Letzte Aktualisierung: 29.04.2021

Graue Energie: Berechnungsmethoden und Folgen für Bau & Sanierung

Der Bausektor ist ein besonders ressourcenintensiver Wirtschaftszweig: 90 Prozent der in Deutschland geförderten mineralischen Rohstoffe werden verbaut. Über die Hälfte des deutschen Abfallaufkommens wird durch den Bausektor produziert. Vor dem Hintergrund des enormen Ressourcenverbrauchs im Gebäudesektor und der Verknappung von Rohstoffen ist eine ganzheitliche Betrachtung des Gebäude-Lebenszyklus erforderlich. Dabei ist gerade der Energiebedarf von Interesse, der z. B. zur Herstellung oder zum Recycling der Baustoffe eingesetzt werden muss, von besonderem Interesse: Die "graue Energie".

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In Deutschland ist der Begriff Graue Energie nicht eindeutig definiert. Meist wird darunter lediglich jener Energiebedarf verstanden, der nötig war, um die Materialien herzustellen, an die Baustelle zu transportieren und zu verbauen.

Gemäß des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB) bezeichnet Graue Energie den kumulierten Aufwand an nicht-erneuerbarer Primärenergie zur Herstellung und Entsorgung eines Baustoffes. Berücksichtigt werden alle vorgelagerten Prozesse vom Rohstoffabbau über Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse, sowie die Entsorgung inklusive der dazu notwendigen Transporte und Hilfsmittel.

  • Der Begriff Graue Energie umfasst den nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarf eines Gebäudes und der Baustoffe über die gesamte Lebensdauer („Von der Wiege (bis zur Bahre…) bis zur Wiege“).
  • Je nach Systemabgrenzung ergeben sich unterschiedliche Aussagen über die Ressourcen- und Energieeffizienz eines Neubaus sowie eines bestehenden Gebäudes.
  • Die Lebenszyklusanalyse (auch Life Cycle Assessment, LCA) ist eine Ökobilanz, die einen rechnerischen Nachweis der ökologischen Wirkungen der im Bauwerk verwendeten Materialen darstellt.
  • Je größer die zeitliche Differenz zwischen Instandsetzung zur technischen Lebensdauer, desto größer die Graue Energie sowie die Energie-Ineffizienz.
  • Für Mehrfamilienhäuser ist eine energetische Sanierung aufgrund eines guten Kosten-Nutzen Verhältnisses ökonomisch und ökologisch einem Neubau vorzuziehen.
  • Der „ideale Baustoff“ ergibt sich aus der Realisierung maximaler ökonomischer, ökologischer und bautechnisch qualitativer Potenziale, ohne eine der Dimensionen negativ zu beeinflussen.
  • Die Graue Energie spielt auch bei der Berechnung der Energierücklaufzeit bzw. Energieamortisationszeit (auch Energy Payback Time (EPBT) genannt) eine wichtige Rolle. Diese Begriffe geben die Zeitdauer an, die von einem Kraftwerk oder einer energieumwandelnden Anlage benötigt wird, um diejenige Energiemenge bereitzustellen, die zur Errichtung der Anlage eingesetzt wurde.

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Was Graue Energie ist und wo Sie benötigt wird

Bedeutung von Grauer Energie

Bei der Ermittlung des Energiebedarfs von Gebäuden lag der Fokus bislang auf der Nutzungsphase der Gebäude. Dabei wird ein Großteil der vorgelagerten, notwendigen Prozesse nicht berücksichtigt.

Ähnlich zu den Rohstoff- und Energiebilanzen „ökologischer Fußabdruck“, „CO2-Fußabdruck“ oder auch „Wasserfußabdruck“ (Stichwort: „Virtuelles Wasser“) wird entlang des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes Energie in unterschiedlichen Formen benötigt.

  • Von der Gewinnung der Rohstoffe,
  • der Herstellung von Baustoffen,
  • dem Transport,
  • über den Errichtungsprozess,
  • Instandhaltungsmaßnahmen bis hin zur
  • Wiederverwendung oder Entsorgung der Baumaterialien.

Der Begriff Graue Energie umfasst den nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarf eines Gebäudes und dessen Baustoffe über die gesamte Lebensdauer („Von der Wiege (bis zur Bahre…) bis zur Wiege“). Die Graue Energie, also der vor- und nachgelagerte Energieaufwand, wird nicht aus der jährlichen Heiz- oder Stromkostenabrechnung ersichtlich (daher auch der Zusatz: „grau“).

Systemgrenzen

Der Begriff Graue Energie wird in der Literatur unterschiedlich abgegrenzt. Ein maßgeblicher Unterschied in den Beschreibungen ist der Betrachtungszeitraum, auch als Systemgrenze bezeichnet. Dabei legt die Systemgrenze fest, welche Stoff- und Energieflüsse in Abgrenzung zur Systemumwelt berücksichtigt werden.

Während der Primärenergiebedarf beispielsweise in einem Energieeffizienzhaus 55 ausschließlich in der Nutzungsphase um mehr als die Hälfte kleiner sein kann als der Primärenergiebedarf eines Altbaus, ist die Graue Energie („Von der Wiege bis zur Bahre“) in einem Neubau nicht ebenso um die Hälfte geringer. Je nach Systemabgrenzung ergeben sich unterschiedliche Aussagen über die Ressourcen- und Energieeffizienz eines Neubaus sowie eines bestehenden Gebäudes.

Lebenszyklusanalyse

Während der Energiebedarf eines Gebäudes meist über den Wärme- bzw. Kälteenergiebedarf und den jährlichen Strombedarf gemessen wird, umfasst eine Lebenszyklusanalyse jede angefallene und zukünftig anfallende Energie, die ein Gebäude entlang der Lebenszeit bedarf.

Die Lebenszyklusanalyse (auch Life Cycle Assessment, LCA) ist eine Ökobilanz, die einen rechnerischen Nachweis der ökologischen Wirkungen der im Bauwerk verwendeten Materialen darstellt.

Die Ökobilanz ist eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen eines oder mehrerer Produktsysteme auf Basis aller wesentlichen Stoff- und Energieströme. Sie beinhaltet die Erfassung der Stoff- und Energieströme (Sachbilanz), die Klassifizierung und Charakterisierung der erfassten Substanzen hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen (Wirkungsabschätzung) und die anschließende Auswertung.

Berechnung von Grauer Energie

Der Bedarf an Grauer Energie wird maßgeblich von den verwendeten Baustoffen bestimmt. In Betracht des Herstellungsaufwands, der technischen Lebensdauer und des Entsorgungsaufwands weist jeder Baustoff einen individuellen Bedarf an Grauer Energie auf.

Die Graue Energie eines Gebäudes ergibt sich aus der Summe der benötigten Energie für die Errichtung (Herstellung und Entsorgung oder Wiederverwertung) und der kumulierten benötigten Energie für Instandsetzungsmaßnahmen in dem Betrachtungszeitraum.

Tabelle: Beispiel-Berechnung der Nicht-Erneuerbaren Primärenergie in Megajoule (MJ) von Bau-, Dämmstoffen, Holz und PV-Systemen (Quelle: ÖKOBAUDAT Datensatz nach länderspezifischer Situation in Deutschland)
Herstellung
A1-A3
Einbau
A5
Abbruch
C1
Transport
C2
Abfall-behandlung
C3
Beseitigung
C4
Recycling
D
Baustoffe
Kalksandstein / Kalziumsilikat-Ziegel 2077 MJ / m3 17,84 MJ / m3 68,63 MJ / m3 223,4 MJ / m3 -54,82 MJ / m3
Fassadenklinker / Ziegel 8348 MJ / m3 17,84 MJ / m3 68,63 MJ / m3 223,4 MJ / m3 -54,82 MJ / m3
Porenbeton (P4 05 bewehrt) 1672 MJ / m3 4,46 MJ / m3 17,16 MJ / m3 55,81 MJ / m3 -13,7 MJ / m3
Dämmung
Mineralwolle Fassadendämmung 818,9 MJ / m3 1985 MJ / m3 46,3 MJ / m3 10,27 MJ / m3
Holz
Konstruktionsvollholz 1147 MJ / m3 -18,78 MJ / m3 7,077 MJ / m3 48,43 MJ / m3 -4703 MJ / m3
Massivholzplatten 2273 MJ / m3 -27,2 MJ / m3 7,42 MJ / m3 -124,8 MJ / m3 -4.88E+3 MJ / m3
Photovoltaik
Photovoltaic 1000 kWh/m2*a 3913 MJ pro m2 73,02 MJ pro m2 -1,39E+04 MJ pro m2
Lithium Eisen-Phosphat-Batterie 3415 MJ / 1 kWh Speicherkapazität 0,9586 MJ / 1 kWh Speicherkapazität 70,74 MJ / 1 kWh Speicherkapazität -468,4 MJ / 1 kWh Speicherkapazität

Der Energieaufwand der Instandhaltungsmaßnahmen wird durch folgende Faktoren definiert:

  • die erforderliche Energie für Herstellung und Entsorgung des Bauteils,
  • die entsprechende Menge an ersetzenden Baustoffen und dem Quotienten aus dem Zeitpunkt der Instandhaltung und
  • der maximalen technischen Lebensdauer des ausgetauschten Bauteils.

Je größer die zeitliche Differenz zwischen Instandsetzung bzw. Austausch zur technischen Lebensdauer, desto größer die Graue Energie sowie die Energie-Ineffizienz.

Mit Blick auf die Graue Energie im Gebäudesektor und den gesellschaftlichen Bestrebungen einer höheren Energieeffizienz sollten Umbau- oder Neubauentscheidungen dem zufolge nach technischer Funktionalität (technischen Lebensdauer) und tatsächlichem räumlichen Bedarf getroffen werden.

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Nachhaltigkeit im Gebäudesektor

Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)

Im Auftrag des Bundesministeriums des Inneren, für Bau und Heimat (BMI) wurde das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) entwickelt. Das BNB gilt als wissenschaftlich fundiertes Instrument zur Bewertung und Planung nachhaltiger Bauvorhaben von Büro- und Verwaltungsbauten, Unterrichts- sowie Laborgebäuden.

Dabei werden ökonomische, ökologische und soziokulturelle Aspekte eines Gebäudes auf Nachhaltigkeit geprüft. Das BNB bedient sich der ÖKOBAUDAT, einer Plattform mit Ökobilanz-Datensätzen zu Baumaterialien, Bau-, Transport-, Energie- und Entsorgungsprozessen.

Die ÖKOBAUDAT basiert auf der DIN EN 15804. Die DIN EN 15804: „Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltproduktdeklarationen– Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte“ stellt sicher, dass alle Umweltproduktdeklarationen (EPD) für Bauprodukte, Bauleistungen und Bauprozesse in einheitlicher Weise abgeleitet, verifiziert und dargestellt werden.

Energieaufwand von Bauteilen – ein Beispiel für Graue Energie

Mit der Wahl der Gebäudeausstattung kann der Bedarf an Grauer Energie sichtbar beeinflusst werden. Zur Veranschaulichung der Unterschiede im Energiebedarf für Herstellung und Entsorgung werden zwei verschiedene Bodenbeläge gegenübergestellt.

  • Ein Parkettboden bedarf nach ÖKOBAUDAT rund 86 Megajoule (MJ) pro m2,
  • Natursteinplatten rund 136 MJ pro m2.

Bei einer auszustattenden Wohnfläche von 100 m2 könnten durch die Wahl zum Parkettboden rund 5300 MJ bzw. 127 Kilogramm Öleinheit bzw. 1472 kWh vermieden werden.

Mit jeder baulichen Entscheidung wird der Bedarf an Grauer Energie beeinflusst. Die Innenausstattung eines Gebäudes macht jedoch einen verhältnismäßig kleinen Anteil an der kumulierten Grauen Energie eines Gebäudes aus.

Der Großteil der Grauen Energie wird

  • für den Rohbau (1/3) und
  • die Fassade (1/3) eines Gebäudes aufgewendet.

Die Grafik zeigt die Anteile verschiedener Kostengruppen (KG) an der Grauen Energie eines Mehrfamilienhauses mit 11 Wohneinheiten über einen Zeitraum von 80 Jahren.

Zusammengefasst ist der kumulierte Energieaufwand für Außenwände, Decken, Gründung und Innenwände bereits rund 80 % der gesamten Grauen Energie eines Gebäudes. Somit fallen bereits über 2/3 der kumulierten Grauen Energie bei der Errichtung an.

Experten-Wissen: Das zum 01.11.2020 in Kraft getretene Gebäudeenergiegesetz (GEG) gibt Vorgaben für den energetischen Standard von Neubauten und bestehenden Gebäuden. Obwohl die der Nutzungsphase vor- und nachgelagerten Phasen energieintensiv sind, wurden im Zuge des GEG jedoch keine Vorgaben zur Grauen Energie festgelegt.

Neubau oder Sanierung?

Im Hinblick auf die Graue Energie sollten Entscheidungen im Bausektor die energieintensiven Phasen des Lebenszyklus berücksichtigen. Aus einem Forschungsbericht des Steinbeis-Transferzentrum für Energie-, Gebäude- und Solartechnik in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP im Auftrag des Umweltbundesministeriums, wurde der Energieaufwand für Gebäudekonzepte im gesamten Lebenszyklus erforscht.

Aus den Ergebnissen wird klar: die Entscheidung zwischen Neubau oder Sanierung kann nicht pauschalisiert werden und wird durch viele Faktoren beeinflusst. So sind die gewünschten Gebäudeenergiestandards je nach Ausgangszustand sowohl durch Sanierung als auch durch Neubau ökonomisch und ökologisch sinnvoll erreichbar.

Für Mehrfamilienhäuser ist eine energetische Sanierung aufgrund eines guten Kosten-Nutzen Verhältnisses ökonomisch und ökologisch einem Neubau vorzuziehen.

Im Hinblick auf die kumulierte Graue Energie zeigen für Einfamilienhäuser tendenziell Neubauten den geringeren Energieaufwand. Die Komplexität der Zusammenhänge lässt jedoch keine allgemeine Aussage über die Frage der ökonomischen und ökologischen Sinnhaftigkeit von Neubau oder Sanierung zu.

Eine belastbare Aussage über die optimale Bauentscheidung kann nur auf Basis der individuellen Gegebenheiten getroffen werden.

Der „ideale“ Baustoff – ökonomisch, ökologisch und bautechnisch sinnvoll

Der „ideale“ Baustoff ergibt sich aus der Realisierung maximaler ökonomischer, ökologischer und bautechnisch qualitativer Potenziale, ohne eine der Dimension negativ zu beeinflussen. Je nach geografischer Lage eines Bau- oder Sanierungsvorhabens ergeben sich unterschiedliche „ideale“ Baustoffe.

Die regionale Baumaterialverfügbarkeit und -nachfrage führt zu unterschiedlichen ökonomisch sinnvollen Baustoffen. Die Materialkosten werden durch Herstellungskosten und Transportwege beeinflusst. Somit weisen lokal produzierte und lokal wachsende Baustoffe gegenüber exotischen Baustoffen ökonomische Vorteile auf. Die kürzeren Transportwege wirken sich ebenso auf die ökologische Dimension aus.

Energy Payback Time – Die energetische Amortisationszeit

Jede Entscheidung im Gebäudesektor ist mit einem neuen Energiebedarf verbunden. Besteht das Ziel einer baulichen Maßnahme in der Steigerung der Energieeffizienz, so bedarf auch ein PV-Modul oder eine bessere Wärmedämmung im Vorfeld Energie. Die Frage nach einer tatsächlichen Energieeinsparung ist also gerechtfertigt.

Die Energy Payback Time (EPBT) gibt an, wie lange eine neue Effizienzmaßnahme in Betrieb sein muss, damit die Energieeinsparungen gleich dem Energieaufwand für die Herstellung der Maßnahme sind. Die EPBT eines PV-Moduls beträgt zwischen 2,5 bis 2,8 Jahre. Bei einer Wärmedämmung beträgt die EPBT zwischen wenigen Monaten bis zwei Jahren.

Nach Berechnungen der Verbraucherzentrale werden für die Herstellung und Entsorgung der Wärmedämmung für ein Einfamilienhaus rund 7.000 bis 18.000 kWh Graue Energie benötigt. Im Laufe der bilanziellen Lebensdauer (ca. 30 Jahre) lassen sich zwischen 380.000 bis 450.000 kWh Heizenergie durch die Effizienzmaßnahme einsparen.

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Häufige Fragen zur "grauen" Energie

Was ist Graue Energie und wo wird sie benötigt?

Der Begriff Graue Energie umfasst den nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarf eines Gebäudes und dessen Baustoffe über die gesamte Lebensdauer („Von der Wiege (bis zur Bahre…) bis zur Wiege“). Somit fällt von der Gewinnung der Rohstoffe, der Herstellung von Baustoffen, dem Transport, über den Errichtungsprozess, die Instandhaltungsmaßnahmen bis hin zur Wiederverwendung oder Entsorgung der Baumaterialien Graue Energie an.

Wie berechnet sich Graue Energie?

Die Graue Energie eines Gebäudes ergibt sich aus der Summe der benötigten Energie für die Errichtung (Herstellung und Entsorgung oder Wiederverwertung) und der kumulierten benötigten Energie für Instandsetzungsmaßnahmen entlang des Lebenszyklus. Auf Basis von Ökobilanz-Datensätzen zu Baumaterialien, Bau-, Transport-, Energie- und Entsorgungsprozessen ermöglicht die Plattform ÖKOBAUDAT die Berechnung von Grauer Energie.

Wie kann der Bedarf an Grauer Energie gesenkt werden?

Unter Verwendung von nachwachsenden oder recycelten Rohstoffen weisen langlebig geplante Gebäude mit flexibler Ausgestaltung einen geringen Bedarf an Grauer Energie auf. Der minimale Einsatz von Grauer Energie wird gewährleistet, sofern die technische Lebensdauer von Baustoffen maximal ausgereizt wird. Vor Bauentscheidungen helfen Energieexperten bei der Wahl zu ökonomisch, ökologisch und bautechnisch sinnvollen Baustoffen.

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