Advancing energy-efficient retrofits in the residential building sector : Financial challenges and technological developments

Titelangaben

Werner, Tim:
Advancing energy-efficient retrofits in the residential building sector : Financial challenges and technological developments.
Bayreuth , 2026 . - IV, 44 S.
( Dissertation, 2026 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

Climate change poses an ever-increasing existential threat to humanity, heading towards a point of irreversible damage to our livelihoods. The Paris Climate Agreement intended to unite governments in the fight against this global challenge. However, research shows it is already too late to keep global warming below some of the limits set out in the Paris Climate Agreement. Nevertheless, there is hope, as many industrialized nations, such as Germany, propose even more ambitious targets to replace fossil fuels and increase their energy efficiency, whereby the carbon footprint of residential buildings plays a significant role. Extensively reducing green-house gas emissions within the building sector requires high annual retrofit rates, which currently stagnate at 1% in Germany. Consequently, this cumulative doctoral thesis investigates several approaches to intensify energy-efficient retrofits in the residential building sector. First, it identifies the most significant barriers to energy-efficient retrofits and develops tailored pol-icy measures. Financial and regulatory barriers are perceived as the most critical, calling for grant-based subsidies, improved tax incentives, legally binding funding terms, and reduced bureaucracy, especially for historic buildings. Besides that, experts advocated a single official source for information to support homeowners’ decision-making. Second, it thoroughly investigates financial challenges as they were identified as the most relevant barrier. Utilizing a novel cluster-based XAI methodology, the financial impacts of energy-efficient building features in the UK are analyzed, indicating that transaction prices are positively influenced by improved energy efficiency and negatively correlated with high operating costs. The results of a study on German residential buildings indicate that glazing retrofits offer the most significant financial saving potential, followed by better roof and wall insulation. Furthermore, they indicate the necessity for a well-working subsidy system regarding heating system changes for lower budgets. Third, it identifies the potential of recent developments of digital technologies. The results show that ensemble models considerably outperform stand-alone AI models when predicting the building energy performance. This is complemented by a taxonomy on generative artificial intelligence applications for building energy efficiency, which offers valuable insights for re-searchers and practitioners on leveraging this new technology. In summary, this thesis offers policy recommendations, financial perspectives, and an overview of technological developments aimed at increasing the retrofit rate in the residential building sector.

Abstract in weiterer Sprache

Der Klimawandel stellt eine immer größer werdende existenzielle Bedrohung für die Menschheit dar und steuert auf einen Punkt zu, an dem unsere Lebensgrundlagen irreversibel geschädigt werden. Das Pariser Klimaabkommen sollte die Regierungen im Kampf gegen diese globale Herausforderung vereinen. Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass es bereits zu spät ist, die globale Erwärmung unter einigen der im Pariser Klimaabkommen festgelegten Grenzwerte zu halten. Dennoch gibt es Hoffnung, da viele Industrienationen, wie beispielsweise Deutschland, noch ehrgeizigere Ziele zum Ersatz fossiler Brennstoffe und zur Steigerung der Energieeffizienz vorgeben, wobei der CO₂-Fußabdruck von Wohngebäuden eine wesentliche Rolle spielt. Eine umfassende Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Bausektor erfordert hohe jährliche Sanierungsraten, die in Deutschland derzeit bei 1 % stagnieren. Daher untersucht diese kumulative Doktorarbeit verschiedene Ansätze zur Förderung energieeffizienter Sanierungen im Wohnungsbau. Zunächst werden die wichtigsten Hindernisse für energieeffiziente Sanierungen ermittelt und maßgeschneiderte politische Maßnahmen entwickelt. Finanzielle und regulatorische Hindernisse werden als besonders kritisch angesehen und erfordern Zuschussfinanzierungen, verbesserte steuerliche Anreize, rechtsverbindliche Förderbedingungen sowie einen Abbau von Bürokratie, insbesondere bei historischen Gebäuden. Darüber hinaus sprachen sich Experten für eine einzige offizielle Informationsquelle aus, um Hausbesitzer bei ihrer Entscheidungsfindung zu unterstützen. Zweitens werden finanzielle Herausforderungen eingehend untersucht, da diese als das größte Hindernis identifiziert wurden. Mithilfe einer neuartigen, clusterbasierten XAI-Methodik werden die finanziellen Auswirkungen energieeffizienter Gebäudeeigenschaften im Vereinigten Königreich analysiert. Dabei zeigt sich, dass die Verkaufspreise durch eine verbesserte Energieeffizienz positiv beeinflusst werden und mit hohen Betriebskosten negativ korrelieren. Die Ergebnisse einer Studie zu deutschen Wohngebäuden zeigen, dass die Nachrüstung von Verglasungen das größte finanzielle Einsparpotenzial bietet, gefolgt von einer besseren Dach- und Wanddämmung. Darüber hinaus weisen sie auf die Notwendigkeit eines gut funktionierenden Fördersystems für den Austausch von Heizungsanlagen bei geringeren Budgets hin. Drittens wird das Potenzial neuerer Entwicklungen im Bereich der digitalen Technologien aufgezeigt. Die Ergebnisse legen nahe, dass Ensemble-Modelle bei der Vorhersage der Energieeffizienz von Gebäuden deutlich besser abschneiden als eigenständige KI-Modelle. Ergänzt wird dies durch eine Taxonomie generativer KI-Anwendungen im Bereich der Energieeffizienz von Gebäuden, die Forschern und Praktikern wertvolle Erkenntnisse zur Nutzung dieser neuen Technologie liefert. Zusammenfassend bietet diese Arbeit politische Empfehlungen, finanzielle Perspektiven und einen Überblick über technologische Entwicklungen, die darauf abzielen, die Sanierungsquote im Wohnungsbau zu erhöhen.