Ökonomisch optimale Investitionsstrategien für thermische Sanierungen des Gebäudebestand im Zeitverlauf am Beispiel der Stadt Wien

Abstract

Die Gebäude sind für 40% des Energieverbrauchs und 36% der CO2-Emissionen in der EU verantwortlich [1]. Um das langfristige Ziel, die Treibhausgasemissionen um 80-95% bis 2050 zu senken, sind erhebliche Anstrengungen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden gefordert [2]. Mehrere ineinandergreifende Maßnahmen, wie die thermische Sanierung der Gebäudehülle oder der Tausch der Heizungssysteme, sind der Schlüssel zur nachhaltigen Nutzung von Gebäuden. Ziel dieser Arbeit ist es, die ökonomisch optimierten thermischen Sanierungsmaßnahmen für den Wiener Gebäudebestand bis 2050 zu modellieren und die Auswirkungen davon auf den Endenergiebedarf und die CO2-Emissionen zu ermitteln. Dabei wird auch eruiert, welche Maßnahmen für die unterschiedlichen Gebäudekategorien ausgewählt werden. Dazu wurde ein lineares Optimierungsmodell entwickelt. Das lineare Optimierungsmodell mit der Zielfunktion hat die Aufgabe die Entscheidungsvariablen zu wählen, dass unter Einhaltung der Nebenbedingungen ein Minimum der Zielfunktion erreicht wird. Ziel dieses Optimierungsmodells ist es, die jährlichen Gesamtkosten, die sich aus der Annuität der Investitionskosten der Sanierungsmaßnahmen in die Gebäudehülle und der Energiekosten für die Bereitstellung der Raumwärme ergeben, zu minimieren. Durch die ökonomisch optimierten Sanierungen kann, unter der Berücksichtigung eines „business-as-usual“-Szenarios der Energiepreise, der Endenergiebedarf für den Gebäudebestand von 16 TWh auf 6 TWh reduziert werden, entspricht einer Reduktion von 63%. Ändern sich die Energiepreise, Erhöhung der Preise der fossilen Energieträger, kann durch die ökonomisch optimierten Sanierungen der Endenergiebedarf des Gebäudebestandes von Wien auf 4 TWh reduziert werden, was einer Reduktion von 75% entspricht. Auch die CO2-Emissionen werden in dieser Größenordnung durch die ökonomisch optimierten Maßnahmen der Gebäudehülle reduziert. Die Einsparungspotentiale variieren je nach Gebäudekategorie. Das höchste Einsparungspotential unter der Berücksichtigung des “business-as-usual“-Szenarios der Energiepreise wird in der Gebäudekategorie kleines Mehrfamilienwohngebäude erzielt. Um noch weitere Einsparungen im Gebäudebestand zu erzielen, wäre es als nächster Schritt sinnvoll auch eine Anlagenseitige Investitionen (Kesseltausch) zu Berücksichtigen.

Buildings are responsible for 40% of energy consumption and 36% of CO2 emissions in the European Union [1]. Accordingly, for reaching the declared long-term target of reducing greenhouse gas emission levels by 80-95% until 2050 a major effort to improve building energy efficiency will be required [2]. Several interlocking measures, such as the thermal refurbishment of the building envelope or the replacement of heating systems, are key for the sustainable use of buildings. Aim of this work is to model economically optimized thermal refurbishment measures for the Viennese building stock until 2050 and to determine the effects of this on final energy demand and CO2 emissions. It also describes different measures for corresponding building categories. For this purpose, a linear optimization model was developed. The objective of the linear optimization model with a target function is to select the decision variable that, while complying with the constraints, achieves a minimum of the target function. Aim of this optimization model is to minimize the total annual costs resulting from the annuity of investment costs of renovation measures of the building envelope and the energy costs for provision of space heating. Due to the economically optimized refurbishment, considering a “business-as-usual”-scenario of energy prices, the final energy demand for the building stock can be reduced from 16 TWh to 6 TWh, which corresponds to a reduction of 63%. By adjusting energy prices, increasing the prices of fossil energy carriers, final energy demand can be reduced to 4 TWh by economically optimized renovation of the Viennese building stock, resulting in a reduction of 75%. The CO2 emissions are also reduced on this scale by economically optimized refurbishment of the building envelope. The potential savings vary depending on the building category. The highest savings potential, considering the “business-as-usual” scenario of energy prices, is achieved in the building category comprised of small apartment buildings. To achieve even more savings in the building stock, it would be appropriate to consider renovation of heating systems (boiler replacements) as a subsequent step.