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Letzte Aktualisierung: 30.09.2022
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Primärenergiefaktor: Berechnung & Faktoren im Überblick
Die Energie, die unmittelbar zur Erzeugung von Nutzenergie oder für Energiedienstleistungen eingesetzt wird, wird als Endenergie bezeichnet. Soll z.B. ein Gebäude energetisch bewertet werden, reicht die Betrachtung der erforderlichen Endenergie innerhalb eines Jahres jedoch nicht aus. Denn die vorgelagerten Prozesse bis zur Lieferung des finalen Energieträgers im Gebäude (z. B. Heizöl, Strom oder Gas) werden aus der bezogenen Endenergie nicht ersichtlich. Damit der Jahresprimärenergiebedarf eines Gebäudes, also der tatsächliche gesamte Energiebedarf, bestimmt werden kann, wurde der sog. Primärenergiefaktor (PEF oder PE-Faktor) eingeführt.
- Der PEF dient der besseren Vergleichbarkeit von Endenergieträgern.
- Durch den PEF werden die Energieverluste und -aufwendungen entlang der vorgelagerten Prozessketten (Gewinnung, Umwandlung, Speicherung und Verteilung) eines Energieträgers berücksichtigt.
- Das Produkt aus der erforderlichen Endenergie und dem zum Energieträger passenden nicht erneuerbaren Anteil des PEF ergibt den Jahresprimärenergiebedarf.
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Was ist der Primärenergiefaktor?
Der Primärenergiefaktor (PEF) wurde im Rahmen der Energieeinsparverordnung (EnEV) erstmalig 2002 eingeführt und dient der besseren Vergleichbarkeit von Endenergieträgern durch die vollständige Bilanzierung von Energieverlusten und Energieaufwendungen entlang der Wertschöpfungskette (Gewinnung, Umwandlung, Speicherung und Verteilung) eines Energieträgers.
Der wissenschaftliche Dienst des deutschen Bundestages nennt 2016 als Definition: „Der Primärenergiefaktor (PEF) dient der Ermittlung der Energiebilanz von Gebäuden (Gebäudehülle und Anlagen) und wurde eingeführt, um im Sinne einer vollständigen Bilanz die Energieverluste und Energieaufwendungen (Brennstoffe oder Strom) bei der „Förderung, Aufbereitung, Umwandlung, Transport und Verteilung“ eines Endenergieträgers in seiner vorgelagerten Kette zu quantifizieren und damit unterschiedliche Endenergieträger unter Energieeffizienzgesichtspunkten miteinander vergleichbar zu machen.“
Beim Primärenergiefaktor handelt es sich nicht um einen physikalischen Faktor im Sinne eines Wirkungsgrades, sondern um eine sachgerechte Bewertung.
Für die energetische Vergleichbarkeit von Gebäuden wird der Jahresprimärenergiebedarf (QP) herangezogen. Der Jahresprimärenergiebedarf eines Gebäudes setzt sich aus dem Produkt der erforderlichen Endenergie (QE) und dem zum Energieträger passenden nicht-erneuerbaren Anteil des PEF (fP) zusammen.
Jahresprimärenergiebedarf QP = Endenergiebedarf (QE) x Nicht-erneuerbaren Anteil des Primärenergiefaktors (fP)
Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) erfasst den PE-Faktor in § 22 GEG und legt in Anlage 4 GEG die aktuell, anzusetzenden Faktoren tabellarisch für nicht-erneuerbare Energieträger fest.
| Nummer | Kategorie | Energieträger | Primärenergiefaktoren nicht erneuerbarer Anteil |
|---|---|---|---|
| 1 | Fossile Brennstoffe | Heizöl | 1,1 |
| 2 | Fossile Brennstoffe | Erdgas | 1,1 |
| 3 | Fossile Brennstoffe | Flüssiggas | 1,1 |
| 4 | Fossile Brennstoffe | Steinkohle | 1,1 |
| 5 | Fossile Brennstoffe | Braunkohle | 1,2 |
| 6 | Biogene Brennstoffe | Biogas | 1,1 |
| 7 | Biogene Brennstoffe | Bioöl | 1,1 |
| 8 | Biogene Brennstoffe | Holz | 0,2 |
| 9 | Strom | netzbezogen | 1,8 |
| 10 | Strom | gebäudenah erzeugt (aus Photovoltaik oder Windkraft) | 0,0 |
| 11 | Strom | Verdrängungsstrommix für KWK | 2,8 |
| 12 | Wärme, Kälte | Erdwärme, Geothermie, Solarthermie, Umgebungswärme | 0,0 |
| 13 | Wärme, Kälte | Erdkälte, Umgebungskälte | 0,0 |
| 14 | Wärme, Kälte | Abwärme | 0,0 |
| 15 | Wärme, Kälte | Wärme aus KWK, gebäudeintegriert oder gebäudenah | nach Verfahren B gemäß DIN V 18599-9: 2018-09 Abschnitt 5.2.5 oder DIN V 18599-9: 2018-09 Abschnitt 5.3.5.1 |
| 16 | Siedlungsabfälle | 0,0 |
Wie berechnet sich der Primärenergiefaktor?
Die DIN V 18599 gibt eine Berechnungsgrundlage für die Erfassung der vorgelagerten Prozessketten an. Aufgrund der unterschiedlichen Beschaffenheit und Verarbeitungsprozesse der Energieträger ergeben sich auch unterschiedliche PE-Faktoren.
PEF berücksichtigen den
- erneuerbaren und
- nicht-erneuerbaren Anteil
eines Energieträgers. Die Summe der Teilfaktoren „erneuerbar“ und „nicht-erneuerbar“ ergeben den Gesamt-PEF (häufig PEFges).
Expertenwissen: Die DIN V 18599 stützt sich auf das frei verfügbare Lebensweg- und Stoffstromanalyse-Modell: Globale Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS). Das Rechenmodell „GEMIS“ wird in über 30 Ländern zur Umwelt- und Kostenanalyse von Energie-, Stoff- und Verkehrssystemen verwendet.
Erneuerbare Energieträger
Der PEF für erneuerbare Energieträger wie Solaranergie, Erdwärme/ Geothermie oder Umgebungswärme/ Umgebungskälte beträgt 1,0. Das bedeutet, dass z. B. die Solarenergie zu 100 Prozent erneuerbar ist.
In der energetischen Bewertung des Gebäudes ist somit die „solare Endenergie“ identisch mit der „solaren Primärenergie“. Der nicht-erneuerbare Anteil beträgt null.
Nicht-erneuerbare Energieträger
Die Materialvorleistungen und Hilfsenergie für die Förderung, Aufbereitung, Transport und Verteilung nicht-erneuerbarer Energieträger werden durch den Gesamt-PEF größer eins (> 1) berücksichtigt.
Für Heizöl, Erdgas und Flüssiggas wird ein PEF von 1,1 angeführt.
Beim PEF von netzbezogenem Strom werden z. B. der Wirkungsgrad der produzierenden Kraftwerke im Netz, Netzverluste und die natürlich der Anteil Erneuerbarer Energien berücksichtigt. Der Primärenergiefaktor für den nichterneuerbaren Anteil des Stroms ist daher in den letzten Jahren stark gesunken. Er betrug 2015 2,4 und seit Januar 2016 nur noch 1,8.
Der PE-Faktor von Holz weist einen nicht-erneuerbaren Anteil von 0,2 und einen erneuerbaren Anteil von 1,0. Einzeln betrachtet ist Holz ein erneuerbarer Energieträger (1,0), durch die Abholzung die Verarbeitung (Holzpellet-Herstellung) und den Transport fällt jedoch zusätzliche Energie an. Gesamtbetrachtet beträgt der PEF für Holz 1,2. Bei einer bezogenen Endenergie (EE) von 100 lässt sich durch den PEF 1,2 der Primärenergiebedarf von 120 berechnen.
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Besonderheiten des PE-Faktors von Strom
Aufgrund des steigenden Anteils erneuerbarer Energien im Strommix weist auch der PEF für Strom eine hohe Dynamik auf. So führt der forcierte Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland dazu, dass der Primärenergiefaktor für den deutschen Strommix kontinuierlich sinkt.
Laut einer Studie des Internationalen Instituts für Nachhaltigkeitsanalysen und -strategien (IINAS) aus Darmstadt liege der Primärenergiefaktor für Strom für das Jahr 2020 bereits bei 1,3.
Das bedeutet einen um 28 Prozent geringeren Primärenergieaufwand für Strom aus dem lokalen Netz als das GEG 2020 ausweist.
PE-Faktor für KWK-Strom
Diese Absenkung des PE-Faktors ist für den deutschen Strommix zwar folgerichtig, für die Bewertung der Fernwärme aus KWK-Anlagen aber problematisch. Der PE-Faktor für KWK-Strom sollte nicht mit dem PE-Faktor für den deutschen Strommix gleichgesetzt werden, da davon auszugehen ist, dass zusätzlicher KWK-Strom nur einen Teil des durchschnittlichen Strommixes verdrängt. So sind z.B. Anlagen regenerativer Stromerzeugung gesetzlich privilegiert und können demnach bevorzugt ins Netz der öffentlichen Versorgung einspeisen.
Aus diesem Grund wurde von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. ein „Verdrängungsmix“ entwickelt, der den Anteil erneuerbarer Energien und anderer Must-Run Anlagen berücksichtigt und so den Realitäten am heutigen Strommarkt Rechnung trägt. Da der Verdrängungsmix besonders von Steinkohle befeuerten Mittellast-Kraftwerken bestimmt wird, liegt dessen PE-Faktor mit 2,8 höher als für den durchschnittlichen deutschen Strommix und wird zudem nicht vom Ausbau der erneuerbaren Energien beeinflusst.
Der Verdrängungsmix stellt somit eine neue Grundlage für die primärenergetische Bewertung der Fernwärme aus KWK zur Verfügung. In den Primärenergiefaktoren nach Anlage 4 GEG wird der „Verdrängungsstrommix für KWK“ unter Nummer 11 mit 2,8 (Stand: 2021) angegeben.
PE-Faktor für Wärmepumpen-Strom
Seit dem 01.01.2016 liegt der Primärenergiefaktor für aus dem Netz bezogenen Strom bei 1,8. Das bedeutet, dass für jede kWh Strom, die die Verbraucher abnehmen, 1,8 kWh Primärenergie aufgewendet werden muss, bis der Strom beim Verbraucher ist. Zum Vergleich dazu sind die Primärenergiefaktoren von Öl und Gas mit 1,1 deutlich vorteilhafter als das direktelektrische Heizen mit Strom.
Anders verhält es sich bei Wärmepumpenheizungen, da diese anteilig Umweltwärme nutzen. Daher müssen sie im Jahresdurchschnitt lediglich eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von > 1,63 erbringen, um primärenergetisch sinnvoller zu sein. Und diese JAZ wird von heutigen Wärmepumpen eigentlich jeglicher Bauart spielend erreicht.
Da der Primärenergiefaktor für Wärmepumpen je nach Wärmequelle und Technik variiert, gibt es auch nicht „den einen“ Primärenergiefaktor für Wärmepumpen. Je nachdem, welche Stromquelle genutzt wird, ändert sich auch der Primärenergiefaktor:
Stammt der eingesetzte Wärmepumpen-Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung (Blockheizkraftwerken), so sinkt der Primärenergiefaktor der Wärmepumpe. Wird die Wärmepumpe ausschließlich mit Solarstrom betrieben, muss überhaupt keine Primärenergie eingesetzt werden.
Formale Aspekte des PE-Faktors als Effizienz- und Förderkriterium
Die Rolle des Primärenergiefaktors im GEG
Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) ist zum 01.11.2020 in Kraft getreten und vereint die bestehende Energieeinsparungsverordnung (EnEV), das Energieeinspargesetz (EnEG) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG). Das GEG gibt Vorgaben für den energetischen Standard von Neubauten und bestehenden Gebäuden. Dabei bilden Referenzgebäude (Anlage 1 + 2 GEG) technische und bauliche Vorgaben zur Einhaltung und Erreichung von Energieeffizienzstandard.
Der Jahres-Primärenergiebedarf ist eine maßgebliche Kenngröße und wird sowohl für Neubauten (§ 15 GEG) als auch für Bestandsgebäude (§ 50 GEG) begrenzt. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) erfasst dafür den PEF (§ 22 GEG) und legt in Anlage 4 GEG die PEF für nicht-erneuerbare Energieträger fest.
Da Investitionen im Gebäudesektor für Jahrzehnte getätigt werden, kann der PEF entscheidend für die Energiewende sein. So kann man aufgrund der absehbaren Senkung des Primärenergiefaktors für z. B. Strom (1,8 nach GEG 2020) von einer Benachteiligung von elektrisch betriebenen Wärmepumpen ausgehen, die rein durch das Versorgungsnetz betrieben werden.
Denn – wie oben beschrieben – sinkt der Primärenergiefaktor für Strom recht kontinuierlich mit Zunahme des Erneuerbaren Energien-Anteils im Stromnetz. Dieser Entwicklung müsste auch das GEG durch die entsprechende Anpassung bzw. Vorwegnahme Rechnung tragen, um unnötige Hindernisse für eine zügige Wärmewende und entsprechend schnelle Dekarbonisierung der Heizwärmeerzeugung zu vermeiden.
Die Bedeutung des Primärenergiefaktors im BEG
Mit Einführung der seit Anfang 2021 geltenden Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) wird nun anstelle der für die Wärmepumpen-Förderung relevanten Jahresarbeitszahl (JAZ) die jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz ƞs (ETAs) als verbindliche Angabe der Wärmepumpen-Effizienz eingeführt.
| Wärmepumpen-Typ | ηS | ηS |
|---|---|---|
| Luft/Wasser-Wärmepumpe | 135 % bei 35 °C | 120 % bei 55 °C |
| Sole/Wasser-Wärmepumpe | 150 % bei 35 °C | 135 % bei 55 °C |
| Wasser/Wasser-Wärmepumpe | 150 % bei 35 °C | 135 % bei 55 °C |
Der ηS-Wert wird auf Basis von vier festgelegten Betriebspunkten, die vier unterschiedliche, in Europa vorkommende Klimabedingungen repräsentieren, für jedes Gerät einzeln angegeben. Die Ergebnisse dieser Betriebspunkte werden zunächst als "Jahreszeitlicher Leistungskoeffizient" (Seasonal Coefficient of Performance - SCOP) bezeichnet.
Um aber die tatsächliche, primärenergetische Effizienz sichtbar zu machen, werden die Primärenergiefaktoren (PEF) der jeweiligen Antriebsenergie herangezogen, durch die der SCOP dividiert wird. Dadurch drückt der ηS-Wert aus, wie viel Primärenergie für eine Kilowattstunde erzeugte Wärme benötigt wird.
Für die Berechnung wird in der bereits seit 2015 geltenden Ökodesign-Richtlinie der EU (EED) für stromgetriebene Wärmepumpen ein PEF von 2,5 angegeben, obwohl der deutsche Strommix derzeit (2021) mit einem PEF von 1,8 bewertet wird.
Für Wärmepumpen mit Gasantrieb wird ein besserer PEF von 1,1 für Erdgas eingesetzt. Die Freigabe des PEF von 0,7, der beim Einsatz von klimaneutralem Biomethan in Gas-Brennwertthermen gewährt wird, stand für Gaswärmepumpen (Stand: 2021) noch aus.
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Häufige Fragen (FAQ) über Primärenergie und deren Faktoren
Was versteht man unter dem Primärenergiefaktor?
Der PEF dient der besseren Vergleichbarkeit von Endenergieträgern. Durch den PEF kann von der Endenergie auf die Primärenergie geschlossen werden. Die Betrachtung der insgesamt erforderlichen Primärenergie ist notwendig, da entlang der vorgelagerten Prozessketten (Gewinnung, Umwandlung, Speicherung und Verteilung) eines Energieträgers, Energieverluste und -aufwendungen anfallen.
Wie wird der Primärenergiefaktor gebildet?
Das GEG legt die PEF fest (Anlage 4 GEG). Die Faktoren werden auf Basis der DIN V 18599 und dem Rechenmodell „GEMIS“ entwickelt. PEF berücksichtigen den erneuerbaren und nicht-erneuerbaren Anteil eines Energieträgers. Die Summe der Teilfaktoren „erneuerbar“ und „nicht-erneuerbar“ ergeben den Gesamt-PEF (häufig: PEFges).
Wie hoch ist der Primärenergiefaktor für Wärmepumpen?
Den einen Primärenergiefaktor für Wärmepumpen gibt es nicht. Je nachdem, welche Stromquelle genutzt wird, ändert sich auch der Primärenergiefaktor: Stammt der eingesetzte Wärmepumpen-Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung (Blockheizkraftwerken), so sinkt der Primärenergiefaktor der Wärmepumpe auf 0,2. Wird die Wärmepumpe ausschließlich mit Solarstrom betrieben, muss überhaupt keine Primärenergie eingesetzt werden.
