesprochen werden. Vor diesem Hintergrund schätze ich das Potential in diesem Bereich als gegenüber dem Erfolg von 2022/23 kaum steigerbar ein, eher müssen wir davon ausgehen, dass mit abnehmendem Krisenbewusstsein die Temperaturen im Durchschnitt wieder anziehen werden.
• Das Umsteigen auf Wärmepumpen könnte künftig durch entsprechende Programme deutlich erleichtert und forciert werden. Dazu bedarf es sowohl direkter Anreize, als auch der Schaffung von mehr Kompetenz bei den Heizungsbaubetrieben und der Mobilisierung zusätzlicher Installationsoptionen (z.B. die Raumklima-Splitgeräte). Das Umsteigen auf Wärmepumpen ist auch aus energiewirtschaftlicher und klimapolitischer Sicht notwendig. Die dabei bisher anvisierten Umrüstquoten (um und unter 1%/a) sind unzureichend. Bei Licht betrachtet müsste eigentlich bereits in wenigen Jahren nahezu jede Heizungserneuerung nur noch mit einer Wärmepumpe erfolgen¹³⁴⁾. Dabei muss allerdings auch bedacht werden, dass der Wärmepumpen-Ausbau zu einer bedeutenden Steigerung der Stromlasten im Kernwinter führt. das unterstreicht noch einmal die Notwendigkeit für einen noch stärker gesteigerten Windkraftausbau. Es unterstreicht zudem, dass parallel auch die Heizlasten der Gebäude konsequent gesenkt werden müssen, immer, wenn sich eine Gelegenheit dazu bietet - weil sonst die Zusatzleistungen für das Netz, für den Windradausbau und für den ebenfalls unverzichtbaren Backup (mit jeweils um 80 GW Dezembermittelwert zusätzlich) zu hoch sein werden.
• Die Verbesserung der Gebäudehüllen im Gebäudebestand stand seit 2008 so gut wie nicht mehr auf der Agenda. Wir haben in "Brach liegende Potentiale" systematisch dargestellt, wie durch diese Maßnahmen rund 5,2 kWh/(m²a) jährlich reduziert werden können¹³⁵⁾. Das entspricht rund 20 TWh zusätzliche Heizenergieeinsparung jedes Jahr - und liegt tatsächlich in der gleichen Größenordnung wie das Potential zu einem maximale Ausbau der Windkraft. Diese beiden Ansätze stehen übrigens keinesfalls in Konkurrenz zueinander, im Gegenteil, sie unterstützen sich gegenseitig. Nur mit beidem zusammen kann die nahezu vollständige Elektrifizierung des Raumwärmebereichs gelingen, so, dass die Wärmepumpen-Umrüstung bezahlbar bleibt, die durchschnittlichen Lasten in den Netzen im Dezember und Januar beherrschbar und der Zubau an zusätzlichem Backup von Stromerzeugern für die etwa 10 Tage anhaltenden Flauten vertretbar¹³⁶⁾. Dieses Potential muss jetzt dringend verstärkt mobilisiert werden.

Die Mangellage im heurigen Winter wurde bisher vermeiden und wird auch in den Monaten Februar bis April nicht mehr eintreten. Die Analysen zeigen aber, dass wir dabei ein ganz gehöriges Maß Glück hatten, vor allem durch das sehr milde Winterwetter, für das es in den Folgejahren keine Garantie gibt. Ein Teil des „Erfolgs“ war das kurzfristige¹³⁷⁾ Umsteigen auf andere, allerdings weit weniger klimafreundliche Energieträger. Das kann auf Dauer keine Lösung sein, daher bedarf es eines erheblich forcierten Ausbaus der Windkraft, einer beherzten Umstellung auf Wärmepumpen¹³⁸⁾ und einer engagierten Mobilisierung der Energieeffizienzpotentiale bei den Gebäudehüllen, eine Aufgabe, die seit etwa 12 Jahren sträflich vernachlässigt wurde.

Die lange Pause im Blog hatte gleich zwei Gründe: Zum einen ist nicht viel am Betrieb des Systems passiert, außer dass die Stromverbräuche zuletzt von Tag zu Tag immer mehr abnahmen; das Temperaturniveau im Haus ist aber zeitgleich sogar angestiegen. Zum anderen musste ein Forschungsbericht fertiggestellt werden, dazu in einem späteren Eintrag mehr.

Der Anlass dieses Eintrages: Heute wurde beschlossen, dass es nun 'genug sein muss' mit dem Heizbetrieb im Haus. Bei schon wieder über 23 °C im Arbeitszimmer auf Grund eines relativ sonnigen Tages in Darmstadt und weiter in der Wettervorschau angekündigten milden Tagen müsste der Ladezustand der Gebäude-Wärmekapazität jetzt in der Lage sein, auch vielleicht noch kommende Kälteeinbrüche ohne große Komfortbeeinträchtigung im Haus zu überbrücken - und 'notfalls' kann das Splitgerät ja auch wieder eingeschaltet werden, sollte das wirklich erforderlich sein.

Zum Verbrauch in dieser Heizzeit und zu weiteren Details wird später berichtet: Eines ist aber schon klar, weniger als im Durchschnitt vergangener Winter war es schon, wenn auch nicht soviel weniger, wie wir uns eigentlich zugetraut hätten: Insbesondere in der zweiten Winterhälfte war das Wetter bisher wahrgenommen 'unfreundlicher' und kühler als gewohnt und die Bewohner fallen auch bereits wieder in den üblichen Trott von gewohnt sehr hohen Komfortansprüchen zurück.

Das Diagramm zeigt den Verlauf der tagesmittleren elektrischen Leistungsaufnahme des Raumklima-Gerätes für den Winter 2022/23:

Zwischen 5.12.2022 und 19.3.2023 war das Gerät in Betrieb. Davon war nur an einem Tag die Wärmeabgabe praktisch null (3.3.2023). Die Spitzenleistung lag bei 461 Watt_el, der Mittelwert bei 252 Watt_el. Die Summe des Heizstromverbrauchs zum Betrieb des Gerätes war 635 kWh_el/a oder 4.07 kWh_el/(m²a).

Im Durchschnitt der früheren Betriebsjahre lag der gemessene Stromverbrauch des Splitgerätes für die Heizung bei 833 kWh_el. Gegenüber diesem Durchschnitt wurden somit rund 24% Stromeinsparung erreicht. Eine genaue Analyse zu den klimatischen Randbedingungen steht noch aus; da der Februar eher durchschnittlich und der März sogar bisher etwas kälter als üblich war, sind trotz des warmen Januars die Heizgradsummen nicht bedeutend verschieden vom Durchschnitt der Vorjahre. Die erzielte Einsparung ist damit tatsächlich überwiegend dem bewusst sparsameren Nutzerverhalten mit abgesenkten Temperaturen zu verdanken. Das werden wir später noch genauer analysieren.

Es war eine wirkliche Herausforderung: Können Ergebnisse für das Temperaturverhalten eines bewohnten Gebäudes mit einer thermischen Simulation verglichen werden? Die meisten Bauphysik-Nerds werden spontan sagen: Viel zu chaotisch - und nicht nur komplex. Tatsächlich ist das wirklich anstrengend:

• Natürlich vor allem, weil Bewohner eben „machen was sie wollen“ bzw. „was denen gerade einfällt“; und wenn das eine offen stehen gelassene Haustür ist, nachdem der Briefträger geklingelt hatte und wir dem noch hinterherlaufen mussten. Tatsächlich ist uns sowas selbstverständlich in vergangenen Jahren vorgekommen. Nicht jedoch in den zwei Heizperioden, in denen dieses Messprojekt durchgeführt wurde. Und das war wohl das Anstrengendste daran…
• …abgesehen von der Notwendigkeit, den Aufenthaltsraum im Haus zu protokollieren. Was wir in der ersten der Heizprioden noch ziemlich ernst genommen haben, dann aber doch an Motivation verloren haben. Die Genauigkeit solcher Aufenthaltsprotokolle hat von daher Grenzen.
• Aber auch die konventionell messbaren Größen kennen so ihre Tücken: Welcher Anteil der beim Duschen gezapften Warmwasserenthalpie (die wir mittels Temperatur- und Volumenstrommessung durchaus relativ genau erfassen konnten) ist wirksam für die Erwärmung im Badezimmer? Wo wird die Wärme des Kochendwassergerätes im Haus eigentlich freigesetzt (die Tasse mit dem Tee nehem ich mir regelmäßig mit an den PC-Arbeitsplatz)?

Trotz hoher Komplexität konnten wir einen Datensatz für die internen Wärmequellen mit einer Messabweichung von rund 32 W (rund 0,2 W/m²)¹³⁹⁾ für zwei Betriebsjahre zusammenstellen. Die Wetterstation auf dem Dach war erneut kalibriert worden - und alle relevanten Raumtemperaturen (sogar die in Nachbarräumen) wurden ebenfalls im Bereich von ±0.3 K genau gemessen. Das ist dann schon einmal der Teil 1 der erforderlichen Daten für einen solchen Realitätscheck.

Teil 2 ist nicht weniger herausfordernd: Die geometrischen Daten¹⁴⁰⁾ ) und die thermischen Eigenschaften der Bauteile müssen zuverlässig bekannt sein. Hier kam uns das Projekt „25 Jahre Passivhaus Darmstadt Kranichstein“ zur Hilfe: Dort waren z.B. Wärmeleitfähigkeiten der relevanten Bauteilschichten im Labor nachgemessen worden [Feist, Pfluger 2016]. Noch wichtiger als diese stellte sich die Berücksichtigung von Wärmebrücken-Auswirkungen heraus; auch diese können bei der einfachen Geometrie diese Objektes, der präzisen Detailplanung und der Überwachung und Dokumentation während des Bauprozesses genauer als üblich quantifiziert werden. Auch im Simulationsmodell werden die dadurch resultierenden Wärmeströme durch ein Modellbauteil (sog. Wärmebrücken-Ersatzdarstellung) abgebildet.

Unter diesen Voraussetzungen sind sowohl die Modelldaten als auch die Randbedingungen für die Temperaturentwicklung gut genug bekannt, um diese Entwicklung zwischen dem physikalischen Modell (Simulation) und der Messung am Objekt vergleichen zu können. Bevor wir dies im Einzelnen genauer beleuchten, hier zwei erste Eindrücke:

Der Verlauf für die Raumlufttemperatur in Zone 4 (Esszimmer, Aufstellort der einzigen Raumwärmequelle, Gebläsekonvektor an der Westwand) zeigt typische Anheizvorgänge jeweils startend um 6:00 und steil abfallend ab 23:00. Dies ist die Betriebszeit der Split-Luft/Luft-Wärmepumpe. Im beheizten Raum steigen die Luft-Temperaturen bis zum Einsetzen der Regelung auf ca. 24°C an; am sonnenreichen Tag (4.12.) kann das Gerät durch passiv solare Gewinne bereits gegen Mittag zurückregeln. Am 5.12. schwingt das Splitgerät um den Betriebspunkt der niedrigsten Stufe. Dadurch sind Schwankungen der Temperatur im Zehntel-Grad-Bereich bedingt. Insgesamt ist die Übereinstimmung zwischen der Simulation (Linie) und der Messung (Rhombus) in diesem Zeitabschnitt ausgezeichnet. Das gilt sowohl für das Niveau (0. Ordnung) als auch für den Tagesgang (1. Ordnung), die zugehörigen Abklingvorgänge nach der Nachtabschaltung und die kurzzeitigen Schwankungen durch Takten des Gerätes. Es gibt andere Zeiträume, in denen die Übereinstimmung nicht so perfekt ist. Die roten Kurven für das Arbeitszimmer liegen in diesem Intervall dauerhaft um etwa 0.3 K verschoben (Simulation über der Messung), die Simulationskurve folgt den Messungen jedoch qualitativ sehr schön. In diesem Südraum im 2. Obergeschoss direkt unter dem Dach mit großen Fenstern ist der Einfluss passiv solarer Gewinne besonders hoch. Das ist sowohl am 2.12. mit einer kurzen Solarspitze gegen 15:00 als auch am klaren Tag (4.12.) in Messung und Simulation gleichermaßen erkennbar. Am klaren Tag steigt die Temperatur im Arbeitszimmer von 20.6°C am Ende der Nachtabschaltung auf 24.3 °C zwischen 12:20 und 14:30 an. Die Jalousien im Homeoffice wurden bewusst nicht geschlossen, um diese Vorgänge genauer studieren zu können; in diesem Raum wurde im Zeitraum der Solarspitze am Computer gearbeitet – eine direkte Blendung wurde durch einen internen Blendschutz vermieden. Die erreichten Temperaturen werden von den Nutzern gerade im Winter als angenehme Abwechslung empfunden. Auch an trüben Tagen reicht der interne Luftaustausch aus, um das Arbeitszimmer vor der Nachtabschaltung im Komfortbereich zu halten. Die Simulationslinie zeigt eine geringfügig stärker ausgeprägte Dynamik; dies kann an Ansätzen für die Personenwärme, aber auch an der genauen Platzierung und der thermischen Trägheit der Messfühler liegen. Der Temperaturgang in der Küche folgt dem des Esszimmers – bedingt durch intensiven Luftaustausch zwischen diesen Räumen. Die Simulation liegt hier meist etwa um ein Zehntel Kelvin über den Messwerten, die Amplituden der dynamischen Vorgänge werden gut getroffen. Für das Bad (blaugrün) sind die Abweichungen am auffälligsten. Trocknungsvorgänge und Duschspitzen sind in ihren Leistungen sowohl bei den Messungen als auch in der Simulation erkennbar. Sie erscheinen in der Messung ausgeprägter. Auch hier liegt die Übereinstimmung aber weiterhin innerhalb der Fehlermargen, sie spiegeln aber zwei Unsicherheiten wieder: Die Enthalpie-Freisetzung im Raum durch einen Duschvorgang hängt von Randbedingungen wie z.B. der Einstellung des Duschkopfes und dessen Einsatz ab; diese Details wurden zum Ersten nicht protokolliert; zum Zweiten würde uns ein Protokoll aber auch nicht viel nützen, solange nicht zuverlässig bestimmte Verdunstungsraten für die jeweilige Betriebsweise vorliegen. Angesichts des nicht überwältigend hohen Einflusses solcher Daten auf das Simulationsergebnis für das Gesamtgebäude z.B. in einem Wochenzyklus wurde aber eine Ausliterung solcher Bilanzen hier nicht spezifisch durchgeführt. Das könnte z.B. für Duschen in Hallenbäder o.ä. interessant sein, so dass sich hier evtl. Gelegenheiten ergeben, solche Vorgänge noch genauer zu studieren.

Mittelwerte (mean) von Messung und Simulation (alle Raumtemperaturen in der Wohnung gemittelt) über den Gesamtzeitraum der zweiten Heizzeit (Heizung durch Raumthermostat-geregelte Elektrokonvektoren) zusammen mit den Außentemperaturen. Hier wird die gute Zeitkonstanz der verwendeten Regelung sichtbar: Die mittlere Gebäudetemperatur sinkt über den gesamten Betrachtungszeitraum nie unter 20,83 °C; so, wie das von einem halbseitigen Regler mit etwa 0.2 K Messgenauigkeit erwartet werden kann¹⁴¹⁾. Die Maximalwerte liegen z.B. im Dezember und Januar bei rund 22,2 °C - Abweichungen nach oben erlaubt der halbseitige Regler; nach Komfortkriterien sind diese unproblematisch, solange etwa 25 °C nicht überschritten werden. Das kommt aber nicht einmal im März vor¹⁴²⁾.

Es ist sehr schön erkennbar, wie das Gebäude von Mittelwerten um 23 °C¹⁴³⁾ im November auf rund 21 °C über die gesamte Heizperiode¹⁴⁴⁾ durch Heizen abgefangen wird, um Mitte März die 23 °C wieder zu erreichen. Das liegt genau im erwarteten Bereich für die heute übliche Kleidung, wenn die gültige internationale Komfort-Norm angewendet wird (ISO 7730).Deutlich erkennbare Abweichungen, ganz am Anfang und um den 12.11., beruhen überwiegend auf Auswirkungen bewusst geöffneter Fenster - die zwar protokolliert, aber in der Simulation bisher nicht abgebildet wurden¹⁴⁵⁾

Im Blog-Beitrag vom 4. Februar war ich zu dem Schluss gekommen, dass die Einsparungen in diesem aktuellen Winter überwiegend auf 'Glück mit dem Wetter' zurückzuführen waren. In der sehr warmen Kernwinterperiode (20.12.2022 bis 18.01.2023) war das auch zutreffend. Die umfassende Analyse des Wetterverlaufs in der vergangenen Heizperiode¹⁴⁶⁾ zeigt sich jedoch, dass im Mittel von Anfang November bis Ende März die Bedingungen auch nicht erheblich milder waren, als in den vorausgehenden 3 Jahren. So liegen die Heizgradstunden z.B. nur rund 0,5% unter denen des Winters 2019/20, der sich als „Vor-Corona-Zeitraum“ gut zum Vergleich eignet. Freilich lagen alle diese Winter schon ca. 8% unter dem langjährigen vorausgehenden Mittel, das den immer noch verwendeten Klimadaten für Gebäude-Energiebilanzen zugrunde liegt. Diese 8% sind das jetzt bereits erreichte Niveau aus der Veränderung des Klimas. Im Durchschnitt der künftigen Jahre wird das somit mit einiger Sicherheit so bleiben oder sogar noch milder werden.

Richtig bleibt, dass es aber durchaus auch Extremwinter mit lausiger Kälte geben kann: Wie sich das im nördlichen Bereich in Nordamerika gerade im vergangenen Winter gezeigt hat.

Genauer analysieren werde ich die quantitativen Auswirkungen für einen später folgenden Blog-Beitrag. Das wird uns einen weiter verbesserten Einblick in die Potentiale und die Umsetzungswahrscheinlichkeiten von durch Suffizienz-Maßnahmen erreichbaren Energieeinsparungen erlauben, denn die Randbedingungen dafür waren im vergangenen Winter stark verändert: Eine ernsthafte Verknappungssituation stand realistisch bevor, das wurde auch offiziell genau so kommuniziert, die Energiepreise waren massiv sprunghaft nach oben gegangen und die Bereitschaft zumindest eines großen Teils der Gesellschaft, sich dabei konstruktiv zu verhalten, war so hoch wie seit Jahrzehnten nicht mehr. Es ist vor diesem Hintergrund tatsächlich spannend zu ergründen, welche quantitativen Veränderungen vor einem solchen Hintergrund wirklich eintreten. Grob einschätzen lässt sich das anhand des bisher aufgelaufenen Gesamt-Gasverbrauchs der Heizgaskunden: der liegt rund 15% unter dem der Vorjahre. Ein Teil davon ist das mildere Klima¹⁴⁷⁾, ein weiterer Teil die vermehrte Umstellung auf andere Energieträger¹⁴⁸⁾ und ein dritter Teil sind Fortschritte beim Dämmniveau der Gebäude; die gibt es, trotz der Vernachlässigung dieser Potentiale durch Wirtschaft und Politik, durchaus immer noch, wenngleich auf einem sehr viel niedrigeren Niveau als eigentlich notwendig und empfehlenswert.

Muss dazu noch etwas ergänzt werden? Kaum, es sei denn, die grundlegenden Erkenntnis in der Thermodynamik, die der Kollege Harald Lesch ein paarmal anspricht. Übrigens: Dazu finden sich hier auf Passipedia tatsächlich schon ein paar leicht verständliche Seiten; die sich noch erweitern lassen, bei Gelegenheit: "Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik". Allerdings: Das ist eher schon etwas mehr, als das für ein Verständnis dieses Videos notwendige Wissen; das steht nämlich in jedem Physik-Lehrbuch, sogar in denen für die Physik der Mittelstufe.

„E-Fuels: Nur dann besser als Erdöl-Fuels, wenn der Kohlenstoff für die Gewinnung AUS DER ATMOSPHÄRE stammt.“ (klar, sonst macht das alles überhaupt keinen Sinn, denn sonst können wir auch gleich (billiger!) mit dem konventionellen Sprit weiterfahren).

„Wasserstoff wird freigesetzt aus Wasser durch Elektrolyse“ - das braucht ordentlich elektrische Energie. „Strom muss von Erneuerbaren Energien kommen.“ >(conditio sine qua non - braucht massivsten Ausbau der erneuerbaren Energie. (Ergänzung: drei hohe Strom-Inputs: (1) CO₂ aus der Atmosphäre holen (ziemlich energieintensiv); (2) H₂O Elektrolyse zu H₂ (schon allein schlechter als 1:1); (3) chemischer Prozess (Sabatier): Verbindungen synthetisieren).

[Bastian 2022] Zeno Bastian, Jürgen Schnieders, William Conner, Berthold Kaufmann, Laszlo Lepp, Zack Norwood, Andrew Simmonds, Ingo Theoboldt: Retrofit with Passive House components; Energy Efficiency 1/2022 (online: Experience Retrofit)

[Feist 2022] Feist, W.: Heizen mit dem Klima-Splitgerät? Passivhaus Darmstadt Kranichstein – Experiment zum Heizen und Kühlen aus einer räumlich konzentrierten Quelle, innsbruck university press, 2022, ISBN 978-3-99106-078-9, Internet-Aufruf: Heizen mit dem Klima-Splitgerät

[Feist, Pfluger 2016] Feist,W.*; Pfluger, R.*; Peper, S.; Hasper, W.; Ebel, W.; Schulz, T., Saxer, A.*: Studie zur Dauerhaftigkeit von Energieeffizienzmaßnahmen - Erfahrungen nach 25 Jahren Passivhaus Darmstadt-Kranichstein; Passivhaus Institut, 2016 (*Universität Innsbruck, Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften)

[Feist 2020] Wolfgang Feist; Rainer Pfluger; Wolfgang Hasper: „Durability of building fabric components and ventilation systems in passive houses“ Energy Efficiency 13(3) Dec. 2020 DOI: 10.1007/s12053-019-09781-3; (direct link to full-text-publication: Durability Passive House)

[Johnston 2020] David Johnston, Mark Siddall, Oliver Ottinger, Soeren Peper und Wolfgang Feist: Are the energy savings of the passive house standard reliable? A review of the as-built thermal and space heating performance of passive house dwellings from 1990 to 2018; Energy Efficiency (2020) 13:1605–1631; https://doi.org/10.1007/s12053-020-09855-7