von Hinderrike Johanna Hauer-Berghuis

Sie wohnen in einem alten Einfamilienhaus, wollen gerne sanieren und wissen nicht, wo Sie anfangen sollen? Genau solche Fragen werden in unserem Forschungsprojekt beantwortet. Für alle Gebäudetypen im Bestand werden energetische Sanierungsmaßnahmen sowohl ökonomisch als auch ökologisch bewertet. Im Ergebnis wird gezeigt, mit welchen Maßnahmen sowohl Geld gespart als auch der Umwelt etwas Gutes getan werden kann.

Einteilung des Gebäudebestands in Gebäudetypen

Die nationalen Klimaschutzziele legen fest, dass die Wärmebereitstellung in Wohngebäuden bis 2045 dekarbonisiert werden soll. Derzeit basiert sie jedoch überwiegend auf fossilen Energieträgern, wobei erdgasbetriebene Heizungssysteme in Thüringen am weitesten verbreitet sind [1]. Die Umstellung auf klimaneutrale Wärmeversorgungssysteme stellt vor allem im Wohngebäudebestand eine große Herausforderung dar.

Um die regionalen Besonderheiten des Thüringer Wohngebäudebestands zu berücksichtigen wurde im Forschungsprojekt dieser Bestand auf Basis statistischer Quellen und einer empirischen Bestandserhebung erfasst. Dabei wurden für 25 verschiedene Wohngebäudetypen die Energiebedarfe auf Nutz-, End- und Primärenergieebene berechnet. Das Ergebnis ist eine als „Thüringer Wohngebäude- und Heizungstypologie“ [1] veröffentlichte Bestandsanalyse des Thüringer Wohngebäudebestands sowie der darin installierten Heizungssysteme. Der Wohngebäudebestand wurde hierzu in 25 Gebäudetypen unterteilt, die sich aus fünf Größenkategorien und fünf Altersklassen zusammensetzen. In Tabelle 1 sind die Bezeichnungen der Gebäudetypen dargestellt, die sich jeweils aus der Gebäudegröße und der Baualtersklasse ergeben. So beschreibt beispielsweise EFH1-D ein freistehendes Einfamilienhaus, das zwischen 1979 und 1990 errichtet wurde.

Tabelle 1: Bezeichnung der Gebäudetypen (EFH: Einfamilienhaus, MFH: Mehrfamilienhaus)

Gebäudegröße	EFH 1	EFH 2	MFH 1	MFH 2	MFH 3
Beschreibung	freistehend	nicht freistehend	3-6 Wohnungen	7-12 Wohnungen	13+ Wohnungen
Baualtersklasse	A	B	C	D	E
Baujahr	vor 1919	1919-1948	1949-1978	1979-1990	1991-2022

Betrachtete Sanierungsmaßnahmen

Ausgehend von dieser Bestandsanalyse wurden die zu untersuchenden Sanierungsmaßnahmen festgelegt. Diese umfassen sowohl bauliche als auch heizungstechnische Maßnahmen.

Auf baulicher Ebene werden der Fenstertausch sowie die Dämmung von Dach, Kellerdecke und Außenwand in vier unterschiedlichen Qualitätsstufen berücksichtigt. In Tabelle 2 sind die Qualitätsstufen detailliert beschrieben. Neben den 16 Einzelmaßnahmen wurden zusätzlich 24 Kombinationen dieser Maßnahmen sowie der unsanierte Ausgangszustand betrachtet. Insgesamt wurden somit 41 bauliche Maßnahmen berechnet.

Tabelle 2: Beschreibung der Sanierungsmaßnahmen am Wohngebäude

	Stufe 1 sehr eingeschränkt	Stufe 2 eingeschränkt	Stufe 3 GEG-Standard	Stufe 4 BEG-Standard
Kellerdecke inkl. Bodenplatte	2 cm (KD) 0 cm (BP)	4 cm (KD) 0 cm (BP)	4 cm (KD) 4 cm (BP)	12 cm (KD) 12 cm (BP)
Dach	8 cm	12 cm	16 cm	28 cm
Fenster	1,7 W/m2/K	1,5 W/m2/K	1,3 W/m2/K	0,9 W/m2/K
Außenwand	3 cm	6 cm	14 cm	22 cm

Auf der Anlagenseite dient ein alter Gasbrennwertkessel als Referenzsystem. Dieses Heizungssystem wird im Folgenden als ‚Erdgas alt‘ bezeichnet. Ein neuer Gasbrennwertkessel gilt als erste Variantenoption; dieser muss gemäß §71.9 Gebäudeenergiegesetz (GEG) [2] bis 2045 sukzessive mit klimaneutralem Gas (Biogas oder Wasserstoff) betrieben werden. Diese Heizungsvariante wird nachfolgend als ‚Erdgas neu‘ bezeichnet. Zusätzlich wurden drei Luft-Wasser-Wärmepumpen mit unterschiedlichen Vor- und Rücklauftemperaturen (55/45 °C, 45/38 °C und 35/28 °C) untersucht. Bei niedrigen Systemtemperaturen wurde eine gegebenenfalls notwendige Heizflächenerweiterung berücksichtigt. Damit konnten205 unterschiedliche Kombinationen aus baulichen und heizungstechnischen Maßnahmen für fünf Gebäudetypen berechnet werden. Im weiteren Verlauf des Projekts werden zusätzliche Heizungsoptionen untersucht, was zu einer Erweiterung der Kombinationen führt. Ebenso ist die Einbeziehung weiterer Gebäudetypen vorgesehen.

Berechnung der Kosten und Treibhausgasemissionen

Die Kostenberechnung der Maßnahmen wurde in Anlehnung an die Richtlinie VDI 2067 [3] durchgeführt. Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit kommt die Annuitätenmethodezum Einsatz. Dabei werden zunächst die Barwerte der laufenden Kosten (z. B. Energie- und Instandhaltungskosten) durch Abzinsung auf das erste Jahr ermittelt. Die Summe dieser Barwerte wird anschließend mittels eines Annuitätenfaktors in gleichbleibende jährliche Zahlungen umgerechnet. Als Betrachtungszeitraum wurde der Zeitraum von 20 Jahren (2025–2045) gewählt. Der verwendete Kalkulationszinssatzbeträgt 3,5 %.

Bei der Berechnung der kapitalgebundenen Kosten (Investitionskosten) wurde zwischen Sowieso-Kosten (Kosten, die unabhängig vom energetischen Standard anfallen) und energetische Mehrkosten (zusätzliche Kosten durch eine energetisch hochwertigere Sanierung, z. B. größere Dämmstoffdicke) unterschieden. Bei der Berechnung der kapitalwertgebundenen Kosten wurden Mehrfachinvestitionen bei kürzerer Lebensdauer sowie ein Restwert bei längerer Lebensdauer als der Betrachtungszeitraum berücksichtigt.

Bei der Berechnung der bedarfsgebundenen Kosten (Energiekosten) wurden Zeitreihen verwendet, die jährliche Energiepreise abbilden. Da diese Zeitreihen auf Endkundenpreise ohne CO₂-Bepreisung basieren, musste die CO₂-Kostenkomponente separat ergänzt werden. Schließlich fallen beim Betrieb der Heizungsanlage betriebsgebundene Kosten an, beispielsweise für Wartung und Inspektion.

Die Summe der Kapitalwert-, bedarfs- und betriebsgebundenen Kosten ergibt die Jahresgesamtkosten und stellt damit das zentrale Ergebnis der ökonomischen Bewertung der untersuchten Maßnahmen dar.

Als Maßstab für die ökologische Bewertung der Sanierungsmaßnahmen wurde die Summe der Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) herangezogen, die bei der Deckung des Endenergiebedarfs für Raumwärme und Trinkwarmwasser über den Betrachtungszeitraum von 20 Jahren entstehen.

In der Abbildung 1 sind für das EFH1-A (ein vor 1919 gebautes, freistehendes Einfamilienhaus) von zehn ausgewählte Maßnahmen die resultierenden Jahresgesamtkosten und THG-Emissionen als vorläufige Ergebnisse dargestellt.

Abbildung 1: Jahresgesamtkosten in % (links) und THG-Emissionen bis 2045 in t (rechts) für ausgewählten Sanierungsmaßnahmen des EFH1-A. Die Zahl hinter den baulichen Maßnahmen steht für die Qualitätsstufe.

Pareto-Optimierung

Um zu ermitteln, welche Sanierungsmaßnahmen sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht optimal sind, wurde eine Pareto-Optimierung durchgeführt. Bei einer Pareto-Optimierung werden mehrere Faktoren gleichzeitig betrachtet, in diesem Fall zwei: die THG-Emissionen bis 2045 und die Jahresgesamtkosten. Ein Punkt gilt als paretooptimal, wenn eine Verbesserung eines Faktors nur auf Kosten des anderen Faktors möglich ist.

Insgesamt wurden für den Gebäudetyp EFH1-A drei Sanierungsmaßnahmen als Pareto-optimal identifiziert. Dabei handelt es sich um die Varianten, bei denen alle bauliche Maßnahmen auf Stufe 2 oder 3 durchgeführt werden und die Variante, bei denen alle Maßnahmen auf Stufe 4 durchgeführt werden, außer der Außenwand, die auf Stufe 2 saniert wird. Alle drei Varianten sind in Kombination mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe 35/28 °C umgesetzt. Diese Maßnahmen zeichnen sich durch die höchsten Investitionskosten aus.

Da auch Maßnahmen mit geringeren Investitionskosten von Interesse sind, wurde ein Investitionskosten-Limit eingeführt. Ein Teil der Pareto-optimalen Punkte innerhalb diese Limits bildet die in diesem Beitrag ausgewählten Sanierungsmaßnahmen. In Tabelle 3 sind alle pareto-optimalen Sanierungsmaßnahmen des EFH1-A für die unterschiedlichen Investitionskosten-Limits dargestellt.

Tabelle 3: Pareto-optimale Sanierungsmaßnahmen des EFH1-A nach Investitionskosten-Limit.

Investitionskosten-Limit in 1000 €	Heizung	Kellerdecke	Dach	Fenster	Außenwand
10	Erdgas alt	Stufe 4
20	Erdgas alt				Stufe 1
	Erdgas neu	Stufe 4
40 & 50	Erdgas alt				Stufe 2
	Erdgas neu				Stufe 2
50	WP 55/45 °C	Stufe 2
60	WP 45/38 °C				Stufe 2
80	WP 35/28 °C				Stufe 2
100 & 150	WP 35/28 °C	Stufe 2	Stufe 2	Stufe 2	Stufe 2
	WP 35/28 °C	Stufe 4	Stufe 4	Stufe 4	Stufe 2
150	WP 35/28 °C	Stufe 3	Stufe 3	Stufe 3	Stufe 3

In Abbildung 2 ist das vorläufige Ergebnis der bisher im Projekt betrachteten Sanierungsmaßnahmen dargestellt. Auf der x-Achse sind die prozentualen Jahresgestehungskosten abgetragen, als Referenzwert dient das unsanierte Gebäude. Auf der y-Achse sind die THG-Emissionen bis 2045 dargestellt.

In der Grafik auf der linken Seite werden alle Sanierungsmaßnahmen gezeigt. Um die Maßnahmen der einzelnen Punkte unterscheiden zu können, wurden alle Punkte in fünf Segmente unterteilt – eines für den Heizungstyp und vier für die baukonstruktiven Maßnahmen. Die Farbe bzw. Schraffierung der Segmente zeigt an, ob das Bauteil saniert wurde und gegebenenfalls in welcher Qualitätsstufe, bzw. welches Heizungssystem in der Variante betrachtet wird. Die Punktgröße entspricht den Investitionskosten der jeweiligen Maßnahme.

In der oberen Grafik auf der rechten Seite sind nur die für dieses Paper ausgewählte Maßnahmen farblich hervorgehoben; alle sonstigen Punkten wurden ausgegraut. In der untersten Grafik auf der rechten Seite liegt der Fokus auf den paretooptimale Maßnahmen.

Abbildung 2: Ökonomische und ökologische Pareto-Optimierung der Sanierungsmaßnahmen des EFH1-A.

Schlussfolgerungen und Ausblick

Mittels Pareto-Optimierung wurden die Sanierungsmaßnahmen im Thüringer Wohngebäudebestand identifiziert, die den Endenergiebedarf und damit die THG-Emissionen am effektivsten reduzieren. Das vorläufige Ergebnis zeigt, dass umfassende Sanierungen in Kombination mit einer Wärmepumpe mit niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen die höchste Wirksamkeit erzielen.

Im weiteren Verlauf des Projekts werden zusätzliche Heizungssysteme und Gebäudetypen untersucht. Die Kosten für die Erweiterung der Heizflächen bei Niedrigtemperaturlösungen sollen dabei detaillierter und fallspezifisch analysiert werden. Zur Berücksichtigung der Unsicherheiten, z. B. bei Kalkulationszinssatz, Energie- und CO₂-Preis, ist zudem die Durchführung einer Sensitivitätsanalyse mittels Monte-Carlo-Simulation vorgesehen.

Danksagung

Die dieser Veröffentlichung zugrundeliegenden Arbeiten sind Teil des Forschungsvorhabens „Wärmewende in Thüringen – Heizungssysteme sicher technisch anpassen & dekarbonisieren“, welches als Forschungsgruppe in Kooperation zwischen der Bauhaus-Universität Weimar (Professur Energiesysteme), der Ernst-Abbe-Hochschule Jena (Professur Umweltwirtschaft) und der Hochschule Nordhausen (Professur für Regenerative Energiesysteme) bearbeitet wird. Projektlaufzeit: 01/2024 bis 12/2026.

Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wird durch Mittel des Europäischen Sozialfonds (ESF Plus) kofinanziert. (Vorhabennummer der Hochschule Nordhausen: 2023 FGR 0103)

Referenzen

[1]       Bauhaus-Universität Weimar, Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Hochschule Nordhausen, Thüringer Wohngebäude- und Heizungstypologie, 2025, https://www.db-thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00069025/Thueringer_Wohngebaeude-_und_Heizungstypologie_September%202025.pdf. [Zugriff am 17.10.2025].

[2]       Bundesministerium der Justiz und Verbräucherschutz, Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung in Gebäuden, 2024.

[3]       Richtlinie VDI 2067, Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen, Blatt 1: Grundlagen und Kostenberechnung, 2012.