Ergebnisse des Ergänzungsauftrags zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe

ERGÄNZUNG ZUM ENERGIELEITPLAN DER STADT KARLSRUHE SEPTEMBER 2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 2 ERGÄNZUNG ZUM ENERGIELEITPLAN DER STADT KARLSRUHE AuftraggeberinStadt Karlsruhe / Umwelt- und Arbeitsschutz Markgrafenstr. 14 76133 Karlsruhe umwelt-arbeitsschutz@karlsruhe.de Auftragnehmer 1Tilia GmbH Inselstraße 31 04103 Leipzig Ansprechpartner: André Ludwig andre.ludwig@tilia.info +49 173 3781082 Auftragnehmer 2Smart Geomatics Informationssysteme GmbH Ebertstr. 8 76137 Karlsruhe Ansprechpartner: Thomas Beck thomas.beck@smartgeomatics.de +49 721 945 40 59-0 Autor*innen des Berichts André Ludwig, Markus Bolz, Wolfgang Spaich, Thomas Beck (Smart Geomatics), Tina Henzler (Smart Geomatics) Veröffentlichung09/2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 3 INHALTSVERZEICHNIS 0AUSGANGSITUATION..............................................................................................................4 1NEUES ZIELSZENARIO 3: ANGEPASSTE SANIERUNGSRATE ....................................................5 2WÄRMEPUMPENLÖSUNGEN ...............................................................................................14 2.1Wärmepumpen-Typen ..................................................................................................................16 2.2Technische Restriktionen und ihre Lösung ...................................................................................17 2.2.1Schallemissionen..............................................................................................................................17 2.2.2Hohe Heizungs-Vorlauftemperatur..................................................................................................19 2.2.3Gebäude mit Gas-Etagenheizung oder Nachtspeicherheizungen....................................................20 2.3Mini-Wärmenetze..........................................................................................................................21 2.4Konkretisierung potenzieller erneuerbarer Wärmequellen für Wärmepumpen im Eignungsgebiet Einzelheizung .......................................................................................................22 2.5Ausblick: Weitere Entwicklung bei Wärmepumpen .....................................................................24 3TIEFENGEOTHERMIE.............................................................................................................25 3.1Stand der Planungen möglicher Tiefeengeothermiebohrungen ..................................................25 3.2Stand der Technik bei saisonalen Wärmespeichern .....................................................................27 4ANLAGEN ..............................................................................................................................30 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 4 0 AUSGANGSITUATION Die Stadt Karlsruhe hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2040 klimaneutral zu sein. Der im Herbst 2023 von der Stadt Karlsruhe der Öffentlichkeit vorgestellte und vom Gemeinderat beschlossene Energieleitplan hat im Rahmen der Bürgerbeteiligung unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen. Einige der eingegangenen Hinweise, die nicht bereits vor der Beschlussfassung im Gemeinderat in den Plan eingearbeitet werden konnten, sollen mit dieser Ergänzung zum Energieleitplan aufgegriffen und beantwortet werden. Dazu gehört die Erstellung eines weiteren Zielszenarios, da die im Energieleitplan angenommene Sanierungsrate von 4,8 % zur Erreichung der Klimaneutralität als sehr ambitioniert angesehen wurde und durch eine moderatere Variante ergänzt werden soll. Zusätzlich gab es Forderungen nach konkreten Hinweisen für Situationen in Einzelheizungsgebieten, in denen Wärmepumpen als Einzellösungen schwer umsetzbar sind. Es wurde außerdem der Wunsch geäußert, Lösungen für eine beschleunigte Defossilisierung der Fernwärme zu finden. Ergänzend zur bereits kommunizierten Strategie der Stadtwerke soll daher die Gewinnung von Wärme aus Tiefengeothermie stärker in den Fokus gerückt und aktuelle Informationen zu einem möglichen Zeitplan untersucht werden. Diese Anregungen sind die Grundlage für die nachfolgend beschriebenen Ergänzungen, die aufbauend auf dem fertiggestellten Energieleitplan erarbeitet wurden. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 5 1 NEUES ZIELSZENARIO 3: ANGEPASSTE SANIERUNGSRATE Im Zielszenario 2 „Klimaneutralität bis 2040“ des Energieleitplans von 2023 wird von einer jährlichen Sanierungsrate von 4,8 % ausgegangen. Unter Sanierung wird hier die Wärmedämmung der Gebäude auf den KfW 100-Standard und die gleichzeitige Umstellung des fossilen Energieträgers der Heizungen auf regenerative Energien verstanden. Diese Sanierungsrate wurde aus dem Ziel der Klimaneutralität bis 2040 errechnet und würde bedeuten, dass nahezu sämtliche Gebäude in der Stadt mit einer Wärmedämmung versehen werden und gleichzeitig die Heizungsanlagen von fossilen Energieträgern, also Erdgas bzw. Heizöl, auf Erneuerbare Energien oder Fernwärme umgebaut werden müssten. In den Einzelheizungsgebieten wird ein Umstieg auf Wärmepumpen angenommen. In einem neuen Zielszenario 3 wird nun davon ausgegangen, dass die Wärmedämmung der Gebäude und die Umstellung der Heizungssysteme getrennt erfolgen und unterschiedlich schnell voranschreiten. Dies bedeutet, dass in diesen Fällen zuerst die Heizungsanlage ausgetauscht wird, bevor das gesamte Gebäude saniert wird, da die Kosten der Gebäudesanierung wesentlich höher liegen als nur der Austausch der Heizungsanlage. Auch im neuen Gebäudeenergiegesetz (GEG) gibt es keine Vorgabe für Sanierungen, sondern nur Vorgaben zum Energieträgerwechsel. Der Tausch der Heizungsanlagen wird vom Bund über die „Bundesförderung für effiziente Gebäude - Einzelmaßnahmen (BEG EM)“ mit bis zu 70 % gefördert. Dieses Programm wird zu einem beschleunigten Heizungswechsel beitragen. Die Umstellung der Heizungsanlage vor der Sanierung ist technisch machbar, weil inzwischen am Markt auch moderne Wärmepumpen angeboten werden, die höhere Vorlauftemperaturen von 60 °C bis 70 °C erreichen und dabei trotzdem die von der KfW geforderten Effizienzwerte erreichen, also keinen wesentlich höheren spezifischen Stromaufwand pro erzeugter Wärmemenge benötigen. Damit können auch unsanierte Altbauten ohne vorherige Wärmedämmung wirtschaftlich mit Wärmepumpen beheizt werden. Für dieses neue Zielszenario soll nunmehr für die Wärmedämmung eine niedrigere Sanierungsrate von 2,0 % (anstelle von 4,8 % im Energieleitplan von 2023) zugrunde gelegt werden. Dieser Wert liegt leicht über dem Wert von 1,6 %, der für Deutschland in den nächsten Jahren erwartet wird und bereits im Zielszenario 1 des Energieleitplans zugrunde gelegt wurde. 1 Die deutlich höhere Geschwindigkeit bei der Umstellung der Heizungen mit einer Austauschrate von 4,8 % ergibt sich weiterhin aus dem Ziel der Klimaneutralität bis 2040. Somit wird die im Energieleitplan angenommene Geschwindigkeit beibehalten, auch beim Anschluss an Fernwärme bzw. beim Anschluss an Wärmenetze. Dies bedeutet, dass die zugrunde gelegte Geschwindigkeit der Umstellung von fossilen Heizsystemen auf Wärmepumpen in den Gebieten, in denen Einzelheizungen vorhanden sind, unverändert bleibt. Auf Basis der im Energieleitplan erhobenen Gebäudedaten von 2019 wurde ermittelt, wie viele Wohngebäude im Gebiet von Einzelheizungen mit Erdgas bzw. Öl auf Wärmepumpen umgestellt 1 Auswirkungen des Gebäudeenergiegesetzes auf Wohngebäude, EWI – Insights vom 20.06.2023 Folie 7; online abrufbar unter https://www.ewi.uni-koeln.de/cms/wp-content/uploads/2023/06/230620_EWI-Insights_Gebaeudeenergiegesetz.pdf; zuletzt abgerufen 17.07.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 6 werden müssen, um das Ziel der Klimaneutralität bis 2040 zu erreichen. In einer Herleitung (Anlage 1) wurde ermittelt, dass dies in Karlsruhe rund 18.500 Gebäude bzw. Wärmepumpen sind. Unter der Annahme, dass die Umstellung dieser Gebäude ab dem Beginn der Förderung durch das BEG Anfang 2022 begonnen hat und die Umstellung Ende 2040 abgeschlossen sein soll, ergeben sich für den zur Verfügung stehenden Zeitraum von 19 Jahren eine Zahl von 974 Wärmepumpen, die jedes Jahr eingebaut werden müssten. Bei rd. 200 Arbeitstagen pro Jahr wären dies knapp fünf Wärmepumpen pro Arbeitstag. Für die Ermittlung des Pfades zur Klimaneutralität dieses neuen Zielszenarios (Zielszenario 3) wurde auf die bereits für das Zielszenario „Klimaneutralität bis 2040“ des Energieleitplans (Zielszenario 2) erstellte Datei und die dort zugrunde gelegten Randbedingungen zurückgegriffen: -Fernwärme-Eignungsgebiete: Anstieg der Fernwärme-Abnahmemenge um 4,3 % pro Jahr. -Nahwärme-Eignungsgebiete: bis 2030 sind 50 % des Wärmebedarfs der Gebäude an Wärmenetze angeschlossen, bis 2040 sind 90 % an Wärmenetze angeschlossen, der Rest von 10 % ist mit Wärmepumpen ausgestattet. -Einzelheizungs-Eignungsgebiete: bis 2040 zu 90 % der Gebäude mit Wärmepumpen ausgerüstet -Verbot von fossilen Energieträgern schon im Jahr 2040 (5 Jahre vor dem im GEG beschriebenen Bundesverbot im Jahr 2045) Damit ist eine gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse zwischen dem Zielszenario 2 des Energieleitplans und der Neuberechnung des Zielszenarios 3 gegeben. Bei der Berechnung des Pfades zur Klimaneutralität ändert sich im Vergleich zu dem Zielszenario 2 im Energieleitplan somit nur ein Parameter, nämlich die Geschwindigkeit bei der Gebäudedämmung (jährlich statt 4,8 % im Energieleitplan jetzt 2,0 %). Die Ergebnisse der Szenariorechnung für den Energiebedarf in MWh/a (Abb. 1.1) und für die CO 2 - Emissionen (Abb. 1.2) sind hier in gleicher Form dargestellt wie im Energieleitplan, für die Stützjahre 2019, 2030 und 2040. Zum Vergleich mit den jeweiligen Ergebnissen aus Zielszenario 2 dienen die Abb. 1.3 bis Abb. 1.6. Daraus ist zu erkennen, dass in den Zieljahren 2030 und 2040 der Endenergiebedarf aufgrund der langsamer voranschreitenden Wärmedämmung der Gebäude höher liegt als beim Zielszenario 2 des Energieleitplans. Dieser Mehrbedarf war zu erwarten und liegt im Jahr 2040 bei rund 510.000 MWh, also etwa 20 % höher. Absolut betrachtet ist der Endenergiebedarf in 2040 im Zielszenario 3 2.600.000 MWh. Entsprechend den Annahmen zur Energieträgerumstellung verschwinden die fossilen Energieträger Erdgas und Heizöl bis 2040 und demzufolge sinken auch die CO 2 -Emissionen stark. Es verbleibt ein „Bodensatz“ von CO 2 -Emissionen, weil die Fernwärme einerseits und der „Strommix Deutschland“ für 2040 für den Wärmepumpenantrieb andererseits (noch) nicht bei Null CO 2 angelangt sein werden. Dieser Bodensatz war bereits auch beim Energieleitplan im Zielszenario 2 erkennbar, ist im Zielszenario 3 etwas größer geworden, und zwar um rund 20.000 t CO 2 auf 96.000 t CO 2 Um die letzten CO 2 -Emissionen vollständig zu vermeiden, müssten auch die 2040 noch nicht mit Wärmepumpen ausgestatteten Gebäude (10 %) umgestellt werden. Es muss zudem erreicht werden, dass die Fernwärmeversorgung im Jahr 2040 vollständig CO 2 -frei ist und der Strombedarf der Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 7 Wärmepumpen in den Einzelheizungsgebieten nicht mit dem „Deutschland-Mix“, sondern mit vollständig CO 2 -freiem Strom gedeckt wird. Da der Strombedarf der Einzelhäuser von den jeweiligen Eigentümern oder Mietern gekauft wird, müssten diese durch geeignete Öffentlichkeitsarbeit motiviert werden, CO 2 -freien Strom für den Betrieb ihrer Wärmepumpen bzw. für den gesamten Strombedarf ihres Gebäudes zu beziehen. Der Bezug von Ökostrom ist jedoch nur ein Teil der notwendigen Maßnahmen für eine erfolgreiche Energiewende. Darüber hinaus können die Rest- CO 2 - Emissionen durch einen Ausbau der Eigenstromerzeugung der Gebäude weiter reduziert werden, indem zusätzliche Dächer der mit Wärmepumpen ausgestatteten Gebäude mit Photovoltaik-Modulen belegt werden. Dadurch kann die erneuerbare Stromerzeugung in Karlsruhe gesteigert werden. Zusätzlich müssen alle Potenziale für Erneuerbare Energien, insbesondere der Ausbau der Photovoltaik auf Dächern und verfügbaren Freiflächen, ausgeschöpft werden. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 8 Abb. 1.1: Wärmeverbrauchsverteilung des Zielszenarios 3 Abb. 1.2: CO 2 -Emissionen des Zielszenarios 3 0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 201920302040 Tonne CO 2 Zielszenario 3-CO 2 -Emissionen FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 9 Abb. 1.3: Vergleich der Wärmeverbrauchsverteilung der Zielszenarien 2 und 3 im Jahr 2030 Abb. 1.4: Vergleich der Wärmeverbrauchsverteilung der Zielszenarien 2 und 3 im Jahr 2040 0 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 Zielszenario 2Zielszenario 3 MWh/a Vergleich Zielszenario 2 zu 3-Wärmeverbrauchsverteilung nach Energieträger im Jahr 2030 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution 0 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 Zielszenario 2Zielszenario 3 MWh/a Vergleich Zielszenario 2 zu 3-Wärmeverbrauchsverteilung nach Energieträger im Jahr 2040 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 10 Abb. 1.5: Vergleich der CO 2 -Emissionen der Zielszenarien 2 und 3 im Jahr 2030 Abb. 1.6: Vergleich der CO 2 -Emissionen der Zielszenarien 2 und 3 im Jahr 2040 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 Zielszenario 2Zielszenario 3 Tonne CO 2 Vergleich Zielszenario 2 zu 3-CO 2 -Emissionen im Jahr 2030 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 Zielszenario 2Zielszenario 3 Tonne CO 2 Vergleich Zielszenario 2 zu 3-CO 2 -Emissionen im Jahr 2040 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 11 Zur Erläuterung: der gelb dargestellte „WP-Strom“ bezeichnet den Strombedarf für die bereits vorhandenen Wärmepumpen, die grün dargestellte Säule für „WP-Substitution“ steht für den Strom, der für die ab 2021 neu eingebauten Wärmepumpen benötigt wird. Diese in Abb. 1.6 dargestellten Restemissionen des Jahres 2040 sind in Relation zu bringen zum Ziel der Stadt Karlsruhe, 2040 pro Kopf Restemissionen von 0,5 t CO 2 , d.h. 154.500 t CO 2 bei 309.000 Einwohnern zu erreichen. Die Restemissionen in den beiden Zielszenarien betragen: Zielszenario 2: 76.000 t CO 2 pro Kopf: 0,25 t CO 2 Zielszenario 3: 96.000 t CO 2 pro Kopf: 0,31 t CO 2 Somit wird das CO 2 - Ziel der Stadt in 2040 bei beiden Zielszenarien erreicht. Anmerkung: Bei der Ermittlung der CO 2 -Emissionen aus Strom („Deutschland-Mix“) wurden im Energieleitplan und auch in den Abb. 1.5 und 1.6 die Werte entsprechend des Technikkataloges der KEA von 2022 verwendet, um die Ergebnisse der Szenarien 2 und 3 vergleichbar zu halten. Im Juni 2024 hat u.a. das BMWK einen Leitfaden Wärmeplanung 2 vorgelegt, der auch einen aktualisierten Technikkatalog mit geänderten und deutlich niedrigeren CO 2 -Faktoren für den Deutschland-Mix enthält. Hier sind die Werte aus den beiden Technikkatalogen im Vergleich: Technikkatalog KEA 2022Technikkatalog BMWK 2024 JahrStrom Mix t-CO 2 / MWhStrom Mix t-CO 2 / MWh 20200,4590,424 20250,3650,260 20300,2700,110 20350,2100,045 20400,1510,025 20450,0910,015 Um die Auswirkungen dieser neuen Vorgaben zu verdeutlichen, wurden die CO 2 -Emissionen noch einmal neu berechnet und gegenübergestellt. Aufgrund der niedrigeren CO 2 – Werte des neuen Katalogs ergeben sich zwangsläufig auch niedrigere Restemissionen für 2040: CO 2 -Emissionen 2040KEA 2022BMWK 2024 ca. 96.000 tca. 56.000 t 2 Handlungsleitfaden Wärmeplanung des Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen vom 22.07.2024; online abrufbar unter https://www.bmwsb.bund.de/SharedDocs/downloads/Webs/BMWSB/DE/veroeffentlichungen/wohnen/leitfaden- waermeplanung-lang.pdf; zuletzt abgerufen 23.07.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 12 In Abb. 1.7 ist die Herkunft der Restemissionen für das Jahr 2030 und Abb. 1.8 für das Jahr 2040 für die beiden unterschiedlichen Grundlagen gegenübergestellt. Abb. 1.7: Vergleich der CO 2 -Emissionen für Zielszenario 3 im Jahr 2030 – Vergleich mit CO 2 -Faktoren aus „KEA 2022“ und „BMWK 2024“ 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 KEA 2022BMWK 2024 Tonne CO 2 CO 2 -Emissionen im Jahr 2030-Vergleich "KEA 2022" und "BMWK 2024" für Zielszenario 3 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 13 Abb. 1.8: Vergleich der CO 2 -Emissionen für Zielszenario 3 im Jahr 2040 – Vergleich mit CO 2 -Faktoren aus „KEA 2022“ und „BMWK 2024“ 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 KEA 2022BMWK 2024 Tonne CO 2 CO 2 -Emissionen im Jahr 2040-Vergleich "KEA 2022" und "BMWK 2024" für Zielszenario 3 FernwärmeWärmenetzePelletsGasHolzÖl FlüssiggasNachtspeicherWP StromKohleWP-Substitution Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 14 2 WÄRMEPUMPENLÖSUNGEN Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe lässt sich anhand des untenstehenden Abb. 2.1 anschaulich beschreiben. Mithilfe der elektrischen Antriebsenergie verdichtet und erhitzt der Kompressor der Wärmepumpe das flüssige Kältemittel, das durch die Wärme einer Wärmequelle verdampft. Der Kältemitteldampf gibt seine Wärme in einem Wärmetauscher an das Heizsystem ab und kondensiert. Abb. 2.1: Funktionsprinzip Wärmepumpe 3 Als Kältemittel sind in der Vergangenheit überwiegend synthetische Kältemittel eingesetzt worden, die Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKWs) enthalten und daher bei einem Entweichen in die Atmosphäre die Ozonschicht schädigen. Daher wurden sie 1987 verboten. Als Ersatz wurden dann hauptsächlich Fluorkohlenwasserstoffe (FKWs) eingesetzt. Diese schädigen zwar nicht die Ozonschicht, haben aber ein starkes Treibhauspotenzial, das sogenannte „Global Warming Potential“ (GWP). Seit 2015 wird in der EU eine schrittweise Beschränkung des GWP umgesetzt und seit 2023 auf eine beschleunigte Reduzierung des Einsatzes der FKWs auf Null im Jahr 2050 hingewirkt. Daraufhin wurden neue synthetische Kältemittel (z.B. R32) entwickelt bzw. der Einsatz von natürlichen Kältemitteln (R290, Propan) vorangetrieben. Ein Überblick über die Höhe des GWP-Wertes von verschiedenen Kältemitteln ist in Abb. 2.2 dargestellt. 3 Funktionsprinzip Wärmepumpe; online abrufbar unter https://www.waermepumpe.de/waermepumpe/funktion-waermequellen/; zuletzt abgerufen am 17.07.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 15 Ein weiterer Vorteil von R290 Propan besteht darin, dass es wegen seiner technischen Eigenschaften besonders gut für Bestandsbauten, d.h. für Vorlauftemperaturen bis zu 75 °C, geeignet ist. Aus diesen Gründen nutzen viele neu entwickelte Wärmepumpen R290. Abb. 2.2: Daten von Kältemitteln 4 Die Effizienz einer Wärmepumpe wird entweder mit dem COP-Wert („Coefficient of Performance“) oder der Jahresarbeitszahl (JAZ) beschrieben. Beide Werte geben an, wie viel Wärmeleistung die Wärmepumpe aus einer bestimmten Menge eingesetzter Energie (Strom) erzeugt. Je höher der COP bzw. die JAZ, desto besser ist die Effizienz der Wärmepumpe. Der COP beschreibt die erzeugte Wärme pro eingesetztem Strom für einen klar definierten Betriebspunkt der Wärmepumpe, während die JAZ ein gemessener Wert über ein ganzes Jahr ist. COP und JAZ sind umso höher bzw. besser, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmeverbraucher ist. Damit wird klar, dass bei der Planung der Wärmepumpe die Temperaturen der Wärmequelle und des Heizungssystems eine große Rolle spielen. 4 Kältemittel für Wärmepumpen im Detail; online abrufbar unter https://www.dein-heizungsbauer.de/ratgeber/bauen- sanieren/kaeltemittel-waermepumpe/; zuletzt abgerufen am 17.07.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 16 Für die Inanspruchnahme der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) ist die Effizienz der vorgesehenen Wärmepumpe nachzuweisen. Zu diesem Zweck hat das BAFA eine Vielzahl von Wärmepumpen nach der Ökodesign-Richtlinie untersucht und die „jahreszeitbedingte Raumheizungs- Energieeffizienz η s (ETAs)“ sowie das verwendete Kältemittel für diese Wärmepumpen veröffentlicht. Diese Wärmepumpen erfüllen die Effizienzanforderungen und erhalten Fördergelder. Die Liste des BAFA kann im Internet unter BAFA - Energie - Liste der förderfähigen Wärmepumpen mit Prüf- /Effizienznachweis (Stand: 01.07.2024) heruntergeladen werden (Stand 17.07.2024). 2.1 WÄRMEPUMPEN-TYPEN Die am Markt verfügbaren Wärmepumpen lassen sich in erster Linie anhand ihrer erneuerbaren Wärmequelle unterscheiden: •Luftwärmepumpe Die Luftwärmepumpe nutzt Außenluft als Wärmequelle und hat sich im Einfamilienhaus als Standardlösung etabliert. Üblicherweise wird die gesamte Wärmepumpe als eine Einheit („Monoblockbauweise“) außerhalb des Gebäudes aufgestellt. •Erdwärmesonden Eine andere Wärmequelle für Wärmepumpen ist die oberflächennahe Erdwärme, die über Erdwärmesonden erschlossen wird. Dabei wird ein Kunststoffrohr senkrecht ins Erdreich eingebracht. Üblich sind sogenannte U-Sonden, bei denen ein oder zwei Rohrpaare über eine Bohrung tief ins Erdreich eingebracht werden. In der Sonde zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit (Wasser mit Frostschutz oder reines Wasser in Wasserschutzgebieten), die sich im Erdreich erwärmt (je nach Tiefe der Bohrung auf ca. 10 °C oder mehr) und die Wärme an die Wärmepumpe abgibt. Diese Art der Erdwärmenutzung ist in Karlsruhe möglich und bereits an zahlreichen Stellen realisiert (siehe Abb. 3-6 im Energieleitplan). Die Wärmepumpe kann im Inneren des Gebäudes aufgestellt werden, was einen Vorteil in Hinblick auf die Schallemission darstellt. •Wasser-Wasser-Wärmepumpen Alternativ hierzu sind sogenannte Grundwasser-Wärmepumpen möglich, bei denen über Brunnen Grundwasser an die Oberfläche gepumpt wird, dort in einem Wärmetauscher Wärme abgibt und abgekühlt wieder in einem zweiten Brunnen zurückgeführt wird. Auch diese Art der Wärmenutzung ist in Karlsruhe bereits im Einsatz und in Abb. 3-6 des Energieleitplans dargestellt. Sowohl für Erdsonden als auch für Grundwasser-Wärmepumpen sind für den Bau und Betrieb wasserrechtliche Erlaubnisse erforderlich. Die Antragsstellung muss rechtzeitig vor Baubeginn erfolgen. Geplante Bohrungen sind bei der unteren Wasserbehörde beim Zentralen Juristischen Dienst (ZJD) der Stadt Karlsruhe anzuzeigen und genehmigen zu lassen. Durch diese Prüfung wird z.B. auch sichergestellt, dass die Sonden in verschiedenen Grundstücken weit genug auseinander angeordnet werden, damit eine Sonde nicht in der „Kältefahne“ einer anderen Sonde liegt und so die Effizienz eingeschränkt wird. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 17 Die Bohrungen (Sonden) werden üblicherweise außerhalb von Gebäuden in den Freiflächen der Grundstücke erstellt, sodass eine solche Wärmeerzeugung in der Regel nur auf entsprechend großen Grundstücken und bei Neubauten bzw. größeren Sanierungen realisiert wird. Bei einem Neubau ist es ebenfalls möglich, die Bohrungen unter das Fundament zu bringen. Je nach Wärmebedarf des Gebäudes ist die Anzahl und Tiefe der Bohrungen zu planen. Überschlägig kann von 50 W/m Bohrung ausgegangen werden, sodass z.B. für ein Gebäude mit einem Wärmebedarf von 8 kW (gut gedämmtes Einfamilienhaus) und einer modernen Wärmepumpe eine Wärmeentzugsleistung von rd. 6,4 kW benötigt wird. Hierfür wären dann 128 Bohrmeter erforderlich. Dies könnte z.B. durch eine Bohrung mit 128 m oder durch vier Bohrungen mit je 32 m Tiefe erreicht werden. In jedem Fall ist eine sorgfältige Planung der Bohrmaßnahme durch fachkundige Geologen und Ingenieure erforderlich. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die maximalen Tiefen der Bohrungen in einzelnen Stadtteilen unterschiedlich festgelegt sind (siehe Abb. 2.4). Hinweise dazu gibt auch die Website isong.lgrb-bw.de. Auch diese Wärmepumpen können im Gebäude aufgestellt werden. 2.2 TECHNISCHE RESTRIKTIONEN UND IHRE LÖSUNG Alle in diesem Abschnitt beschriebenen Maßnahmen, auch am Gebäudeheizungssystem, auch für Mehrfamilienhäuser mit Eigentumswohnungen, werden durch die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) nach dem derzeitigen Stand mit bis zu 70 % gefördert, 2.2.1 SCHALLEMISSIONEN Die Standardlösung im Einzelhausbereich ist die Luft-Wärmepumpe, die im Freien außerhalb des Gebäudes aufgestellt wird. Insbesondere in Gebieten mit relativ dichter Bebauung, z.B. bei Reihenhausbebauung, gibt es Einschränkungen für den Einbau von Luft-Wärmepumpen. Die von Luft-Wärmepumpen ausgehenden Geräusche können insbesondere nachts zu Beschwerden führen. Die Geräusche werden nach der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) bewertet. Diese gibt Immissionsrichtwerte jeweils für tags und nachts vor, die nach Möglichkeit nicht überschritten werden sollten. Diese Richtwerte basieren im Wesentlichen auf den für reine Wohngebiete maximal zulässigen Schallimmissionen von 50 dB(A) am Tag und 35 dB(A) in der Nacht. Die Lärmimmission wird am Immissionsort beurteilt, der 0,5 Meter vor dem Fenster eines vom Geräusch am stärksten betroffenen Wohn-, Schlaf-, Arbeits-, Kinderzimmers oder einer Küche mit Essplatz liegt. 5 Dies bedeutet, dass bei Überschreitung dieser Werte die Wärmepumpe entweder an einem anderen Ort aufgestellt oder mit entsprechenden Schallschutzmaßnahmen versehen werden muss. Diese 5 Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI): „Leitfaden für die Verbesserung des Schutzes gegen Lärm bei stationären Geräten in Gebieten, die dem Wohnen dienen“, 2023; online unter https://www.lai-immissionsschutz.de/documents/leitfaden-laerm- bei-stationaeren-geraeten-kurzfassung_1698053205.pdf ; zuletzt abgerufen am 01.08.2024. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 18 Aspekte sind bereits bei der Planung zu beachten, um Konflikte und Beeinträchtigungen von Nachbarn zu vermeiden. Betreibende sollten sich, gemäß Punkt 3.2.1 „Prüfung im Regelfall“ der sechsten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm – TA Lärm) vom Errichter der Anlage den schriftlichen Nachweis erbringen lassen, dass die Richtwerte der TA-Lärm um mindestens 6 dB(A) unterschritten werden. In diesem Fall ist bei einer Überschreitung der Immissionsrichtwerte durch mehrere Lärmquellen der Beitrag der eigenen Anlage zu einer Gesamtimmission in der Regel als nicht relevant anzusehen. So kann das Risiko nachträglicher Änderungen zur Verbesserung des Schallschutzes sehr stark reduziert werden.“ Übersichtliche Hinweise zu diesem Thema sind in der Broschüre „Lärmschutz bei Luft-Wärmepumpen“ der LUBW zusammengefasst. Beauftragen die Hausbesitzenden vorab einen Energieberater, können diese Leistungen über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gefördert werden. Dieser Energieberater wird zur Planung der Wärmepumpe wichtige Hinweise geben, auch zur Reduzierung der Schallemissionen: -Auswahl der richtigen Wärmepumpe, evtl. moderne Modelle, die mit einem besonderen Schallschutz ausgestattet sind -Aufstellort der Wärmepumpe ändern, d.h. Abstände zu Gebäuden oder anderen Hindernissen, die Schall reflektieren können, vergrößern -Aufstellung und Ausrichtung der Ein- und Ausblasöffnung -Besondere Maßnahmen zur Reduzierung der Schallabstrahlung, wie z.B. entkoppelte Fundamente und Anschlussleitungen, Aufstellpodeste mit Dämmung, Schallschutzhauben (Beispiel in Abb. 2.3), Schalldämmung an nahegelegenen Wänden oder Mauern zur Reduzierung von Schallreflexion, Aufstellung der Wärmepumpe auf Schwingungsdämpfern Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 19 Abb. 2.3: Schallgedämmte Wärmepumpe 6 Somit kann man davon ausgehen, dass die Aufstellung einer Luft-Wärmepumpe mit den entsprechenden Maßnahmen auch in eng bebauten Bestandsgebieten technisch realisierbar ist. 2.2.2 HOHE HEIZUNGS-VORLAUFTEMPERATUR Wie bereits erwähnt, sind Wärmepumpenheizungen umso effizienter, je niedriger die Vorlauftemperatur des Heizungssystems ist. Daher werden Neubauten bevorzugt mit Fußbodenheizungen ausgestattet, die maximale Vorlauftemperaturen zwischen lediglich 25 und 35 °C benötigen. In Bestandsgebäuden wird man nachträglich Fußbodenheizungen nur bei einer grundlegenden Sanierung einbauen, beispielsweise bei einem Leerstand nach dem Verkauf des Gebäudes. In Bestandsgebäuden kann die Vorlauftemperatur durch eine Vergrößerung der Heizungsflächen gesenkt werden, bzw. eine Vergrößerung der Heizkörper. Innerhalb bestimmter Grenzen kann dies vergleichsweise einfach durchgeführt werden, indem z.B. sogenannte Reparaturheizkörper eingesetzt werden, die auf die Abstände von Vorlauf- und Rücklaufleitung der bestehenden Heizkörper ausgerichtet sind. Somit können diese größeren Heizkörper mit relativ geringem baulichem Aufwand ohne Neuverlegung von Heizleitungen angeschlossen werden. Es empfiehlt sich, hierfür einen qualifizierten Energieberater einzuschalten, da häufig nicht alle Heizkörper gleich groß dimensioniert sind und daher auch nicht alle Heizkörper vergrößert werden müssen. Häufig kann dadurch die Vorlauftemperatur im Gebäude auf maximale Werte zwischen 45 und 60 °C reduziert werden. 6 „Wie sich der Lärm einer Luftwärmepumpe dämmen lässt“ von Hausjournal.net; online abrufbar unter https://www.hausjournal.net/luftwaermepumpe-laerm-daemmen; abgerufen am 31.05.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 20 2.2.3 GEBÄUDE MIT GAS-ETAGENHEIZUNG ODER NACHTSPEICHERHEIZUNGEN 7 Bei Gebäuden mit Gas-Etagenheizungen oder Nachtspeicherheizungen besteht das Problem, dass keine zentrale Heizungsanlage vorhanden ist, die durch eine Wärmepumpe ersetzt werden kann. Wenn man die Gas-Etagenheizung beibehalten will und dennoch auf einen erneuerbaren Energieträger umstellen will, kommen nur Biogas oder grüner Wasserstoff in Frage. Diese Energieträger sind entweder deutlich teurer (Biogas) oder eine ausreichende Verfügbarkeit noch nicht absehbar (grüner Wasserstoff). Daneben besteht die Möglichkeit, eine zentrale Heizungsanlage mit Wärmepumpe neu zu errichten (Platzbedarf zu berücksichtigen) und von dort Leitungen in die einzelnen Etagen zu verlegen. Auch für die Anordnung der senkrecht verlaufenden Leitungen („Steigleitungen“) muss innerhalb des Hauses Platz gefunden werden. Vorteilhaft ist es, wenn dafür die dann nicht mehr benötigten Kaminschächte der früheren Gasheizung zur Verfügung stehen. Diese Lösung ist relativ aufwendig, was Kosten und Umbaumaßnahmen anbelangt. Unter bestimmten Bedingungen (ausreichend viele und große Balkone) kann auf den Einbau einer neuen zentralen Heizungsanlage verzichtet werden, indem eine Wärmepumpe pro Etage oder sogar pro Wohnung errichtet wird. Vorteilhaft ist es in diesem Fall, wenn die Wärmepumpen jeweils auf Balkonen angeordnet werden können, da der Anbau an der Außenwand weitere Nachteile hat (Optik, Zugänglichkeit). Je nach Größe der Wohnungen/Etagen könnte man auch Luft-Luft-Wärmepumpen einsetzen, ähnlich den gebräuchlichen Klimageräten. Alle diese Lösungen haben den Nachteil, dass eine größere Anzahl von Wärmepumpen mit entsprechenden Mehrkosten anfallen und auch die Frage der Warmwasserbereitung zu klären ist. In der Regel wird man elektrische Durchlauferhitzer in der Nähe der Zapfstellen einbauen. Alle hier beschriebenen Maßnahmen führen dazu, dass bestehende fossile Heizungsanlagen trotz ungünstiger Randbedingungen auf erneuerbare Energien umgestellt werden können. Wegen dieser ungünstigen Randbedingungen treten höhere Kosten auf, die jedoch durch entsprechend höhere Förderung nach BEW teilweise kompensiert werden können. Trotz der beschriebenen Lösungen, die in vielen Fällen möglich sind, muss darauf hingewiesen werden, dass nicht für alle Gebäude eine ideale Lösung für eine Umstellung auf Wärmepumpen zu finden ist. 7 Praxisleitfaden für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern von dena.de, online abrufbar unter: Praxisleitfaden für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern. Status Quo. Erfahrungen. (dena.de); abgerufen am 08.08.2024 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 21 2.3 MINI-WÄRMENETZE Für den Fall, dass der Einbau einer eigenen Wärmepumpe technisch zu aufwendig ist, oder der Platz im Wohngebiet für einzelne Wärmepumpen an Gebäuden nicht gegeben ist, besteht auch die Möglichkeit, mehrere Gebäude an eine gemeinsame Wärmepumpe anzuschließen. Diese kann dann in einem Gebäude mit Platzressourcen oder sogar in einem eigenen Gebäude untergebracht werden. Hierfür können auch Luft-Wärmepumpen eingesetzt werden, da diese inzwischen mit Leistungen bis ca. 200 kW Wärmeleistung angeboten werden. Schallschutzmaßnahmen sind bei solchen größeren Anlagen auch dadurch machbar, dass die Kaltluft nicht waagerecht, sondern senkrecht nach oben ausgeblasen wird. Eine gute Gelegenheit für die Realisierung eines Mini-Wärmenetzes ist das Vorhandensein einer anderen erneuerbaren Energiequelle als Luft, z.B. Wärme aus Geothermie, einem nahegelegenen Gewässer, Abwasser oder Abwärme. Diese Wärmequellen ermöglichen bessere Jahresarbeitszahlen und damit einen geringeren Strombedarf pro Kilowattstunde erzeugter Wärme. Wichtig ist dabei die verfügbare Leistung der Wärmequelle in Relation zur benötigten Heizleistung. Eine erste Voraussetzung für das Zustandekommen eines solchen Mininetzes ist, dass sich die Eigentümer der nah beieinanderstehenden Gebäude auf ein gemeinsames Vorgehen und ein passendes technisches und wirtschaftliches Konzept verständigen. Dazu gehören der Standort der gemeinsamen Wärmeerzeugungsanlage, die Lage der Wärmeverteilleitungen zu den einzelnen Gebäuden, eine Aufteilung der Investitionen, die Festlegung der Verantwortlichkeit für den Betrieb und ein Abrechnungsmodus. Bei einer geringen Zahl von angeschlossenen Gebäuden ist eine gemeinsame Zuständigkeit der Gebäudeeigentümer denkbar, d.h. zwei oder drei Nachbarn verständigen sich über ein gemeinsames Konzept. Je mehr Parteien zusammenkommen sollen, desto komplexer wird das System, sodass man auf externe Dienstleister zurückgreifen wird. Diese Dienstleister können für Teile der gemeinsamen Wärmeversorgung beauftragt werden, z.B. eine Heizungsfirma für Betrieb, Wartung und Instandhaltung und eine andere Firma für die kaufmännische Verwaltung und Kostenverteilung. Bei größeren Anlagen kann man einen externen Investor und Betreiber suchen, der die gesamte Wärmelieferung inklusive Investition übernimmt. Es gibt hierfür eine Reihe von kompetenten Anbietern, z.B. die Stadtwerke Karlsruhe, andere Stadtwerke in der Nähe (z.B. Stadtwerke Ettlingen), die BürgerEnergie Karlsruhe eG (www.ben-karlsruhe.de) oder professionelle Contracting-Anbieter. Die Karlsruher Energie- und Klimaschutzagentur (www.kek- karlsruhe.de) bietet hierzu eine Initialberatung an. Eine andere Lösung könnte darin bestehen, dass sich Gebäudeeigentümer an ein nahegelegenes Wärmenetz einer Wohnungsbaugesellschaft anschließen, sofern es sich um angrenzende Grundstücke handelt bzw. eine Leitungsführung der Privatleitungen im Einklang mit den öffentlichen Leitungsträgern erfolgt. Einen solchen Fall gibt es in Karlsruhe derzeit noch nicht. Wegen dieser Komplexität wird man die Lösung Mini-Wärmenetz nur dann verfolgen, wenn keine andere Lösung - wie der Anschluss an ein größeres Wärmenetz oder Einzelheizungsversorgung - möglich ist. Eine vorherige oder gleichzeitige Sanierung der einzelnen Gebäude ist wünschenswert, aber keine Voraussetzung für die Realisierung eines Mini-Nahwärmenetzes. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 22 Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass durch einen solchen Zusammenschluss mehrerer Gebäude die Anzahl von einzubauenden Wärmepumpen deutlich reduziert und die Transformation zur Nutzung erneuerbarer Energien beschleunigt werden kann. Ein Mini-Wärmenetz kann bereits für zwei Abnehmer sinnvoll sein, bei zahlreichen Abnehmern ist dann die Schwelle zum Nahwärmenetz erreicht. Eine exakte Unterscheidung für diese Bezeichnungen ist nicht definiert. Auch diese Maßnahmen – in den Gebäuden und außerhalb – werden nach dem derzeitigen Stand durch das BEG mit bis zu 70 % gefördert. 2.4 KONKRETISIERUNG POTENZIELLER ERNEUERBARER WÄRMEQUELLEN FÜR WÄRMEPUMPEN IM EIGNUNGSGEBIET EINZELHEIZUNG Im Gegensatz zur Außenluft, die überall und kostenlos als erneuerbare Energiequelle genutzt werden kann, sind bei der Nutzung anderer erneuerbarer Wärmequellen, wie z.B. Geothermie, Wasser oder Abwärme jeweils spezifische Randbedingungen zu beachten. Für die Nutzung von natürlichen Gewässern, von Abwasser oder von industrieller Abwärme ist insbesondere jeweils die Lage dieser Wärmequellen zum Wärmeverbraucher wichtig. Die Nutzung größerer Abwasserkanäle als Wärmequelle wurde bereits im Energieleitplan beschrieben, die für die Einzelheizungsgebiete infrage kommenden Kanäle sind in Abb. 2.5 für die Einzelheizungsgebiete (blau unterlegt) dargestellt. Für die Nutzung von Geothermie gibt es in Karlsruhe unterschiedliche Vorschriften, die in Abb. 2.4 dargestellt sind. Die genaue Lage der jeweiligen Nutzungseinschränkungen sind im ISONG (Informationssystem für oberflächennahe Geothermie des Landes BW (isong.lgrb-bw.de/)) öffentlich einsehbar. Die jeweiligen Einschränkungen sind zahlenmäßig bereits im Energieleitplan auf Seite 60 zusammengestellt worden. In Karlsruhe gibt es relativ wenige Möglichkeiten die Wärme aus Flüssen oder Bächen zu nutzen, weil die einzigen Fließgewässer Pfinz und Alb verhältnismäßig kleine Gewässer mit entsprechend niedriger Wasserführung im Sommer sind (siehe Abb. 2.5). Evtl. könnte auch eine Wärmenutzung an den Staustufen der kleinen Wasserkraftwerke denkbar sein. Die Stadtwerke Karlsruhe prüfen bereits die Nutzung des Rheins zur Wärmeerzeugung mittels einer Großwärmepumpe. Ebenso wäre die Nutzung von Wärme aus Seen möglich, Karlsruhe hat auch hier jedoch relativ wenige Optionen. Die wenigen Seen, die es im Stadtgebiet gibt, liegen überwiegend abseits von möglichen Wärmenutzern und/oder unterliegen weitgehend dem Naturschutz. Denkbar wäre allenfalls eine Wärmenutzung aus den Baggerseen in Neureut (evtl. auch erst nach Ende der Kiesproduktion der Fa. Schempp) oder in Grötzingen. Der Stadtteil Grötzingen wurde bereits im Energieleitplan als möglicher Wärmeabnehmer für See-Wärme erwähnt, siehe Abb. 2.5. Unabhängig von der direkten Nutzung von Flusswasser- oder Seewasserwärme, sind auch Grundwasserbohrungen in der Nähe von Gewässern sinnvoll. Dort eine Grundwasser-Wärmepumpe zu installieren kann sich anbieten, da bereits in geringerer Tiefe Grundwasser zu finden ist. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 23 Seit einigen Jahren werden auch „Kalte Fernwärmenetze“ gebaut. Diese sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Fernwärmenetz mit niedriger Vorlauftemperatur (ca. 10 °C bis 20 °C) zu den Gebäuden verlegt wird. Jedes Gebäude hat dann eine eigene Wärmepumpe, die diesem Netz die Wärme entzieht, die das Gebäude benötigt. Diese Wärmepumpen weisen wegen der relativ hohen Temperatur der Wärmequelle eine sehr gute Effizienz auf. Die kalten Wärmenetze können von unterschiedlichen erneuerbaren Wärmequellen gespeist werden, z.B. Erdwärme, Fluss-/Seewasser, Abwasser oder industrieller Abwärme mit entsprechend dazu passender Temperatur. Allerdings stehen diese kalten Fernwärmenetze von ihrer Wirtschaftlichkeit her betrachtet in Konkurrenz zu Luft-Wärmepumpen, sodass sie üblicherweise nur an bevorzugten Stellen mit besonders attraktiven erneuerbaren Wärmequellen, hauptsächlich in Neubaugebieten, geplant werden. In Anhang 2 sind Beispiele und Links für solche „Kalten Nahwärmenetze“ aufgeführt, die sich in Planung bzw. im Bau befinden. Abb. 2.4: Bohrtiefenbegrenzung in Einzelheizungsgebieten Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 24 Abb. 2.5: Lageplan größerer Abwasserkanäle, Pfinz und Alb zu Einzelheizungsgebieten 2.5 AUSBLICK: WEITERE ENTWICKLUNG BEI WÄRMEPUMPEN Die energiepolitischen Veränderungen der letzten Jahre haben den Wärmepumpenmarkt gestärkt. Zahlreiche Hersteller (z.B. Bosch, Viessmann, Vaillant, Stiebel Eltron) haben ihre Produktionskapazitäten ausgebaut und ihre Bemühungen zur Weiterentwicklung der Wärmepumpentechnik intensiviert. Als wesentliche Folgen dieser Entwicklung sind zu erwarten: -Preisreduzierung durch Serienfertigung -Verbesserung der Effizienz -Erhöhung der erreichbaren Vorlauftemperaturen -Reduzierung der Schallemissionen bzw. Verbesserung des Schallschutzes -Verstärkter Einsatz von natürlichen Kältemitteln, Ersatz von FKW-Kältemitteln -Entwicklung von Großwärmepumpen für Fernwärme und Industrie Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 25 3 TIEFENGEOTHERMIE Der Tiefengeothermie kommt aufgrund der geologisch äußerst vorteilhaften Bedingungen im Oberrheingraben eine besondere Bedeutung zu. Einige km entfernt von Karlsruhe, in Bruchsal, ist seit einigen Jahren bereits eine Tiefengeothermiebohrung in Betrieb und versorgt ein Gebäudeareal in der Nähe der Bohrung. Die Anlage wird von EnBW und den Stadtwerken Bruchsal betrieben und soll in den nächsten Jahren erweitert werden. Darüber hinaus sind derzeit im Oberrheingraben im Raum Karlsruhe zahlreiche weitere Tiefengeothermiebohrungen von verschiedenen Unternehmen in Vorbereitung, eine erste Bohrung wurde in Graben-Neudorf niedergebracht. In einer Tiefe von 3.800 Metern hat die Deutsche Erdwärme GmbH dort hohe Temperaturen von 200 °C festgestellt und ist gegenwärtig damit beschäftigt, den Untergrund weiter zu untersuchen. Eine zweite Bohrung, die für eine Wärmenutzung erforderlich ist, wird vorbereitet. Im Stadtkreis Karlsruhe sind zwei weitere Tiefengeothermiebohrungen in Planung, im Rheinhafen und in Neureut. Pro Bohrungsdoublette erwartet man eine Wärmeleistung von 30 – 40 MW, die praktisch ganzjährig zur Verfügung stehen würden. Somit können bis zu 320.000 MWh Wärme pro Jahr aus einer Tiefengeothermiebohrung gewonnen werden. Für die Dekarbonisierung der Fernwärmeversorgung in Karlsruhe werden daher ein bis zwei solcher Anlagen erforderlich sein. 3.1 STAND DER PLANUNGEN MÖGLICHER TIEFEENGEOTHERMIEBOHRUNGEN Für die Durchführung von Tiefengeothermiebohrungen und die anschließende Nutzung der Erdwärme vergeben die Bergämter sogenannte Aufsuchungserlaubnisse und nachfolgend Nutzungserlaubnisse, sogenannte Konzessionen. In Baden-Württemberg ist dafür die Landesbergdirektion im Regierungspräsidium Freiburg die zuständige Bergbehörde. Ein Überblick über die bestehenden Aufsuchungs- und Nutzungserlaubnisse, ist in Abb. 3.1 dargestellt. Diese gelten für 3 Jahre und können danach erneuert oder auch wieder zurückgegeben werden. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 26 Abb. 3.1: Kartenausschnitt Aufsuchungserlaubnisse Quelle LGRB Kartenviewer, aufgerufen 29.4.2024 Wie aus Abb. 3.1 hervorgeht, besitzt die Kooperation Stadtwerke Karlsruhe/Energie Baden- Württemberg die Erlaubnis für das Hafengebiet Karlsruhe, die Deutsche Erdwärme GmbH die Aufsuchungserlaubnis für das restliche Stadtgebiet und auch für einen erheblichen Teil des Landkreises Karlsruhe. Diese Aufteilung für das Stadtgebiet ist jedoch zwischen den genannten Unternehmen strittig und wird derzeit vor dem Verwaltungsgericht geklärt. Gegen eine Entscheidung des Verwaltungsgerichts ist eine Revision vor dem Oberverwaltungsgericht möglich, sodass eine letztinstanzliche Klärung dieser Frage möglicherweise erst im Laufe des Jahres 2025 erfolgen könnte. Es ist fraglich, ob eine der Parteien vor Abschluss dieser gerichtlichen Klärung nennenswerte Investitionen tätigen wird, zumal der nächste Realisierungsschritt eine sogenannte 3D-Seismik wäre, bei der mit Hilfe von Schallwellen der Untergrund erkundet wird. Eine solche Untersuchung erfordert erhebliche Investitionen und wird zweckmäßig in einem größeren Radius um die geplanten Bohrstandorte durchgeführt. Eine Zusammenarbeit der beiden Parteien bei der Durchführung der 3D- Seismik wäre daher ebenfalls sinnvoll. Hier wäre es wünschenswert, dass eine neutrale Stelle oder die Politik im Umfeld zwischen den beiden Parteien vermittelt, eine gütliche Einigung anstelle des Gerichtsweges initiiert und damit den Zeitbedarf bis zum nächsten Realisierungsschritt verkürzen könnte. Die 3D-Seismik dient dazu, den aus geologischer Sicht optimalen Bohrstandort zu finden. Danach kann ein Bohrplatz gesucht werden, der eine Fläche von ca. 2 bis 3 ha benötigt (entspricht ungefähr 3-4 Fußballfeldern). Die Suche nach einer solchen Fläche erfordert Zeit, erfahrungsgemäß ca. ein bis zwei Jahre für die Verhandlungen mit dem oder den Grundstückseigentümer*innen. Die EnBW hat mitgeteilt, dass sie ein Grundstück im Hafengebiet besitzt, was diesen Zeitplan verkürzen könnte. Im Anschluss an die Lokalisierung des Bohrplatzes erfolgt die Erstellung und Einreichung der Unterlagen Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 27 zur Genehmigung eines sogenannten Hauptbetriebsplans beim Bergamt Freiburg. Nach Erteilung der Genehmigung kann mit der Bohrung begonnen werden. Nach Abschluss der Bohrungen, welche in der Regel zwei Bohrungen umfassen, sowie der Erkundung der Bohrlöcher kann die sogenannte „Obertägige Anlage“ geplant und errichtet werden. Dies geschieht, nachdem eine Nutzungserlaubnis des Bergamtes erteilt wurde. Der Zeitbedarf für die Schritte von der Erstellung einer 3D-Seismik bis zur Inbetriebnahme der Wärmegewinnung kann aufgrund von Erfahrungen bei vergleichbaren Projekten auf ca. sechs bis acht Jahre geschätzt werden. Dieser Zeitraum kann evtl. verkürzt werden, wenn zukünftige Gesetzesänderungen zu konkreten Vereinfachungen bei den Genehmigungsverfahren führen. Da die Errichtung einer solchen Anlage, insbesondere die Tiefenbohrung selbst, Investitionen in zweistelliger Millionenhöhe erfordert, andererseits aber auch klimaneutrale Energie (Wärme und/oder Strom) erzeugt, gibt es in Deutschland derzeit zwei Fördermöglichkeiten für die Energiegewinnung aus Tiefengeothermie, die nicht miteinander kombiniert werden können: 1. Die Erzeugung von Strom wird nach dem Erneuerbaren-Energie-Gesetz (EEG) gefördert: Für das Einspeisen von Strom ins öffentliche Netz erhält der Betreiber eine fixe Vergütung pro kWh über einen Zeitraum von 20 Jahren. 2. Die Erzeugung von Wärme wird durch die Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) in Form eines Investitionszuschusses von bis zu 40 % gefördert. Aufgrund ihrer Höhe ist zum heutigen Stand die Förderung nach BEW derzeit deutlich lukrativer, sodass es wirtschaftlich ist, Tiefengeothermieanlagen dort zu bauen, wo die Einspeisung und „der Verkauf“ von Wärme über einen längeren Zeitraum im Jahr möglich ist, d.h. wo größere Wärmeabnehmer, wie Fernwärmenetze, bereits vorhanden sind oder in relativ kurzer Zeit aufgebaut werden können. Das Karlsruher Fernwärmenetz wäre zweifellos ein solches Netz, allerdings wird dort bereits sehr kostengünstige Abwärme im Wesentlichen aus der Mineraloelraffinerie Oberrhein (MiRO) genutzt, sodass aus derzeitiger Sicht die Nutzung von Erdwärme aus Geothermie erst dann wirtschaftlich möglich ist, wenn sich eine der derzeitigen Randbedingungen ändert: -die Raffinerie MiRO wird umgebaut oder stillgelegt mit dem Ergebnis, dass weniger oder gar keine Abwärme verfügbar ist, bzw. -Die saisonale Wärmespeicherung (s. Abschnitt 8.2. zum Vorhaben DeepStor) ist technisch und wirtschaftlich machbar, bzw. -Die Förderbedingungen der Tiefengeothermie ändern sich erheblich Somit ist zu erwarten, dass die Tiefengeothermie insbesondere mit Blick auf die bisherige Strategie/Zeitplanung der SWK eventuell nach 2030 einen signifikanten Beitrag zur Dekarbonisierung der Fernwärme in Karlsruhe leisten kann. 3.2 STAND DER TECHNIK BEI SAISONALEN WÄRMESPEICHERN Tiefengeothermieanlagen sind in der Lage, über das gesamte Jahr hinweg annähernd konstante Wärme zu liefern. Dies korrespondiert bekanntlich nicht mit dem tageszeitlich und jahreszeitlich stark schwankenden Wärmebedarf für die Beheizung von Gebäuden. Für den Ausgleich tageszeitlicher Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 28 Schwankungen im Wärmebedarf von Fernwärmenetzen werden heutzutage Heißwasserspeicher eingesetzt, z.B. in Mannheim (seit 2013, 45.000 m 3 , 1.500 MWh) und Heidelberg (seit 2022, 20.000 m 3 ). Die Stadtwerke Karlsruhe planen einen ähnlichen Speicher („Thermoskanne“). Für den Ausgleich von saisonalen Schwankungen (Sommer-Winter) sind solche Wärmespeicher jedoch nicht groß genug. Um die Wärme aus Tiefengeothermie optimal nutzen zu können, ist ein Wärmespeicher mit einer wesentlich größeren Kapazität erforderlich. Solche saisonalen Wärmespeicher sind derzeit entweder sehr teuer oder befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Aber auch hier bietet der Oberrheingraben günstige Randbedingungen. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat die Forschungsinfrastruktur „DeepStor“ zur Untersuchung unterirdischer Speichertechnologien aufgebaut. Im Oberrheingraben gibt es eine Vielzahl von Bohrungen aus den 1960er Jahren, die der Suche nach Erdöl dienten (siehe Abb. 3.2). Mit den Daten und Ergebnissen dieser Bohrungen kann nun weiter untersucht werden, ob diese bereits ausgebeuteten Kohlenwasserstoff-Reservoire in Tiefen von 1.000 m bis 2.000 m als saisonale Wärmespeicher genutzt werden können. Diese unterirdischen Reservoire weisen aufgrund ihrer Tiefe ohnehin bereits Temperaturen von über 100 °C auf und stellen abgeschlossene Räume dar, die bereits Wasser enthalten und eine Durchlässigkeit aufweisen. Die Idee besteht darin, heißes Wasser mit einer Temperatur von ca. 140 °C in die Hohlräume dieser Gesteinsschichten einzubringen. Dieses Wasser könnte nach einigen Monaten wieder entnommen werden und hätte dann immer noch eine Temperatur, die ohne weitere Temperaturerhöhung für die Fernwärmeversorgung nutzbar wäre. Abb. 3.2: Lage früherer Erdölbohrungen Das Forschungsvorhaben des KIT liegt im eigenen Konzessionsgebiet und benötigt daher keine weiteren Zusagen anderer Konzessionsinhaber. Daher hat man bereits Zusagen für die Finanzierung der ersten Bohrung und erwartet in Kürze die Genehmigung des Bergamtes Freiburg für den Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 29 sogenannten Hauptbetriebsplan, d.h. für die Durchführung der ersten Bohrung. Wie aus Abb. 3.3 hervorgeht, soll diese Bohrung auf dem Gelände des KIT Nord durchgeführt werden. Diese kann voraussichtlich im Jahr 2025 abgeschlossen werden, sodass ab 2026 die vorgesehenen Tests erfolgen können, z.B. zur Untersuchung der Einflüsse der Wasserbestandteile (Kalk, Resterdöl, etc.) und der Hydraulik. Es wird ein Wirkungsgrad von 80 % erwartet, d.h. bei der saisonalen Speicherung werden nur 20 % Wärmeverluste erwartet. Abb. 3.3: Forschungsvorhaben des KIT Da das Vorhaben öffentlich gefördert wird, werden die Forschungsergebnisse ebenfalls veröffentlicht und können von anderen Interessenten genutzt werden. Dabei ist zu beachten, dass für Vorhaben dieser Art die Zustimmung des jeweiligen Konzessionsinhabers (siehe Abb. 3.1) erforderlich ist. Das KIT geht davon aus, dass die Ergebnisse des Vorhabens auf andere Reservoire (siehe Abb. 3.2) übertragen werden können. Es bleibt abzuwarten, welche Kosten für die Errichtung und für den Betrieb eines solchen Speichers zu kalkulieren sind und ob diese Kosten in die Preisstruktur der Fernwärmeversorgung passen werden. Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 30 4 ANLAGEN Anlage 1 Herleitung der Anzahl der Wärmepumpen, die für die Klimaneutralität 2040 in Karlsruhe eingebaut werden müssen. Hierfür wurden die Gebäudedaten, die im Energieleitplan erhoben wurden, erneut ausgewertet. Anzahl der beheizten Wohngebäude im Gebiet Einzelheizungen:rd. 24.540 Davon Anzahl der Gebäude mit Fernwärmeanschluss:rd. 260 Davon Anzahl der Gebäude mit Nahwärmeanschluss:rd. 760 Davon Anzahl der Gebäude mit Wärmepumpenrd. 330 Davon Anzahl der Gebäude mit Holzheizung:rd. 490 Davon Anzahl der Gebäude mit el. Nachtspeicherheizung:rd. 530 Somit Anzahl der Gebäude beheizt mit erneuerbaren Energien:rd. 2.370 Anzahl der beheizten Gebäude ohne Information über Energieträger:rd.3.540 (erfahrungsgemäß handelt es sich hier um Gebäude, die durch andere Gebäude/Zähler versorgt werden, bleiben daher außer Betracht) Anzahl der beheizten Gebäude mit Brennstoff Erdgas:rd. 13.400 Anzahl der beheizten Gebäude mit Brennstoff Heizöl:rd. 5.160 Anzahl der beheizten Gebäude mit Brennstoff Flüssiggas:rd. 70 Anzahl der beheizten Gebäude mit Brennstoff Kohle:0 Somit Anzahl der Gebäude mit fossilen Energieträgernrd. 18.630 Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe 31 Anlage 2 Beispiele für Kalte Nahwärmenetze: 1. Quartier Ettlingen-Schluttenbach: www.ettlingen.de/energiekonzept+schluttenbach 2. Kaltes Nahwärmenetz Murg: Wärmewende Murg (kea-bw.de) 3. Kaltes Nahwärmenetz Schallstadt: Wärmewende Schallstadt (kea-bw.de) 4. Neubauquartier Hainer See: Innovatives Aquathermie-Projekt am Hainer See - Tilia 5. Leuchtturmprojekt Paris-Saclay: Smartes Wärme- und Kältenetz von Paris Saclay - Projekte von Tilia Anlage 3 Quellenverzeichnis Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI) Leitfaden für die Verbesserung des Schutzes gegen Lärm bei stationären Geräten in Gebieten, die dem Wohnen dienen, 2023; abgerufen am 01.08.2024 von https://www.lai-immissionsschutz.de/documents/leitfaden- laerm-bei-stationaeren-geraeten-kurzfassung_1698053205.pdf Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz; Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen (Juni 2024) Leitfaden Wärmeplanung. Abgerufen am 23. Juli 2024 von https://www.bmwsb.bund.de/SharedDocs/downloads/Webs/BMWSB/DE/veroeffentlichungen/ wohnen/leitfaden-waermeplanung-lang.pdf Bundesverband Wärmepumpe e.V. (o.D.) Wie funktioniert die Wärmepumpe? Abgerufen am 17. Juli 2024 von https://www.waermepumpe.de/waermepumpe/funktion-waermequellen/ Dein-Heizungsbauer.de (o.D.) Kältemittel in Wärmepumpen. Abgerufen am 17. Juli 2024 von https://www.dein-heizungsbauer.de/ratgeber/bauen-sanieren/kaeltemittel-waermepumpe/ Energiewirtschaftliches Institut an der Universität zu Köln. (20. Juni 2023). Auswirkungen des Gebäudeenergiegesetzes auf Wohngebäude. Abgerufen am 17. Juli 2024 von https://www.ewi.uni-koeln.de/cms/wp-content/uploads/2023/06/230620_EWI- Insights_Gebaeudeenergiegesetz.pdf Hausjournal.net (19. Januar 2021) Wie sich der Lärm einer Luftwärmepumpe dämmen lässt. Abgerufen am 31. Mai 2024 von https://www.hausjournal.net/luftwaermepumpe-laerm- daemmen LUBW Kartendienst, abgerufen am 08.08.2024 unter: Umwelt-Daten und -Karten Online (UDO) (baden-wuerttemberg.de) Praxisleitfaden für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern, abgerufen am 08.08.2024 unter: Praxisleitfaden für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern. Status Quo. Erfahrungen. (dena.de)

Informationsvorlage Gedruckt auf 100 Prozent Recyclingpapier Vorlage Nr.: 2024/0890 Verantwortlich: Dez. 5 Dienststelle: Umwelt- und Arbeitsschutz Ergebnisse des Ergänzungsauftrags zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe Gremien Termin TOP Ö / N Zuständigkeit Ausschuss für Umwelt und Gesundheit 15.10.2024 Ö Kenntnisnahme Kurzfassung Der Energieleitplan wurde vom Gemeinderat am 28.11.2023 als strategisches Planungsinstrument für die klimaneutrale Energieversorgung der Zukunft beschlossen. Zu einigen während der Öffentlichkeitsbeteiligung vorgetragenen Hinweisen wurde seitens der Stadtverwaltung bereits ergänzende Vertiefung angekündigt. Das aktuell vorliegende und vom Fachbüro tilia GmbH erstellte Gutachten „Ergänzung zum Energieleitplan der Stadt Karlsruhe“ von August 2024 hat folgende Ergebnisse erzielt: 1. Das neu berechnete Zielszenario mit differenzierter Sanierungsrate zeigt, dass mit einer jährlichen Wärmedämmungsrate von 2 % das Ziel der Klimaneutralität im Jahr 2040 erreicht werden kann, wenn gleichzeitig die Umstellung der Heizungen auf erneuerbare Energien mit einer jährlichen Austauschrate von 4,8 % erfolgt. Die Wärmedämmungsrate beinhaltet alle energetischen Sanierungsmaßnahmen an der Gebäudehülle – neben der Außenwand-Dämmung auch beispielsweise den Fenstertausch oder die Dachsanierung – ohne Heizungstausch. 2. Herausforderungen bei der Aufstellung von Wärmepumpen in Einzelheizungsgebieten sind in der Regel technisch lösbar. Unterstützend, für die im Einzelfall erforderlichen größeren und kostenintensiven Umbaumaßnahmen (z. B. bei der Umstellung von Gasetagenheizung), stehen grundsätzlich Fördermittel des Bundes zur Verfügung. 3. Ergänzend zu der im Energieleitplan dargestellten Strategie zur Dekarbonisierung der Fernwärme wurden die Möglichkeiten zur Beschleunigung der Nutzung der Tiefengeothermie sowie von saisonalen Wärmespeichern im Stadtgebiet geprüft. Das Ergebnis zeigt, dass die Nutzung beider Technologien weiterhin sinnvoll und mittel- sowie langfristig notwendig ist. Aufgrund der langen Planungszeiträume ist eine möglichst schnelle Konkretisierung anvisierter Projekte anzustreben. Finanzielle Auswirkungen Ja ☐ Nein ☒ ☐ Investition ☐ Konsumtive Maßnahme Gesamtkosten: Jährliche/r Budgetbedarf/Folgekosten: Gesamteinzahlung: Jährlicher Ertrag: Finanzierung ☐ bereits vollständig budgetiert ☐ teilweise budgetiert ☐ nicht budgetiert Gegenfinanzierung durch ☐ Mehrerträge/-einzahlung ☐ Wegfall bestehender Aufgaben ☐ Umschichtung innerhalb des Dezernates Die Gegenfinanzierung ist im Erläuterungsteil dargestellt. CO 2 -Relevanz: Auswirkung auf den Klimaschutz Bei Ja: Begründung | Optimierung (im Text ergänzende Erläuterungen) Nein ☒ Ja ☐ positiv ☐ negativ ☐ geringfügig ☐ erheblich ☐ IQ-relevant Nein ☐ Ja ☒ Korridorthema: Grüne Stadt Abstimmung mit städtischen Gesellschaften Nein ☐ Ja ☒ abgestimmt mit SWK, KEK – 2 – Erläuterungen Zu den während der Öffentlichkeitsbeteiligung zum Energieleitplan wiederholt vorgetragenen Hinweisen gehört, dass das Zielszenario 2 „Klimaneutralität bis 2040“ im Energieleitplan von einer jährlichen Sanierungsrate von 4,8 % ausgeht. Eine Sanierung besteht in diesem Szenario immer aus der Dämmung eines Gebäudes und einem gleichzeitigen Heizungstausch auf ein klimafreundliches System. Diese Annahme wurde vielfach als zu ambitioniert eingeschätzt und ein realitätsnäheres Szenario gewünscht. Weiterhin wurde eine vertiefende Betrachtung der teilweise bestehenden Herausforderungen bei der Aufstellung von Wärmepumpen in Einzelheizungsgebieten gewünscht, z. B. wenn Abstandsregeln einen Einbau erschweren oder größere Umbaumaßnahmen notwendig sind. Zusätzlich sollten vertiefend die Möglichkeiten zur Beschleunigung der Nutzung der Tiefengeothermie sowie von saisonalen Wärmespeichern im Stadtgebiet geprüft werden. Deshalb wurde das Fachbüro tilia GmbH mit einer Ergänzung zum Energieleitplan beauftragt, die die Anregungen der Gremien, des Klimaschutzbeirates und der Bevölkerung aufnimmt. Der Ergänzungsbericht kommt zu folgenden Ergebnissen: 1. Neues Zielszenario mit angepasster Sanierungsrate Mit einer jährlichen Wärmedämmungsrate von 2 % kann die Klimaneutralität im Jahr 2040 erreicht werden, wenn gleichzeitig die jährliche Heizungssanierungsrate auf Heizungslösungen mit Erneuerbaren Energien auf 4,8 % ansteigt. Die Wärmedämmungsrate beinhaltet alle energetischen Sanierungsmaßnahmen an der Gebäudehülle – neben der Außenwand-Dämmung beispielsweise auch den Fenstertausch oder die Dachsanierung – ohne den Heizungstausch. In Karlsruhe müssten bis 2040 in den Einzelheizungsgebieten des Energieleitplans rund 18.500 Gebäude mit erneuerbaren Energien beispielsweise über die Umstellung auf Wärmepumpen versorgt werden, um das Ziel zu erreichen. Dies entspricht ca. 970 Wärmepumpen, die jedes Jahr eingebaut werden müssten. Im Vergleich zum Energieleitplan-Szenario 2 „Klimaneutralität bis 2040“ werden beim neuen Szenario 3 „Angepasste Sanierungsrate“ im Jahr 2040 ein etwa 25 % höherer Endenergiebedarf sowie ebenso etwa 25 % höhere CO 2 -Restemissionen durch die Annahme einer geringeren Wärmedämmungsrate verbleiben. Das Ziel der Klimaneutralität 2040 wird dennoch erreicht. Der angestrebte Rest-CO 2 -Wert von max. 0,5 t CO 2 pro Kopf, der im Klimaschutzkonzept für das Jahr 2040 festgelegt wurde, wird mit beiden Klimaneutralitäts-Szenarien des Energieleitplans deutlich unterschritten. Verbleibender jährlicher Endenergiebedarf im Jahr 2040 Verbleibende jährliche CO 2 -Emissionen im Jahr 2040 Verbleibende jährliche CO 2 -Emissionen pro Kopf (bei 309.000 EW) im Jahr 2040 Szenario 2 „Klimaneutralität bis 2040“ rund 2.090.000 MWh rund 76.000 t CO 2 0,25 t CO 2 Szenario 3 „Angepasste Sanierungsrate“ rund 2.600.000 MWh rund 96.000 t CO 2 0,31 t CO 2 – 3 – 2. Wärmepumpenlösungen Die vertiefende Betrachtung zur Lösung von Herausforderungen bei der Aufstellung von Wärmepumpen in Einzelheizungsgebieten – wie Schallemissionen, hohe Heizungs- Vorlauftemperatur oder Gebäude mit Gas-Etagenheizung oder Nachtspeicherheizung – zeigen, dass eine Umstellung bestehender fossiler Heizungsanlagen auf erneuerbare Energien in der Regel technisch lösbar ist. Generell und auch zum Ausgleich für die im Einzelfall erforderlichen größeren Umbaumaßnahmen (z. B. bei der Umstellung von Gasetagenheizung) und die damit verbundenen höheren Kosten stehen Fördermittel des Bundes zur Verfügung, die einen Teil der Mehrkosten abdecken können. Folgende Lösungen werden im Bericht beschrieben: Bei Lärmimmissionen: - Auswahl der richtigen Wärmepumpe, evtl. moderne Modelle, die mit einem besonderen Schallschutz ausgestattet sind - Wenn möglich, Aufstellort der Wärmepumpe ändern, d. h. Abstände zu Gebäuden oder anderen Hindernissen, die Schall reflektieren können, vergrößern. Auch die Installation als Monoblock-Gerät im Gebäude kann eine Möglichkeit sein. - Aufstellung und Ausrichtung der Ein- und Ausblasöffnung - Besondere Maßnahmen zur Reduzierung der Schallabstrahlung, wie z. B. entkoppelte Fundamente und Anschlussleitungen, Aufstellpodeste mit Dämmung, Schallschutzhauben, Schalldämmung an nahegelegenen Wänden oder Mauern zur Reduzierung von Schallreflexion, Aufstellung der Wärmepumpe auf Schwingungsdämpfern Bei einer hohen Heizungs-Vorlauftemperatur: - Vergrößerung der Heizungsflächen bzw. der Heizkörper oder Austausch gegen einen Niedertemperatur-Heizkörper - Energetische Sanierung zur Reduzierung des Wärmebedarfs Bei Gebäuden mit Gas-Etagenheizungen oder Nachtspeicherheizungen: - zentrale Heizungsanlage mit Wärmepumpe neu errichten und von dort Leitungen in die einzelnen Etagen verlegen - Für die senkrecht verlaufenden Leitungen („Steigleitungen“) können die alten Kaminschächte der früheren Gasheizung zur Verfügung stehen Eine Möglichkeit die immer geprüft werden kann, ist der Zusammenschluss mehrerer Gebäude zu sogenannten „Mini-Wärmenetzen“ also einer gemeinsamer Wärmeversorgung für mehrere Gebäude in räumlicher Nähe zueinander mit einem kleinen Wärmenetz. Trotz der beschriebenen Lösungen, die in vielen Fällen möglich sind, muss darauf hingewiesen werden, dass nicht für alle Gebäude eine ideale Lösung für eine Umstellung auf Wärmepumpen zu finden ist. – 4 – 3. Tiefengeothermie und saisonale Wärmespeicher Ergänzend zu der im Energieleitplan dargestellten Strategie zur Dekarbonisierung der Fernwärme wurden nochmals vertiefend die Möglichkeiten zur Beschleunigung der Nutzung der Tiefengeothermie sowie von saisonalen Wärmespeichern im Stadtgebiet geprüft. Im Stadtgebiet Karlsruhe wurden vom Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) im Regierungspräsidium Freiburg die Aufsuchungserlaubnisse für Tiefengeothermiebohrungen an zwei verschiedene Akteure vergeben. Die Kooperation aus Stadtwerke Karlsruhe GmbH und Energie Baden-Württemberg (EnBW) besitzt die Aufsuchungserlaubnis für das Hafengebiet Karlsruhe, die Deutsche Erdwärme diejenige für den Rest des Stadtgebietes. Diese Aufteilung für das Stadtgebiet ist jedoch zwischen den genannten Unternehmen strittig und wird derzeit vor dem Verwaltungsgericht geklärt. Das für den vorliegenden Bericht beauftragte Fachbüro tilia empfiehlt eine Zusammenarbeit der beiden Parteien für die notwendige 3D-Seismik und eine neutrale Vermittlung zwischen den Parteien, um den Zeitbedarf bis zum nächsten Realisierungsschritt nach Möglichkeit zu verkürzen. Der Zeitbedarf für die Schritte von der Erstellung einer 3D-Seismik bis zur Inbetriebnahme der Wärmegewinnung schätzt das Fachbüro tilia aufgrund von Erfahrungen bei vergleichbaren Projekten auf ca. sechs bis acht Jahre. Unabhängig vom Ausgang des Verfahrens wird eine gemeinsame seismische Erkundung angestrebt. Hierzu sind die Beteiligten in Abstimmung und ein weiterführendes Gespräch mit den Dezernaten 4 und 5 ist bereits terminiert. Von den Fördermöglichkeiten für die Energiegewinnung aus Tiefengeothermie bietet sich für Karlsruhe die Förderung der Erzeugung von Wärme durch die Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) in Form eines Investitionszuschusses von bis zu 40 % an. Das bestehende Fernwärmenetz könnte für eine Einspeisung der Wärme direkt genutzt werden. So lange allerdings die kostengünstige Abwärme u. a. der MiRO verfügbar ist, wird die Nutzung der Tiefengeothermie voraussichtlich unwirtschaftlich sein und die Entwicklung verlangsamen. Um die Wärme aus Tiefengeothermie optimal nutzen zu können, ist ein saisonaler Wärmespeicher für den Ausgleich von saisonalen Schwankungen (Sommer-Winter) erforderlich. Wärme, die im Sommer aus der Tiefe gewonnen wird und nicht direkt verwertet werden kann, könnte dann in ein sehr tiefes unterirdisches Wasserreservoir eingebracht und dann zur Heizperiode wieder entnommen werden. Man geht davon aus, dass bei einer saisonalen Speicherung nur 20 % der gespeicherten Wärme verloren gehen. Ausgebeutete Erdöl-Reservoirs im Oberrheingraben könnten für einen solchen Zweck geeignete Strukturen darstellen. Solche unterirdischen Speichertechnologien werden am KIT Campus Nord erforscht. Die Genehmigung des LGRB für die Niederbringung einer ersten Bohrung zum Start des Projekts wird in Kürze erwartet. Ob die Kosten für die Errichtung und für den Betrieb eines solchen Speichers in die Preisstruktur der Fernwärmeversorgung passen werden, muss zu gegebener Zeit geprüft werden. Aufgrund der langen Planungszeiträume ist eine möglichst schnelle Konkretisierung anvisierter Tiefengeothermie- und Wärmespeicherprojekte anzustreben.

S e p t e m b e r 2 0 2 4 ENERGIELEITPL AN KARLSRUHE E R G Ä N Z U N G E N 2 0 2 4 S P A I C H , B O L Z , L U D W I G[ T I L I A G M B H ] B E C K , H E N Z L E R , [ S M A R T G E O M A T I C S ] 2 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N E R G Ä N Z E N D E F R A G E S T E L L U N G E N A u s d e r D i s k u s s i o n ü b e r d i e E r g e b n i s s e d e s E n e r g i e l e i t p l a n s e r g a b e n s i c h 3 F r a g e k o m p l e x e , d i e w e i t e r g e h e n d b e a r b e i t e t w u r d e n : 1.Neues Zielszenario 3: Klimaneutralität bis 2040, aber angepasste Sanierungsgeschwindigkeit 2.Intelligente Wärmepumpenlösungen 3.Tiefengeothermie 3 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N Z I E L S Z E N A R I O : E I N T E I L U N G I N E I G N U N G S G E B I E T E Z u r z a h l e n m ä ß i g e n E r m i t t l u n g v o n B e d a r f e n u n d E m i s s i o n e n A n n a h m e n : ä h n l i c h e W ä r m e d i c h t e n u n d b a u l i c h e G e g e b e n h e i t e n a l s M e r k m a l Eignungsgebiet Typ 1 „Fernwärme“ hohe Wärmedichte über 1.700 kWh/Trm/a bereits fernwärmeerschlossen hoher Anteil Fernwärme (30...60%) Anzahl: 30 Eignungsgebiet Typ 3 „Einzelheizung“ niedrige Wärmedichte keine Fernwärme in der Nähe Einzelheizungen Erdgas / Heizöl Anzahl: 74 Eignungsgebiet Typ 2 „Wärmenetze“ Weder Eignungsgebiet Typ 1 noch 2 Bau eines Wärmenetzes interessant Aufbau eines separaten Insel- Wärmenetzes, ggf. späterer Anschluss an bestehende Fernwärme u.U. auch nur für einen Teil des Gebietes Anzahl: 16 4 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N ▪Alle Eignungsgebiete: reduzier teSanierungsrateder Gebäude 2% p.a. (gegenüber 4,8 %in Zielszenario 2) langsamere Reduzierung des Wärmebedarfs . ▪Eignungsgebiet Typ 3: („Einzelheizung“) Umstellung auf Wärmepumpen mit Austauschratewie Zielszenario 2, mit 4,8 % p.a. ▪Ansonsten gleicheRandbedingungen, daher gute Vergleichbarkeit der Zielszenarien 2 und 3 N E U E S Z I E L S Z E N A R I O3 A n n a h m e n : Wärmedämmung der Gebäude und Umstellung auf Wärmepumpen nicht gleichzeitig 5 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N 6 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N 7 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N E r g e b n i s s e f ü r 2 0 4 0 : ▪Rund 20% höherer verbleibender Wärmebedarf (absolut rd. 2.600.000 MWh) und größerer Bedarf an Strom für Wärmepumpen ▪Geringfügig höhere Rest-Emissionen CO 2 in 2040: ▪Szenario 2: rund 76.000 t CO 2 , bzw. 0,25 t CO 2 pro Kopf ▪Szenario 3: rund 96.000 t CO 2 , bzw. 0,31 t CO 2 pro Kopf N E U E S Z I E L S Z E N A R I O3 Das CO 2 –Ziel der Stadt Karlsruhe wird in beiden Szenarien erreicht! 8 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N ▪Moderne Wärmepumpen(insbesondere mit Kältemittel R290, Propan), erreichen auch höhere Vorlauftemperaturen von 60..65°C bei geringer Einbuße an Effizienz -> einsetzbar bei Gebäuden ohnevorherige Wärmedämmung ▪Grundwasser-Wärmepumpen oder Erdwärmesonden sind im Stadtgebiet Karlsruhe weitgehend einsetzbar (Kar te im folgenden) ▪ZurReduzierung von Schall bei außenstehenden Luftwärmepumpen sind verschiedene Maßnahmen verfügbar, siehe folgende Folien ▪Bei Gas-Etagenheizung oder Nachtspeicherheizung: Einbau einerzentralen Wärmepumpe, d.h. auch von Steigleitungen und neuenHeizkörpern oder Wärmepumpe pro Etage auf Balkon o.ä. ▪Zusammenschluss mehrerer Gebäude zu einem„Mini-Wärmenetz“ kann Platzprobleme oder Schallprobleme lösen. Organisatorischer Aufwand zu beachten. Einschalten eines Energieberaters vorab ist immer sinnvoll G r u n d l a g e : F ö r d e r b a r ü b e r G e b ä u d e e n e r g i e g e s e t z G E G b i s 7 0 % I N T E L L I G E N T E W Ä R M E P U M P E N L Ö S U N G E N 9 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N Randbedingungen für oberflächennahe Geothermie 10 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N 11 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N Schalldämmhaube 12 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N Schallschutzfundamente 13 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N Beispiel: Anordnung an Hauswand 14 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N ▪Bohrungen nur durch Inhaber der Konzession oder mit dessen Zustimmung 3 . T I E F E N G E O T H E R M I E Lage der Konzessionsgebiete im Raum Karlsruhe 15 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N ▪Tiefengeothermie steht ganzjährig zur Ver fügung, durchgängige Nutzung ist für Wir tschaftlichkeit erheblich. ▪Realisierung benötigt geschätzt 6-8 Jahre bis zur ersten Wärmelieferung ▪Solange im Karlsruher Fernwärmenetz in großem Umfang kostengünstige Abwärme aus der Raffinerie MiRound der Papier fabrik genutzt werden kann, wird die Wärme aus Tiefengeothermie nur ergänzend genutzt werden. ▪Abhilfe: saisonale Wärmespeicherung Sommer -Winter ▪Auch hier für bestehen sehr günstige Randbedingungen im Oberrheingraben. Forschungsvorhaben des KiTsoll 2025 star ten. Wegen der langen Planungs-und Realisierungszeiträume ist eine möglichst schnelle Konkretisierung der Tiefengeothermie-und Wärmespeicherprojekte anzustreben. 3 . T I E F E N G E O T H E R M I E 16 M E S S B A R E W E R T E S C H A F F E N G E M E I N S A M D E N W A N D E L G E S T A L T E N WIR FREUEN UNS AUF DIE GEMEINSAME ZUSAMMENARBEIT! W O L F G A N G S P A I C H Seniormanager Inselstraße 31, 04103 Leipzig | BlezingerStraße 15, 73430 Aalen 0173 8425918 wolfgang.spaich@tilia.info I H R P E R S Ö N L I C H E R A N S P R E C H P A R T N E R

Niederschrift Ausschuss für Umwelt und Gesundheit und Naturschutzbeirat 15. Oktober 2024, 16:30 Uhr öffentlich Bürgersaal, Rathaus am Marktplatz Vorsitz: Bürgermeisterin Bettina Lisbach Protokollführerin: Katharina Reinholz TOP 3.1 Sachstand zur Umsetzung des ELP – Ergänzungsauftrag Die Vorsitzende Bürgermeisterin (BM) Bettina Lisbach ruft Tagesordnungspunkt 3 auf und führt in die Thematik ein. Sie berichtet in diesem Zusammenhang, dass die Stadt Karlsruhe beim Goldaudit des European Energy Awards erfolgreich war. Das Audit fand am 16. Juli in diesem Jahr statt. Die Vorsitzende übergibt an Herrn Spaich (Firma Tilia). Tilia hat im Auftrag der Stadtverwaltung einen Ergänzungsauftrag im Rahmen des Energieleitplans bearbeitet. Der Ergänzungsauftrag beinhaltet ein drittes Szenario zur Erreichung der Klimaneutralität, das sich durch eine angepasste Sanierungsgeschwindigkeit auszeichnet. Im Vergleich zum bisherigen „Szenario 2“ besteht die Annahme, dass durch das neue Gebäudeenergiegesetz und damit verbundene Förderungen ein Heizungstausch schneller umgesetzt wird, als eine Gebäudesanierung. Im Vergleich zu Szenario 2 nimmt das neue Szenario eine langsamere Entwicklung im Bereich der energetischen Sanierung von Gebäuden an, während die Umstellung auf klimafreundliche Heizungen in gleicher Geschwindigkeit wie in Szenario 2 von statten geht. Das neue Szenario wird somit als realitätsnäher betrachtet. Auch bei der Entkopplung von Wärmedämmung und Umstieg auf alternative Energieträger wir die Klimaneutralität 2040 erreicht. Herr Spaich (Tilia) trägt den mündlichen Bericht vor (siehe Präsentationsfolien in Anlage), er geht dabei auf das neue Zielszenario, intelligente Wärmepumpenlösungen sowie das Thema Tiefengeothermie ein. Die Vorsitzende eröffnet die Diskussion. Stadtrat Ivo Djurmović begrüßt die Entwicklungen. Er merkt an, dass für ihn die Sanierungsrate der städtischen Gebäude und der privaten Gebäude nicht ersichtlich sei. Er möchte Einblick in die Daten zur Sanierungsrate der Stadt Karlsruhe, im Speziellen der städtischen Gebäude. Er regt an, ein regelmäßiges Monitoring der Sanierungsrate durchzuführen, insbesondere der städtischen Gebäude. Er führt außerdem aus, dass der Ausstieg aus dem Gasnetz so organisiert werden solle, dass Bürger*innen nicht übermäßig finanziell belastet werden. – 2 – Stadtrat Friedemann Kalmbach (FÜR/FW) hat Fragen zur Sanierungsrate, und wie Karlsruhe in Bezug auf die Gebäudesanierung steht. Er begrüßt, dass es im Bereich Einzelheizungslösungen Fortschritte gebe, merkt jedoch an, dass es eine falsche Annahme sei, dass technische Lösungen und Förderungen verfügbar seien. Er bemängelt, dass es keine Quantifizierung zu Einzelheizungslösungen gebe. Miniheizwerke seien seiner Ansicht nach eine gute Lösung bei Etagenwohnungen. Im Bereich Geothermie merkt er an, dass Karlsruhe schon lange hinterher sei. Er fragt nach einer Beschleunigung. Seiner Ansicht nach werde nicht gehandelt, obwohl schon länger darüber geredet werde. Er merkt an, dass es gute Ansätze gebe, aber frage sich, wie es in der Praxis aussähe. Stadtrat Dr. Paul Schmidt (AfD) drückt seine Skepsis aus. Erdgasnetze seien nicht so schnell zu ersetzen, wie es die Bundesregierung vorgebe. Er dankt für den Vortrag. Er bezieht sich auf die Heizungsaustauschrate von 4,8 Prozent und fragt nach, ob es genug Unternehmen etc. gebe, um die Heizungstauschrate in Karlsruhe zu erreichen. Des Weiteren erklärt er, dass die technischen Daten zur Lärmbelastung von Wärmepumpen nur in Bezug auf fabrikneue Wärmepumpen gemessen seien, diese aber mit der Zeit schlechter werden würden. Er greift außerdem die im Vortrag genannten Ansätze auf, an welcher Stelle und wie man eine Wärmepumpe aufstellen könne und schließt die Frage an, ob es dazu Vorschriften gebe. Die Vorsitzende leitet über in Antwortrunde und gibt das Wort an Herrn Spaich. Herr Spaich (Tilia) erklärt, dass eine veränderte Sanierungsrate wie im neuen Zielszenario angenommen keine Auswirkungen auf die Einteilung in Einzelheizungs-/Fernwärmegebiete im Energieleitplan habe. Die Sanierungsrate bzw. Wärmedämmungsgeschwindigkeit sei außerdem für ganz Karlsruhe zugrunde gelegt. Das bedeute auch, dass die Stadtwerke mehr Fernwärme in einzelne noch nicht sanierte Gebäude liefern müssten. Das Abschalten der Erdgasnetze, dies werde deutschlandweit diskutiert, sei ein schleichender Prozess. Nach seinem Verständnis würden Gasnetzwerkeentgelte steigen, da Kosten auf weniger Nutzende umgelenkt werden würden. Die Gasnetzwerke selber würden noch über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben. Zum Stand der Heizungserneuerungen in Karlsruhe verweist er auf Frau BM Lisbach. Seine Zahlen seien aus 2019, es seien ihm keine aktuelleren Zahlen bekannt. Zu den Vorgaben bei der Art und Weise, wie Wärmepumpen aufzustellen seien, könne man von Seiten von Tilia nur allgemeine Vorschläge geben. Bei detaillierten Fragen verweist er auf die Expertise von Energieberatern und Heizungsbauern. Zur Frage nach der Beschleunigung des Vorgehens in Bezug auf Tiefengeothermie erklärt er, dass es ein komplexes und mit Emotionen behaftetes Thema sei und daher mit viel Kommunikation begleitet werden müsse. Außerdem seien hohe Investitionen von Nöten. In Bezug auf die Frage, ob es genug Unternehmen gebe, die den Heizungstausch durchführen könnten, antwortet er, dass auf Karlsruhe bezogen eine Austauschrate von 4,8 Prozent pro Jahr 1000 neuen Heizungen im Jahr entspricht, dies bedeutet, dass fünf neue Wärmepumpen pro Arbeitstag eingebaut werden könnten. Die Zeit für einen Kesselaustausch liege bei circa zwei Tagen. Er gehe davon aus, dass es in Karlsruhe ausreichend Firmen gebe. In Bezug auf die Lautstärke von Wärmepumpen antwortet er, dass es bislang keine Erfahrungen zum verschlechterten Schallschutz gebe, natürlich würden Maschinen im Laufe der Zeit Abnutzungserscheinungen aufweisen. Auch für Wärmepumpen gebe es Vorschriften zum Schallschutz. Wenn in diesem Zuge auch die Lärmbelastung steige, müssen die Teile, die den Lärm verursachten, ausgetauscht werden. Darüber hinaus gebe es klare – 3 – Vorschriften für Lärmbelastung mit denen die Immissionen von Wärmepumpen vorgeschrieben seien. Die Vorsitzende übernimmt und ergänzt: Da zunächst von einer hohen Sanierungsquote im Szenario 2 ausgegangen wurde, wurde nun untersucht, welche Auswirkungen eine Entkopplung von Heizungstausch und Sanierung hätte. Hintergrund sei, dass Heizungstausch öfter vorgenommen würde als eine Sanierung. Die Rate sei immer noch ambitioniert, aber in einem realistischen Bereich. Zum Thema Tiefengeothermie sei sie gemeinsam mit der Ersten Bürgermeisterin Frau Luczak-Schwarz im Austausch mit den jeweiligen Unternehmen. Die Vorsitzende bittet Herrn Biolek von den Stadtwerken um Ergänzung. Herr Biolek erläutert, dass es ein Forschungsvorhaben zum Thema Gasnetzwerkinfrastuktur gebe, dessen Ergebnisse Ende des Jahres veröffentlicht werden würden. Generell sehen die Stadtwerke einen rückgängigen Gasbedarf, daher ist eine effiziente Transformationsstrategie von Nöten. Ein Übergang zu Wasserstoffnutzung sei möglich, im beheizten Gebäudesektor sähen sie keinen Wasserstoffbedarf. Die Vorsitzende ergänzt, dass die Gasnetzinfrastruktur im Bereich der Stadtwerke angesiedelt sei und dass die Diskussion sowie die Planung i.w. dort federführend durchzuführen und umzusetzen sei. Dr. Manfred Verhaagh (NSB) erläutert, dass er in seinem Privathaushalt bereits vor zehn Jahren auf eine Wärmepumpe umgestellt habe, obwohl die Dämmung zu Beginn noch nicht optimal war. Die Last habe im Vergleich zur Versorgung mit Gas von zuvor 20.000 kWh auf 3.000 kWh abgenommen, im Zuge der Sanierung und optimierten Dämmung sei es dann nochmal deutlich weniger geworden. Er sieht außerdem eine Kombination mit einer PV- Anlage als sinnvoll an. Er erklärt, dass laut Fachberatern die meisten Gebäude geeignet seien, Wärmepumpen zu betreiben. Eine gute erste Maßnahme sei es, Warmwasser von Gas zu entkoppeln und dafür eine kleine Wärmepumpe für Warmwasser im Keller zu nutzen, so dass zum Beispiel im Sommer nur die Wärmepumpe zu betreiben sei. Zur Frage nach der Lärmbelastung erklärt er, dass es inzwischen flüsterleise Wärmepumpen gebe. Wenn diese im Laufe des Betriebs lauter würden, rühre das meist vom Lager des Ventilators, dieses sei aber austauschbar. Rückfrage von Ivo Djumovic (Grüne) fragt nach der Sanierungsrate bei städtischen Gebäuden. Die Vorsitzende stellt fest, dass die Sanierungsrate unter zwei Prozent läge, die genauen Zahlen lägen ihr nicht vor. Dr. Wolfgang Breh (KIT) berichtet, dass die Rate bundesweit zwischen 0,6 und 0,9 Prozent liegt. Die Vorsitzende sagt zu, dass die Zahlen für Karlsruhe – soweit verfügbar - schriftlich durch Dezernat 5 nachgeliefert werden. – 4 – Die Vorsitzende ruft den nächsten TOP auf. gez. Bürgermeisterin Bettina Lisbach gez. Katharina Reinholz (Umwelt- und Arbeitsschutz) Sitzungsleiterin Protokollführerin