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Fachhochschule Burgenland GmbH Steinamangerstraße 21 A-7423 Pinkafeld Sanierungshandbuch für Nichtwohngebäude auf Nullenergieniveau Empfehlungen und Ausblick (oder) Fit für das Jahr 2020 Verfasser: Hebenstreit Hannes Datum: 5. Februar 2014 1.1 Vorwort 4 1.2 Einleitung 4 1.3 Bestand und Herausforderung an die Sanierung 4 1.4 Denkmalschutz 1.5 Die richtige Bestandsaufnahme 7 1.6 Passivhaus 8 1.7 Nullenergiegebäude 9 2 GEBÄUDEHÜLLE 11 2.1 Luftdichte Hülle 11 2.2 Dämmung des Daches bzw. obersten Geschossdecke 12 2.3 Kellerwände und erdberührte Bauteile 12 2.4 Fußbodendämmung gegen unbeheizte Kellerräume 12 2.5 Außenwanddämmung 12 2.6 Fenster und Rahmen 12 3 GEBÄUDETECHNIK 13 3.1 Richtig Heizen 13 3.2 Auswahl des Brennstoffs 13 3.3 Wärmeabgabesysteme 13 3.4 Effizientes Lüften 13 3.5 Die Warmwasserbereitung 13 3.6 Licht und Schatten 13 4 ENERGIE SPAREN OHNE UMBAU 14 4.1 Effiziente Geräte 14 4.2 Regelung und Nutzerverhalten 14 5 ENERGIE BEREITSTELLEN 15 5.1 Windkraft 15 5.2 Das eigene Kraftwerk (KWK) 15 Chyba! Záložka nie je definovaná. 5.3 5.4 Energie aus der Sonne Solaranlagen PV Anlagen Innovative Systeme 15 15 15 15 6 ENERGIE SPEICHERN 16 6.1 Stromspeicher 16 6.2 Thermische Speicher 16 7 WEITERES 17 7.1 Beispiele 17 7.2 Zusammenfassung 17 7.3 Kriterienliste Chyba! Záložka nie je definovaná. 7.4 Förderungen 17 7.5 Ausblick und Empfehlungen 17 8 QUELLEN UND VERZEICHNISSE 53 1.1 Vorwort 1.2 Einleitung 1.3 Gebäudebestand und Herausforderung an die Sanierung Gebäudebestand Im Zuge der letzten Volkszählung vom Mai 2001 wurden in Österreich rund 2,05 Millionen Gebäude und 3,86 Millionen Wohnungen erfasst. Rund 1,76 der 2,05 Millionen Bestandsbauten sind Wohngebäude. Somit kann festgehalten werden dass der Anteil an Nichtwohngebäuden mit rund 0,28 Millionen Bestandsbauten bei ca. 14 Prozent liegt. (Statistik Austria) Abbildung 11: Österreichischer Gebäudebestand nach Art und Anzahl der Gebäude (statistik Austria) Betrachtet man Abbildung 12 so ist zu erkennen, dass Gebäuden die aus der Zeit der Weltkriege (1919-1944) stammen mit rund 9 Prozent den kleinsten Anteil ausmachen, während Gebäude die zwischen 1961 und 1980 erbaut wurden mit ca. 32 Prozent den größten Anteil aufweisen. Aufgrund des hohen spezifischen Jahresheizenergiebedarf für Gebäude aus dieser Periode ist ein enormes Energieeinsparpotetial durch thermische und energetische Sanierung vorhanden. Abbildung 12: Art und Anzahl der Gebäude nach Bauperioden (statistik Austria) Projektphasen und Integrale Planung Die Integration der Gebäudetechnik und die architektonische Gestaltung der Gebäudehülle stellt Architekten, Planer und Techniker vor eine neue Herausforderung. Neue Materialen und Technologien verlangen nach neuen Lösungsansätzen und Planungsstrategien. Um ein nachhaltiges Gebäude zu planen und zu errichten ist ein intensiver Planungsaufwand nötig. Die Planung ist aufgrund des Zusammenspiels verschiedener Gewerke ein sehr komplexer und dynamischer Prozess und kann in mehrere Phasen unterteilt werden. Das Thema Nachhaltigkeit wird immer wichtigen wenn man den Lebenszyklus eines Gebäude betrachtet. Umso früher dieses Thema in den Planungsprozess eingebunden werden kann umso leichter lassen sich Weichen stellen ohne wesentliche Mehrkosten erwarten zu müssen. Wird erst in späteren Projektphasen auf dieses Thema Rücksicht genommen so ist sowohl der Planungs- als auch Umsetzungsaufwand größer als zu Beginn des Projektes. Dies ist meist mit erheblichen Mehrkosten verbunden. Chyba! Nenašiel sa žiaden zdroj odkazov. zeigt die Kosten und Einflussnahme der Nachhaltigkeit in den verschiedenen Projektphasen. (Schritt f Schritt zum Nullenergiegebäude wien) Abbildung 8.1: Projektphasen und Kosten im Überblick (Schritt f Schritt zum Nullenergiegebäude Wien) Auf Grund dessen ist es notwendig bereits zu Beginn des Projektes in der Projektvorbereitungsphase Ziele möglichst genau zu definieren und mit den aktuellen Zielen und Planungsfortschritten zu vergleichen um Abweichungen rasch zu erkennen und, falls nötig, rechtzeitig eingreifen zu können. In der Regel beeinflussen sich die verschiedenen Gewerke sowie Anforderungen und Ziele relativ stark weshalb ein integraler Planungsansatz von immenser Bedeutung ist (siehe Abbildung 8.2) Abbildung 8.2:Beeinflussung verschiedner Interessensgruppen untereinander Die integrale Planung wird beschrieben als ganzheitliches, teamorientiertes und vernetzes planen. Dieser Ansatz wird in der Baubranche schon seit einigen Jahren versucht umzusetzten (z.B. Abstimmung Architekt mit HKLS). Dieser Prozess ist vor allem aufgrund erhöhter Anfordeungen an Gebäude durch Nutzer, Betriber, Behörden und Eigentümer wichtig. (Schritt f Schritt zum Nullenergiegebäude Wien) 1.4 Die richtige Bestandsaufnahme Grundlage jeder Modernisierung ist die Bestandsaufnahme der bestehenden Bausubstanz. Damit sollen erste Abschätzungen der Sanierungsmaßnahmen und Investitionskostenmöglich sein. Erfolgt die Bestandaufnahme nicht richtig kann es bei nicht erkannten Bauschäden zur Verzögerung der Sanierungsmaßnahmen sowie einen Anstieg der Sanierungskosten kommen. Nicht erkannte bzw. behobene Bauschäden können dem Planer auch nach Jahren noch angelastet werden. Grundlage für die erfolgreiche Planung ist deshalb eine gewissenhafte die Bestandaufnahme. Oftmals sind Pläne aus der Erstellungszeit vorhanden welche jedoch aufgrund von Abweichungen während der Erstellung bzw. durch Sanierungsmaßnahmen im Laufe der Jahre von der ursprünglichen Planung abweichen können. Sind keine entsprechenden neueren Pläne vorhanden so ist ein vollständiges Aufmaß für die Erstellung eines aktuellen Plansatzes sinnvoll. Eine genaue Überprüfung der vorhandenen Pläne ist deshalb zwingend erforderlich. (Enerphit Planerhandbuch, Seite, 183) Für die technische Bestandaufnahme sollten nur bereits geprüfte Pläne verwendet werden. Im Rahmen der technischen Bestandsaufnahme werden alle vorhandenen Bauteile nach ihrem Zustand, Funktion und Qualität erfasst und bewertet. Diese Informationen sind für spätere Planungsschritte, Kostenabschätzungen und Ausschreibungen enorm wichtig. Ein weiterer wichtiger Punkt, der schon bei der Bestandsaufnahme bedacht werden muss, ist der Denkmalschutz. Auskünfte und Abstimmungen sind mit dem zuständigen Amt abzustimmen. (Enerphit Planerhandbuch, Seite, 183) Die folgenden in Tabelle 1 Spalte 1 und 2 aufgezeigten Bauteile sollten bei einer Bestandsaufnahme durch geschulte Fachleute untersucht werde. In der dritten Spalte befinden sich Punkte bzw. Eigenschaften nach denen die Bauteile beurteilt werden können. Tabelle 1: Punkte für Bestandaufnahme in Sanierungsfällen Gemeinschaftsbereiche Fundament Keller Eingang Treppenhaus Fassade Dach Kamine Heizung/Warmwasser Gas- bzw. Wasserinstallation Abwasserinstallation Feierlöschanlagen Blitzschutz/Erdung Elektroinstallation Kommunikationstechnik Außenanlagen Aufzug Raumlufttechnische Anlagen Wohnungen/Raumbuch Wand Decke Boden Fenster/Rolläden Türen Einbauten Sanitärinstallation RLT-Anlagen Elektroinstallation Heizflächen Punkte/Eigenschaften Material Zustand Konstruktion Schadstoffbelastung Feuchtebelastung Schimmelbefall Art der Nutzung Erfüllung der Anforderung an: Statik Komfort + Sicherheit Brandschutz Ästhetik Funktion Wärmeschutz (U-Wert, Wärmebrüchen, Dichtheit, Effizienz) Eigene Darstellung nach (Enerphit Planerhandbuch, Seite, 183) 1.5 Denkmalschutz Der Begriff „Denkmal“ umfasst ein weites Spektrum von Gebäuden und Plätzen welche von der steinzeitlichen Ausgrabungen bis zum Wohnbau der klassischen Moderne reichen können. Die Erhaltung der Bausubstanz von Denkmal geschützten Gebäuden ist sowohl aus kultureller als auch aus wirtschaftlicher Sicht von großer Bedeutung da die Erhaltung dieser Gebäude unsere Geschichte und Identität widerspiegelt. Ziel des Denkmalschutzes ist nicht nur die Erhaltung Denkmälern sondern auch es mit Leben zu erfüllen. Die zuständige Behörde in Österreich ist das Bundesdenkmalamt (BDA), welches nach den Bestimmungen des Denkmalschutzgesetzes vorgeht. An erster Stelle steht beim Denkmalschutz die Bewahrung der Substanz des Denkmals als Zeugnis der Vergangenheit. Ist eine Änderung der Bausubstanz vorgesehen muss dies mit dem BDA abgestimmt werden. Die Bauordnung und der Denkmalschutzrecht sind zwei voneinander unabhängige weshalb im Fall einer geplanten Veränderung eines Denkmals sowohl eine Bewilligung der Baubehörde als auch eine Bewilligung des BDA nötig ist. Grundsätzlich sind Veränderungen auch bei denkmalgeschützten Gebäude möglich da auch der Denkmalschutz an der sinnvollen Nutzung von Denkmälern interessiert ist und deswegen Eigentümern von Denkmälern dabei Hilf eine geeignete Lösung für geplante Veränderungen zu finden. So ist es zum Beispiel möglich Photovoltaikanlagen oder andere Systeme nachzurüsten solange sie das Erscheinungsbild des Gebäudes nicht beeinträchtigen. Um die Investitionskosten so gering als möglich zu halten empfielt es sich mit dem BDA rechtzeitig in Verbindung zu treten. Die Planung des Umbaus muss beim zuständigen Landeskonservatorat eingebracht werden. Für die Denkmalpflege in den Bundesländern sind die Landeskonservatorate des Bundesdenkmalamtes zuständig. (Denkmalschutz) 1.6 Passivhaus Das Prinzip des Passivhauses ist relativ einfach und simpel. Beim Passivhaus sollen unerwünschte Energieverluste minimiert werden weshalb weniger Energie benötigt wird um diese Auszugleichen. Der Name Passivhaus kommt daher, dass bereits interne und natürliche Wärmegewinne durch Personen, Geräte und Sonnenenergie ausreichen um das Gebäude „passiv“ warm zu halten. Aktive Wärmeeinträge werden kaum noch benötigt um das Gebäude auf die gewünschten Temperaturen zu bringen weshalb ein konventionelles Heizsystem oft entfallen kann. Dies bedeutet nicht das ein Passivhaus kein Heizungsystem mehr benötigt. Die Notwenigkeit nach einer zusätzlichen Wärmequelle ergibt sich bereits aus der Definition bzw. den Grenzwerten des Passivhauses welche in Tablle x zu sehen sind. Allerdings kommen in Passivhäusern kleine Wärmebereitstellungsanlagen zum Einsatz. (http://www.energieinstitut.at/?sID=4442 – Bauen und Wohnen – Passivhaus – Das Passivhaus _ Was ist ein Passivhaus) Bewertungskriterien für die Zertifizierung : Heizen Heizwärmebedarf ≤ 15 kWh/(m²a) oder alternativ: Heizlast ≤ 10 W/m² Kühlen Nutzkältebedarf ≤ 15 kWh/(m²a) Primärenergie ≤ 120 gesamter Primärenergiebedarf kWh/(m²a) Luftdichtheit Drucktestluftwechsel n50 ≤ 0,6 h-1 (Passivhaus Institut Darmstadt) Der Passivhausstandard zeichnet sich nicht nur durch geringe Energieverbräuche sondern einem gesunden Innenraumklima aus. Die hoch wärmegedämmte und wärmebrückenfreie Gebäudehülle führt zu steigenden Wand. Boden und Deckentemperaturen wodurch kalte Bereiche im Gebäude vermieden werden können welche als unangenehm empfunden werden. Ein sehr wichtiges Kriterium bei Passivhäusern ist seine dichte Gebäudehülle, welche unerwünschte Wärmeverluste im Winter bzw. Wärmeeintrage im Sommer verringert. In konventionellen Gebäuden erfolgt die Versorgung mit Frischluft durch das mehrmals tägliche Lüften durch das Öffnen der Fenster. Um trotz gesteigerter Dichtheit des Gebäudes ein angenehmes Innenraumklima zu schaffen kommt eine sogenannte Komfortlüftungsanlage zum Einsatz welche für einen kontinuierlichen Austausch der verbrauchten Raumluft mit Frischluft sorgt. Durch die eingebaute Wärmerückgewinnung können Wärmeverluste, die zum Beispiel durch die Fensterlüftung entstehen noch einmal verringert werden. Besonders (http://www.energieinstitut.at/?sID=4442 – Bauen und Wohnen – Passivhaus – Das Passivhaus _ Was ist ein Passivhaus) Niedrigstenergiegebäude Die EU fordert mit der 2010 veröffentlichten Gebäuderichtlinie (2010/31/EU), alle Mitgliedsstaaten dazu auf, bis spätestens Ende 2020 alle Neubauten auf den Energiestandard des „Nearly Zero Energy Building“ zu bringen. In der deutschen Ausführung der Gebäuderichtlinie findet man hingegen den Begriff Niedrigstenergiegebäude (nicht verwechseln mit Niedrigenergiegebäude). Bis dato existiert leider keine detaillierten und einheitlichen Rahmenbedingungen für diese Gebäudeklasse bei NichtWohngebäuden. In der EU-Richtlinie wird das Niedrigstenergiegebäude (NZEB) wie folgt definiert. „Niedrigstenergiegebäude“ ein Gebäude, das eine sehr hohe, nach Anhang I bestimmte Gesamtenergieeffizienz aufweist. Der fast bei null liegende oder sehr geringe Energiebedarf sollte zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuer- baren Quellen — einschließlich Energie aus erneuerbaren Quellen, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird — gedeckt werden; (Richtlinie 2010/31/EU des europäischen Parlaments und des Rates vom 19.Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden) 2 GEBÄUDEHÜLLE Die Gebäudehülle spielt bei der Senkung des Energiebedarfs eine wichtige Rolle. Die Effizienz eines Gebäudes kann durch eine geeignete und ordnungsgemäße Dämmung relativ einfach gesteigert werden. Die thermischen Wärmeverluste über die Gebäudehülle setzten sich im Wesentlichen aus 3 verschiedenen Verlustquellen zusammen, den Transmissionswärmeverlusten, den Lüftungswärmeverlusten und Wärmebrückenverlusten. Umso besser die Gebäudehülle umso weniger Heiz-/Kühlenergie wird benötigt um es auf den gewünschten Zustand zu halten. Die Qualität der Gebäudehülle nimmt somit einen entscheidenden Einfluss auf die Kühl-/Heizkosten. (selbst) Der Heizwärmebedarf eines Gebäudes wird von den thermischen Verlusten (Transmissions-, Lüftungs-, und Wärmebrückenverlusten) und den Gewinnen (solare und interne Gewinne) bestimmt. (blümel) 2.1 Luftdichte Gebäudehülle Im Zug von immer schärfer werdenden Anforderungen an die Gebäudehülle kommt der Luftdichtheit eine große Bedeutung zu. Bei Neubau oder Sanierungen sollte deshalb besonders Acht auf eine ordnungsgemäße Abdichtung der Gebäudehülle gelegt werden. Durch die Vermeidung von Undichtheiten der Gebäudehülle können nicht nur ungewollte Luftströme bzw. Zugluft vermieden sondern auch die Gefahr von Bauschäden kann minimiert werden da feuchte Luft aus den Innenräumen nicht mehr so einfach in die Konstruktion eindringen kann wo es unter Umständen im Winter zum Tauwasserausfall kommen kann. Als typisches Beispiel kann das Ausschäumen der Fuge zwischen Fenster und Mauer genannt werden. Das Ausschäumen der Fuge ist nicht zulässig weshalb die Baustoffindustrie auch entsprechende Materialien anbietet. Ein dichter Anschluss ist zum Beispiel mit einer Folie oder dichtes „Einputzen“ mit plastoelastischer Verfugung herstellbar. Üblicherweise befindet sich die luftdichte Ebene im Neubau an der Gebäudeinnenseite. Im Altbau hingegen kann es auch nötig sein die Luftdichte Ebene auf der außen liegenden Seite des Gebäudes vor Anbringung der Wärmedämmung zu platzieren und um die Fenster dort einzubinden. Mit dem sogenannten Blowerdoor-Test werden Leckagen in der Gebäudehülle festgestellt. Hierzu wird im Gebäude ein Unterdruck von ca. 50 Pa erzeugt. Die bei der Messung verwendeten Prüfdrucke von 10 bis 60 Pascal entsprechen dem Staudruck auf der Luv-Seite des Hauses bei Windgeschwindigkeiten zwischen 4 und 10 m/s (bzw. 15 bis 35 km/h), also durchaus "normal" starkem Wind. Diese Druckdifferenz ist ausreichend, um relevante Leckagestellen in der luftdichten Ebene mit Messgeräten aufzuspüren. Dieselbe Luftmenge, die durch den Ventilator strömt, muss auch durch die Leckagen der Luftdichtheitsebene des Gebäudes strömen. Diese Luftmenge (als V50 bezeichnet) dient als Basis für die weiteren standardisierten Kennzahlen. Ein Passivhaus hat einen n 50-Wert von höchstens 0,6/h (=0,6 pro Stunde) Ein Gebäude mit einer kontrollierten Wohnraumlüftung sollte generell nicht über 1,0/h liegen. Zur Durchführung der Messung wird ein elektrisch betriebenes Gebläse in den Rahmen einer geöffneten Außentür oder eines geöffneten Fensters eingespannt. Mit dem Gebläse wird Unterdruckbzw. Überdruck im Gebäude erzeugt. Es wird die Luftmenge bestimmt, die bei verschiedenen Druckdifferenzen zwischen innen und außen durch die Leckagen der Gebäudehülle strömt. (31_endbericht_Altbausanierung_mit_Passivhauspraxis_guschlbauer) Mindestanforderung klima:aktiv Wohngebaude Sanierung : n50 ≤ 2,0 h-1. Fur einen Luftdichtheitswert n50 von 2,0 h-1 werden 15 Punkte vergeben. Die Maximalpunktzahl von 30 wird fur n50-Werte von ≤ 1,0 h-1 vergeben. Die Punktzahl fur n50-Werte zwischen 2,0 und 1,0 wird durch lineare Interpolation bestimmt. (erlaeuterung_huelle_luftdicht) Luft- und Winddichte 12.2.1 Beim Neubau muss die Gebäudehülle luft- und winddicht ausgeführt sein, wobei die Luftwechselrate n50 – gemessen bei 50 Pascal Druckdifferenz zwischen innen und außen, gemittelt über Unter- und Überdruck und bei geschlossenen Ab- und Zuluftöffnungen (Verfahren A) – den Wert 3 pro Stunde nicht überschreiten darf. Wird eine mechanisch betriebene Lüftungsanlage mit oder ohne Wärmerückgewinnung eingebaut, darf die Luftwechselrate n 50 den Wert 1,5 pro Stunde nicht überschreiten. Bei Wohngebäude mit einer Brutto-Grundfläche von nicht mehr als 400 m²-, Doppel- bzw. Reihenhäusern ist dieser Wert für jedes Haus, bei Wohngebäude mit einer Brutto-Grundfläche von mehr als 400 m² für jede Wohnung bzw. Wohneinheit einzuhalten. Ein Mitteln der einzelnen Wohnungen bzw. Wohneinheiten ist nicht zulässig. Der Wert ist auch für Treppenhäuser, die innerhalb der konditionierten Gebäudehülle liegen, inklusive der von diesen erschlossenen Wohnungen einzuhalten. Bei NichtWohngebäuden der Gebäudekategorien 1 bis 12 gemäß Punkt 3.1.2 bezieht sich die Anforderung auf jeden Brandabschnitt. (OIB RL 6) 2.2 Dämmung des Daches bzw. obersten Geschossdecke 2.3 Kellerwände und erdberührte Bauteile 2.4 Fußbodendämmung gegen unbeheizte Kellerräume 2.5 Außenwanddämmung 2.6 Fenster und Rahmen 3 GEBÄUDETECHNIK 3.1 Richtig Heizen 3.2 Auswahl des Energieträgers 3.3 Wärmeabgabesysteme 3.4 Effizientes Lüften 3.5 Die Warmwasserbereitung 3.6 Licht und Schatten 4 ENERGIE SPAREN OHNE UMBAU 4.1 Effiziente Geräte 4.2 Regelung und Nutzerverhalten 5 ENERGIE BEREITSTELLEN 5.1 Windkraft 5.2 Das eigene Kraftwerk (KWK) 5.3 Energie aus der Sonne Solaranlagen PV Anlagen 5.4 Innovative Systeme 6 ENERGIE SPEICHERN 6.1 Stromspeicher 6.2 Thermische Speicher 7 WEITERES 7.1 Beispiele 7.2 Zusammenfassung 7.3 Maßnahmenkatalog 7.4 Förderungen 7.5 Ausblick und Empfehlungen 8 ENERGETISCHE SANIERUNGSMAßNAHMEN FÜR NWG 8.1 GEBÄUDEHÜLLE Die Gebäudehülle spielt bei der Senkung des Energiebedarfs eine wichtige Rolle. Die Effizienz eines Gebäudes kann durch eine geeignete und ordnungsgemäße Dämmung relativ einfach gesteigert werden. Die thermischen Wärmeverluste über die Gebäudehülle setzten sich im Wesentlichen aus 3 verschiedenen Verlustquellen zusammen, den Transmissionswärmeverlusten, den Lüftungswärmeverlusten und Wärmebrückenverlusten. Umso besser die Gebäudehülle umso weniger Heiz-/Kühlenergie wird benötigt um es auf den gewünschten Zustand zu halten. Die Qualität der Gebäudehülle nimmt somit einen entscheidenden Einfluss auf die Kühl-/Heizkosten. (selbst) Der Heizwärmebedarf eines Gebäudes wird von den thermischen Verlusten (Transmissions-, Lüftungs-, und Wärmebrückenverlusten) und den Gewinnen (solare und interne Gewinne) bestimmt. (blümel) Transmissionswärmeverluste Unter den Transmissionswärmeverlusten sind Verluste zu verstehen die infolge der Wärmeleitfähigkeit der Gebäudehülle auftreten. Diese Wärmeverluste können sowohl bei opaken Bauteilen wie Decken und Wänden aber auch bei transparenten Bauteilen wie Fenster oder Kuppeln auftreten. Umso besser die Wärmedämmung umso geringer sind die Transmissionswärmeverluste. Jedoch kann auch eine sehr gute Dämmung Wärmeverluste nicht vollkommen verhindern. φ 𝑇,𝑖 = (𝐻𝑇,𝑖𝑒 + 𝐻𝑇,𝑖𝑢𝑒 + 𝐻𝑇,𝑖𝑔 + 𝐻𝑇,𝑖𝑗 ) ∙ (𝜗𝑖𝑛𝑡,𝑖 − 𝜗𝑒 ) ΦT,i HT,ie HT,iue HT,ig HT,ij ϑint,i ϑe Norm-Transmissionswärmeverluste [W] Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem Raum und der Außenluft über einem beheizten Raum [W/K] Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem Raum und der Außenluft über einem unbeheizten Raum [W/K] Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem Raum und dem Erdreich [W/K] Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem Raum und einem beheizten Raum mit anderem Temperaturniveau Norm-Innentemperatur [°C] Norm-Außentemperatur [°C] H 𝑇,𝑖𝑒 = ∑ 𝐴𝑘 ∙ 𝑈𝑘 ∙ 𝑒𝑘 + ∑ ψ𝑖 ∙ 𝑙𝑖 ∙ 𝑒𝑖 𝑘 HT,ie Ak Uk ek ψi li ei 𝑖 Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem Raum und der Außenluft über einem beheizten Raum [W/K] Fläche eines Bauteils k [m²] Wärmedurchgangskoeffizient eines Bauteils k [W/m²K] witterungsbedingter Korrekturfaktor linearer Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke i [W/mK] Länge der linearen Wärmebrücke [m] witterungsbedingte Korrekturfaktor (Erstes rechtsicheres Nachweisverfahren HDZ) Lüftungswärmverluste Um immer eine gute und gleichbleibende Raumluftqualität im Gebäude zu garantieren ist es nötig verbrauchte Luft periodisch abzuführen und frische Luft zuzuführen. Durch das Lüften per Fenster kann dies ermöglicht werden jedoch geht dadurch immer auch immer Raumwärme verloren. Weitere Lüftungsverluste können durch ungewollte Schwachstellen in der Gebäudehülle (Infiltration) hervor gerufen werden welche nicht kontrolliert werden können. Norm Lüftungsverluste 𝛷𝑉.𝑖 = H𝑉,𝑖 ∙ (𝜗𝑖𝑛𝑡,𝑖 − 𝜗𝑒 ) ΦV, i HV,i ϑint,i ϑe Norm-Lüftungswärmeverluste [W] Norm-Lüftungswärmeverlust-Koeffizient Norm-Innentemperatur [°C] Norm-Außentemperatur [°C] Der Norm Lüftungswärmeverlust-Koeffizient errechnet sich dabei wie folgt: H𝑉,𝑖 = V̇𝑖 ∙ 𝜌 ∙ 𝑐𝑃 HV,i V̇𝑖 Ρ cP Norm-Lüftungswärmeverlust-Koeffizient [W/K] Lüftungsvolumenstrom [m3/s] Dichte der Luft [kg/m3] spezifische Wärmekapazität der Luft [kg/m3] Der Zuluftvolumenstrom bildet sich bei natürlich belüfteten Räumen aus dem Infiltrationsluftwechsel und dem hygienischen Luftwechsel welcher, für unterschiedliche Nutzungen, aus der ÖNORM H7500 entnommen werden kann. Wärmebrücken Obwohl der U-Wert eine tragende Rolle bei der Klassifizierung von Dämmeigenschaften spielt, sind die Wärmedämmeigenschaften auch von der Ausbildung von Anschlussbereichen abhängig. Eine Wärmebrücke ist eine Fläche oder Punkt an der Gebäudehülle an der, gegenüber der benachbarten Bauteile, mehr Transmissionswärmeverluste auftreten. Vereinfacht kann zusammengefasst werden das Wärmebrücken Bauteile oder Zonen sind an denen Wärme schneller bzw. stärker fließt als an den angrenzenden Bauteilen/Zonen. Fließt die Wärme zu schnell von innen nach außen kann es zu einer Unterschreitung der Taupunkttemperatur und deswegen zu ungewollter Tauwasserbildung kommen. Näheres wird jedoch im Kapitel Feuchteschutz näher behandelt. Wärmebrücken können aufgrund unterschiedlicher Ursachen entstehen und können deshalb auch unterschiedliche Formen aufweisen. Grundsätzlich wird zwischen materialbedingten, konstruktiven und geometrischen Wärmebrücken unterschieden: Materialbedingte Wärmebrücke: Eine Wärmebrücke kann durch das verwendete Material hervorgerufen werden. Umso besser die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist umso besser kann es Wärme leiten bzw. im Fall eines Gebäude geht Wärme schneller durch den Bauteil verloren als durch angrenzende Bauteile mit anderen Materialien. Konstruktive Wärmebrücke: Diese Art der Wärmebrücke wird durch eine Schwächung der wärmeübertragenden Gebäudehülle hervor gerufen. Dies kann entstehen durch Löcher und Schlitze für Installationen, Fenster, Stützen, Rollladenkästen, Heizkörperausnehmungen aber auch durch den Balkonanschluss, Auflager der Bodenplatte usw.. Weiters gibt es noch Lüftungsbedingte Wärmebrücken die durch Gebäudeundichtheiten hervorgerufen werden und somit auch auf konstruktive Mängel zurückzuführen sind. Geometrisch bedingte Wärmebrücken: Diese Form der Wärmebrücke tritt unter anderem an Gebäudeecken oder ähnlichen Konstruktionen auf an denen die wärmeaufnehmende Seite (Raum) kleiner ist als die wärmeabgebende Seite (Umwelt) Abbildung 8.1 zeigt typische Stellen eines Gebäudes an denen vermehrt unerwünschte Wärmebrücken auftreten. Bei bestehenden Gebäuden können Wärmebrücken leicht mittels Gebäudethermografie ausgeforscht und veranschaulicht werden. Wärmebrücken können aber auch vermieden werden indem bereits bei der Planung verstärkt Rücksicht genommen und sachgemäße ausführt wird. Die ÖNORM B 8110-1 verweist deshalb auf Korrekturkoeffizienten um Wärmebrücken in der Energiebilanz zu berücksichtigen, welche entweder gemäß ÖNORM EN ISO 10211-1 (oder ÖNORM B 8110-6 kap. 5.3) berechnet oder aus Wärmebrückenkatalogen entnommen werden können. (ÖNorm) Da die genaue Berechnung von vielen Parametern abhängig und dementsprechend aufwendig zu berechnen ist, werden in der Praxis Wärmebrücken mittels Koeffizienten berücksichtigt. Bei Passivhäusern muss die Ausbildung von Bauteilverbindungen, Durchbrüchen oder ähnlichem bei der Planung und Ausführung besonders berücksichtigt werde. Über die OIB Richtlinie 6 hinaus existieren noch weitere Kriterien die bei Sonderförderungen nachweislich erfüllt werden müssen um diese zu erhalten (Siehe Passivhauskriterienkatalog Kap A 1.4b). Für Passivhäuser sind Leitwertzuschläge laut ÖNORM B 8110-6 (Kapitel 5.2.4 und 5.2.5) zu ermitteln. Eine linienförmige Wärmebrücke mit einem ψa Wert kleiner der gleich 0,01W/mK kann als annähernd wärmebrückenfrei betrachtet werden und muss in der Energiebilanz nicht berücksichtigt werden. (Wärmebrückenkat_Passivhaus%2 Wienerberger) Abbildung 8.1: Auftritt von Wärmebrücken an verschiedensten (http://www.bauuntersuchungen.de/gebaeudethermografie/waermebruecken.html) Bauteilen Wärmebrücken können aber auch laut ÖNORM H7500 über pauschale Zuschläge berücksichtigt werden. Ohne eine bauseitige Berücksichtigung von Wärmebrücken beträgt der pauschale Zuschlag 0,1 W/m²K und mit bauseitiger Berücksichtigung kann dieser Wert auf 0,05W/m²K reduziert werden. (ERNV HDZ) Feuchteschutz Um zu überprüfen ob sich Tauwasser im inneren eines Bauteils bildet kann das Verfahren laut ÖNORM B 8110-2 herangezogen werden. Hierzu sind zunächst Randbedingungen der Berechnung festzulegen. Zuerst werden jene Innen und Außentemperaturen (Tabelle 2 und Punkt 6.1a) bestimmt bei der die höchste Wasserdampf-Teildruck-Differenz herrscht festgelegt und anschließend werden die Temperaturen der Grenzflächen bestimmt die der Wärmestrom durchdringt (gemäß 8.1.1 zu ermitteln, daraus kann gemäß 8.1.2 mit Hilfe der ÖNORM EN ISO 13788:2002, Formeln (E.7) und (E.8)). Nun ist es möglich den Verlauf des Wasserdampfsättigungsdrucks zu bestimmen und grafisch darzustellen. Auf der Abszisse werden die Werte für die diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke sd für jede Bauteilschichte und auf der Ordinate die Wasserdampfteil- und Sättigungsdrücke aufgetragen. Die Berechnung des Wasserdampf-Teildruckes an den Grenzflächen erfolgt gemäß 8.1.3 der ONORM B 8110-2. Da der WasserdampfTeildruck an keiner Stelle größer sein darf als der Wasserdampf-Sättigungsdruck gilt: pm > psat Ist pm kleiner oder gleich psat so kann es zu einem Tauwasserausfall kommen. (Seite 19 ÖNORM B 8110-2) Die Temperatur an der Bauteiloberfläche können unter Verwendung von Formel x.x und Formel x.x bestimmt werden. (formel 12,13) 𝜃𝑠,𝑒 = 𝜃𝑒 + 𝑅𝑠,𝑒 ∙ 𝑈 ∙ (𝜃𝑖 − 𝜃𝑒 ) 𝜃𝑠,𝑖 = 𝜃𝑖 + 𝑅𝑠,𝑖 ∙ 𝑈 ∙ (𝜃𝑖 − 𝜃𝑒 ) 𝜃𝑖 ......tabelle 2 Die Temperaturen an den Grenzflächen T1,T2... die im Wärmestrom hintereinander liegen Bauteilschichten sind gemäß Formel x.x für die gleichen Außenlufttemperaturen zu bestimmen. 𝜃𝑚 = 𝜃𝑖 − (𝜃𝑖 − 𝜃𝑒 ) + 𝑈 ∙ (𝑅𝑠,𝑖 − ∑𝑚 𝑗=1 𝑅𝑡,𝑗 ) (14) 𝜃𝑚 Temperatur nach der n-ten Bauteilschicht 𝑑𝑗 𝑅𝑡,𝑗 = 𝜆 Wärmedurchlasswiderstand der j-ten Bauteilschichte (m2K/W) 𝑗 Da nun die Temperaturen im Bauteil bestimmt werden können, ist es möglich den Wasserdampfsättigungsdruck gemäß ÖNORM EN ISO 13788:2002 unter Verwendund von Formel x.x und x.x zu ermitteln und in Abbildung (e7-e8) 17,269∙𝜃 𝑝𝑠𝑎𝑡 = 610,5 ⋅ 𝑒 237,3+𝜃 (Pa) wenn θ≥0°C 𝑝𝑠𝑎𝑡 = 610,5 ⋅ 𝑒 (Pa) wenn θ<0°C 21,875∙𝜃 265,5+𝜃 Abbildung 8.2: Darstellung des Wasserdampfdruck-Verlaufs in einem dreischichtigen Bauteil (B8110-2 S20) Um den Wasserdampf-Teildruck pm an den Grenzflächen der im Wärmestrom hintereinander liegenden Bauteilschichten zu bestimmen kann Formel x.x verwendet werden. (15) ∑𝑚 𝑠𝑑,𝑗 𝑝𝑚 = 𝑝𝑖 − (𝑝𝑖 − 𝑝𝑒 ) ∙ ∑𝑗=1 𝑛 𝑠 𝑗=1 𝑑,𝑗 (Pa) 𝑝𝑖 Wasserdampf-Teildruck in der Innenluft in Pa 𝑝𝑒 Wasserdampf-Teildruck in der Außenluft in Pa 𝑝𝑚 Dampfdruck nach der m-ten Bauteilschichte einschließlich der betrachteten Schicht 𝑛 Anzahl aller Bauteilschichten des Bauteils 𝑚 Anzahl der Bauteilschichten einschliwßlich der betrachteten Schicht 𝑠𝑑,𝑗 = 𝜇𝑖 ∙ 𝑑𝑗 (m) (15a) sd,j μj dj Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke der j-ten Bauteilschicht (m) Diffusionswiderstandszahl der j-ten Bauteilschicht Dicke der j-ten Bauteilschicht (m) Anschließend kann berechnet werden welche Menge an Tauwasser sich im Inneren voraussichtlich ausbilden wird. 8.2 DÄMMSTOFFE Wie bereits im Kapitel Gebäudebestand erwähnt ist der Energiebedarf eines bestehenden Gebäudes im Vergleich zum Neubau um ein Vielfaches höher. Um den Energiebedarf möglichst zu minimieren wird neben der Erneuerung der Haustechnik auch eine Verbesserung der Wärmedämmung der Gebäudehülle angestrebt. Bei der Wahl einer geeigneten Dämmung ist besonders im Bestand darauf zu achten, dass das richtige Dämmsystem zum Einsatz kommt wobei die Auswahl unter Berücksichtigung des gesamten Gebäudesystems erfolgt. Neben der Senkung des Energiebedarfs und den damit verbundenen CO2 Emissionen erfolgt auch eine Steigerung des Komforts durch höhere Oberflächentemperaturen. Besonders problematisch kann sich die Sanierung des denkmalgeschützten Gebäudebestandes erweisen. Die Verringerung des Energieverbrauchs soll dabei unter Bewahrung des historischen Erscheinungsbildes erfolgen. (Annex 8.5 S3) Grundsätzlich kann die Wärmedämmung, neben diversen anderen Unterscheidungsmerkmalen, in opake und transparente Wärmedämmung eingeteilt werden. Betrachtet man Abbildung 8.3 so ist zu erkennen, dass eine transparente Wärmedämmung energetische Vorteile im Winter aufweist. Die transparente Wärmedämmung weist neben guten Wärmeschutzeigenschaften auch die Eigenschaft auf, solare Wärmegewinne besser nutzen zu können. Hauptaufgabe der Dämmung ist unbestritten die Verbesserung der Gebäudehülle durch die Verringerung von Wärmeverlusten, obwohl auch andere Eigenschaften (je nach Einsatzgebiet) wie zum Beispiel die Belastbarkeit hinsichtlich physikalischer und mechanischer Einwirkungen berücksichtigt werden müssen. (Kleser, 2003 tsda). Abbildung 8.3: Darstellung des Funktionsprinzips von opaken und transparenten Wärmedämmungen (DA Schneemann) Opake Wärmedämmung Durch den Einsatz ökologischer Baustoffe kann im Vergleich zu synthetisch hergestellten Baumaterialien die Naturbelastung deutlich verringert werden. Naturbaustoffe, werden zur Wärmedämmung oder der Ausgestaltung von Innenräumen verwendet. Besonders erwähnenswert sind Baustoffe wie Lehm, Hanf, Schilf, Holz, Flachs, Zellulose und Wolle. Die Anzahl an Dämmmaterialien hat in den letzten Jahren stark zugenommen wobei der Trend zu ökologischen Dämmstoffen geht. (SanierungKaernten_2010 S18) Hanf, Flachs und Schafwolle eignen sich besonders zur Zwischenspardämmung im Dachbereich bzw. zur Füllung von Holzbauwänden. Diese Dämmstoffe sind als Platten, Matten, Filze oder Stopfwolle erhältlich. Ein weiterer verbreiteter sind Mineralschaumplatten welche aus rein mineralischen Rohstoffen wie Quarzmehl oder Zement. Durch ihre diffusionsoffenen Eigenschaften kann Wasserdampf die Platten fast ungehindert.Zellulose besteht aus Altpapierflocken und wird zum Füllen von Hohlräumen verwendet. Das Material kann dabei einfach in die Konstruktion eingeblasen werden. Zellulose ist relativ preisgünstig jedoch muss bei der Verarbeitung gut auf die richtige Verteilung der Flocken in der Konstruktion geachten werden. (SanierungKaernten_2010 S18) Abbildung 8.4: Abbildung unterschiedlicher ökologischer Dämmstoffe (SanierungKaernten_2010 S18) 1.1.2.1 Außenwanddämmung Die äußere Dämmung der Gebäudehülle ist die gängigste Methode zur Steigerung der Qualität der thermischen Gebäudehülle. Seit Beginn der Siebzigerjahre kommen verstärkt unterschiedliche Dämmsysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz. Die Wahl eines geeigneten Systems erfolgt unter Berücksichtigung des vorhandenen Materials und dessen Zustand, der Nutzung, des Klimas und der Beanspruchung. Im folgenden Kapitel wird ein Überblick über die häufig verwendeten Dämmsysteme aufgezeigt. (Annex 8.5 S4) 1.1.2.2 Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) Seit etwa 1970 kommen WDV-Systeme zum Einsatz. Bei dieser Art der Dämmung werden verschiedene aufeinander angestimmte Materialien miteinander verbunden auf die bestehende Mauer aufgebracht (siehe Abbildung 8.5). Je nach Aufbau sind unterschiedlich viele Schichten zur Herstellung des WDVS notwendig. Das System besteht jedoch mindestens aus 3 Schichten. Hierzu zählen eine Wärmedämmschicht, eine Armierungsschicht und eine Schlussbeschichtung wobei die beiden letzten Schichten gemeinsam den Wetterschutz bilden. Ein Nachteil dieses Systems die Entsorgung da sich die Wiederverwertung aufgrund von schwer trennbaren Materialen schwierig gestalten kann. Ein Vorteil des Systems liegt in den relativ niedrigen Kosten. Als Richtwert für die Kosten können rund 6080€/m² Dämmfläche für eine derzeit übliche Schichtdicke von rund 12cm angenommen werden. (Annex 8.5 S4) Abbildung 8.5: Prinzipieller Aufbau eines Wärmedämmverbundsystems (Annex 8.5 S4) Wichtig bei WDVS ist, dass nicht einzelne Komponenten gekauft werden sondern ein aufeinander abgestimmtes System. Wird Feuchtigkeit im Mauerwerk festge- stellt muss vor dem Anbringen der Dämmung die Mauer trocken gelegt werden um weitere Bauschäden zu verhindern. (SanierungKaernten_2010 S19) 1.1.2.3 Vorgehängte hinterlüftete Fassade (VHF) Hinterlüftete Fassaden werden als Witterungsschutz oder auch zur Aufwertung der Fassade eingesetzt. (SanierungKaernten_2010 S20) Moderne Systeme verwenden witterungsbeständige Materialien wie, Metall, Holz, Glas, Faserzement oder weitere geeignete Stoffe. Der mögliche Aufbau der vorgehängten hinterlüfteten Fassade ist in Abbildung 8.6 ersichtlich. Die Hauptlast der Dämmung wird über das Trageprofil, welches mit der Außenwand verschraubt ist, abgeleitet. (Annex 8.5 S4) Der Dämmstoff selbst wird zwischen Holzlatten abgebracht. Durch die dadurch leicht verschlechterte Wärmedämmung werden Schichtdicken der Dämmung von mind. 12cm empfohlen. Abschließend wird im Abstand von wenigen Zentimeter zur Dämmung die Verkleidung angebracht. Dadurch ist eine Zirkulation der Luft und somit der Abtransport von Feuchtigkeit gewährleistet. (SanierungKaernten_2010 S20) Abbildung 8.6: Schematischer Aufbau einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade . (Annex 8.5 S4) Ein Vorteil dieses Systems liegt in der flexiblen Montagezeit. Während beispielweise WDV-Systeme oft nur in bestimmten Zeiten aufgebraucht werden können, können vorgefertigte Fassadenelemente ganzjährig aufgebraucht werden da keine Abbindezeiten und Mindesttemperaturen für die Verarbeitung eingehalten werden müssen. Ein weiterer Vorteil dieser Dämmvariante ist die sehr gute Dämmwirkung und die Diffusionsoffenheit aufgrund der Hinterlüftung. Darüber hinaus können diese Systeme bei entsprechender Materialauswahl auch für Hochhäuser eingesetzt werden. (Annex 8.5 S4) Grenzen für dieses System können einerseits durch den Denkmal- oder Brandschutz entstehen. Ein weiterer Nachteil entsteht aufgrund von teilweise relativ umfangreichen und aufwändigen Detaillösungen die für kleinere Bauten zu unwirtschaftlich sind. Die Kosten liegen bei einer Schichtaufbau von rund 20cm zwischen 150 bis 170€/m² und sind somit in etwa doppelt so teure wie konventionelle WDVS. (Annex 8.5 S4) 1.1.2.4 Wärmedämmputzsysteme Wärmedämmputzsysteme bestehen aus diversen Putzschichten. Die oberste Putzschicht dient als Schutz der Fassade vor Witterungseinflüssen. Um eine angemessene Dämmwirkung und somit eine geringere Wärmeleitfähigkeit des Putzes zu erreichen wird der Putz mit porösen Leichtzuschlägen vermischt. Als Mischstoffe werden mineralische Stoffe wie Perlite, Blähbeton oder ähnliches beigemengt bzw. können auch organische Zuschläge wie Polystyrol-Hartschaumkügelchen verwendet werden. Einen möglichen Aufbau von Wärmedämmputz ist der Abbildung 8.7 zu entnehmen. Der Vorteil dieses Wärmedämmsystems liegt in der breiten Anwendungspalette. Das System kann überall dort angewendet werden wo auch herkömmlicher Putz eingesetzt werden kann. Als Einsatzgebiete sind beispielweise der Fachwerkbau bzw. denkmalgeschützte Fassaden zu nennen. (Annex 8.5 S4) Abbildung 8.7: Schematischer Aufbau eines Wärmedämmputzsystems (Annex 8.5 S4) Größter Nachteil des Wärmedämmputzes ist die nur mittlere Dämmwirkung. Der Auftrag erfolgt meist maschinell und wird ca. 2-6cm dick auf die bestehende Außenmauer aufgebracht wobei die Kosten zwischen 60 und 100€/m² liegen. (Annex 8.5 S4) Transparente Wärmedämmung Durch den Einsatz von transparenten Dämmsystemen (siehe Abbildung 8.8) wird die Solarenergie zur Senkung des HWB eingesetzt. Das Mauerwerk hinter der Dämmung wird durch das Sonnenlicht erwärmt und leitet diese Wärme schließlich an den Innenraum weiter. Das transparente Dämmmaterial besteht meist aus einer wabenförmigen Kunststoffschicht. Üblicherweise werden Systemdicken zwischen 10 und 15cm eingesetzt. Um eine Überhitzung des Gebäudes im Sommer zu vermeiden sind die Waben horizontal angeordnet. Durch die horizontale Anordnung der Waben kann im Winter die tiefstehende Sonnenenergie genutzt und der Eintrag von Sonnenenergie durch die höher stehende Sommersonne verhindert werden. Als Erweiterung dieses Systems gibt es die Möglichkeit eine zusätzliche regulierbare Verschattung zu integrieren wodurch ein ungewollter Wärmeeintrag im Sommer weiter verringert werden kann. (Annex 8.5 S4) Abbildung 8.8: Schematischer Aufbau einer transparenten Wärmedämmung (Annex 8.5 S4) Wesentliche Nachteile des Systems sind der relative hohe Anschaffungspreis von 150 bis 190€/m² sowie der starke Eingriff in das Erscheinungsbild des Gebäudes weshalb es bei Denkmalgeschützen Bauten oft nicht zum Einsatz kommt. (Annex 8.5 S4) 1.1.2.5 Kerndämmung Häufig sind im Gebäudebestand zweischalige Mauerwerkkonstruktionen vorzufinden. Um eine Verbesserung der Dämmwirkung zu erreichen wird die Luftschicht zwischen der Konstruktion mit Dämmmaterial aufgefüllt. Wichtig ist dabei eine möglichst durchgehende Luftschicht mit einer Dicke von mindestens 5cm. Um herauszufinden ob eine Kerndämmung zum Einsatz kommen kann wird die Wand mittels Probebohrungen und Endoskop genauer untersucht. In der Regel werden mehrere kleinere Bohrungen gemacht um beispielweise Mineralfaserflocken oder PerlitGranulate einzublasen. Abbildung x.x zeigt den schemenhaften Aufbau. (Annex 8.5 S4) Abbildung 8.9: Schematischer Aufbau einer Kerndämmung (Annex 8.5 S4) Da sich die Eigenschaften des Feuchtetransportes in der Mauer ändern ist unbedingt eine Fachfirma mit der Dämmung zu beauftragen um Feuchteschäden zu verhindern. Darüber hinaus ist die gute Eignung bei der Sanierung von denkmalgeschützten Bauten zu erwähnen da durch das Einblasen des Dämmmaterials keine äußerliche Veränderung an der Fassade vorgenommen wird. Die Kosten sind mit einem Richtwert von 10 bis 15€/m² als gering einzustufen. (Annex 8.5 S4) 1.1.2.6 Dämmen mit Licht – Die Gab Solarwabe Die Firma Gab-Solution, die unter anderem auch einen Firmensitz in Österreich hat, entwickelt verschiedene Fassadensysteme um die Energieeffizienz eines Gebäudes zu erhöhen. Die Integration dieser Systeme erfordert ein Zusammenspiel aller Komponenten im Gebäude. Die Vorteile der Produkte liegen im einfachen Aufbau, Funktionalität, Komfort, Verwertung und in der dezentralen Platzierungsmöglichkeiten der Systeme. Auf diese Weise kann das System möglichst nahe beim Verbraucher situiert werden wobei Verluste verringert werden können. Die ISO:Solution besteht aus einer Solarwabe aus Zellulose die durch eine hinterlüftete Verglasung verdeckt wird wodurch die Wabe gegen Witterungseinflüsse geschützt wird. Im Winter wenn die Sonne etwas flacher am Himmel steht kann Sonnenlicht in die Waben eindringen und erwärmen diese. Dieser Vorgang ist grafisch in Abbildung 8.10 dargestellt. Dadurch entsteht eine Warme Zone an der Außenwand des Gebäudes. Durch den geringeren Temperaturunterschied zwischen Innenraum und Außenklima verringern sich auch die Wärmeverluste. Im Sommer hingegen verschattet sich die Wabe durch den hohen Sonnenstand und erwärmt sich somit nicht so stark. Die vorgefertigten und individuell gestaltbaren Systeme. www.gap-solution.at/produkte.html Abbildung 8.10: Darstellung des Funktionsprinzips der Gab Solar-Wabe Broschüre_gap-ISOsolution_120127 Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Abteilung Materialforschung und angewandte Optik hat im Rahmen einer Untersuchung den Temperaturabhängigen U-Wert von 0,55W/m2K (Außentemperatur 10°C) ermittelt. In Abbildung 8.11 ist der U-Wert in Abhängigkeit von der Probenmitteltemperatur aufgetragen. Gut zu erkennen ist das je kleiner die Probenmitteltemperatur umso besser ist der U-Wert der Solarwabe. Abbildung 8.11: Verlauf des Wärmedämmkoeffizienten der Gab Solar-Wabe in Abhängigkeit von der Probenmitteltemperatur Pruefbericht_gap-Fassade_thermisches_Verhalten_2009_03 nur ISO-Solution 1.1.2.7 Vakuumisolationspaneel (VIP) Vakuumisolationsplatten zeichnen sich durch den sehr dünnen Aufbau im Gegensatz zu herkömmlichen Isolationen mit vergleichbarer Wärmedämmwirkung aus. Die Dicke kann dabei bis zu 90% geringer ausfallen als bei einer gleichwertigen konventionellen Dämmung wodurch es eine platzsparende Alternative bietet. Eine 2cm dicke Vakuumdämmplatte mit der Wärmeleitfähigkeit von 0,004W/m K bietet vergleichsweise den gleichen Wärmeschutz wie eine 20cm dicke Polystyroldämmplatte. Der Aufbau der Vakuumplatten ist recht einfach. Ausgangsmaterial ist ein poröses Kernmaterials als Stützköper. Umgeben wird dieser Stützkörper von einer hochdichten Hülle die für die Aufrechterhaltung des Vakuums in der Platte verantwortlich ist. Vorsicht ist besonders bei der Verlegung geboten da es zu keiner Beschädigung und somit Zerstörung der Vakuumschicht kommt kann. Besonders gut geeignet sich diese Platten auch bei der Dämmung des Fußbodenbereiches da Raumhöhen nur marginal verändert werden. Eine Schutzschicht einer konventionellen Dämmung über und unter den Paneelen wird aufgrund von Wärmebrücken der Fugen und besseren Begehbarkeit empfohlen. Als etwas schwieriger gestaltet sich der Einsatz von VIPs im Wandbereich da diese nicht einfach durchbohrt werden können und weil sich Wärmebrücken stärker auswirken. Ein weitere Kritikpunkt sind die sehr hohen Kosten von rund 200 bis 250€/m². (Annex 8.5 S4) Innendämmung Innendämmungen kommen speziell bei denkmalgeschützten Gebäuden oder bei Gebäuden wo aus gestalterischen Gründen keine Außendämmung möglich ist, zum Einsatz. Probleme können hinsichtlich der Bauphysik entstehen da es zur Entstehung von Kondenswasser nach der innenliegenden Dämmschicht kommen kann. Prinzipiell werden Innendämmungen in diffusionsdicht und diffusionsoffen unterteilt. (Annex 8.5 S23) 1.1.2.8 Diffusionsdichte Innendämmung mit Dampfsperre Bei dieser Art der Dämmung wird eine Dampfsperre auf der innenliegenden Seite der Dämmung angebracht. Dadurch wird ein Widerstand für das Eindringen von Wasser geschaffen und es wird verhindert das Tauwasser ausfällt. Bei der Montage ist besonders auf eine lückenlose bzw. fehlerfreie Verlegung zu achten da es zum Beispiel bei Lücken in der Dämmschicht/Dampfsperre zu Bauschäden führt. Es sind eine Vielzahl von Produkten auf dem Markt erhältlich wobei die Varianten vom Einzelmaterial bis hin zu Verbundplatten reichen. Die Kosten einer üblichen 6-8cm Innendämmung belaufen sich auf etwa 40-60€/m² Innendämmung. (Annex 8.5 S23) Abbildung 8.12: Beispielhafter Aufbau einer diffusionsdichten Innendämmung (Annex 8.5 S23) 1.1.2.9 Diffusionsoffene Innendämmung Die diffusionsoffene Innendämmung kommt ohne Dampfsperre aus da das Dämmmaterial aus einem kapillar leitfähigen Stoff besteht. Der schematische Aufbau kann Abbildung 8.13 entnommen werden. Diese Eigenschaft ist nötig um anfallendes Kondensat aus dem Bauteil an die Bauteiloberfläche zu leiten und abzugeben. Häufig werden pflanzliche Stoffe (z.B. Lehmgemisch mit Pflanzenfasern) oder Kalziumsilikat eingesetzt. Kalziumsilikat hat den Vorteil, dass es dank seines hohen PH-Wertes schimmelresistent ist. Dadurch dass keine Dampfsperre zum Einsatz kommt wirken sich Baufehler (z.B. Durchstoßen der Dampfsperre) nicht so extrem aus. Die Kosten dieser Dämmvariante liegen in etwa bei 70-100€/m². (Annex 8.5 S24) Abbildung 8.13: Schematischer Aufbau einer diffusionsoffenen Innendämmung (Annex 8.5 S24) 8.3 DACH-, GESCHOSS- UND KELLERDECKENDÄMMUNG Neben der Dämmung der Außenwand gilt es, Wärmeverluste nach unten und oben zu minimieren. Deswegen ist es notwendig die oberste Geschossdecke bzw. das Dach sowie den Boden so gut wie möglich zu dämmen. Bedenkt man, dass diese einen hohen Flächenanteil an der gesamten thermischen Hüllfläche aufweisen so ist es nur logisch diese Flächen ebenfalls energetisch zu verbessern. Dämmen der obersten Geschossdecke bzw. Daches Wird Raum erwärmt so steigt diese aufgrund der kleiner werdenden Dichte auf und sammelt sich im oberen Bereich des Raumes an wodurch sich eigentlich ein von oben nach unten abfallendes Temperaturgefälle im Raum ergibt. Durch eine Dämmung des Daches können diese Wärmeverluste eingeschränkt werden. In der Praxis existieren viele Arten das Dach thermisch zu isolieren. Die wichtigsten Aufbauten und Dämmvarianten werden in diesem Kapitel näher erläutert. 1.1.2.10 Zwischensparrendämmung Sparren sind die tragenden Holzbalken eines Dachstuhls. Wird Raum zwischen diesen Hohlraum mit Dämmung aufgefüllt so nennt man dies Zwischensparrendämmung. Die Höhe der Sparren ist meist zu gering um angemessene Dämmstoffdicken platzieren zu können. Da die Sparren ohnehin eine Schwachstelle in der Dämmung darstellen wird meist eine weitere Dämmebene quer zu den Balken geschaffen. Dadurch können Wärmeverluste über die Holzsparren weitgehend minimiert und darüber hinaus ist es möglich Installationen in dieser Ebene zu verlegen. Der Einsatz einer Dampfsperre ist zu empfehlen da sonst Feuchtigkeit in die Dämmebene eindringen kann. Sollte das Dach bereits ausgebaut sein kann der Dämmstoff auch in die Hohlräume eingeblasen werden. Voraussetzung hierfür ist eine dichte Außen- und Innenhaut der Konstruktion. In Abbildung 8.14 ist der schematische Aufbau anhand eines Beispiels dargestellt. (SanierungKaernten_2010 S21) Abbildung 8.14: Aufbau einer Zwischensparrendämmung (SanierungKaernten_2010 S21) 1.1.2.11 Aufsparrendämmung Im Gegensatz zur Zwischensparrendämmung wird bei der Aufsparrendämmung der Dämmstoff über den Sparren angebracht (ersichtlich in Abbildung 8.15). Besonders empfehlenswert ist die Installation einer Aufsparrendämmung im Zuge einer Dacherneuerung. Um Wärmebrücken möglichst zu vermeiden muss bei der Installation auf den lückenlosen Abschluss zwischen Dach- und Außenwanddämmung geachtet werden. Als Dämmstoffe kommen meist Polyurethan; Polystyrol oder druckfeste Mineralwolle zum Einsatz. Übliche Schichtdicken für Polyurethan sind 14-20cm wobei die Schichtdicke bei der Mineralwolle erhöht werden sollte. (SanierungKaernten_2010 S21) Abbildung 8.15: Aufbau einer Aufsparrendämmung (SanierungKaernten_2010 S21) 1.1.2.12 Dämmung der obersten Geschossdecke Ist der Dachraum eines Gebäudes ungenutzt so stellt die Dämmung der obersten Geschossdecke eine einfache und Preiswerte Dämmmaßnahme dar. Als Dämmmaterialien eignen sich sowohl Mineralwolle, EPS etc.. Soll die Begehbarkeit gewährleistet bleiben, können Dämmmaterialen in 2 Schichten kreuzweise übereinander verlegt werden. Der genaue Aufbau dieser Konstruktion ist in Abbildung 8.16 zu sehen. Darüber hinaus gibt es bereits fertige druckfeste Systeme die eine begehbare Platte bereits integriert haben. (SanierungKaernten_2010 S22) Abbildung 8.16: Schematischer Aufbau einer Dämmung der obersten Geschossdecke (SanierungKaernten_2010 S22) Flachdächer Als Flachdächer werden Dächer mit einer Neigung von 10° Grad oder weniger bezeichnet. Wichtig bei der Dämmung der Flachdächer ist die Ableitung von Regenwasser und Dichtheit der Konstruktion. Prinzipiell werden Flachdächer in Bezug auf die Dämmstoffdicke wie konventionelle Dächer behandelt. Anzustreben sind Dämmstoffdicken um die 30 bis 40 cm wobei auch hier die Vermeidung von Wärmebrücken eine große Rolle spielt. (SanierungKaernten_2010 S22) Dämmung der Kellerdecke Wohn- und Arbeitsräume direkt über unbeheizten Kellern führen oft zu kalten Oberflächentemperaturen des Fußbodens. Als Folge stellen sich hohe Energieverluste, Komfortverluste und sogar Schimmelbildung ein. Durch eine Dämmung der Unterseite der Kellerdecke können diese Probleme meist beseitigt werden. Dazu werden mindestens 10cm Dämmung auf Massivdecken geklebt oder gedübelt. Die genaue Dämmstoffdicke richtet sich nach der verfügbaren Raumhöhe und verbleibenden Höhen für Türen und Fenster. Sollte die Dämmung nicht direkt aufgebracht werden können (Kellergewölbe etc.) ist eine Unterkonstruktion erforderlich. (SanierungKaernten_2010 S22) Abbildung 8.17: Beispielhafter Aufbau einer Kellerdeckendämmung (SanierungKaernten_2010 S22) 8.4 FENSTER UND VERGLASUNG Die Verglasung macht einen großen Anteil der thermischen Außenhülle eines Gebäudes aus weshalb die Qualität eine wichtige Rolle spielt. Die Qualität des Fensters hängt von 4 Faktoren ab: Verglasung Randverband Rahmen Einbausituation (SanierungKaernten_2010 S23) Die OIB Richtlinie 6 schreibt für Nicht-Wohngebäude einen U-Wert von mindestens 1,7W/m²K vor. (OIB6) Zu beachten ist jedoch das bei Fenstern zwischen 2 verschiedenen UWerten unterschieden wird. Der Wert Ug beschreibt lediglich die Dämmeigenschaften des Glases. Wichtiger ist der Wert UW da dieser Wert neben der Verglasung auch den Rahmen und den Rahmenverbund erfasst. (SanierungKaernten_2010 S23). Generell werden heutzutage fast ausschließlich Wärmeschutzverglasungen eingesetzt. Durch die ständige Weiterentwicklung finden U-Werte der Verglasung von 0,2-0,7W/m²K bereits Einsatz in Passivhäusern. Durch die erhöhte Dämmleistung steigen im Winter die Oberflächentemperaturen an der Fensterinnenseite wodurch Zugerscheinungen und kalte Oberflächentemperaturen verhindert werden können. In der folgenden Tabelle 2 ist gut zu sehen, dass sich eine Verbes- serung des U-wertes positiv auf die Oberflächentemperatur auswirkt. (SanierungKaernten_2010 S25) Tabelle 2: Auswirkungen der Verglasung auf die Oberflächentemperatur (SanierungKaernten_2010 S25) Der Randverbund trägt ebenfalss zur Dämmwirkung eines Fensters bei. Die einzelnen Fensterscheiben bei einer Mehrscheibenverglasung werden durch Abstandhalter auseinander gehalten. Diese meist aus Aluminiom gefertigen Abstandhalter werden als Randverbund bezeichnet. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Aluminium kann es im Bereich des randverbundes zu Schwachstellen kommen. Aus diesem Grund werden in den letzten Jahre auch andere Materialien mit einer schlechteren Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Kunststoff eingesetzt. (SanierungKaernten_2010 S25) Fensterrahmen bestehen aus Holz, Holz-Alu, Kunststoff oder Aluminium wobei Fensetr aus Holz aus ökologischer Sicht zu bevorzugen sind. Um die heutige Kriterien eines Passivhauses zu erfüllen reichen konventionelle Rahmen nicht mehr aus. Aus diesem Grund kommen gedämmte Rahmen zum Einsatz welche den außenliegenden Rahmenteil vom innenligenden Rahmenteil thermisch möglichst gut trennen. Darüber hinaus spiel auch die Einbaulage eine zentrale Rolle. In Abbildung 8.18 sind 2 unterschiedliche Einbaumöglichkeiten aufgezeigt. Durch einen maginalen Mehraufwand beispielweise durch eine Überdämmung des Rahmens können Wärmebrücken vermieden werden. Ebenfalls wichtig ist die richtige Abdichtung der Fenster beim Einbau. (SanierungKaernten_2010 S26) Abbildung 8.18: Vergleich zwischen richtiger und falscher Fensterdämmung (SanierungKaernten_2010 S26) 8.5 ANLAGENTECHNIK Der Energieverbrauch von Neubauten und sanierten Bestandsbauten konnte in den letzten 20-30 Jahren drastisch reduziert werden. Durch die rasante Entwicklung von Bautechnik und Baustoffen konnten die Dämmeigenschaften von Bauteilen erheblich verbessert werden. Zum Beispiel hatten Fenster vor 10 Jahren in der Regel einem U-Wert von 3 W/(m²K) und heute liegt der U-Wert in etwa bei der Hälfte oder sogar besser. Ähnliche Entwicklungen gab es auch bei anderen Baustoffen wodurch der Energieverbrauch in Gebäuden erheblich gesenkt werden konnte. Die Anforderungen an nach Passivhauskriterien gedämmte Gebäude sind andere als Anforderungen an herkömmliche Gebäude. Durch den stark reduzierten Energieverbrauch eignen sich reine Luftheizungen sowie alle gängigen WarmwasserWärmeabgabesysteme (Radiator-, Fußboden- und Wandheizung) zur Deckung des Heizwärmebedarfs. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite III-VI)) Heizungsanlagen Dabei kann das Gebäude eine eigene Anlagentechnik zur Wärmeerzeugung besitzen oder an ein Nah- oder Fernwärmenetz angeschlossen sein. Aufgrund hoher Verteilverluste des Nah/Fernwärmenetzes ist eine Fernwärmenutzung nur in näherer Umgebung zum jeweiligen Kraftwerk energetisch sinnvoll. Sollte dies nicht möglich sein ist auf jeden Fall ein Wärmeerzeuger im Gebäude notwendig. Üblicherweise werden Heizungsanlagen in zentrale und de- zentrale Anlagen unterteilt. Im Gegensatz zu zentralen Heizungsanlagen sind dezentrale Anlagen so positioniert das Sie einzelne Bereiche beheizen können (z.B. Etagenheizungen). Das Heizungssystem ist ein geschlossener Kreislauf bei dem meist Wasser als Übertragungsmedium verwendet wird. Das Wasser das durch den Wärmeerzeuger erwärmt wird, wird mittels Pumpen an den Ort der Wärmeabgabe gepumpt. Das warme Wasser gibt an den Heizflächen Wärme ab und fließt anschließend über die Rückleitung zum Wärmeerzeuger zurück. (Energetische Sanierung S88) Sowohl das Nutzerverhalten als auch die Anwesenheit von Personen können den Jahresheizenergiebedarf wesentlich beeinflussen. Für die Auslegung einer Heizungsanlage gibt es entweder die Möglichkeit die Anlage so klein wie möglich auszuführen um Kosten zu sparen oder es wird eine größere Heizungsanlage eingebaut um ein möglichst breites Spektrum an Nutzerverhalten und Nutzerwünschen abzudecken. Dies wiederum kann zu Mehrkosten führen. Deshalb ist es wichtig das Heizungs- und Lüftungsanlagen gut auf den Nutzer abzustimmen wodurch auch eine erhöhte Marktakzeptanz erreicht wird. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 1)) Doch auch die beste Heizung funktioniert nur mit einem passenden Wärmeabgabesystem. Solare Raumheizungen oder Wärmepumpen funktionieren beispielweise nur mit Niedertemperaturverteilsystemen. (SanierungKaernten_2010 S29). Alte Heizkessel weisen einen schlechten Wirkungsgrad auf und sind häufig überdimensioniert. Der Wirkungsgrad kann 25-30% unter dem eines neuen Kessels liegen. Besonders im Teillastbetrieb ist der Wirkungsgrad wesentlich kleiner. Als Faustregel gilt: Ist der Kessel mehr als 15 Jahre alt sollte er getauscht werden. Neue Kessel haben deutlich geringere Verluste über den Rauchfang. Dies kann beim Kesseltausch zu Problemen führen da nicht jeder Kamin für jede Art von Kessel geeignet ist. Daher kann es nötig sein beim Kesseltausch den bestehenden Kamin an den neuen Kessel anzupassen. (SanierungKaernten_2010 S29). Heizsysteme Je nach Heizungssystem sind die Vor- und Rücklauftemperaturen unterschiedlich. Normale Gas und Öl Kessel in Kombination mit einer Radiatorheizung weisen Vorlauftemperaturen mit 70°C oder höher auf. Die Rücklauftemperatur beträgt in diesem Fall um die 50°C. Im Vergleich dazu liegen die Systemtemperaturen eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Flächenheizung bei 35/28°C. (Energetische Sanierung) Durch die relativ hohen Temperaturen sind Temperaturunterschiede und Staubverschwelungen bei Hochtemperaturheizsystemen zu nennen. Vorteil dieser Heizsystems ist der geringe Bedarf an Wärmeabgabefläche. Im Gegensatz zum Hochtemperatursystem liegen die Temperaturen des Niedertemperaturheizsystems unter 45°C. Durch die geringere Vorlauftemperatur steigt der Bedarf an Wärmeabgabefläche. Dementsprechend werden größere Heizflächen in Form von Fußböden, Wände oder Plattenheizkörper benötigt. Als positive ist die Komfortsteigerung zu bewerten. Zuglufterscheinungen durch Temperaturunterschiede im Raum sind auszuschließen. Als Faustregel kann somit festgehalten werden, dass umso geringer die Temperaturunterschiede sind umso angenehmer ist das Raumklima. Als Voraussetzung für den Einsatz von Niedertemperatursystemen ist eine gut gedämmte Gebäudehülle. (SanierungKaernten_2010 S26) Zusammenfassend kann festgehalten werden das Niedertemperatursysteme in Summe energieeffizienter und komfortabler sind. Die Effizienz einer Heizungsanlage lässt sich auch durch die Verwendung von Warmwasserspeichern erhöhen. Speziell bei nicht modulierenden Anlagen können Pufferspeicher die Anzahl der Einschaltvorgänge und somit die Effizienz erhöhen. Bei energetisch hochwertigen Wohngebäuden oder Nichtwohngebäuden ist es möglich die Wärmeverteilung über ein Lüftungssystem und nicht wie üblich über ein eigenes Heizungsnetz zu bewerkstelligen. Als Übertragungsmedium wird nicht Wasser sondern Luft eingesetzt. Dies hat zwar den Vorteil das kein eigenes Heizungsnetz nötig ist jedoch kann Luft weniger Energie aufnehmen bzw. transportieren. Wichtig bei diesen Systemen ist eine Abstimmung des Wärmebedarfs und den benötigten Luftmengen. Der erforderliche Wärmebedarf soll also ohne eine Steigerung des nötigen Luftvolumenstroms eingebraucht werden können. (Energetisches Sanieren S88) 1.1.2.13 Gas und Öl-Kessel Gas und Öl-Kessel verbrennen fossile Brennstoffe zur Erzeugung von Wärme. Moderne Kessel sind in der Lage die Wärmeerzeugung an den Wärmebedarf anzupassen. (Energetische Sanierung S89) Niedertemperaturkessel Niedertemperaturkessel sind in der Lage ihre Leistung an den Bedarf anzupassen. Aufgrund dieser Anpassungsfähigkeit ist der Wirkungsgrad höher als bei alten Gaskesseln. Darüber hinaus sind modernere Niedertemperaturkessel besser Wärmegedämmt um Verluste zu minimieren. Brennwertkessel Brennwertkessel haben einen höheren Wirkungsgrad als Niedertemperaturkessel da Sie zusätzlich Wärme aus den Verbrennungsabgasen nutzen. Dabei werden kaltes Heizungswasser und warme Abluft über einen Wärmetauscher geleitet. Das relativ kalte Heizungswasser wird vorgewärmt und die warmen Abgase kühlen aus. Bei unterschreiten einer bestimmten Temperatur (Taupunkt) wird zusätzliche Kondensationswärme frei. Das ausgekühlte Abgas besitzt nun nicht mehr genug thermischen Auftrieb um selbstständig durch den Kamin zu entweichen und muss deswegen mit Hilfe eines Gebläses ausgeblasen werden . Bereits bestehende Kamine müssen somit auf Brennwertanlagen angepasst werden. Dazu müssen Kunststoff oder Edelstahlrohre eingezogen werden. (Energetische Sanierung 90) 1.1.2.14 Stromheizung ...... Strom-Direktheizung Strom-Direktheizungen dürfen beim Neubau von Gebäuden nicht mehr als Hauptheizungssystem verbaut werden. (OIB 6). Bei dieser Art der Wärmeerzeugung wird Strom direkt in Wärmeumgewandelt. Aufgrund der hohen Verluste bei der Erzeugung und Verteilung ist der Gesamtwirkungsgrad relativ ungünstig. In Österreich liegt der Primärenergiefaktor von Strom bei 2,62 (OIB6). Jedoch sind elektronische Zusatzheizungen durchaus sinnvoll. Dies ist dann der Fall wenn der Aufwand anderer Heizungssysteme zur Wärmeproduktion zu hoch wäre. Beispielweise kann Brauchwasser das über Solaranlagen erwärmt wird mittels Elektroheizung auf die benötigte Temperatur gebraucht werden ohne dass sich ein Kessel für kurze Zeit einschalten muss um die benötigte Temperatur zu erreichen. (energetische Sanierung 90) Infrarot 1.1.2.15 Wärmepumpe Die Wärmepumpe setzt auf den thermodynamischen Kreisprozess, ähnlich wie bei einem Kühlschrank. Zum Betrieb der Wärmepumpe wird lediglich die Energie für den elektrischen Antrieb des Verdichters verwendet. Dabei wird Energie auf einem niedrigen Niveau aufgenommen und mittels Verdichter auf ein höheres Energieniveau gepumpt. Als Wärmequellen kommen Außenluft/Abluft, Grundwasser oder das Erdreich zum Einsatz. Aufgrund des hohen Primärenergiefaktors für Strom (in Österreich 2,62 laut OIB RL6) wird eine mittlere Leistungszahl von rund 3 über das gesamte Jahr empfohlen. Da die Leistungszahl nur einen momentanen Zustand darstellt ist die Jahresarbeitszahl die bessere Kenngröße zur Bewertung der Energieeffizienz. Dazu wird der eingesetzte monatliche Strom der monatlich erzeugten Wärmemenge gegenübergestellt. Prinzipiell gilt: Umso kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur im Heizungssystem umso besser ist die Effizienz der Wärmepumpe. Unterschiede gibt es auch bei den Wärmequellen. Für die Wärmepumpe kommen verschiedene Energiequellen zur Wärmeerzeugung in Frage. Wird Umgebungsluft zur Wärmegewinnung eingesetzt kann es bereits bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt zu Verweisungsproblemen am Wärmetauscher kommen. Grundsätzlich besteht jedoch das Problem, das wenn im Winter die meiste Wärme benötigt wird wenig Wärme aus der Luft zu entziehen ist. Die Außenlufttemperaturen können im Winter zwischen -12 bis -30°C schwanken. Dies führt zu einer kleineren Leistungsziffer der Wärmepumpe. Aus diesem Grund wird, zur Steigerung der Effizienz, eine im Erdreich verlegte Luftansaugung installiert über welche die angesaugte Luft zusätzlich vorgewärmt wird. Wird das Erdreich als Energiequelle eingesetzt so wird entweder eine große Fläche zur Verlegung der Rohre oder eine tiefe und aufwendige Bohrung nötig. Die Erdreichwärmepumpe weist aufgrund konstanter Erdreichtemperaturen eine gute Leistungsziffer auf. Eine weitaus effektivere Variante der Wärmepumpe ist die Grundwasserwärmepumpe. Durch die relativ konstanten Temperaturen (ca. 2-10°C) und einem guten Wärmeübergang ergeben sich höhere Leistungszahlen. Die Leistungsziffer hängt nicht nur von der Art der Wärmequelle sondern auch von den Systemtemperaturen des Wärmesystems. Je näher die Quell und Zieltemperatur neben einander liegen umso größer ist die Leistungsziffer. (Energetische Sanierung S91) 1.1.2.16 Pellet-Zentralheizung Pellet-Heizungsanlagen funktionieren dank elektronischer Zündung, Regelung, Ascheaustragung und brennstoffzufuhr vollautomatisch. Der Brennstoffzufuhr vom Lagerplatz bis zum Gerät erfolgt entweder über eine Förderschnecke oder Saugleitung. Es werden jedoch erhöhte Anforderungen an das Pelletlager gestellt. Der Lagerraum muss vollkommen trocken sein. Eine Lagerung in feuchten Kellerräumen ist daher nicht möglich. Darüber hinaus muss der Lagerraum eine gewisse Größe aufweisen um eine Versorgungssicherheit zu garantieren. In der Regel wird die Größe des Lagerraums so gewählt das ein Jahresvorrat an Pellets darin Platz findet. (SanierungKaernten_2010 S26) 1.1.2.17 Kraft-Wärme-Kopplung durch Verbrennung Innerhalb der nächsten Jahre sieht die Energiestrategie eine Reduktion der Treibhausgase, eine Steigerung der Effizienz und den vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien vor. Um vorgegebene Ziele zu erreichen spielt die Kraft-Wärme-Kopplung eine wichtige Rolle und könnte in den nächsten Jahren stark an Bedeutung gewinnen. Blockheizkraftwerke nutzen die Kraft-Wärme-Kopplung um Wärme und Strom zu erzeugen. Konventionelle Kraftwerke zur Stromerzeugung haben hohe Abwärmeverluste und erreichen nur einen Primärenergienutzungsgrad von etwa 30-50 Prozent. Zusätzlich sind lange Leitungsnetze notwendig um die Energien zu transportieren. Vor diesem Hintergrund wird verstärkt auf die Entwicklung von Blockheizkraftwerken gesetzt. Die Vorteile liegen einerseits in der dezentralen Versorgung wodurch das Gerät möglichst nahe am Verbraucher situiert wird um Leitungsverluste zu minimieren und andererseits in der effektiveren Ausnutzung des Energieträgers. Abwärme die in konventionellen Strom-Großkraftwerken verloren geht wird beim Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Nutzwärme verwendet. Aus dieser „Doppelnutzung“ des Energieträgers resultiert ein Primärenergienutzungsgrad von bis zu 90%. Der schematische Vergleich zwischen konventioneller Versorgung durch Großkraftwerke und einer Versorgung durch ein BHKW ist in Abbildung 8.19 dargestellt. BHKW+Prospekt Abbildung 8.19: Vergleich zwischen konventioneller Energieversorgung durch Großkraftwerke und eigener Erzeugung mittel KWK BHKW+Prospekt Ein BHKW besteht im Prinzip aus einem Motor der einen Generator antreibt. Abwärme die im Motor entsteht wird über einen Wärmetauscher an das Wärmenetz des Gebäudes angeschlossen wo es zur Erwärmung von Heizungs- oder Warmwasser verwendet werden kann. Darüber hinaus wird auch Strom produziert der entweder im Gebäude verbraucht oder gegen Vergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Ebenso kann überschüssige Wärme gegen Vergütung in ein Nah oder Fernwärmenetz eingespeist werden. BHKW+Prospekt 1.1.2.18 Kraft Wärme-Kopplung durch Wasserstoffnutzung Die Brennstoffzelle produziert mit Hilfe von Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wärme. Wasserstoff und Sauerstoff sind werden durch einen Elektrolyten voneinander getrennt und reagieren innerhalb der Brennstoffzelle zu Wasser. Durch diesen Vorgang kommt es zu einem Elektronenfluss und die Brennstoffzelle produziert Elektrizität. Zusätzlich entsteht Wärme durch die chemische Reaktion welche ebenfalls energetisch genutzt werden kann. Der zum Betrieb der Brennstoffzelle nötige Wasserstoff kann entweder durch die Elektrolyse von Wasser oder als Nebenprodukt der Erdgasproduktion gewonnen werden. Energetisch am sinnvollsten wäre eine Erzeugung von Wasserstoff mittels Solarstrom. Dies ist zwar inzwischen technisch realisierbar jedoch befindet sich diese Technologie noch im Anfangsstadium. (energetisch Sanieren S91) 1.1.2.19 Biomasse Durch die Verbrennung von Biomasse, meistens wird Holz verwendet, wird Wärme erzeugt. In den Normen wird der Einsatz von Biomasse durchaus positiv bewertet, da es sich um einen nachwachsenden Rohstoff handelt. Aus diesem Grund besitzt Biomasse einen kleinen Primärenergiefaktor da für die Herstellung und der Transport vergleichsweise wenig Energie verbraucht wird. Auch der CO2 Ausstoß ist nahezu neutral da nur so viel CO2 bei der Verbrennung frei gesetzt wird wie es während des Wachstums aus der Umwelt aufnimmt. Andererseits ist die Verbrennung von Holz nicht unbedingt sinnvoll weil somit langfristige CO2 Speicher zerstört werden. Durch ständig steigende Treibhausgase wäre eine Speicherung von CO2 beispielweise in Bauholz eine gute Variante zur Treibhausgasreduktion. Zusätzlich entsteht vermehrt Feinstaub bei der Verbrennung von Holz in Kleinanlagen. Größere Anlagen hingegen besitzen Feinstaubfilter und sind somit besser zur Verbrennung von Holz geeignet. (energetische Sanierung S92) 1.1.2.20 Solarthermie Thermische Solaranlagen Solarkollektoren dienen dazu Sonnenlicht in thermische Energie umzuwandeln. In Abbildung 8.20 ist der Aufbau eines Solarkollektors dargestellt. Sonnenstrahlung, bestehend aus diffusen und direktem Sonnenlicht, trifft auf den Absorber wo kurzwellige Strahlung in thermische Energie umgewandelt wird. Die transparente Abdeckung über dem Absorber soll Verluste möglichst minimieren. Um weitere Verluste zu verringern befindet sich an der Rückseite sowie an den Seiten eine zusätzliche Wärmedämmung. Über Rohre an der Rückseite des Absorbers ist der Kollektor mit einem Speicher verbunden sind. Abbildung 8.20: Aufbau des Kollektors einer thermischen Solaranlage http://www.baulinks.de/webplugin/2006/1890.php4 1.1.2.21 Fassadenelemente als dezentrale Wärmeerzeuger Ein weiteres neues Produkt ist das Water:Solation Fassadenelement der Firma Gab-Solution. Dieses Element ist im Prinzip eine dezentrale Solaranlage. Den Kernbaustein bildet hier jedoch ein aus Beton gefertigter Speicherabsorber in dem sich ein Wasser Wärmetauscher befindet. Mit Hilfe des Wärmetauschers wird das Wasser vorgewärmt und kann anschließend einem Speicher oder Durchlauferhitzer zugeführt werden. Durch die Vorwärmung kann ein beträchtlicher Teil oder bei entsprechenden Temperaturen auch die gesamte Energie zur Erwärmung eingespart werden. Das ebenfalls vorgefertigte Element lässt sich Problemlos in die Fassade integrieren wodurch das System sehr nahe am Ort des Verbrauches platziert werden kann und Versorgungsverluste minimiert werden. Abbildung 8.21: Gab Water-Solution Aufbau und Einsatzgebiet von Water:Solution Broschüre_gap-WATERsolution_120201 Ausschnitt Einsatzmöglichkeiten Wärmespeicher Der Warmwasserspeicher dient zur Speicherung thermischer Energie und ist somit eine zentrale Komponente in einem Heizungssystem. Der Speicher kann eine Vielzahl von Funktionen übernehmen. Speicherung thermischer Energie aus Solaranlagen Speicherung von thermischer Energie von Heizkesseln Erwärmung von Trinkwasser Verteilung des Wärmemediums Der Wärmespeicher ist zu seiner Umgebung gedämmt um möglichst wenig Verlustwärme zu erzeugen. Eine der wichtigsten Kenngrößen ist somit die Wärmeverlustrate. In der Norm DIN EN 12977 werden maximale Verlustraten definiert welche der folgenden Abbildung 8.23 zu entnehmen sind. (DIN 12977) Abbildung 8.22: Wärmeverlustrate nach DIN EN 12977 von Wärmespeichern in Abhängigkeit vom Nennvolumen [DRÜ06) 1.1.2.22 Speichertypen Das im Kessel erwärmte Wasser wird zunächst zu einem Speicher transportiert und von dort aus weiter verteilt. Ein Speicher ist notwendig um das Takten des Kessels zu verhindern. Ein häufiges Takten führt zu einem schlechteren Wirkungsgrad und einer höheren Emissionsbelastung. Forschungsergebnisse aus einem Bericht der Task 32 über fortschrittliche Wärmespeicher zeigen, dass der Einsatz von Speichern die Effizienz der Heizungsanlage erhöhen kann. (Str07)Dabei wird zwischen Schichtspeichern und durchmischten Speichern unterschieden. Auch die Art des Speichers entscheidet über die Taktzyklen des Kessels. Aus Abbildung 8.23 kann entnommen werden das sich durch den Einsatz eines Schichtspeichers ein wesentlich besseres Taktverhalten ergibt als bei durchmischten Speichern. (Flo10) Abbildung 8.23: Taktverhalten eines Wärmeerzeugers bei Verwendung unterschiedlicher Speichertypen Photovoltaikanlagen 1.1.2.23 Monokristalline 1.1.2.24 Polykristallinie 8.6 BELEUCHTUNG Die Berechnung des Beleuchtungsenergiebedarfs kann nach der DIN 18599 und der ÖNORM 15193 erfolgen. Die Berechnungen der beiden Normen ergeben einen Monats- bzw. Jahresenergiebedarf für die Beleuchtung. (DIN 18599 und der ÖNORM 15193) Wie aus Abbildung 8.24 zu entnehmen ist hängt die Beleuchtung von einer Vielzahl von Faktoren ab. Neben Anforderungen durch den Nutzer, Art der Beleuchtungsanlage und Art der Tageslichtversorgung spielen geometrische Faktoren des Gebäudes eine wichtige Rolle. Abbildung 8.24: Einflussfaktoren der Beleuchtungsanlage (FOU07) Berechnung Die DIN 18599 sieht 3 verschiedene Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Beleuchtungsenergiebedarfs vor. Hierzu zählen das Tabellenverfahren, das vereinfachte Wirkgradverfahren und die detaillierte Fachplanung. Zur Berücksichtigung der Tageslichtversorgung und der Anwesenheit von Nutzern sind in der DIN 18599 Teilbetriebsfaktoren angeführt. Werden unterschiedlichen Anforderungen an die Beleuchtungsstärke gestellt so kann das Gebäude in mehrere Beleuchtungsbereiche unterteilt werden. Eine Unterteilung der Zonen kann nach folgenden Kriterien erfolgen: Wartungswert der Beleuchtungsstärke Höhe der Nutzebene Betriebszeit Anwesenheit (Überarbeitung Önormen) Je nach Nutzungen sind man in der [ONO11a] bzw. in der Arbeitsstättenverordnung [BUN12] verschiedenen Beleuchtungsanforderungen angeführt. Da in dieser Arbeit ein möglichst präzises aber auch schnelles Berechnungsverfahren zur Ermittlung der verschiedenen Energieströme gesucht ist, wird das Tabellenverfahren (TEK Tool) zur Ermittlung der nötigen Beleuchtungsleistung verwendet. Der Vorteil des Tabellenverfahrens liegt in der schnellen und einfachen Ermittlung der Leistungen ohne spezifische Informationen zur späteren Anlage zu benötigen dafür wird eine gewisse Ungenauigkeit der Berechnung in Kauf genommen. Folgende Parameter sind zur Bestimmung der Beleuchtungsleistung nötig. Geometrie des Raumes Minderungsfaktor für Sehaufgabe Beleuchtungsart Leuchtentyp und zusätzliche Geräte Wartungswert für Beleuchtung Die elektrische Anschlussleistung einer Beleuchtungsanlage wird wie folgt berechnet: 𝑝 = 𝑝𝑙𝑥 ∙ 𝐸̅𝑚 ∙ 𝑘𝑊𝐹 ∙ 𝑘𝐴 ∙ 𝑘𝐿 ∙ 𝑘𝑅 p spezifische elektrische Bewertungsleistung (W/m2) plx spezifische elektrische Bewertungsleistung (W/(m2lx) 𝐸̅𝑚 Wartungswert der Beleuchtungsstärke (lx) kWF Anpassungsfaktor zur Berücksichtigung des Wartungsfaktors kA Minderungsfaktor zur Berücksichtigung des Bereichs der Sehaufgabe kL Anpassungsfaktor der Lampe für nicht stabförmige Leuchtstofflampen kR Anpassungsfaktor Raum 𝑘𝑊𝐹 = 0,67 𝑊𝐹 WF Wartungsfaktor der die Alterung bis zur nächsten Anlagenwartung berücksichtigt (ÖNORM EN 12464-1) Die spezifische elektrische Bewertungsleistung plx hängt von der Art der Beleuchtung ab und kann Tabelle 3: Rechenwerte der spezifischen Bewertungsleistung bezogen auf die Grundfläche je lx Wartungswert der Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene für Leuchten mit stabförmigen Leuchtstofflampen und EVG. Die DIN 18599 sieht drei verschiedene Beleuchtungsarten vor welche in direkte, direkt/indirekte, und indirekte Beleuchtung unterteilt werden. Tabelle 3: Rechenwerte der spezifischen Bewertungsleistung bezogen auf die Grundfläche je lx Wartungswert der Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene für Leuchten mit stabförmigen Leuchtstofflampen und EVG Wartung Der Wartungswert hängt von der Art der Nutzung ab. In Bürobauten ist im Bereich der Sehaufgabe ein Wert von 500lux vorgeschrieben. Der Wartungsfaktor hängt mit der Lebensdauer der Lampe zusammen. Abbildung 8.25 zeigt den Verlauf der mittleren Beleuchtungsstärke unter verschiedenen Wartungsbedingungen. Gut erkennbar ist das die Beleuchtungsstärke ohne Reinigung nach 5 Jahren auf ein Fünftel der ursprünglichen Leistung absinken kann. Unter normale Umgebungsbedingungen und ohne besonders hohe oder niedrige Schmutzbelastungen ist ein Wertungsfaktor von 0,67 anzunehmen. Abbildung 8.25: mittlere Beeuchtungsstärke in Abhängigkeit von Nutzungszeit und Wartungsintervall Minderungsfaktor der Sehaufgabe Der Minderungsfaktor für die Sehaufgabe ergibt sich aus der Tatsache, das es zwar im Bereich der Sehaufgabe wie zum Beispiel am Schreibtisch eine vorgeschriebene Beleuchtungs- stärke herrschen muss jedoch der Umgebungsbereich muss nicht so stark ausgeleuchtet werden. In der ONO11a sind die Zusammenhänge zwischen den Beleuchtungsstärken im jeweiligen Bereich angeführt welche auch in Tabelle 4 ersichtlich sind. Tabelle 4: Zusammenhang zwischen E m und Eu (ONO11a) Der Anpassungsfaktor kL beschreibt die Art der Beleuchtungsanlage. Je nach Art der Anlage wird zwischen verschiedenen Leuchten und Vorschaltgeräten unterschieden. Vorschaltgeräte sind zum Beispiel notwendig um eine tageslichtabhängige dimmbare Beleuchtung zu realisieren. Tabelle 5 zeigt die Lampentypen mit den entsprechenden Anpassungsfaktoren. Die Leuchtstofflampe nimmt in dieser Tabelle einen Wert von 1 ein. Tabelle 5: Anpassungsfaktor kl für unterschiedliche Lampentypen (DIN11) Anpassungsfaktor für Räume Der Raumanpassungsfaktor berechnet sich nach der Geometrie des Raumes. In der DIN 18599 ist die genaue Formel zur Berechnung angeführt. Prinzipiell wird wie folgt vorgegangen. Zuerst wird der Raumindex k anhand von Raumgeometrien berechnet. Abschließend kann mit hilfe der folgenden Tabelle der Raumanpassungsfaktor ausgewählt werden. Hierzu wird auch die Beleuchtungsart zur Auswahl benötigt. Tabelle 6: Anpassungsfaktor kR zur Berücksichtigung des Einflusses der Raumauslegung (DIN11) Tageslichtversorgung Der Energiebedarf für die Beleuchtung hängt natürlich auch mit der Tageslichtversorgung zusammen. Je mehr Tageslicht vorhanden ist umso weniges Kunstlicht ist nötig um die vorgeschriebene Beleuchtungsstärke zu erreichen. Der Tageslichtquotient DRB hängt von der Fensteranordnung und weiteren Planungsparametern ab und beschreibt somit den Einfluss von Tageslicht auf die Beleuchtung. Auf die genaue Berechnung wird in dieser Arbeit nicht weiter eigegangen. Warmwasser Die Bestimmung des benötigten Warmwasserwärmebedarfs erfolgt nach Zapfprofilen. Diese unterscheiden sich je nach Nutzung und können der ........entnommen werden. Die Verteilverluste werden laut ÖNORM H 5056 bestimmt. 8.7 LÜFTUNGSANLAGEN Luftwechsel Der Luftwechsel eines Gebäudes setzt sich aus dem hygienischen Luftwechsel bzw. natürlichen Luftwechsel und dem Infiltrationsluftwechsel zusammen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten den hygienischen Luftwechsel zu bestimmen. Einerseits kann dieser über das Nettoraumvolumen und andererseits über die Anzahl der sich aufhaltenden Personen. In der Planung wird der höhere der beiden Werte zur Auslegung einer Lüftungsanlage verwendet. In der ÖNORM B 8110-3 sind empfohlene Luftwechselraten für verschieden Nutzungen angeführt. Der Infiltrationsluftwechsel kann gemäß ÖNORM EN 12831 berechnet werden. (ÖNORM 8110-3, 12831) Nach Meinung des Verfassers ist der nötige hygienische Luftwechsel laut Norm zu kritisch zu sehen. Eine Überprüfung der Schadstoffgrenzwerte bei einem reduzierten Luftwechsel könnte dabei helfen Lüftungsverluste zu reduzieren ohne spürbare Komforteinbußen zu bemerken. Im Rahmen dieser Arbeit wird jedoch nicht näher auf dieses Thema eingegangen. (selbst) 1.1.2.25 Innovative Systeme Ein weiteres Produkt der Firma Gab-Solution stellt Air:Solution dar. Hinter einer Isolierverglasung dessen Farbe frei wählbar ist, findet die Frischluftansaugung statt. Die Luft in diesem Fassadenelement wird vorgewärmt und anschließend über einen Ventilator, der in der Wandinnenseite sitzt, in den Innenraum des Gebäudes befördert. Über eine Hinterlüftung kann stets kalte Außenluft nachströmen und wird im Fassadenelement durch solare Einstrahlung vorgewärmt. Das dezentrale Lüftungsgerät besitzt ebenfalls einen Wärmetauscher wodurch Wärme aus der verbrauchten Abluft an die bereits vorgewärmte Zuluft übertragen wird. Dadurch ist es möglich eine höhere Effektivität zu erreichen als bei einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Besonders gut eignet sich das System bei Sanierungen da keine Lüftungsleitungen verlegt werden müssen sondern einfach per Kernbohrung am Einsatzort angeschlossen werden. Da es sich um ein dezentrales System handelt werden auch die Leitungsverluste reduziert. Abbildung 8.26: seitlicher Schnitt von Gap Air-Solution Broschüre_gap-AIRsolution_120201 8.8 BESTIMMUNG DES NUTZERVERHALTENS Wie bereits im Kapitel Wärmeerzeuger erwähnt spielt das Nutzerverhalten bei hochwärmegedämmten Häusern eine wichtige Rolle in der Wärmebilanz. Durch hohe Dämmstärken der Außenbauteile und hochwertige Fenster verringern sich die Transmissionswärmeverluste auf ein Minimum. Mit Hilfe einer Abluftwärmerückgewinnung können auch die Lüftungswärmeverluste deutlich reduziert werden. Die Wärmeverluste sind gegenüber konventionellen Gebäuden wesentlich verkleinert wodurch andere Komponenten in der Wärmebilanz stark an Bedeutung gewinnen welche oft durch das Nutzerverhalten beeinflusst werden. Um zuverlässige Aussagen über das energetische Verhalten eines Gebäudes zu treffen sind detaillierte Informationen über das Nutzerverhalten nötig. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 86)) Da die Nutzungsdauer eines Gebäudes einige Jahrzehnte betragen kann ist es unwahrscheinlich das Nutzerverhalten in dieser Zeit exakt vorher zu sagen. Unterschiedliche Nutzerzahlen und Nutzeransprüchen können kaum punktgenaue erfasst und vorhergesagt werden. Für weitere Berechnungen ist es jedoch nötig ein Nutzerprofil zu erstellen. Im Folgenden sind deshalb 2 unterschiedliche Lösungsansätze angeführt: 1)Eine Variante wäre die Ermittlung eines Durchschnittszenarios, indem Mittelwerte für Belegungszahlen, Geräteanzahl und Eigenschalten usw. festgelegt werden. Durch diese Vorgehensweise können jedoch keine Extremwerte für Heizlast und Kühllast ermittelt werden wodurch genaue Aussagen über nötige Auslegungsleistungen nicht oder nur schwer möglich sind. 2) Als zweite Variante bietet sich die Verwendung von „worst case“ und „best case“ Szenarien an. Bei dieser Variante werden sowohl obere als auch untere Grenzwerte zur Berechnung herangezogen. Dadurch ist es möglich sowohl Extremfälle für den Heizfall als auch für den Kühlfall zu berechnen. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 86)) Interne Wärme- und Feuchtequellen Innere Wärme und Feuchtequellen beeinflussen das Innenraumklima eines Gebäudes. Insgesamt wird zwischen 4 verschiedenen Wärme- bzw. Feuchtequellen unterschieden welche der Abbildung 8.27 entnommen werden können. Abbildung 8.27: nutzungsbedingte interne Wärme- und Feuchtequellen (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 87)) Der Wärmeeintrag ist grundsätzlich auf 4 verschiedene Übertragungsmechanismen (Leitung, Strahlung, Konvektion und latente Wärmeabgabe) zurück zu führen. Trotzdem hat sich eine Gliederung nach Verursacher des Wärmeeintrages eingebürgert. Der Wärmelast wird unterteilt in Einträge durch Personen, Geräte und Beleuchtung. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 87)) Wärmeeintrag durch Personen Der Mensch gibt, aufgrund der hohen Körpertemperatur ständig Wärme an seine Umwelt ab. Der Wärmeintrag durch Personen hängt im Wesentlichen von 3 Faktoren ab. Um den Wärmeeintrag durch Personen zu bestimmen müssen Anwesenheitszeiten, Belegungsdichte und Aktivitätsgrad bekannt sein. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergieund Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 88)) Zur Bestimmung des Wärmeeintrages durch Personen müssen zuerst Anwesenheitszeiten von Personen definiert werden welche meist auf Erfahrungswerten beruhen. Durch das Arbeitszeitgesetz werden bereits bestimmte Rahmenbedingungen geschaffen. In diesem Gesetz wird eine maximale Arbeitszeit von 10 Stunden pro Tag vorgeschrieben bei einer durchschnittlichen Arbeitszeit von rund 40 Stunden pro Woche. Die Belegung von NichtWohngebäuden in den Nachtstunden (z.B. Schulen, Büro, usw. ) ist als gering anzusehen wogegen ein Ansteigen der Belegung in den Vormittagsstunden und Abnahme der Belegung in den Nachmittags- bzw. Abendstunden zu erwarten ist Die Belegungsdichte hängt von der Nutzung des betrachteten Raumes ab. So können Büroräume in Einzel und Mehrpersonenbüros unterteilt werden. Es gibt jedoch auch Sonderfälle wie z.B. Konferenzräume, welche eine sehr dichte Belegungsdichte mit unregelmäßigen Nutzungszeiten besitzen. . (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 103)) In Abbildung 8.28 ist der Wärmeeintrag pro Person für ein Einzelbüro mit rund 13,75m² aufgetragen. Als Personenabwärme wurde ein Wert von 100W verwendet. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 106)) Falls keine Werte Findbar(Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergieund Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 103-104)) Abbildung 8.28: Einfacher Wochenverlauf des Wärmeeintrags durch Personen (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 106)) Wärmeeintrag durch Beleuchtung Der Wärmeeintrag durch die Beleuchtung verhält sich grundsätzlich wie der Wärmeeintrag durch Personen und hängt von 3 Faktoren ab. Ein Faktor ist die Höhe der Wärmeleistung. Darüber hinaus zählen Beleuchtungsdauer und Anzahl der Leuchten zu den bestimmenden Faktoren. Genaue Daten zu den eingesetzten Lampen können vom Hersteller bezogen werden. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 89)) In der ÖNORM..... und in der DIN 18599–4 wird ein Nachweisverfahren zur Berechnung des monatlichen oder jährlichen Endenergiebedarfs für Beleuchtungszwecke in NichtWohngebäude beschrieben. Um eine effiziente Beleuchtung zu gewährleisten ist der Einsatz eines geeigneten Beleuchtungssystems mit möglichst guter Tageslichtnutzung sowie einer passenden Steuerung bzw. Regelung notwendig. (DIN 18599-4) Die reale Betriebszeit hängen somit von einer ganzen Reihe von Aspekten ab. Das Belichtungsbedürfnis von Personen und die damit verbundenen Betriebszeiten, werden durch den Einfluss der Tageslichtbeleuchtung aber auch durch Regelungsmechanismen (Ein/Ausschalter, Präsenzerkennung, Dimmung usw.) beeinflusst. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 104)) Das Institut für Wärmetechnik der TU Graz gibt für ein Einzelbüro im Altbau einen durchschnittlichen Wert von 10W/m² für den Wärmeeintrag durch die Beleuchtung an. Der Wochenverlauf des spezifischen Wärmeeintrages in Abbildung 8.29 zu sehen. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 105)) Abbildung 8.29: Einfacher Wochenverlauf des Wärmeeintrags durch die Beleuchtung (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 105)) Wärmeeintrag durch Geräte Für die Bestimmung der Wärmeabgabe durch Geräte im Gebäude benötigt man einerseits die Leistungsangabe des Gerätes für die angenommenen Betriebszustände und andererseits die Betriebszeiten im jeweiligen Zustand. Da die Gesamtausstattung an Geräten einer ständigen Veränderung unterzogen oder nicht genau bekannt ist werden meist Erfahrungswerte zur Projektierung herangezogen. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergieund Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 90-91)) Durch die ständige Weiterentwicklung und Verbesserung der eingesetzten Geräte im Büro konnte die Wärmeabgabe von Geräten stark reduziert werden. Der Wärmeeintrag durch Geräte und die Unsicherheit durch Annahmen konnte somit in den letzten Jahren reduziert werden. Da inzwischen beinahe jeder Büromitarbeiter einen PC und Monitor besitzt und der Wärmeeintrag hauptsächlich durch EDV Ausstattung zustande kommt, ist der Wärmeeintrag direkt mit der Belegungsdichte gekoppelt. (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 105)) Abbildung 8.30 zeigt den Wärmeeintrag durch Geräte in einem Einzelbüro mit 13,75m². Im Büro befindet sich ein PC mit TFT Monitor mit einer Wärmeabgabe von 63Watt. Über den Werkstattbereich konnten nur wenige Informationen gesammelt werden. Zu den größten elektrischen Verbrauchern gehören die Brennöfen. Nach Rücksprache mit einem Ofenbauer der ebenfalls die Keramikfachschule besuchte, wurden folgende Annahmen getroffen. Die Anzahl der Brennvorgänge pro Woche variiert sehr stark. In der Regel wird der Brennofen erst eingeschaltet wenn er voll ist und ist in etwa 36 Stunden in Betrieb. Der Brennofen hat ca. Fassungsvermögen von 300l wobei pro Brennvorgang rund 30€ Energiekosten an. Im Zuge der Befragung wurde festgehalten, dass ein Brennvorgang pro Woche durchaus realistisch erscheint. Aus diesen Angaben wurde eine durchschnittliche elektrische Leistung von 1000W gemittelt über den Tag ermittelt. (Ich und Maria Bruder) Abbildung 8.30: Einfacher Verlauf des Wärmeeintrags durch Geräte (Benutzerfreundliche Heizungssysteme für Niedrigenergie- und Passivhäuser W. Streicher Berichte aus Energie- und Umweltforschung 15/2004 Seite 105)) Der gesamte Wärmeeintrag durch Personen, Beleuchtung und Geräte über einen Tag kann mit Hilfe von Formel 1,2,3 und Werten aus Tabelle 2,3,4,5 ermittelt werden. Liegen für einen Raum keine entsprechenden Daten bzw. Vorgaben so sind die festgelegten Widmungen des Bauherrn bzw. Planer zur Bestimmung der inneren Lasten heran zu ziehen. (B 8110-3 S9) 8.9 HEIZ- UND KÜHLLAST VON NULLENERGIEHÄUSERN Heizlastberechnung hocheffizienter Gebäude Mittels Heizlastberechnung werden Wärmeabgabe und Wärmebereitstellungssysteme ausgelegt. Dabei wird für jeden Raum bzw. jedes Gebäude jene Leistung ermittelt, die nötig ist, um es unter Auslegungsbedingungen auf einem bestimmten Temperaturniveau zu halten. Das genaue Vorgehen ist in der ÖNORM H7500 bzw. ÖNORM EN12831 geregelt. Die Berechnungsmethoden laut Norm liefern bei der Ermittlung der Heizlast von hocheffizienten Gebäuden leider nur unzureichend genaue Ergebnisse. Grundsätzlich wird bei Heilastberechnung wie folgt vorgegangen. Die Bestimmung der Norminnentemperaturen erfolgt in der Regel nach der Nutzung des Raumes. Die Norminnentemperatur von Büroräumen liegt bei 20°C und bei Badezimmern bei 24°C. Diese Temperaturen sollen auch bei gewissen NormAußentemperaturen noch erreicht werden können. Die Heizlast laut Norm setzt sich wie folgt zusammen:(H7500) 𝛷𝑖 = ∑ 𝛷𝑇,𝑖 + ∑ 𝛷𝑉,𝑖 + ∑ 𝛷𝑅𝐻,𝑖 Φi ΦT,i ΦV,i ΦRH,i Gesamt-Normwärmeverluste [W] Norm-Transmissionswärmeverluste [W] Norm-Lüftungswärmeverluste [W] Aufheizleistung [W] Die Norm-Heizlastberechnung berücksichtigt weder interne Lasten die durch Personen und Geräte hervorgerufen werden noch die solare Einstrahlung durch opake Bauteile. In hocheffizienten Gebäuden sind aber gerade diese Lasten entscheidend. Werden diese Lasten nicht berücksichtigt kommt es meist zu einer Überdimensionierung der Heizungsanlage. Für die Dimensionierung einer Heizungsanlage für Nullenergiegebäude ist es somit nötig interne Lasten genau zu berücksichtigen und in die Energiebilanzierung aufzunehmen. Normaußentemperatur θne Die Normaußentemperatur das der Zweitagesmittelwert der Lufttemperatur, der an einer Messstelle 10-mal in 20 Jahren erreicht oder unterschritten wird. Önorm B 8110-5 Kühllastberechnung von Nullenergiegebäuden Im Sommer kann es zu einer Überwärmung des Gebäudes kommen, weshalb es nötig ist eine Überwärmung zu begrenzen um die Innentemperaturen auf einem behaglichen Niveau halten zu können. Anders als in konventionellen Gebäuden die über Kühlgeräte verfügen sollte eine Überwärmung von Nullenergiegebäuden grundsätzlich vermieden werden. Die Maßgeblichen Normen in Österreich sind die ÖNORM EN ISO 13791 und die ÖNORM B 8110-3 welche sich mit dem Wärmeschutz im Hochbau beschäftigt. Eine Überwärmung des Gebäudes kann jedoch auch ohne Kühlanlage begrenzt werden. Während klimatische Bedingungen wie Außentemperatur und Sonneneinstrahlung eine große Rolle spielen, gibt es auch bauliche und nutzerspezifische Faktoren wie Größe, Gebäudehülle/-qualität, Sonnenschutz, Speichermasse, Lüftung und interne Lasten die eine tragende Rolle. (ÖNORM B 8110-3, ÖNORM EN 13791) Darüber hinaus gibt es noch die ÖNORM EN 15255 welche ein Simulationsmodel zur Berechnung der Kühllast beinhaltet. Diese Berechnung der Norm basiert auf Stundenbasis wodurch Verläufe und Lastgänge präzise berechnet werden können. (ÖNORM EN 15255) 8.10 STANDORT/KLIMA Um den Energiebedarf eines Gebäudes zu bestimmen sind möglichst regionale Klimadaten heran zu ziehen. In der Energieausweisberechnung wird zur Bestimmung der Kenngrößen ein 7 Zonen Klimamodell (siehe Abbildung 8.31) der ZAMG verwendet. ZAMG ist der staatliche geophysikalische und meteorologische Dienst Österreichs. Die 7 österreichischen Klimamodelle sind in der ÖNORM B 8110-5 dargestellt und normiert. (ONO 11) Inzwischen können Klimadaten auch auf der Homepage des Bundesministeriums für Wirtschaft, Familie und Jugend (http://www.bmwfj.gv.at/hp/klimadatenbank/Seiten/default.aspx) abgerufen werden. Abbildung 8.31: Einteilung der sieben temperaturzonen Österreichs (Zentralanstalt für meteorologie und Deodynamik, Klimaabteilung) Für die Ermittlung der Klimadaten für die Gebäudebilanzierung sind Geo-Koordinaten und Seehöhe anzugeben. Durch die Eingabe dieser Daten ist es möglich, monatliche Tagesmittelwerte der Außenluft und monatliche Strahlungssummen auf verschieden orientierte Flächen zu bestimmen. Diesen Mittelwerten liegen Messdaten von 30 Jahren zugrunde. ((http://www.bmwfj.gv.at/hp/klimadatenbank/Seiten/default.aspx) xxx 8.11 ELEKTRISCHE SPEICHER Ziel eines Nullenergiegebäudes ist, neben dem Erreichen von bestimmten Qualitätsmerkmalen und Kennwerten, auch eine optimale Netzeinspeisung der überschüssigen Energien. Die optimale Einspeisung hängt nicht alleine von der Einspeisemenge sondern auch vom Zeitpunkt der Einspeisung ab. Zur Beurteilung der Wechselwirkungen zwischen Energienetz und Einspeisung kann die maximale Bezugsleistung heran gezogen werden. Mittels Lastmanagement und elektrischen Speichern besteht die Möglichkeit maximale Bezugsleistungen und Einspeisezeiten zu optimieren wodurch Betriebskosten eingespart werden indem der Strom zum Zeitpunkt einer hohen Einspeisevergütung eingespeist und zum Zeitpunkt mit günstigen Tarifen eingekauft wird. Lastmanagement wird in den kommenden Jahren, aufgrund eines steigenden Anteils erneuerbarer Energien, immer mehr an Bedeutung gewinnen. Welcher Aufwand gerechtfertigt ist entscheidet sich von Fall zu Fall. Im der Grafik ist der Deckungsanteil eines Gebäudes von Solar Decathlon 2010 über das Jahr dargestellt. Strichliert eingetragen ist der Deckungsanteil ohne Batterie mit knapp über 35%. Durch ein ausgefeiltes Lastmanagement und den Einsatz von Batterien ist es gelungen den Deckungsanteil auf 70% anzuheben. Inzwischen gibt es einige Ansätze die entweder gebäudeeigene Batterien oder auch mit Autobatterien zur kurzzeitigen Speicherung von Energie verwenden (Voss) Bild 2. 9 QUELLEN UND VERZEICHNISSE Voss, K. (2008): Nullenergiehaus, Plusenergiehaus, Nullemissionshaus – Was steckt dahinter und wie gelingt die Umsetzung, http://www.energie-plattform.ch/ph/forschung-entwicklung/einfuehrung_voss.pdf, aufgerufen am 08.11.2011 um 11:55 Uhr Voss, K. & Musall, E. (2011): Nullenergiegebäude, Internationale Projekte zum klimaneutralen Wohnen und Arbeiten, erste Auflage, Detail Verlag, München, ISBN: 978-3-920034-50-8 Voss, K.; Lichtmeß, M. & Musall, E. (2011): Made in Germany – Auf dem Weg zu klimaneutralen Gebäuden, Bergische Universität Wuppertal, Vortrag auf der BAU München beim EnOB Forschungssymposium Voss, K.; Musall, E. & Lichtmeß, M. (2010): Vom Niedrigenergie- zum Nullenergiehaus: Standortbestimmung und Entwicklungsperspektiven, Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin . Bauphysik 32 (2010), DOI: 10.1002/bapi.201010049 EU Richtlinie 2006/32/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. April 2006 über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen und zur Aufhebung der Richtlinie 93/76/EWG des Rates. Amtsblatt der Europäischen Union L 114/64. EU Richtlinie 2009/28/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. April 2009 zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen und zur Änderung und anschließenden Aufhebung der Richtlinien 2001/77/EG und 2003/30/EG. Amtsblatt der Europäischen Union L 140/136. EU Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Neufassung). Amtsblatt der Europäischen Union L 153/13. EU Verordnung Nr. 244/2012 DER KOMMISSION vom 16. Januar 2012 zur Ergänzung der Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden durch die Schaffung eines Rahmens für eine Vergleichsmethode zur Berechnung kostenoptimaler Niveaus von Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden und Gebäudekomponenten. Amtsblatt der Europäischen Union L 81/18. Fanger, P. O., 1970: “Thermal Comfort. Analysis and applications in environmental engineering”, McGraw Hill, New York Müller, A., Biermayr, P., Kranzl, L., Haas, R., Altenburger, F., Weiss, W., Bergmann, I., Friedl, G., Haslinger, W., Heimrath, R., Ohnmacht, R., 2010: „Heizen 2050: Systeme zur Wärmebereitstellung und Raumklimatisierung im österreichischen Gebäudebestand: Technologische Anforderungen bis zum Jahr 2050“, Gefördert vom Klima- und Energiefonds. Musall Eike et al.: Net Zero Energy Solar Buildings: An Overview and Analysis on Worldwide Building Projects. Conference Paper EuroSun 2010, Graz 2010. ÖNORM EN 13182, 2002: Lüftung von Gebäuden, Gerätetechnische Anforderungen für Messungen der Luftgeschwindigkeit in belüfteten Räumen, Wien 2002-06-01 Statistik Austria: Wohnen 2009 – Ergebnisse der Wohnungserhebung im Mikrozensus, Jahresdurchschnitt 2009. Wien 2010. (Gefunden unter: http://www.statistik.at/dynamic/wcmsprod/idcplg?IdcService=GET_NATIVE_FILE&dID=7535 3&dDocName=048125, abgerufen 12.05.2011, 15:16) Torcellini Paul, Pless Shanti, Deru Michael: Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition. Paper for the ACEEE Summer Study, August 14−18 2006, Pacific Grove, California 2006 (gefunden unter: http://www.nrel.gov/docs/fy06osti/39833.pdf, abgerufen 27.02.2011, 12:49) Statistik Austria (Hrsg.) (2011): Entwicklung der Energieintensität in Österreich 1990-2009 (http://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_und_umwelt/energie/energieeffizienzindikatoren/031071.htm l), und Statistik der Nutzenergienalayse 2005-2010 (http://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_und_umwelt/energie/nutzenergieanalyse/022719.html) aufgerufen am 19.12.2011 um 15:54 Uhr
