Franz Schröder, Hans J. Engler, Tobias Boegelein, METRONA Wärmemesser Union GmbH, München
Christian Ohlwärter, BRUNATA-METRONA-Gruppe, Hamburg – Hürth bei Köln - München

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Artikels  werden unterschiedliche, durch direkte Messungen ermittelte Verteilungen der Wohnraumtemperaturen im deutschen Mietwohnungsbestand während der Winterperiode vorgestellt. Dabei wird auf mögliche Korrelationen mit dem wärmetechnischen Sanierungsstand der jeweils untersuchten Objekte hingewiesen. Zunächst wird dokumentiert, welche Diskrepanzen heute zwischen Energiekennzahlenverteilungen von modernen Gebäuden mit bauphysikalischem Standard entsprechend mindestens WSVO1995 gegenüber denen des restlichen Gesamtmietwohnungsbestandes bestehen. Die Mediane dieser Verteilungen liegen bei etwa 100 kWh/(m²a) gegenüber knapp 140 kWh/(m²a) und prognostizieren damit ein im statistischen Mittel im Bestand vorhandenes Sanierungspotential an Heizenergie von absolut unter 40 kWh/(m²a). Entsprechende Verteilungen, bereinigt um die Energieanteile für Warmwasserbereitung, liegen etwa systematisch 25 kWh/(m²a) niedriger - bei vergleichbarer Diskrepanz zueinander. Dabei überrascht es nicht, dass typische Innenraumtemperaturen von 20°C oder darüber vorzugsweise in solchen Objekten herrschen, die als überdurchschnittlich energieeffizent gelten, während eher geringere statistische Mitteltemperaturen zwischen 18°C und 18,5°C den aktuellen, energetisch ineffizienteren Gesamtmietwohnungsbestand kennzeichnen. Ein systematischer Unterschied im Verbrauchsverhalten der Wohnungsnutzer besteht offenbar darin, dass in moderneren Wohnungen mit mehr Temperaturkomfort mit einem relativen Energiemehrverbrauch von etwa 10-12% gelebt wird. Beim Übergang zu modernerer Bausubstanz verschiebt sich ein Anteil von rund einem Viertel der Raumtemperaturen aus dem Bereich unterhalb in den Bereich oberhalb von 19°C.

1 Einleitung

Der verbrauchsorientiert ermittelte Energiekonsum im Wohnungsbestand litt bislang unter einer Unterbewertung gegenüber bedarfsorientiert errechneten Werten. Dies war der Fall, weil letztere sich im Einzelfall einzig auf überprüfbare bauphysikalische Eigenschaften bezogen. Diese Perspektive wandelt sich in dem Maße, wie sich in der Praxis immer häufiger unrealistisch hohe Bedarfsabschätzungen des realen Energieverbrauchs und damit Überschätzungen der Einsparpotenziale und Wirtschaftlichkeit von wärmetechnischen Sanierungsmaßnahmen zeigen.
Verbrauchsorientiert ermittelte Energiekennzahlen gewinnen nun in dem Maß an Gewicht, da sie sich auf eine immer größer werdende statistische Datenbasis von Energieausweisen und wohnungswirtschaftlichen Daten stützen können, wobei sich die unabwägbar variablen Einflüsse des Nutzerverhaltens beziehungsweise Heizanlagenbetriebes stark relativieren lassen.
Aktuelle Analysen des spezifischen Energiekonsums im deutschen Mietwohnungsbestand unter Differenzierung nach bauphysikalischem Sanierungsstand, Energieträger, Objektgröße und Anteil an der Warmwasserbereitung liegen seit etwa einem Jahr vor ([1], [2], [3], [4]), ebenso erste umfangreichere empirische Erhebungen über die aktuellen, tatsächlich in Wohnumgebungen realisierten Temperaturverhältnisse während der winterlichen Heizperiode ([5], [6], [7]). Die Idee dieses Beitrages besteht darin, durch die Kombination dieser unterschiedlichen, empirisch-statistischen Informationen zum besseren Verständnis des spezifischen Energiekonsums im Wohnungsbestand beizutragen, insbesondere zu mehr Orientierung bei der Einschätzung von realistischen Energieeinspar- und Sanierungspotentialen.

2 Statistische Analyse

Bild 1: Prozentuale, normierte Verteilungen der Energieverbrauchskennzahlen im Gesamtbestand deutscher Mietwohnungen. Zugrunde liegen insgesamt etwa 1/4 Million Werte aus 2004 bis 2008 in Gebäuden verschiedener Größen, Baualtersklassen und Sanierungsstände, die mit Gas, Öl oder Fernwärme beheizt werden und typisch sind für den Querschnitt im betreuten Gesamtbestand der BRUNATA-METRONA-Gruppe ([2]).  Pinkfarben: 230.000 Energiekennzahlen, die den Anteil am Gesamtbestand kennzeichnen, welcher vor 1995 erbaut und bis dato nicht vollständig gemäß Baustandard WSVO 1995 wärmetechnisch saniert wurde. Der Median liegt kurz unter 140, der Mittelwert kurz über 145 kWh/(m²a), der Modalwert bei 130 kWh/(m²a) und die Standardabweichung bei ~40 kWh/(m²a).Grün: 35.000 Energiekennzahlen von Gebäudeobjekten, die ab 1995 gebaut oder mindestens gemäß Baustandard WSVO 1995 als vollständig saniert angegeben werden. Der Median liegt kurz über 100, der Mittelwert bei ~110 kWh/(m²a), der Modalwert bei 90 kWh/(m²a) und die Standardabweichung bei ~30 kWh/(m²a).  Gelb: Positionen der Mediane und deren Diskrepanz.

2.1 Energiekennzahlen

Wie sehen nun die aktuellen Häufigkeitsverteilungen der Energiekennzahlen im Mietwohnungsbestand aus und welche systematischen Diskrepanzen ergeben sich zu entsprechenden Verteilungen neuer beziehungsweise wärmetechnisch sanierter Bausubstanz?

Um einen vereinfachten Eindruck zu gewinnen, wurden etwa eine Viertel Million „universeller“, witterungsnormierter, mittels ortsgenauer Klimafaktoren des deutschen Wetterdienstes berechnete Energieverbrauchskennzahlen ([2], [3]) in zwei entsprechende Gruppen im Anzahlverhältnis von etwa 1:7 unterteilt: Neubauten ab 1995, zusammengefasst mit wärmetechnisch vollständig sanierten Objekten, die allen anderen verbleibenden Bestandsobjekten der Baujahre vor 1995 ohne vollständige Sanierung gemäß Baustandards ab 1995 gegenübergestellt wurden.

Bild 2: Prozentuale, normierte Verteilungen der Heizenergieverbrauchskennzahlen im Gesamtbestand deutscher Mietwohnungen entsprechend einer Teilmenge der in Bild 1 genannten Quelle und Zusammensetzung. Zugrunde liegen insgesamt etwa 170.000 Werte, für die ein spezifischer Warmwasseranteil am Energieverbrauch ausgewiesen ist. Die illustrierten Verteilungen beziehen sich hier auf den reinen spezifischen Heizenergieverbrauch. Orange: 143.000 Energiekennzahlen von Objekten, die vor 1995 erbaut und bis dato nicht vollständig gemäß Baustandard WSVO 1995 wärmetechnisch saniert wurden. Der Median liegt bei 110, der Mittelwert bei 118 kWh/(m²a), der Modalwert bei 105-110 kWh/(m²a) und die Standardabweichung unter 40 kWh/(m²a). Cyan: 27.000 Energiekennzahlen von Gebäudeobjekten, die ab 1995 gebaut oder mindestens gemäß Baustandard WSVO 1995 als vollständig saniert angegeben werden. Der Median liegt 75, der Mittelwert bei 85 kWh/(m²a), der Modalwert bei 65-70 kWh/(m²a) und die Standardabweichung unter 30 kWh/(m²a). Gelb: Positionen der Mediane und deren Diskrepanz.

Die Mediane – das heißt die typischsten repräsentativen Kennwerte - beider Verteilungen liegen bei etwa 100, respektive 140 kWh/(m²a), (Bild 1). Ihr Unterschied beträgt absolut weniger als 40 kWh/(m²a) und liegt damit etwa bei der Hälfte der typischen Verteilungsstreubreiten (±σ) selbst. Die 10% (5%, 1%) energieineffizientesten der moderneren und sanierten Gebäude besitzen jeweils Energiekennzahlen oberhalb von 155 (175, 235) kWh/(m²a), die der älteren Bestandsbauten oberhalb von 205 (230, 290) kWh/(m²a). Diese Kennzahlen betreffen zu zwei Dritteln Objekte, in denen der Energieaufwand für eine zentrale Warmwasserbereitung mit enthalten ist, zu einem Drittel Objekte, bei denen dieser Anteil nicht enthalten oder nicht spezifizierbar ist.

In Bild 2 sind entsprechende Vergleichsverteilungen illustriert, die sich nach der Subtraktion ausgewiesener Warmwasseranteile ergeben, die also Verteilungen für den reinen Heizenergieverbrauch der beiden Objektgruppen repräsentieren. Deren Mediane liegen bei etwa 75, respektive 110 kWh/(m²a), der absolute Unterschied vergleichbar bei etwa 35 kWh/(m²a), bei gleichzeitig noch leicht verminderten Verteilungsstreubreiten. Die 10% (5%, 1%) am wenigsten energieeffizienten der moderneren und sanierten Gebäude besitzen hier Energiekennzahlen oberhalb von 120 (145, 190) kWh/(m²a), der älteren Bestandsbauten oberhalb von 170 (190, 245) kWh/(m²a).

Je nach Betrachtungsweise mit oder ohne Berücksichtigung der Warmwasserbereitungsanteile erscheinen sowohl die Median- als auch die Mittelwerte der Verteilungen der moderneren sanierten gegenüber den älteren Bestandsbauten um nicht mehr als 35 bis 40 kWh/(m²a) separiert auf der Energieachse.

2.2 Raumtemperaturen

Existieren systematische statistische Unterschiede zwischen in der Breite realisierten Raumtemperaturen in wärmetechnisch modernen, respektive vollkommen sanierten, Gebäuden gegenüber solchen, die dem noch typischen, weniger energieeffizienten Objektbestand zuzurechnen sind?
Diese Frage ist klar mit „ja“ zu beantworten. Die statistische Verteilung von mehreren Millionen Tages-Raumtemperaturmessungen werden in einer Auflösung von ½-K-Schritten aufgeschlüsselt. Bild 3 zeigt die statistische Raumtemperaturverteilung basierend auf etwa 3,7 Millionen Messungen im allgemeinen Mietwohnungsbestand der BRUNATA-METRONA-Wärmedienste während winterlicher Heizperioden ([2], [6]). Median und Mittelwert dieser Kurve (pink) liegen zwischen 18°C und 18,5°C, der Modalwert bei etwa 19°C, die Standardabweichung bei 4 K.
Demgegenüber stehen mindestens mehrere hunderttausend vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Form von Dauerzeitreihen erhobenen Raumtemperaturen von 67 modernen Wohnobjekten, das heißt solchen, die einem bauphysikalischen Standard gemäß WSVO 1995 entsprechen, in der Regel zwischen 1995 und 2000 gebaut wurden und mindestens teilweise auch Niedrigenergiestandard besitzen. Median und Mittelwert dieser Kurve (oliv) liegen nahe bei 20°C, der Modalwert bei 21 °C, die Standardabweichung bei nur 2,5 K.

3 Diskussion

Die empirisch ermittelten Temperaturverteilungen in Wohnräumen differierten in ihren statistischen Mittelwerten (Medianen) um 1,5 bis 2 K (Bild 3). Dies entspricht bei Abschätzung des statistischen Energiebedarfs für beliebige Gebäude etwa einer relativen Diskrepanz von über 10%. Die zusätzliche Einbeziehung der statistischen energetischen Kennzahlen (Bild 1) zeigt andererseits, dass die Untersuchung der Raumtemperaturen nach [5] sich auf eine Baualtersklasse von Gebäudegruppe bezieht, die heute im Bestand noch mit weit weniger als 10% vertreten ist, in ihrer teilweisen Ausprägung als Niedrigenergiebauten wahrscheinlich sogar weit unter 5%. Für diese Gebäudeklasse weist die Energiekennzahlstatistik einen Median von 100 kWh/(m²a) aus (Bild 1). Die Wohnraumtemperaturverteilung nach [6] andererseits bezieht sich auf einen Querschnitt des Gesamtmietwohnungsbestandes mit einem Median der statistischen Energiekennzahlverteilung von 140 kWh/(m²a) (Bild 1). Beide Gebäudegruppen unterscheiden sich statistisch im spezifischen Heizenergieverbrauch bei Subtraktion typischer 25 kWh/(m²a) Warmwasseranteile um bis zu ein Drittel.

Bild 3: Normierte prozentuale Verteilungen der Tages-Raumtemperaturen in deutschen Mietwohnungen während der jährlichen Heizperiode zwischen November und April.  Pinkfarben: 3,7 Millionen Einzelmessungen der Raumtemperatur während der Tagesstunden aus den Jahren 2004 bis 2008 in Gebäuden aller Größen, Baualtersklassen und unterschiedlicher Sanierungsstände, die typisch sind für den Querschnitt des Gesamtbestandes der BRUNATA-METRONA-Gruppe ([2], [6], [7]). Median und Mittelwert der Gesamtheit liegen zwischen 18°C und 18,5°C, die Standardabweichung bei 4 K. Oliv: Zeitreihen einiger hunderttausend Einzelmessungen der Raumtemperatur während der Tagesstunden aus den Jahren 2000 bis 2002 in 67 unterschiedlichen Gebäudeobjekten unterschiedlicher Größe, die typisch dem Baustandard nach WSVO 1995 genügen, mindestens in Teilen dem damaligen Niedrigenergiehaus-Standard entsprechen und vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik erhoben wurden ([5], [7]). Median und Mittelwert der Gesamtheit liegen etwa bei 20°C, die Standardabweichung bei 2,5 K. Schwarze Symbole kennzeichnen die Lage der Mediane.

Nicht überraschend – allerdings bis heute nie systematisch und quantitativ dokumentiert – ist die Tatsache, dass höhere mittlere Raumtemperaturen offenbar mit deutlich energieeffizienteren, modernen Wohnobjekten in Zusammenhang stehen. Vermutlich führen bei diesen Objekten deutlich geringere Transmissionsverluste durch die Gebäudeaußenhülle generell dazu, dass sich innerhalb des Gebäudes eine typisch homogenere Temperaturverteilung ausbildet als in den weniger effizienten Gebäuden. Weniger Transmissionsverluste bedingen wohlmöglich auch, dass innerhalb der Wohnbereiche Verbindungstüren seltener geschlossen werden, das heißt, der gesamte Wohnbereich würde gleichmäßiger temperiert. Andererseits bedingen ältere Gebäude mit vergleichsweise starken Transmissionsverlusten ein schnelleres und - weil Verbindungstüren innerhalb der Wohnbereiche wohl häufiger geschlossen bleiben - auch ein punktuelles Auskühlen einzelner Wohnräume. Dies würde sich allgemein in einer inhomogeneren und wechselhafteren Temperaturverteilung innerhalb eines Wohnobjektes niederschlagen. Diese Interpretation wäre auch konsistent mit dem deutlich geringeren Wert der Temperatur-Standardabweichung der grünen Temperaturverteilung in Bild 3: je schmaler, desto homogener.

Der Temperaturdatenvergleich mag sogar ausreichen, vorhandene Unterschiede im realen Verbrauchsverhalten von Nutzern wärmetechnisch moderner Gebäude gegenüber jenen des bestehenden älteren Mietwohnungsbestandes insgesamt zu quantifizieren. Allein anhand der Temperaturverteilungen lässt sich gemäß der „6%-pro-°C-Daumenregel“ abschätzen, dass die Bewohnerschaft moderner gedämmter Wohnungen für sich gut 10% großzügiger mit Heizenergie umgeht als die Allgemeinheit, umgekehrt formuliert, dass die Gesamtheit der Mietwohnungsnutzer im Hinblick auf Temperaturkomfort mindestens 10% eingeschränkter haushaltet als explizit die Nutzer modernerer Wohnungen.

Eine Interpretationsmöglichkeit ist, dass Bewohner modernerer Wohnungen in der Regel eine wohlhabende Klientel darstellen die sich weniger Gedanken um das Energiesparthema macht.

Eine andere Annahme wäre ein veränderter „Bio-Feedback-Effekt“ in modernerer Bausubstanz, nämlich der, dass durch gute Außendämmung und geringe passive Durchlüftungsraten, das heißt: einen substantiell trägeren Auskühlungsvorgang eines homogen und stark aufgeheizten Gesamtwohnbereiches, häufiger und nachhaltiger so wahrgenommene Überwärmungssituationen entstehen, etwa durch zusätzliche Strahlungseinträge. Diese würden dann vorwiegend und regelmäßig durch zusätzliches Ablüften mit Energieverlust kompensiert.

Beim Übergang vom Wohnen in „alter“ zu „modernerer“ Bausubstanz verlagern sich also die statistischen Anteile hin zu häufiger höheren Raumtemperaturen. In Bild 3 entspricht dies in etwa dem zwischen den Kurven eingeschlossenen Flächenanteil jeweils links- und rechtsseits deren Schnittpunktes bei etwa 19°C. Bild 4 – die Summenhäufigkeitsdarstellung – verdeutlicht, daß es sich in Summe um annähernd ein Viertel aller Wohnräume handelt, die im Gesamtbestand noch unter 19°C, im moderneren Bestand aber bereits oberhalb von 19°C temperiert sind. Die Summenhäufigkeiten liegen dabei noch in Nähe des 10%-Quantils (d.h. bei den jeweils 10% „kältesten“ Raumtemperaturen) gut 3 K auseinander, nähern sich kontinuierlich einander an um sich schließlich nahe 23°C zu treffen. 90% des Bestandes (zwischen 5%- Quantil und 95%-Quantil) fallen jeweils zwischen 12 und 24°C, respektive zwischen 15 und 23 °C.

Offensichtlich beginnt sich in einem modernisierten Gebäudebestand ein systematisch verändertes Verbrauchsverhalten gegenüber dem Leben in klassischer Bausubstanz auszubilden. Ingesamt ist aus den Energiekennwerteverteilungen (Bild 1 und 2) ableitbar, dass im heute noch dominierenden Mietwohnungsbestand im Mittel etwa 7,4 kWh/(m²a·K_Diff) für Heizenergie aufgewendet werden, während Neubauten und sanierte Objekte ab 1995 mit etwa 4,7 kWh/(m²a·K_Diff) auskommen. Dabei steht K_Diff für je ein Kelvin der mittleren Differenz zwischen der Außentemperatur während der Heizperiode, (typisch 2 bis 3°C) und dem Median der realisierten Innenraumtemperaturverteilung. Das Verhältnis des spezifischen Energiekonsums zwischen diesen Gebäudegruppen beträgt heute dann etwa 1,6 :1 und repräsentiert die reine Ausprägung bauphysikalischer Unterschiede zwischen den Gebäudegruppen, bereinigt also um den Effekt, der sich aus den ggf. unterschiedlich realisierten mittleren Wohnraumtemperaturen ergibt. Hingegen: Allein das Verhältnis der real und integral aufgewendeten Heizenergie, bereinigt um Warmwasseranteile, gestaltet sich wegen des tatsächlichen Verbrauchsverhaltens wie 118 zu 85 kWh/(m²a) oder nur ~1,4 :1 und schließt dabei das statistische Nutzerverhalten mit ein.