Architektur und Energie
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Der Hochleistungs-Dämmstoff Architektur und Energie Planen und Bauen mit PUR-Hartschaum nach Energieeinsparverordnung (EnEV) Autor: Dr. Gernot Feldhusen Herausgeber: IVPU – Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. © 2002 by IVPU 1. Auflage, Februar 2002 ISBN 3-932500-21-0 VORWORT Architekten und Planer, Ausführende und Bauherren, die sich nicht nur über die wesentlichen Inhalte der Energieeinsparverordnung (EnEV) informieren wollen, sondern auch Hinweise zur konkreten bautechnischen Umsetzung der Vorschriften suchen, werden durch die vorliegende Broschüre in knapper, verständlicher und dennoch fachlich präziser Form informiert. Für neu zu errichtende Gebäude erhebt die EnEV den Niedrigenergiehaus-Standard zur allgemein verbindlichen Norm und entspricht damit der Selbstverpflichtung der Bundesregierung, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und den Ausstoß von CO2 mittelfristig um 30 % zu reduzieren. Die hohen Anforderungen, die das neue Regelwerk an die Dämmung der Gebäudehülle stellt, lassen sich mit dem Hochleistungsdämmstoff PUR-Hartschaum in beispielhafter Weise erfüllen. PUR-Hartschaum ermöglicht aufgrund seines hervorragenden Dämmvermögens wesentlich schlankere Dach-, Wand- und Fußbodenkonstruktionen als andere Dämmstoffe. Bei gleichen Gebäudeaußenabmessungen vergrößert sich das nutzbare Raumvolumen deutlich, wie ein Beispiel anschaulich zeigt: Die erforderliche Dicke der Fußbodendämmung in einer Erdgeschosswohnung mit einer Fläche von 100 m3 wird durch den Einsatz von PUR-Hartschaum WLG 025 – im Vergleich zu Dämmstoffen der WLG 040 – von 13 auf 8 cm verringert. Dadurch werden zusätzlich 5 m3 Nutzraum gewonnen. Bei einem Preis für den umbauten Raum von 300 1 pro m3 lassen sich 1500 1 Baukosten einsparen, wobei ein besonders hochwertiger Fußbodenaufbau erreicht wird. Je höher der angestrebte wärmetechnische Standard des Gebäudes, desto stärker wirken sich aber auch vorhandene bautechnische Schwachstellen aus. Bei der energietechnischen Sanierung von Alt- und Neubauten ist daher in besonderem Maße eine ganzheitliche Betrachtung erforderlich, die nicht nur die Dämmung einzelner Bauteile, sondern auch die Vermeidung von Wärmebrücken, die Luft- und Winddichtheit einschließt. Um diese Probleme zu lösen, steht eine breite Palette von Dämmprodukten aus PUR-Hartschaum zu Verfügung. Weitergehende Informationen, Veröffentlichungen und Konstruktionsblätter werden vom Industrieverband Polyurethan Hartschaum e. V. (IVPU) herausgegeben. Eine aktuelle Liste der Publikationen und ein kostenloses Rechenprogramm zur EnEV können im Internet unter www.ivpu.de abgerufen werden. Hans Bommer Vorstandsvorsitzender IVPU Gerade im Bereich der Altbausanierung setzt die EnEV neue Maßstäbe und trägt dem enormen Einsparungs- und Emissionsminderungspotential, das sich durch energietechnische Verbesserungen im Gebäudebestand erschließen lässt, Rechnung. Dämmmaßnahmen amortisieren sich meist durch die zu erwartende Energieeinsparung in wenigen Jahren. Tobias Schellenberger Geschäftsführer IVPU 3 INHALT Architektur und Energieeinsparung Der Hochleistungs-Dämmstoff 1 2 Architektur und Energie Planen und Bauen mit PUR-Hartschaum nach Energieeinsparverordnung (EnEV) Energieeinsparung und Gebäudeplanung 5 Das Niedrigenergiehaus – Neuer Standard für Architektur und Architekten 9 Die Energieeinsparverordnung (EnEV) 3 4 5 6 Die Philosophie: Ganzheitliche Betrachtung 13 Die Berechnung: Keine „Zauberformel“ sondern Entwurfshilfe 16 Neubau: Planung bedeutet Bilanzierung und Optimierung 19 Altbau: Die energetische Modernisierung des Gebäudebestands 22 Energieeinsparung „pur“ mit PUR-Hartschaum 7 Die energetische Optimierung der Gebäudehülle 24 8 Nachträglicher Wärmeschutz im Altbau 34 9 PUR-Gebäude der Zukunft: Niedrigenergie- und Passivhäuser im Neu- und Altbau 39 10 PUR-Dämmstoffe und Nachhaltigkeit 46 Anhang 4 Literatur 50 Abbildungsverzeichnis 52 Planungshilfen 54 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG 1 Energieeinsparung und Gebäudeplanung kWh(m 2 · a) 400 DIN 4108 350 300 200 150 Zu den wichtigsten Aufgaben des Gebäudes zählt der Schutz für den Menschen vor dem Klima, vor Feuchte, Wasser, Kälte oder Wärme. Architektur ist „die dritte Haut“, wie der Architekt und Künstler Friedensreich Hundertwasser vor einigen Jahren formulierte. Gemeint ist die dritte Hülle neben Haut und Kleidung. Diese Hülle wurde in der Geschichte der Bautechnik immer weiter entwickelt und optimiert. Bis in das 20. Jahrhundert zeigten die Häuser, die zwar unmittelbar gegen Feuchte und Kälte schützten, erhebliche wohnhygienische Mängel. Besonders die Verknüpfung von mangelnder Lüftung und kalten Innenwänden aufgrund einer hohen Wärmedurchlässigkeit der Baumaterialien führte zu einer Vielzahl von Erkrankungen. Hygieniker wiesen auf große Gesundheitsprobleme der Bewohner in Mietskasernen hin, die auf einen mangelnden Wärmeschutz zurückzuführen waren. Die zahlreichen Feuchteprobleme durch Kondensat führten aber nicht nur zu Gesundheitsproblemen, sondern auch zu erheblichen Bauschäden. Aus diesem Grunde wurde im Jahre 1952 die DIN 4108 „Wärmeschutz im Hochbau“ eingeführt. Diese Norm orientierte sich an den damals üblichen Baumaterialien und schrieb einen Mindestwärmeschutz für verschiedene Außenbauteile fest. Mit den Wärmeschutzverordnungen von 1977 und 1984 wurden die Konsequenzen aus den Ölpreiskrisen und der damit zusammenhängenden Verknappung der Energie gezogen und die erste Vorsorge zur Energiesicherung getroffen. WSVO 1977 250 100 50 2. Ölkrise Zur Geschichte: Wärmeschutz – vom Gesundheits- und Bautenschutz zur Energieeinsparung 1. Ölkrise 1.1 1970 1980 WSVO 1984 WSVO 1995 EnEV 0 1990 2000 2010 Bild 1: Entwicklung des Der enorme Energieverbrauch für die Heizung von ca. 200 – 300 Litern Heizöl pro m2 und Jahr wurde besonders den Bewohnern der Altbauten aus der Nachkriegszeit aufgrund der hohen Energiepreise sehr schmerzlich deutlich. Dieser riesige Energiebedarf musste reduziert und Energie eingespart werden. maximal zulässigen Heizwärmebedarfs von Gebäuden 1.2 Zur Politik: Der Gebäudebereich als Instrument der Energie- und Klimaschutzpolitik Die sich an die Ölpreiskrisen anschließende langjährige Diskussion um den Energieverbrauch und die damit verknüpften Emissionen von Treibhausgasen hat eines deutlich gemacht: Der Gebäudebereich mit der Raumheizung hat einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch. In den letzten Jahren wurde ziemlich konstant ein Drittel der Endenergie für Raumwärme aufgewendet. Endenergie Endenergie ist die von Primärenergie in Sekundärenergie umgewandelte beim Verbraucher angelieferte Energie (vgl. Bild 11, Seite 14). Bezieht man den Endenergieverbrauch auf die wesentlichen Verbrauchssektoren ergibt sich eine grobe Dreiteilung: etwa 30 % des Verbrauchs fallen auf die privaten Haushalte, 26 % auf die Industrie und 30 % auf den Verkehr. Auf Gewerbe, Handel und Dienstleistungen fallen nur 16 % des Endenergieverbrauchs. 5 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG Die privaten Haushalte ihrerseits verwenden ca. 77 % des ihnen zufallenden Endenergieverbrauchs für die Raumwärme, ca. 12,5 % für Warmwasser und den Rest für 100 % 90 80 70 60 50 40 Haushalte 28,6% Verkehr 30% 30 Gewerbe/ Handel 15,8% Industrie 25,6% 20 10 0 Bild 2: Endenergieverbrauch nach Sektoren Die privaten Haushalte ihrerseits verwenden ca. 77 % des ihnen zufallenden Endenergieverbrauchs für die Raumwärme, ca. 12,5 % für Warmwasser und den Rest für Beleuchtung und Hausgeräte. Der Ansatz, im Gebäudebereich – insbesondere bei den privaten Haushalten – Maßnahmen zur Energieeinsparung durchzuführen, ist also richtig und erfolgversprechend. Energieverbrauch und Energievorräte Die Diskussion darüber, ob noch genügend Energievorräte vorhanden sind, wird zwar immer wieder sehr kontrovers geführt, dennoch dürfte es keinen Zweifel an der Endlichkeit der fossilen Vorräte und am Steigen des weltweiten Energie- Mittlerweile sehen nahezu alle Experten in der Steigerung der Energieeffizienz, also in der Energieeinsparung und der optimalen Nutzung der Energie ein wichtiges, wenn nicht das entscheidende Mittel, um die Schere zwischen endlichen Vorräten und steigendem Bedarf zu schließen. Erhebliche Energieeffizienzpotentiale werden in Deutschland besonders im Gebäudebereich gesehen, da der größte Teil des Gebäudebestandes vor 1977, also vor der ersten Wärmeschutzverordnung erbaut worden ist. Die Reduktion des Verbrauchs um die Hälfte ist im Gebäudebestand vor allem durch die Wärmedämmung technisch einfach zu realisieren und ökonomisch sinnvoll, da sich Wärmedämm-Maßnahmen durch die Energieeinsparung refinanzieren. Eng verknüpft mit dem Energieverbrauch ist die Emission von Treibhausgasen. Die Diskussion um dieses Thema ist spätestens seit 1992, der Konferenz von Rio de Janeiro, immer wieder verstärkt geführt worden. Auch hier gibt es bei den Experten keinen Zweifel: Der Anstieg der mittleren Oberflächentemperatur der Erde ist durch die rapide Zunahme des Verbrennens fossiler Brennstoffe bedingt, d. h. die entsprechenden CO2-Emissionen tragen zum Treibhauseffekt und damit zur Erwärmung der Erdatmosphäre bei. verbrauchs geben. Strittig ist immer wieder, wie lange die Vorräte reichen werden. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Sektoren Ausgangswerte unterscheidet die Vorräte in Reserven und Prognosen mit weiteren Maßnahmen-Szenarien 2005 2010 2020 Jahr 1990 Industrie 199 142 119 112 097 Reserven von Energieträgern sind eindeutig iden- Kleinverbraucher 097 068 062 057 046 tifizierbare Vorräte, die sich unter heutigen oder in Haushalte 158 149 113 098 072 naher Zukunft zu erwartenden Bedingungen tech- Verkehr 145 166 180 167 139 nisch und wirtschaftlich abbauen lassen. Es han- Energie-Umwandlung 378 327 250 221 177 delt sich demnach um geologische Vorräte, die Insgesamt ohne prozessbedingte Emissionen und ohne internationalen Flugverkehr 977 852 724 655 531 Ressourcen. sicher nachgewiesen sind. Ressourcen sind Vorräte, die über Reserven hinaus reichen. Sie sind nachgewiesen bzw. wahr- 1995 scheinlich, aber technisch und /oder wirtschaftlich Die Beheizung der Gebäude privater Haushalte und gehören ferner noch nicht nachgewiesene, geolo- Kleinverbraucher (Gewerbe und öffentliche Verwaltun- CO2 -Emissionen gisch aber mögliche Lagerstätten. So vermutet gen) verursacht ca. 25 % der Emissionen. nach Sektoren man, dass in Ölsanden und Ölschiefern noch enorme Ressourcen Öl gebunden sind, deren Abbau beim derzeitigen Preisgefüge jedoch noch nicht wirtschaftlich ist. Quelle: BMWi-Dokumentation Nr. 492, Juli 2000. 6 Bild 3: zurzeit nicht gewinnbar. Zu den Ressourcen Die Bundesregierung hat in Folge der RioKonferenz die Senkung der CO2-Emissionen um 25 %, bezogen auf das Niveau von 1990, beschlossen. Bisher ist es gelungen, von 1990 bis 1999 die Emissionen um 15,5 % zu senken. ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG Damit liegen die Maßnahmen zwar noch im Zielkorridor des nationalen Klimaschutzziels, aber es wird noch erheblicher Anstrengungen bedürfen, um das Endziel von minus 25 % zu erreichen. Dabei spielt der Gebäudebereich auch nach dem neuesten Klimaschutzprogramm der Bundesregierung eine wesentliche Rolle, wenn dort 13 – 20 Mio. t CO2 bei einer Gesamtsumme von 90 – 95 Mio. t eingespart werden sollen [1] 1. Hier stehen insbesondere Gebäudeeigentümer und Architekten in der Pflicht. Gefragt sind mehr Investitionen im Hinblick auf die optimale Energieeinsparung und in Verbindung mit guter Architektur. Ein Gebäude ist als energetisches System anzusehen, dessen Energiebedarf nach dem Prinzip einer Bilanz bestimmt werden kann. Denn in einem Gebäude wird nur so viel an Energie für die Bereitstellung von Wärme verbraucht, wie an Wärme verloren geht. Um Energie einzusparen, müssen die Wärmeverluste reduziert werden, die durch die Gebäudehülle, also durch Dach, Wand, Fußboden, Fenster und Türen und durch die Lüftung entweichen. Ausgeglichen werden diese Verluste im Wesentlichen durch die Heizung, deren Energiebedarf (Heizwärmebedarf) durch die Zufuhr von externer Energie gedeckt wird, aber auch durch passive Sonnenenergie und interne Wärmequellen. Mio. Tonnen 1.000 Gewinne 750 Verluste Sonne Lüftung Interne Wärmequellen 500 Dach 250 –10,9% gegenüber 1990 –15,3% gegenüber 1990 –25% gegenüber 1990 1995 1999 2005 Wand Heizenergiebedarf 0 Boden Fenster und Türen 1990 Bild 4: CO2 -Reduktionsziel: minus 25 % 1.3 Energiebedingte Kohlendioxid-Emissionen in Deutschland aus Energieverbrauch und Industrieprozessen mit Klimarelevanz. Die Wärmeverluste der Gebäudehülle ergeben sich Bild 5: aus der Wärme, die durch das Dach, die Außenwände, Prinzip der den Fußboden, die Fenster und Türen und die Bilanzierung von Zum Prinzip: Das Gebäude als energetisches System Gebäudesohle verloren geht. Energiegewinnen Energiesparende Architektur bietet einen doppelten Klimaschutz: – Schutz des Menschen vor dem lokalen Klima, also vor Feuchte, Wärme, Kälte. – Schutz des globalen Klimas durch Reduktion von CO2-Emissionen. Der Heizwärmebedarf (ausgedrückt durch Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr oder kWh /(m2·a) beziffert also diejenige Wärmemenge, die dem Gebäude zugeführt werden muss, um die Bilanz zwischen den Wärmeverlusten und den internen und externen Wärmegewinnen auszugleichen, um eine behagliche Innentemperatur zu schaffen. Dieser Bilanzgedanke wurde mit der Wärmeschutzverordnung (WSVO) 1995 eingeführt. und Energieverlusten in der Wirkungsvoller Schutz vor dem lokalen Klima heißt vor allem Wärmeschutz, d. h. Verhinderung des Ausgleichs zwischen Innen- und Außentemperatur. Wirkungsvoller Schutz des globalen Klimas heißt vor allem geringerer Heizwärmebedarf durch wirkungsvollen Wärmeschutz, d. h. Reduzierung der Verbrennung fossiler Energieträger und damit Verringerung der CO2Emissionen. 1 Siehe Literaturverzeichnis im Anhang 7 Wärmeschutzverordnung (WSVO) 1995 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG Gewinne Verluste Sonne Lüftung Interne Wärmequellen Heizenergiebedarf Dach Wand Boden Fenster und Türen Heizungsverluste Warmwasserbereitung Bild 6: Je besser der Wärmeschutz ausfällt, desto weniger Prinzip der Energie wird zur Deckung des Heizwärmebedarfs Bilanzierung von benötigt. Der einfache Bilanzgedanke auf der Grund- Energiegewinnen lage des Heizwärmebedarfs lässt sich nun verfeinern, und Energie- indem auch die Verluste der Heizungsanlage und der verlusten Energieverbrauch zur Warmwasserbereitung auf die in der EnEV Verlustseite der Bilanz „gebucht“ werden und der nun entstehende Energiebedarf als Heizenergiebedarf bezeichnet wird. Genau dieser Gedanke liegt der Energieeinsparverordnung (EnEV) zugrunde. 1.4 Das Dämmvermögen der Baustoffe und insbesondere der Dämmstoffe, wird nach ihrer Wärmeleitfähigkeit l beurteilt. Auch für die Wärmeleitfähigkeit gilt: je kleiner der l-Wert, umso besser die Dämmwirkung des Materials. Das besonders gute Dämmvermögen von Polyurethan-Hartschaum (PUR) wird durch den Einsatz von Treibmitteln erreicht, deren Wärmeleitfähigkeit erheblich niedriger ist als die der Luft. Die Treibmittel verbleiben infolge der hohen Geschlossenzelligkeit des Dämmstoffes langzeitig im PUR-Hartschaum. Als Treibmittel werden heute in Deutschland hauptsächlich der Kohlenwasserstoff Pentan und CO2 benutzt. Dämmstoffdicke in mm 225 200 175 150 125 Zur Energieeffizienz: Wärmeschutz und Dämmstoffe 0 Wärmeschutz hat einen hohen Wirkungsgrad im Hinblick auf die Energieeinsparung. 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 Wärmeleitfähigkeit W/(m · K) Energieeffizienz heißt also: – Minimierung der Wärmeverluste durch Dämmung der Gebäudehülle und Verringerung der Lüftungswärmeverluste – Verbesserung der Anlagentechnik – Einsatz von regenerativen Energien (z. B. Solarenergie). Erforderliche Dicke eines Dämmstoffes, um dieselbe Bild 7: Dämmwirkung bzw. einen U-Wert von 0,20 W/(m2·K) Verschiedene zu erreichen. PUR-Hartschaum-Dämmstoffe (WLG Dämmstoffe und 025 und 030) zeigen dabei eindeutig ihre große ihre Dämmwirkung Entscheidend für die wärmetechnische Qualität eines Bauteils ist der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert, bisherige Bezeichnung: k-Wert). Je geringer der UWert, desto besser ist die wärmedämmende Eigenschaft des Bauteils. Bei der Minimierung der Wärmeverluste durch die Gebäudehülle spielen die Dämmstoffe eine ganz entscheidende Rolle. Durch den Einsatz von diffusionsdichten metallischen Deckschichten wird die Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) 025 erreicht, bei Verwendung von diffusionsoffenen Deckschichten die WLG 030. 8 Effizienz. Hier: ohne Berücksichtigung der Wärmeübergangswiderstände. Energieeffizienz ist in der Architektur ohne Einsatz von Dämmstoffe nicht denkbar. Optimale Energieeffizienz lässt sich mit Hochleistungsdämmstoffen wie PUR-Hartschaum erreichen. ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG 2 Das Niedrigenergiehaus – Neuer Standard für Architektur und Architekten Niedrigenergiehäuser gibt es seit ungefähr 25 Jahren. Dabei wurde die Idee, die „Reduzierung der Wärmeverluste“ zum Grundprinzip des Bauens zu erklären, zuerst in den USA entwickelt und später in den skandinavischen Ländern aufgegriffen. In Schweden trat bereits 1975 eine Baunorm in Kraft, die die Grundlage für energiesparendes Bauen geschaffen hat und in etwa mit der deutschen Wärmeschutzverordnung (WSVO) von 1995 übereinstimmt. Der Begriff „Niedrigenergiehaus“ (NEH) beschreibt einen Baustandard, also nicht eine bestimmte Bauweise oder Bauform. Das entscheidende Merkmal eines Niedrigenergiehauses ist der deutlich verringerte Heizwärmebedarf gegenüber dem üblichen Standard. Es besteht unter Fachleuten die Übereinstimmung, dass der Jahresheizenergiebedarf von Niedrigenergiehäusern bei etwa 50 kWh / pro m2 Wohnfläche und Jahr liegen sollte. Das bedeutet bei 100 m2 Wohnfläche einen jährlichen Heizenergiebedarf von 500 m3 Erdgas oder 500 Litern Heizöl. Zum Vergleich: der durchschnittliche spezifische Jahresheizwärmebedarf des gesamten Gebäudebestandes in Deutschland lag 1990 bei ca. 160 kWh pro m2 Wohnfläche und Jahr und entspricht damit den Anforderungen der WSVO von 1977. Vor 1977 gebaute Häuser liegen in der Regel weit über diesem Wert (Durchschnitt: 250 kWh/pro m2 Wohnfläche und Jahr). 2.1 Die technische Herausforderung Das Niedrigenergiehaus fordert keinesfalls eine besondere Konstruktion oder besondere Baumaterialien. Im Gegenteil, mit konventionellen Materialien, vielfältigen Bauarten und variablen Gebäudeformen lassen sich Niedrigenergiehäuser als Einzel-, Doppel- oder Reihenhäuser und als Geschosswohnungsbauten errichten. Für diese verschiedenen Gebäudeformen ist lediglich das Prinzip der Energieeffizienz entscheidend: eine Bilanzierung der Gewinne und Verluste. Niedrigenergiehäuser sind keine Versuchshäuser mehr, sondern entsprechen dem heutigen Stand der Technik. Dies ist der entscheidende Grund, weswegen mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) der Niedrigenergiehaus-Standard nunmehr „amtlich“ eingeführt wird. Multifunktionales Gebäude in Holzrahmenbauweise; Bild 8: Basis: standardisiertes Raster von 2,50 m in Ost- SOLAR-LOFT, West-Richtung und 5,00 m in Nord-Süd-Richtung; Braunschweig 2000 kubischer Baukörper, A/V-Verhältnis: 0,47 m –1 ; Südfassade mit 3,00 m hohen Terrassenfenstern, Ost- und Westfassade eher geschlossen. Um den Niedrigenergiehaus-Standard zu erreichen, sind einige Komponenten oder Konstruktionsmerkmale zu beachten, die in ihrer Wirkung miteinander verknüpft sind und in ihrer Gesamtheit die Energiebilanz eines Gebäudes entscheidend beeinflussen. Bei diesen technischen Komponenten geht es zum einen um die Bautechnik und zum anderen um die Anlagentechnik: – Kompakte Gebäudeform – Energieeffiziente Baukonstruktion – Hervorragender Wärmeschutz in den Außenbauteilen – Luft- und Winddichtheit der Gebäudehülle – Mechanische Wohnungslüftung (u. U. Wärmerückgewinnung) – Schnell regelbare Heizwärmeverteilung 9 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG Bautechnische Anforderungen an das Niedrigenergiehaus Luft- und Winddichtheit der Gebäudehülle Je besser Niedrigenergiehäuser gedämmt werden, um so wichtiger wird die Luft- und Winddichtheit Kompakte Gebäudeform des Gebäudes. Die unkontrollierte Fugenlüftung Wärmeverluste durch die Gebäudehülle (Trans- führt zu erheblichen Wärmeverlusten. Durch missionswärmeverluste) beeinflussen die Energie- Anschlussfugen und z. T. auch Materialundichtig- bilanz von Gebäuden auf entscheidende Weise. keiten strömt in der Heizperiode kalte Außenluft in Komplizierte Gebäudeformen, Vorsprünge, Ein- das Gebäude. Andererseits entweicht durch die schübe und Verwinkelungen wirken sich ungünstig selben Öffnungen auch warme Innenluft. Diese auf die Energiebilanz aus. Je geringer die unkontrollierte Lüftung muss durch eine luft- und Wärmeaustauschhüllfläche des Gebäudes im winddichte Ausführung unterbunden werden. Verhältnis zu seinem Volumen ist, um so kleiner ist der volumenspezifische Wärmebedarf. Das Verhältnis von Hüllfläche zu Volumen (A/V-Verhältnis) ist daher eine wichtige Komponente für Niedrig- Anlagentechnische Anforderungen an das Niedrigenergiehaus energiehäuser. Mechanische Wohnungslüftung Energieeffiziente Baukonstruktion Bei dichten und hochgedämmten Niedrigenergie- Hier geht es darum, bei bestimmten Bauteilen häusern ist das Lüften des Gebäudes für die wie Außenwänden, Dach, Fenster, Bodenplatte Begrenzung der relativen Luftfeuchtigkeit von ent- und Kellerdecke, die U-Werte zu minimieren. Zu scheidender Bedeutung. Die bisher übliche der Verlustminimierung gehört außerdem die Fensterlüftung kann den hygienisch notwendigen Vermeidung von Wärmebrücken, bei denen der Luftaustausch nicht ausreichend gewährleisten. Wärmedurchgang aufgrund konstruktiver Gege- Eine kontrollierte Wohnungslüftung sorgt für die benheiten erhöht wird. So wie es für Bauteile dauerhafte Abfuhr von verbrauchter Raumluft und mittlerweile Regelquerschnitte gibt, die einen eine dauerhafte Zuführung von Frischluft, unab- optimalen U-Wert haben, sind auch die Wärme- hängig von Windeinflüssen und dem Bewohner- brücken in ihrer Wirkung erforscht. Durch Beach- verhalten. tung dieser Konstruktionsregeln lassen sich Verluste reduzieren. Schnell regelbare Heizwärmeverteilung Im Niedrigenergiehaus, welches nach dem Prinzip Hervorragender Wärmeschutz der Minimierung der Wärmeverluste gebaut wird, bei Außenbauteilen sinkt dementsprechend der Heizwärmebedarf. Die Verringerung der Transmissionswärmeverluste Gleichzeitig gibt es Gratiswärme durch Sonnen- von Außenbauteilen wird vor allem durch den einstrahlung und interne Wärmequellen (z. B. Einsatz von Dämmstoffen erreicht. Soll ein hoher Personen, Beleuchtung, Geräte usw.), die im Wärmeschutz erzielt werden, weist PUR-Hart- Tagesverlauf kurzfristig stark schwanken und schaum mit seiner hohen spezifischen Dämm- raumweise sehr unterschiedlich sein kann. Die leistung besondere Vorteile auf. PUR-Hartschaum Heizungsanlage muss sich daher an den schnell ist in den Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG) 025 ändernden Wärmebedarf anpassen, um jederzeit und 030 lieferbar. Mit anderen Dämmstoffen der die thermische Behaglichkeit garantieren zu kön- WLG 040 und darüber muss man dicker dämmen, nen. Eine schnell regelbare, d. h. eine „flinke“ um die gleiche Dämmleistung zu erreichen. PUR- Heizung ist notwendig. Hartschaum bietet dem Planer beispielhafte Vorteile: Gewinn an Raum und Gewinn an Gestaltungsmöglichkeiten. 10 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG 2.2 Die architektonische Herausforderung Die technischen Anforderungen, ein Gebäude als Niedrigenergiehaus zu bauen, sind keine grundsätzlich neuen Entwurfsparameter, sondern als eine Erweiterung der klassischen Randbedingungen zu sehen [2]. Denn vereinfacht lässt sich Architektur immer noch als Dreiklang von Form, Funktion und Technik verstehen. Das Leitbild des Funktionalismus in der Architektur verstand sich immer als die Synthese zwischen technisch einwandfreier Konstruktion, richtigem Einsatz von Materialien, sinnvoller Nutzung und rationaler Organisation der Herstellung von Bauwerken. Das technische Prinzip der Doppelfassade begreift dieses Bauteil nicht mehr nur als passive Komponente, deren Wärmeverluste minimiert werden müssen (das ohne Frage auch), sondern auch als energetisches System, als „Kraftwerk“, das Energie produziert, bis hin zu der Auffassung eines „lebendigen Systems“, das auf Veränderungen der Umwelt reagieren kann. Etliche Hochhäuser der letzten Generation, die in vieler Hinsicht als Niedrigenergiehäuser anzusehen sind, haben zu einer neuen, interessanten „Fassaden-Landschaft“ geführt. Matthias Sauerbruch, Architekt: Die Herausforderung ist, eine neue Ästhetik zu entwickeln und richtige architektonische Konzepte daraus zu machen. Es ist ein bisschen wie in den Zwanziger Jahren, als beispielsweise der Beton Bei diesem Verständnis von Architektur kommen die Anforderungen des Niedrigenergiehaus-Standards nicht als neue Entwurfsparameter hinzu, sondern geben dem Entwurfsprozess eine bestimmte Richtung. Diese ergibt sich aus außer-architektonischen Gesichtspunkten wie der Ressourcenschonung, dem Klimaschutz und der Energieeffizienz. Wie beim Funktionalismus stellt sich auch beim Niedrigenergiehaus-Standard die Frage nach der Architektur eines Gebäudes. Es ergibt sich erneut die Herausforderung, „eine neue Ästhetik zu entwickeln und richtige architektonische Konzepte daraus zu machen.“ [3] So wie die Formel „form follows function“ für den richtig verstandenen Funktionalismus zu kurz griff, greift auch die Formel „form follows u-value“[2] zu kurz. Die Entwurfssprache der Architekten wird beim Bau eines Niedrigenergiehauses nicht beeinträchtigt [4]. Im Gegenteil, die Herausforderung des Niedrigenergiehaus-Standards führt zu neuen Entwicklungen, z. B. bei der Gestaltung der Fassade von großen, komplexen Gebäuden. als neues Material zu neuen ästhetischen Lösungen führte, oder wie die Maschine generell als gesellschaftliches Phänomen eine neue Ästhetik geschaffen hat. ... Es kommt immer auf den Zusammenhang, auf die Dimension an. Man muss sich dann nur bewusst sein, was man tut.[3] Architekten gehen manchmal so weit wie die Schweizer Herzog und De Meuron, bei „denen das Unfeine der Gebäudehülle, nämlich die Dämmung, zum Gegenstand ästhetischer Reflexion erhoben wurde“ [2]. Dies geschieht, indem die Dämmung, die an der Fassade hinter einer durchsichtigen Glasscheibe liegt, sichtbar gemacht wird. Der Entwurfsprozess des Architekten wird also zu einem Optimierungsprozess verschiedenster Faktoren unter dem Gesichtspunkt einer größtmöglichen Energieeffizienz. 11 ARCHITEKTUR UND ENERGIEEINSPARUNG 2.3 Architekten als Gestalter und Ingenieure Die Architekten sind gefordert, aus der technischen Anforderung eine gestalterische Herausforderung zu machen. Das ist eine Aufgabe, der sie sich immer gestellt haben, wenn man ihre Berufsgeschichte betrachtet. „Wer neue Anforderungen mit der Begründung ablehnt, dass sie die Entwurfsfreiheit einschränken, sollte sich diesen extremen Paradigmen-Wechsel bei der Entstehung der klassischen Moderne in der Architektur vor Augen halten. Architektur ist in ihrer historischen Entwicklung immer eingebunden in gesellschaftliche Anforderungen und in den gesellschaftlichen Wandel.“ [2] Im Grunde könnte die alte Vorstellung vom Architekten als Baumeister und Generalisten, der als Gestalter und Ingenieur zugleich tätig ist, oder aber im Rahmen einer integrierten Planung neue Kooperationsformen mit dem Ingenieur sucht und realisiert, wieder belebt werden. Thomas Herzog vertritt daher die Ansicht, dass man als Architekt die Hauptdimensionen, die ein Bauwerk bestimmen, überblicken muss, wenn man das Gebäude als Ganzes koordinieren will. „…das gehört zur Gesamtheit der baumeisterlichen Aufgabe.“[5] Architekt Prof. Thomas Herzog: Wenn man versucht, Gebäude in ihrem Energiehaushalt günstiger zu gestalten als bisher üblich, und wenn man weiß, dass dieser Energiehaushalt zu einem großen Teil von der Anordnung der Räume und der Ausbildung der baulichen Konstruktion, einschließlich der Materialwahl, der einzelnen Farben und Oberflächen, von der Position des Gebäudes, der Organisation des Grundrisses, des Schnitts, der Gesamtform und von der Konstruktion der Fassaden abhängt, wenn man weiterhin weiß, wie die bauliche Konstruktion in einem unmittelbaren physikalischen Wechselspiel mit dem steht, was an Aktivenergie für Heizung, Kühlung, Beleuchtung und Lüftung zugeführt werden muss, dann muss einem doch klar sein, dass man Derartiges nicht konzipieren kann, ohne die Einzeldimensionen und die Zusammenhänge in etwa zu kennen.[5] 12 Architekten: Proplaning Architekten und General- Bild 9: planer ETH/SIA, Basel. Transparente Wärmedäm- Sport Toto, mung mit KAPILUX-H und OKATHERM 66/34. Basel Christian Ingenhoven sieht die Rolle des Architekten dabei zunehmend als „die eines Regisseurs, der keineswegs der beste Spezialist für irgendeinen Teilaspekt der Planung und Durchführung eines Projektes ist, sondern vielmehr derjenige, der eine umfassende Vorstellung vom Ganzen hat“.[6] Niklaus Kohler bringt die neue Situation für den Architekten auf den Punkt: „Architekten müssen nachweisen, dass sie Gebäude mit niedrigen gemessenen Energiekennzahlen, hoher Behaglichkeit, kontrollierten Kosten und hoher architektonischer Qualität bauen können. Ist dieses Ziel erreicht und Bestandteil der Regeln der Baukunst geworden, dann braucht es keine Energiesparverordnung mehr. Dafür gäbe es eine neue Kunst des Bauens und, wer weiß, vielleicht eine neue Baukunst.“ [7] 3 Die Philosophie: Ganzheitliche Betrachtung Die Bundesregierung war bereits bei der Verabschiedung der Wärmeschutzverordnung (WSVO) 1995 davon ausgegangen, dass zum Ende des Jahrzehnts eine weitere Verschärfung des Anforderungsniveaus erfolgen sollte, mit dem Ziel einer weiteren Reduzierung des Energiebedarfs. Dies hatte auch der Bundesrat anlässlich seiner Zustimmung gefordert. Als Ziel wurde damals die Absenkung des Energiebedarfs neu zu errichtender Gebäude um durchschnittlich 30 % gegenüber der geltenden WSVO 1995 festgelegt. Die 30 %-Absenkung des Energiebedarfs bezieht sich in der Energieeinsparverordnung (EnEV) auf den Heizenergiebedarf, während in der WSVO 1995 der Heizwärmebedarf in Bezug genommen wurde. Ein direkter Vergleich der Bezugsgrößen der WSVO 1995 und der EnEV ist also nicht möglich. Der angestrebte Heizenergiebedarf in der EnEV liegt zwischen 40 und 100 kWh/(m2·a) und wird damit den im energiegerechten Bauen mittlerweile erreichten Niedrigenergiehaus-Standard erreichen. Insofern schreibt die EnEV den Niedrigenergiehaus-Standard vor, ohne dass ein bestimmter Bedarfswert in der Verordnung selbst festgelegt wird. Die Energieeinsparverordnung (EnEV), veröffentlicht am 21.11. 2001, führt den Bilanzierungsgedanken der WSVO 1995 weiter. Bezogen auf den Neubau beinhaltet die EnEV zwei neue Ansätze: 1. Das Gebäude wird als ganzheitliches System gesehen, welches bauphysikalische Eigenschaften mit der Anlagentechnik verknüpft. Im Mittelpunkt steht die Bilanz von Gewinnen und Verlusten. (Erweiterung der Bilanzgrenzen vom Heizwärmebedarf zum Heizenergiebedarf) Heizwärme-/Heizenergiebedarf [kWh/m2a] DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) WärmeschutzV 84 WärmeschutzV 84 WärmeschutzV 95 WärmeschutzV 95 EnEV 180 160 140 (Heizenergiebedarf) (Heizwärmebedarf) (Heizenergiebedarf) (Heizwärmebedarf) (Heizenergiebedarf) 120 100 80 60 40 20 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Verhältnis A/V [m-1] Bild 10: 2. Die Versorgung eines Gebäudes mit Energie wird ebenfalls ganzheitlich gesehen, d. h. die der Versorgung mit Endenergie (Heizenergiebedarf) vorgelagerte Prozesskette wird durch die Orientierung am Primärenergiebedarf berücksichtigt. Verschiedene Anforderungsniveaus: Wärmeschutzverordnungen und Energieeinsparverordnung (EnEV) Bezogen auf den Gebäudebestand bleibt es bei dem Ansatz der WSVO 1995, d. h. bei der Festlegung von Mindestanforderungen für U-Werte, bezogen auf verschiedene Bauteile (siehe Kapitel 6, Seite 22). 3.1 Das Gebäude als bauphysikalisches und anlagentechnisches System Bei einer weiteren Verringerung der Wärmeverluste durch die Gebäudehülle (Dach, Wand, Boden, Fenster, Türen) gewinnen die Lüftungsverluste und die Verluste der Heizungsanlage an Bedeutung und die einzelnen Verlustfaktoren verschieben sich in ihrer Wertigkeit. Je weniger die Heizungsanlage zur Deckung der Verluste bzw. des Wärmebedarfs beitragen muss, desto wichtiger werden ihre eigenen Verluste (Erzeugungs-, Verteilungs-, Abgas- und Regelungsverluste). Die Einbeziehung der Heizungsanlage in die Planung der gesamten energetischen Qualität eines Gebäudes ist daher ein notwendiger Schritt. Bei Wohngebäuden wird außerdem der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung in die Berechnungen des Heizenergiebedarfs einfließen. 13 DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) Der Planer hat im Wesentlichen nur noch eine einzige Hauptanforderung, nämlich die Begrenzung des Heizenergiebedarfs zu erfüllen. Damit werden die Gestaltungsfreiräume für den Architekten bzw. die Entscheidungsspielräume für den Bauherrn nicht eingeengt. Im Gegenteil: Die EnEV bietet die Möglichkeit, die Gesamtanforderung an den Heizenergiebedarf durch Wärmeschutz und/oder effiziente Anlagentechnik zu erfüllen. 3.2 Der Bezug auf die Primärenergie Die WSVO 1995 errechnet den Heizwärmebedarf als energetischen Kennwert eines Gebäudes, der sich im Wesentlichen aus den Wärmeverlusten des Gebäudes und damit aus den bauphysikalischen Eigenschaften bzw. der energetischen Qualität ergibt. Dieser Heizwärmebedarf wird durch die Nutzenergie gedeckt, die die Heizung abliefert. Das ist aber nicht die gesamte Energie (= Endenergie), die dem Gebäude zugeführt werden muss, um den Heizwärmebedarf zu decken. Denn die Heizung hat Verluste, die sich auf den Energiebedarf auswirken. Gebäudeverluste und Heizungsverluste zusammen ergeben den Heizenergiebedarf. Energetische Qualität Baukörper: Heizwärme-Kennwert Damit wird es möglich, die der gelieferten Endenergie vorgelagerte Prozesskette und deren Verluste in die Betrachtung mit einzubeziehen und den Bedarf eines Gebäudes an der Primärenergie zu orientieren. Jedes Heizungssystem (Anlagenkonfiguration sowie Energieträger) weist bestimmte Verluste bei Förderung, Aufbereitung, Umwandlung, Transport und Verteilung des Energieträgers auf. Die Tatsache, dass zur Erzeugung einer Kilowattstunde Endenergie in Abhängigkeit von Heizsystem und Energieträger unterschiedliche Mengen Primärenergie notwendig sind, wird über die Anlagenaufwandszahl ep berücksichtigt. Der ep-Wert differiert zwischen 0,1 bei erneuerbaren Brennstoffen und 3,0 für Strom (siehe Bild 12). Mit der Wahl des Heizungssystems wird bereits die wesentliche Vorentscheidung für einen bestimmten Energieträger und damit für die gesamte Bilanzierung des Energieverbrauchs getroffen. Diese Vorentscheidung steht am Anfang der Planung und bedarf der Beratung durch den Architekten bzw. den Ingenieur. Energieträger ep-Wert Heizöl EL Erdgas H Flüssiggas Steinkohle Braunkohle 1,1 1,1 1,1 1,1 1,2 Nah -/ Fernwärme aus KWK fossiler Brennstoff erneuerbarer Brennstoff 0,7 0,0 Nah-/Fernwärme aus Heizwerken fossiler Brennstoff erneuerbarer Brennstoff 1,3 0,1 Energetische Qualität Heizsystem: Jahresnutzungsgrad Vorgelagerte Prozesskette des Energieträgers Gewinnung Umwandlung Transport Primärenergie n Sekundärenergie n Endenergie n Nutzungsenergie n Energiedienstleistung Strom-Mix 3,0*) Bild 11: *) Nachtspeicheröfen werden für 8 Jahre nur mit dem Energiearten und Faktor 2,0 bewertet, ebenso die elektrische Warm- Primärenergetische wasserbereitung in Gebäuden mit Nachtspeicher- Bewertung öfen. der Energieträger Bilanzgrenzen In der EnEV wird der Heizenergiebedarf, also die Endenergie ermittelt und in der Bilanzierung die sogenannte Bilanzgrenze vom Ausgang der Heizung an die Gebäudegrenze verlegt. 14 Quelle: EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2.1.2 Bild 12: (ep-Werte) DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) Die Orientierung der EnEV an der Primärenergie führt zu einer Gleichbehandlung der Energieträger, weil damit der auf Gebäudeebene auftretende Endenergiebedarf mit den Verlusten der jeweiligen Prozesskette bewertet und entsprechend relativiert wird. Orientierte sich die Verordnung statt am Primärenergiebedarf am Endenergiebedarf, würde das zu einer Besserstellung von Heizungsanlagen führen, deren Verluste in der Vorkette, also außerhalb des Gebäudes, anfallen. Nur die Orientierung am Primärenergiebedarf kann zu der gebotenen Gleichbehandlung aller Heizungssysteme führen. Die neue Bewertungsregel für die Anlagentechnik DIN 4701-10 „Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen; Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung“ legt den Primärenergiebedarf als Eigenschaft der jeweiligen technischen Lösung des Anlagensystems fest und ermöglicht so eine sachgerechte Entscheidung durch Bauherr und Planer. Mehr Transparenz beim Energieverbrauch Die Entscheidung des Gesetzgebers, nunmehr den Heizenergiebedarf zu begrenzen und gleichzeitig den Verbrauch primärenergetisch zu bewerten, führt für den Verbraucher zu mehr Transparenz: – Der echte Energiebedarf kann an den realen Vorräten gemessen werden. – Der tatsächliche Energieverbrauch, wie er sich von den Rechnungen der Energieversorger ablesen läßt, kann besser kontrolliert werden. Der von der EnEV verlangte Energiebedarfsausweis (§ 13) zeigt dem Bewohner eines Gebäudes einen errechneten Verbrauch in guter Annäherung an den tatsächlichen Verbrauch und dokumentiert damit eine Gebäudekenngröße, die den Wert einer Immobilie in Zukunft wesentlich mit bestimmen wird. § 13 (4) EnEV Der Energiebedarfsausweis … ist den nach Landesrecht zuständigen Behörden auf Verlangen vorzulegen und Käufern, Mietern und sonstigen Nutzungsberechtigten der Gebäude auf Anforderung zur Einsichtnahme zugänglich zu machen. Die Gesamtbetrachtung der Energieverluste im Zusammenspiel von Bauphysik und Anlagentechnik und die primärenergetische Orientierung bilden einen neuen Ansatz. Die Energieeffizienz zielt zunächst auf die Minimierung der Verluste und dann erst auf die Optimierung der Energieversorgung ab. 15 3.3 DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) 4 4.1 Die Berechnung: Keine „Zauberformel“ sondern Entwurfshilfe Die entscheidenden Entwurfsparameter: Heizwärmebedarf und Anlagentechnik Der Energieeinsparverordnung (EnEV) liegt die schlichte Philosophie des Bilanzdenkens mit folgender „Zauberformel“ zugrunde: Q = Qh + Qw + Qt - Qr Q Qh Qw Qt Qr Heizenergiezufuhr Heizwärmebedarf Energiebedarf für Warmwasser Verluste der Anlagentechnik Energiegewinne aus der Umwelt Die Verluste der Anlagentechnik (Qt) gehen in die Anlagenaufwandszahl (ep) ein. Diese Zahl beschreibt das Verhältnis der von der Anlagentechnik aufgenommenen Primärenergie zu der von ihr abgegebenen Nutzwärme. Damit entspricht die Aufwandszahl dem Kehrwert des üblicherweise verwendeten Nutzungsgrades. Sie wird nach der DIN V 4701-10 „Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen; Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung“ ermittelt; dabei wird dann auch der Einsatz regenerativer Energien entsprechend berücksichtigt. In der Anlagenaufwandszahl als primärenergetischer Kenngröße sind auch die Faktoren enthalten, die die Erzeugungs- und Verteilerverluste der Energieträger (Öl, Gas etc.) außerhalb des Systems „Gebäude“ berücksichtigen. Die Heizenergiezufuhr (Q) muß die Wärmeverluste durch die Gebäudehülle und die Energieverluste der Anlagentechnik ausgleichen und den Energiebedarf zur Trinkwassererwärmung (Qw) abdecken. Randbedingungen DIN 4108-6 Berechnung Bauphysik Jahres-Heizwärmebedarf Qh Die Gebäudehülle bestimmt den Heizwärmebedarf (Qh). Dabei werden die solaren Wärmegewinne und die aus internen Wärmequellen den Transmissionswärmeverlusten und den Lüftungswärmeverlusten gegengerechnet. Die Energiegewinne aus der Umwelt (Qr) ergeben sich aus dem Beitrag von regenerativen Energien für Heizung und Warmwasserbereitung. Der Heizwärmebedarf wird in der EnEV mit Hilfe der DIN V 4108-6 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden; Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs“ berechnet. Diese Norm definiert die nationalen klimatischen Randbedingungen und die standardisierten Nutzungsbedingungen, wie z. B. die für normal beheizte Gebäude zugrunde gelegte mittlere Gebäudeinnentemperatur von 19° C. Diese Randbedingungen sind in der europäischen Norm EN 832 „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Berechnung des Heizenergiebedarfs; Wohngebäude“ nicht festgelegt. 16 EnEV Festlegung Energieeinsparung max. JahresEnergiebedarf QP<QPmax Q P= (Qh+Qw)xeP gleiche Randbedingungen Randbedingungen DIN 4701-10 Berechnung Anlagentechnik AnlagenAufwandszahl eP Bild 13: Der Energiebedarf für Warmwasser (Qw) wird in der EnEV für Wohngebäude generell mit 12,5 kWh/(m2·a) festgelegt (siehe EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2.2). Da die Anlagentechnik zum einen den Heizwärmebedarf und zum anderen den Energiebedarf zur Trinkwassererwärmung abdecken muss, sind beide Bedarfsgrößen mit der Anlagenaufwandszahl zu multiplizieren, so dass sich die „Zauberformel“ folgendermaßen vereinfacht und gleichzeitig zum Primärenergiebedarf (Qp) überleitet: Qp = ep (Qh + Qw) kWh/(m2·a) Qp ep Qh Qw Primärenergiebedarf Anlagenaufwandszahl Heizwärmebedarf Energiebedarf für Warmwasser Die Struktur der EnEV DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) Wenn man den Energiebedarf für Warmwasser aus der Betrachtung ausklammert, zeigt sich, dass die bauphysikalischen, und zwar insbesondere die wärmedämmenden Eigenschaften der Gebäudehülle sowie die Anlagentechnik einschließlich der Energieträger zu den entscheidenden Entwurfsparametern werden. Damit folgt die EnEV dem neuen Ansatz, Gebäude und Anlagentechnik nicht getrennt, sondern integriert zu planen. EnEV § 5: Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig entsprechend dem Stand der Technik abgedichtet ist …. – Mindestwärmeschutz und Wärmebrükken nach § 6. Die Wärmebrücken werden numerisch in den Transmissionswärmeverlusten erfasst. EnEV § 6: 4.2 Die Anforderungen der EnEV (1) Bei zu errichtenden Gebäuden sind Bauteile, die gegen die Außenluft, das Erdreich oder Mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) werden zum ersten Mal Energiekennwerte als alleiniger Bewertungsmaßstab für Gebäude eingeführt. Die Hauptanforderung an den Primärenergiebedarf (QP) wird in § 3 der Verordnung und der dazugehörigen Anlage 1 in Abhängigkeit von dem A / V-Verhältnis und der beheizten Gebäude-Nutzfläche AN gestellt. Optimiert wird also auf einen einzigen Kennwert QP in kWh/(m2·a). Damit wird die Entwurfsfreiheit für den Planer erhöht. Das Berechnungsund Nachweisverfahren richtet sich nach dem Fensterflächenanteil (siehe Kapitel 5, Seite 19). Gleichzeitig gilt jedoch eine Nebenanforderung, und zwar der spezifische Transmissionswärmeverlust HT´. Dies ist der U-Wert der Außenbauteile plus Wärmebrückenverluste bezogen auf die wärmeübertragende Hüllfläche in W/(m2·K), (früher: km-Wert). Als weitere Anforderungen der EnEV sind zu beachten: – Die Dichtheit der Gebäudehülle und der Mindestluftwechsel nach § 5 und Anhang 4. Dabei sind n50-Werte von mindestens 1,5 h –1 bei Einbau von Lüftungsanlagen einzuhalten. Bei Gebäuden mit Fensterlüftung muss dieser Wert 3,0 h –1 betragen, wenn ein Blower-Door-Test zwischen Architekt und Bauherr vereinbart wird. Gebäudeteile mit wesentlich niedrigeren Innentemperaturen abgrenzen, so auszuführen, dass die Anforderungen des Mindestwärmeschutzes nach den anerkannten Regeln der Technik eingehalten werden. (2) Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahresheizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall wirtschaftlich vertretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird. Zum Anforderungsniveau des Primärenergiebedarfs gibt es einige Ausnahmen: – Bei Ein- und Zweifamilienhäusern mit monolithischer Außenwandkonstruktion erhöhen sich die QP-Werte um 3 %, wenn ein Niedertemperaturkessel eingebaut wird. Diese Regelung gilt ab dem 1. Februar 2002, für die Dauer von 5 Jahren. – Bei Gebäuden, die mit regenerativen Energien beheizt werden, gilt nur die Nebenanforderung HT´. – Bei Gebäuden, die mit Nachtspeicheröfen beheizt werden oder bei denen Wärme über Wohnungslüftungsanlagen rückgewonnen wird, werden diese Anlagen 8 Jahre lang mit dem Primärenergiefaktor 2,0 statt 3,0 nach DIN V 4701-10 bewertet. 17 DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) 4.3 Die Nachweisverfahren Die beiden entscheidenden Parameter für die energetische Optimierung des Entwurfs und damit des Jahres-Primärenergiebedarfs (Qp) sind der Heizwärmebedarf (Qh) und die Anlagenaufwandszahl (ep): Qp = ep (Qh + Qw) kWh/(m2·a) Qp ep Qh Qw Primärenergiebedarf Anlagenaufwandszahl Heizwärmebedarf Energiebedarf für Warmwasser Der Energiebedarf für Warmwasser wird bei Wohngebäuden in der EnEV generell mit 12,5 kWh/(m2·a) festgelegt (siehe EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2.2). Der Heizwärmebedarf kann nach DIN V 4108-6 mit zwei verschiedenen Verfahren ermittelt werden: – Monatsbilanzverfahren – Heizperiodenbilanzverfahren Das Monatsbilanzverfahren ermittelt für jeden Monat gesondert Wärmeverluste und nutzbare Wärmegewinne. Dieses Verfahren kann die jeweiligen Randbedingungen sehr genau erfassen (z. B. Wärmespeichereinflüsse von Bauteilen) und lässt sich vom Aufwand her am sinnvollsten EDV-gestützt durchführen. Das Heizperiodenbilanzverfahren (auch Jahresbilanzverfahren genannt) bilanziert Wärmeverluste und Wärmegewinne über die Dauer der Heizperiode (185 Tage) und liegt auf der sicheren Seite. Für die Ermittlung der Anlagenaufwandszahl nach DIN V 4701-10 stehen drei Verfahren zur Verfügung: – Diagrammverfahren – Tabellenverfahren – Detailliertes Verfahren 18 Das Diagrammverfahren besteht aus der grafischen Ermittlung der Anlagenaufwandszahl (eP) und des Endenergiebedarfs anhand von Aufwandszahl-Diagrammen in Abhängigkeit vom flächenbezogenen Heizwärmebedarf und der beheizten Nutzfläche. Diese werden in DIN V 4701-10, Anhang C.5 exemplarisch für sechs gängige Anlagensysteme dargestellt: – Niedertemperatur-Kessel mit zentraler Trinkwarmwasserbereitung – Brennwert-Kessel mit zentraler Warmwasserbereitung – Brennwert-Kessel und solare Warmasserbereitung – Brennwert-Kessel und Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung – Wärmepumpe mit zentraler Warmwasserbereitung – Speicherheizung mit Lüftungsanlage, dezentrale Warmwasserbereitung Wenn die Anlagentechnik noch nicht festgelegt ist, werden beim Tabellenverfahren in der DIN V 4701-10, Anhang C.1 bis C.4, Kennwerte der Aufwandszahl für Standardprodukte der einzelnen Komponenten der Anlagentechnik, wie z. B. Heizkessel, angeboten. Diese Standardwerte orientieren sich aber am unteren energetischen Durchschnitt des Marktniveaus und führen damit nicht zu den niedrigsten AnlagenAufwandszahlen. Wenn die Kennwerte von konkreten Produkten vorliegen (z. B. die WärmeerzeugerAufwandszahl nach Firmenangabe), dann können diese Kennwerte beim Detaillierten Verfahren anstelle der Standardwerte in DIN V 4701-10, Anhang C.1 bis C.4, verwendet werden. Dadurch ergeben sich in der Regel bessere Anlagen-Aufwandszahlen. DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) 5 Neubau: Planung bedeutet Bilanzierung und Optimierung 5.1 Entwerfen als energetische Optimierung und integrierte Planung Die Energieeinsparverordnung (EnEV) bietet dem Planer die Chance einer integrierten Planung, bei der das Gebäude als ganzheitliches System verstanden wird. Ein sehr gut wärmegedämmtes Gebäude (mit einem geringen Heizwärmebedarf) kann mit einer weniger aufwändigen Heiztechnik (hohe Anlagenaufwandszahl) auskommen. Umgekehrt kann – zumindest theoretisch – ein schlecht gedämmtes Gebäude durch eine entsprechende Anlagentechnik kompensiert werden. Auch bei einer besonders sparsamen Anlagentechnik ist der Mindestwärmeschutz nach den anerkannten Regeln der Technik (siehe EnEV § 6) einzuhalten. Zwischen den beiden „Extremen“ – Maximierung der Dämmung oder Maximierung der Anlagentechnik – liegt der theoretische Entscheidungsspielraum für Bauherren und Planer. Dem Architekten und Planer eröffnen sich mit der EnEV mehr Möglichkeiten, unter gestalterischen und ökonomischen Varianten zu entscheiden. der Lüftungswärmeverluste Vorrang einräumen und erst im zweiten Schritt die Anlagentechnik optimieren. Auch eine solare Energiezukunft setzt hervorragend gedämmte Gebäude mit geringem Heizwärmebedarf voraus. Der Planer hat also bei der Bilanzierung, Optimierung und den notwendigen Nachweisverfahren mehrere Möglichkeiten, um die Energieeffizienz seiner Planung zu belegen. In § 3 der EnEV ist festgelegt, nach welchem Verfahren der Jahres-Primärenergiebedarf (Qp) zu berechnen ist (siehe Kapitel 4, Seite 18). – Bei Wohngebäuden, deren Fensterflächenanteil 30 % nicht überschreitet, kann der Primärenergiebedarf nach einem vereinfachten Verfahren nach Anhang 1, Nr. 3 (Heizperiodenbilanzverfahren nach EnEV, Anhang 1, Tabelle 2 und zumindest das Diagrammverfahren gemäß DIN 4701-10 für die Anlagenaufwandszahl) berechnet werden. – Bei Nicht-Wohngebäuden und Wohngebäuden mit größerem Fensterflächenanteil ist das Monatsbilanzverfahren und eines von den Berechnungsverfahren für die Anlagenaufwandszahl (Diagramm-, Tabellen- oder Detailliertes Verfahren) anzuwenden. Bild 14: Nachweisverfahren für den Jahres-Primärenergiebedarf nach EnEV Für die konkreten Entscheidungen gibt es jedoch eine eindeutige Regel: Das Gebäude und seine Hülle stellen ein System mit einer langen Lebensdauer und einem dementsprechend langfristigen Energieeinspareffekt dar. Die Anlagentechnik eines Gebäudes unterliegt einer schnelleren Abnutzung und damit kürzeren Erneuerungszyklen. Der Einspareffekt der Anlagentechnik ist also auf eine kürzere Zeit zu berechnen. Generell kann man sagen, dass auf lange Sicht ein Gebäude mit geringerem Heizwärmebedarf im Hinblick auf die zu erwartende Energieverknappung in jedem Fall optimal „gerüstet“ ist. Die meisten Architekten und Bauherren werden daher der Minimierung von Transmissionswärmeverlusten durch optimale Wärmedämmung der Gebäudehülle sowie der Reduzierung Wohngebäude mit Fensterflächenanteil ≤ 30% Qw Qh EnEV Qp = (Qh+Qw)ep Wohngebäude mit Fensterflächenanteil ≥ 30% und Nichtwohngebäude ep Qh EnEV Anhang 1, 2.2 EnEV §3 DIN Anlage 1 4701-10 Tabelle 2 C5 JahresbilanzDiagrammverfahren verfahren vereinfachtes Verfahren Qw EnEV Anhang 1, 2.2 DIN 4701-10 C1–C4 Tabellenverfahren DIN 4701-10 Detailliertes Verfahren 19 EN 832 DIN 4108-6 Monatsbilanzverfahren DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) Hieraus ergibt sich beispielhaft folgende Vorgehensweise beim energetischen Gebäudeentwurf unter Anwendung des vereinfachten Verfahrens (Heizperiodenbilanzverfahren und Diagrammverfahren): 1. Ermittlung des A/V-Verhältnisses nach Vorentwurf 2. Berechnung des maximal zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs nach EnEV, Anhang 1, Tabelle 1 HOAI-Leistungsphasen und EnEV-Planung Diese 7 Stufen des „Vereinfachten Verfahrens“ zur energetischen Optimierung eines Gebäudes sind neue Vorgänge im Rahmen des Entwurfshandelns für den Architekten und daher den Leistungsphasen der HOAI (Honorarordnung für Architekten und Ingenieure) zuzuordnen. Grundlagenermittlung Leistungsphase 2: 4. Ausweisung des Warmwasser-Wärmebedarfs nach EnEV: 12,5 kWh/(m2·a) 5. Ermittlung der anlagentechnischen Aufwandszahl nach DIN V 4701-10, Anhang C.5 für Standard-Anlagentechnik z. B. Niedertemperatur-Kessel mit zentraler Warmwasserbereitung 6. Berechnung des vorhandenen JahresPrimärenergiebedarfs, Ergebnisprüfung mit Vergleich 7. Erneutes Durchführen des Verfahrens (Optimierung), wenn Vorgaben nicht eingehalten werden. Vorplanung Leistungsphase 3: Entwurfsplanung Leistungsphase 4: Genehmigungsplanung Leistungsphase 5: Ausführungsplanung Leistungsphase 6: Vorbereitung der Vergabe Leistungsphase 7: Mitwirkung bei der Vergabe Leistungsphase 8: Objektüberwachung Leistungsphase 9: Objektbetreuung und Dokumentation 20 Bild 15: HOAI-Leistungsphasen und EnEV-Planung Leistungsphase 1: 3. Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs nach EnEV , Anhang 1, Tabelle 2 5.2 Grundstück beurteilen: Gebäudeorientierung, Verschattungen, Vorabklärung von gesetzlichen Rahmenbedingungen und Förderprogrammen. Energie- und Versorgungskonzept skizzieren, Energieträger festlegen. Gewünschten Standard mit Bauherren abklären: Energiekennzahl und Nachweisverfahren festlegen. Wunsch und Finanzierbarkeit von Techniken zur Nutzung regenerativer Energien abklären. Vorentwürfe zur Bestimmung des A/V-Verhältnisses. Vorentwurfserklärungen mit einfachen Nachweisverfahren. Durchführung der Energiebedarfsrechnungen für die endgültige Variante. Mehrere Optimierungsschleifen. Festlegung von Haustechnik (Lüftung, Heizung), Grundrissorganisation. Ausfertigung des Energiebedarfsausweises. Beantragung von Fördermitteln. Bei Änderungen: Wärmebilanzrechnung für die endgültige Planung (Energiekennwert). Dimensionierung der Heiz-, Lüftungs-, BWW-Anlagen. Luftdichtheitskonzept + Dämmkonzept festlegen. Wärmebrücken reduzieren, Detailplanung unüblicher Konstruktionen. Stromsparende Haustechnik, Warmwasseranschluss für Waschmaschine und Spülgerät. Hinweise in den Leistungsverzeichnissen bei neuen Konstruktionen. Forderung der n50 -Luftwechselrate nach DIN 4108 -Teil 7. Hinweis an Handwerker auf möglichen Blower-Door-Test als Kontrolle. Sorgfalt bei der Handwerkerauswahl. Eventuell zentrales Einweisungsgespräch. Baustellenkontrolle: Dichtheit, Wärmebrücken, sorgfältige Ausführung der Dämmarbeiten; Zeitpunkte festlegen. Eventuell Blower-Door-Test durchführen. Kontrolle der eventuell notwendigen Nachbesserungsarbeiten. Energiebedarfsausweis aushändigen. Nutzerhandbuch mit Beschreibungen der Besonderheiten des Gebäudes. Wartungscheckliste für Lüftungsanlage an Nutzer aushändigen. Wenn gewünscht: Energieverbrauch (1. + 2. Jahr) mit Planwerten abklären. Beratung für Gebäudenutzer anbieten (Nutzverhalten). Mängelbeseitigung. DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) Es zeigt sich, dass die klassischen Entwurfsphasen von besonderer Bedeutung sind. Das Thema „Energie“ ist von Anfang an zu bearbeiten. Bereits beim Vorentwurf müssen Bauherr und Planer die ersten Grundsatzentscheidungen zum Energieträger und auch zur Art des Baukörpers und der Gebäudehülle fällen. EDV-Hilfsmittel Mit der Kompaktheit des Gebäudes, den verwendeten Baumaterialien und vor allem den ausgewählten Wärmedämmstoffen werden wichtige Faktoren zur Energieeinsparung festgelegt. Die Dämmstoffindustrie bereitet zusammen mit der Heizungs- und Glasindustrie einen Energiepass Deutschland vor, der in benutzerfreundlicher Weise alle Verfahren der wichtigsten Normen und die Anforderungen der EnEV enthält. Geplant ist, in dieses Rechenprogramm dynamische, erweiterungsfähige Datenbanken und Produktdaten zu integrieren. Die eigentliche Optimierung findet dann in der Entwurfsplanung und detailliert in der Ausführungsplanung statt. Die Phase der Objektüberwachung durch die Bauleitung gewinnt noch mehr an Bedeutung als bisher. In energetischer Hinsicht ist die Qualitätssicherung der Ausführung (Dichtheit der Gebäudehülle, Vermeidung von Wärmebrücken) zwingend notwendig. Ein neuer Bereich der Objektbetreuung ergibt sich aus dem Energiebedarfsausweis und damit verknüpften Serviceleistungen des Planers während der Nutzungsphase des Gebäudes. Hier sind auch zusätzliche Leistungen bis hin zum Facility Management denkbar. 5.3 Für die Nachweisverfahren stehen mittlerweile etliche EDV-gestützte Verfahren zur Verfügung, die sowohl die Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs als auch die energetische Bewertung der Anlagentechnik durch die Anlagenaufwandszahl erleichtern. Der IVPU hat in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut für Wärmeschutz (FIW), München, ein einfaches Programm erarbeitet, das eine schnelle Durchführung des Energieeinsparnachweises mit dem vereinfachten Nachweisverfahren für Wohngebäude nach EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2 erlaubt. Das Programm ist auf der IVPU Website www.ivpu.de veröffentlicht. 21 DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) 6 6.1 Altbau: Die energetische Modernisierung des Gebäudebestands Energieeinsparpotentiale und Gebäudetypen Rund 90 % aller bestehenden Wohngebäude wurden vor 1977, also vor dem Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung, gebaut. Hier besteht ein enormes Potenzial zur Energieeinsparung durch Minimierung der Heizwärmeverluste. Der Gebäudebestand kann nach Baualter und Gebäudegrößen in Typen eingeteilt werden. Dabei bildet das Baualter ein wichtiges Merkmal, weil sich in jeder Bauepoche allgemein übliche Konstruktionen finden lassen, die den Heizwärmebedarf beeinflussen. Die Gebäudegröße spielt ebenfalls eine wesentliche Rolle. Größere Gebäude haben im Verhältnis zu ihrem nutzbaren Volumen eine geringere Außenfläche, über die Wärme an die Umgebung abfließen kann. Für jeden Gebäudetyp lassen sich Einsparmöglichkeiten durch optimale Wärmeschutzmaßnahmen an Wand, Dach, Keller und Fenstern sowie durch lüftungstechnische Maßnahmen ermitteln. Die Wärmedämmung der Dächer und Außenwände bewirkt den größten Energieeinspareffekt. Energieeinsparmaßnahmen sind bereits wirtschaftlich, wenn die zusätzliche Wärmedämmung mit ohnehin anstehenden Instandsetzungen und/oder Modernisierungen gekoppelt wird. Übersicht der Begrenzung des Wärmedurchgangs (nach EnEV) Begrenzung des Wärmedurchgangs beim erstmaligen Einbau, Ersatz und bei Erneuerung von Bauteilen gemäß EnEV, Anhang 3, Tabelle 1 (Auszug) Bauteil Maximaler Wärmedurchgangskoeffizient in W/(m 2·K) 1 Außenwände allgemein Umax = 0,45 W/(m2·K) Außenwände, bei denen – Bekleidungen angebracht werden – Dämmschichten eingebaut werden – Fachwerkausfachungen erneuert werden Umax = 0,35 W/(m2·K) Umax = 0,35 W/(m2·K) Umax = 0,35 W/(m2·K) Fenster, Fenstertüren, Dachfenster Umax = 1,75 W/(m2·K) Decken, Dächer, Dachschrägen Umax = 0,30 W/(m2·K) Flachdächer Umax = 0,25 W/(m2·K) Wände und Decken gegen unbeheizte Räume oder gegen Erdreich – allgemein Umax = 0,50 W/(m2·K) – bei Anbringung außenseitiger Bekleidung Umax = 0,40 W/(m2·K) 1 Der Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils kann nur unter Berücksichtigung der neuen und der vorhandenen Bauteilschichten ermittelt werden; für die Berechnung opaker Bauteile ist die DIN EN ISO 6946:1996-11 zu verwenden. Bild 16: Anforderungen Welche dieser Maßnahmen wirtschaftlich sinnvoll durchgeführt werden können, hängt im Einzelfall vom Gebäudetyp ab. Fast alle Altbauten, die älter als 20 Jahre sind, haben einen Energieverbrauch von mindestens 20 Litern Heizöl oder 20 Kubikmetern Erdgas pro m2 Wohnfläche und Jahr. Die zu erwartende Einsparung durch Wärmedämmmaßnahmen liegt im Durchschnitt bei 50 %. 22 Eine Maßnahme gilt als wirtschaftlich, wenn die Kosten für die Einsparung einer kWh Energie niedriger sind als der über die Nutzungsdauer ermittelte zukünftige Endenergiepreis. Bei Berücksichtigung eines zukünftigen Energiepreises von z. B. 6,7 Cent pro kWh ergeben sich Einsparpotenziale von 53 % in den alten und 63 % in den neuen Bundesländern. bei Änderung von Außenbauteilen bestehender Gebäude DIE ENERGIEEINSPARVERORDNUNG (EnEV) 6.2 Energetische Modernisierung nach EnEV Die EnEV nutzt das enorme Einsparungspotenzial im Gebäudebestand und formuliert bestimmte Anforderungen an den Wärmedurchgangskoeffizienten von Außenbauteilen (U-Wert), wenn diese ersetzt, erneuert oder erstmalig eingebaut werden. Da die EnEV als Folgeverordnung des Energieeinsparungsgesetzes von 1976 an das Prinzip der Wirtschaftlichkeit gebunden ist, gelten die neuen Anforderungen nur, wenn mehr als 20 % der Fläche eines Bauteils saniert werden soll. In der EnEV sieht der Gesetzgeber auch gewisse Nachrüstpflichten vor. Dies gilt insbesondere für Heizkessel, die vor dem 1.10.1978 in Betrieb genommen wurden. Ungedämmte, nicht begehbare, aber zugängliche oberste Geschossdecken beheizter Räume müssen bis zum 31.12. 2006 so gedämmt werden, dass ihr U-Wert mindestens 0,30 W/(m2·K) beträgt. Welche Sanierungsmaßnahmen betroffen sind, geht aus den Bestimmungen der EnEV, Anhang 3 hervor: Erneuerung der Außenwände – Anbringen von Bekleidungen – Bekleidungen auf der Innenseite – Einbau von Dämmschichten – Erneuerung des Außenputzes – Einsetzen von Ausfachungen Erneuerung von Steildächern – Ersatz der Dachhaut, außenseitige Bekleidungen – Innenseitige Bekleidungen – Einbau von Dämmschichten Erneuerung von Flachdächern – Ersatz der Dachhaut, außenseitige Bekleidungen – Innenseitige Bekleidungen – Einbau von Dämmschichten Erneuerung von Wänden und Decken gegen unbeheizte Räume und Erdreich – Erneuerung von außenseitigen Bekleidungen, Feuchtigkeitssperren, Drainagen – Innenseitige Bekleidungen an Wände – Erneuerung von Fußbodenaufbauten auf der beheizten Seite – Deckenbekleidungen auf der Kaltseite – Einbau von Dämmschichten Erneuerung von Vorhangfassaden – Ersatz des gesamten Bauteils – Ersatz der Füllung Jeder Architekt oder Bauherr muss also bei der Planung von Instandsetzungsmaßnahmen entsprechend diesem Katalog vorgehen und die Anforderungen der EnEV, Tabelle 1, Anhang 3 berücksichtigen. Im Falle wesentlicher Änderungen am bestehenden Gebäude ist ein Energiebedarfsausweis unter bestimmten Voraussetzungen vorgesehen (vgl. EnEV, § 13). Eine wesentliche Änderung liegt vor, wenn – innerhalb eines Jahres mindestens drei Änderungen in Verbindung mit dem Austausch eines Heizkessels oder Umstellung einer Heizungsanlage auf einen anderen Energieträger durchgeführt werden (vgl. EnEV, Anhang 3, Nr. 1 – 5) – wenn das beheizte Gebäudevolumen um mehr als 50 % erweitert wird. Die Herausforderung für den Architekten Häufig bietet die Modernisierung eines Gebäudes eine echte zweite Chance für gute Architektur. Architekten sind hier in zweierlei Hinsicht gefordert: – bei Änderungen an der äußeren Gestalt des Gebäudes – bei der Planung der Investitionen im Hinblick auf die optimale Energieeinsparung. Bei der Altbaumodernisierung ergibt sich ein neues Betätigungsfeld für den Architekten. In seinem gestalterischen Entwurf müssen zukünftig auch Aspekte wie optimale Wärmedämmung und Energieeinsparung berücksichtigt werden. 23 6.3 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 7 Die energetische Optimierung der Gebäudehülle Letztlich geht es beim Thema „Wohnen“ um die Frage: Was muss getan werden, damit man sich in seinen vier Wänden richtig wohl fühlt – im Winter wie auch im Sommer. Lebensqualität heißt Wohnbehaglichkeit. Dazu gehören angenehme Temperaturen im ganzen Haus – nicht zu warm, nicht zu kalt. Die Temperaturdifferenz zwischen der Raumluft und der Wandoberfläche darf nicht zu groß sein, sonst wird es „ungemütlich“: unbehaglich kalt im Winter oder unbehaglich warm im Sommer. Die Wärmeleitfähigkeit l ist der entscheidende Kennwert für die Dämmwirkung eines Bauproduktes. PUR-Hartschaum verfügt über die niedrigste Wärmeleitfähigkeit aller handelsüblichen Dämmstoffe und wird in den Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG) 025 und 030 angeboten. Die hohe Dämmleistung wird durch den Einsatz von Treibmitteln erreicht, deren Wärmeleitfähigkeit erheblich niedriger ist als die der Luft. Die Treibmittel verbleiben infolge der hohen Geschlossenzelligkeit ( 90 %) langzeitig im PUR-Hartschaum. Diese Forderung der Wohnbehaglichkeit gilt für das ganze Haus – vom Keller bis zum Dach. 7.1 Die bauphysikalischen Grundsätze der optimalen Gebäudehülle Alle Experten sind sich einig: Der erhöhte Wärmeschutz der Gebäudehülle stellt die wirksamste Maßnahme zur Senkung des Jahresheizwärmebedarfs dar. Damit bleibt der Wärmeschutz ein wesentlicher Bestandteil der „Zauberformel“ für die Energieeinsparung (siehe Kapitel 4, Seite 16). Die optimale Gebäudehülle hat drei wesentliche Anforderungen zu erfüllen: – möglichst niedriger U-Wert – Luft- und Winddichtheit – Vermeidung von Wärmebrücken. Dämmstoffe aus PUR-Hartschaum sind wegen ihres sehr guten Dämmvermögens vielseitig einsetzbar (Dach, Wand, Boden, Decke). Die Produktpalette reicht von Dämmplatten über Fensterrahmen und Montageschaum bis hin zu Metall-Sandwichelementen für den Industriebau. 24 Bild 17: Das Dämmvermögen von PUR-Hartschaum ist daher schon bei geringen Dämmstoffdicken sehr hoch. Dämmstoffe der WLG 040 müssen 200 mm dick sein, um einen U-Wert von 0,20 W/(m2·K) zu erreichen. Bei PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 025 genügen bereits 125 mm, um dieselbe Dämmwirkung zu erzielen (ohne Berücksichtigung der Wärmeübergangswiderstände). Zellstruktur von PUR-Hartschaum ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Dämmstoffdicke in mm 225 200 175 150 125 0 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 Wärmeleitfähigkeit W/(m · K) Bild 18: Dämmstoffdicken in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit bei einem U-Wert von 0,20 W/(m2·K); hier ohne Berücksichtigung der Wärmeübergangswiderstände Diese Empfehlungen liegen für die Bilanzierungsverfahren „auf der sicheren Seite“ und können vom Planer direkt in die Berechnungsverfahren eingesetzt werden („Zauberformel“ siehe Kapitel 4, Seite 16). Mit PUR-Hartschaum hat der Planer bei der Konstruktion der Gebäudehülle einen echten Spielraum für die Optimierung; mit geringen Dämmstoffdicken gibt es viele Möglichkeiten des Ausgleiches zwischen den verschiedenen Bauteilen und ihren unterschiedlichen U-Werten. Bauteil PUR-Hartschaum erfüllt außerdem wichtige Anforderungen an moderne Baustoffe: – hohe Druckfestigkeit (Begehbarkeit) bei geringer Rohdichte (30 – 35 kg/m2) – gutes Langzeitverhalten – Schimmel- und Fäulnisfestigkeit – Geruchsneutralität und physiologische Unbedenklichkeit – kein Abtropfen im Brandfall, kein Glimmen, somit keine unbemerkten Brandherde – schnelle und einfache Verarbeitung – Mehrfachfunktionalität (z. B. Wärmedämmung mit Dampfsperre) – positive Ökobilanz – wieder verwertbar/recycelbar Grundsatz 1: Minimaler U-Wert Die Wärmeschutzverordnung von 1995 stellte bei kleinen Wohngebäuden Anforderungen an den k-Wert einzelner Außenbauteile. Anforderungen an einzelne Bauteile gibt es in der EnEV nur noch für den Altbau; im Neubau gibt es nur die Bilanzierungsverfahren. Der Industrieverband Polyurethan-Hartschaum (IVPU) gibt zu einer ersten Orientierung U-Wert-Empfehlungen für verschiedene Bauteile, kombiniert mit den entsprechenden PUR-Dämmstoffdicken. Neubau EnEV Altbau EnEV Neubau Passivhaus U-Wert W/(m2 · K) PUR-Dämmstoffdicke mm Steildach (Dämmung auf den Sparren) Flachdach ≤ 0,20 WLG 025 WLG 030 ≤ 0,20 WLG 025 WLG 030 Oberste Geschossdecke 120 140 WLG 025 WLG 030 080 100 240 280 ≤ 0,15 060 080 ≤ 0,40 080 100 ≤ 0,30 240 280 ≤ 0,10 ≤ 0,35 080 100 WLG 025 WLG 030 WLG 030 100 120 120 140 ≤ 0,30 240 280 ≤ 0,10 ≤ 0,30 ≤ 0,30 WLG 025 WLG 030 ≤ 0,10 080 100 ≤ 0,25 ≤ 0,20 Außenwand Fußboden/Kellerdecke (gegen Erdreich und unbeheizten Keller) Perimeter-Dämmung ≤ 0,30 120 140 160 200 ≤ 0,15 060 080 ≤ 0,40 100 160 200 ≤ 0,20 080 160 Bild 19: IVPU U-Wert Für die Berechnung der U-Werte von Bauteilen dürfen nur die in DIN 4108-4 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden; Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte“ festgelegten Bemessungswerte (früher Rechenwerte) der Wärmeleitfähigkeit eines Dämmstoffes eingesetzt werden. Grundsatz 2: Luft- und Winddichtheit Mit zunehmenden Anforderungen an den Wärmeschutz steigt die Bedeutung der Lüftungsverluste durch Fugen und Undichtigkeiten. Als Beispiel für eine luftdichte Konstruktion wurde hier die Steildach-Dämmung mit PUR-Hartschaum gewählt. Mit AufsparrenWärmedämmsystemen aus PUR-Hartschaum-Dämmplatten lassen sich luftdichte Konstruktionen auf einfache Weise herstellen: 25 Empfehlungen für verschiedene Bauteile mit entsprechenden PUR-Dämmstoffdicken ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM In einer Steildachkonstruktion, bei der die Wärmedämmschicht aus PUR-Hartschaumplatten auf einer Sichtholzschalung aufgelegt wird, ist die erforderliche Luftdichtheit in der Fläche durch das Verlegen einer Unterdeckbahn, z. B. einer Bitumenbahn, auf der Sichtholzschalung gewährleistet (siehe Bild 20). 1 Dachdeckung 2 Dachlatten 3 Grundlatten 4 PUR-Hartschaum WLG 025, 80 mm 5 Sparren 6 Luftdichtheitsschicht 7 Verkleidung mit Profilbrettern Bild 22: PUR-Steildachdämmung mit 1 Dachdeckung 2 Dachlatten 3 Grundlatten 4 PUR-Hartschaum WLG 025, 80 mm 5 Luftdichtheitsschicht 6 Holzdielen 7 Sparren Luftdichtheitsschicht unter den Sparren Bild 20: PUR-Steildachdämmung mit Luftdichtheitsschicht auf Sichtholzschalung 1 Dachdeckung 2 Dachlatten 3 Grundlatten 4 PUR-Hartschaum WLG 025, 80 mm 5 Sparren 6 Lattung 7 Gipskartonplatten Bild 23: 1 Dachdeckung 2 Dachlatten 3 Grundlatten 4 PUR-Hartschaum WLG 025, 80 mm 5 Luftdichtheitsschicht 6 Sparren 7 Verkleidung mit Profilbrettern Bild 21: PUR-Steildachdämmung mit Luftdichtheitsschicht über den Sparren Werden die PUR-Hartschaumplatten direkt auf den Sparren verlegt, so kann eine Folie luftdicht als Zwischenlage über oder unter den Sparren angebracht werden (siehe Bild 21 und 22). 26 Bei unterseitiger Verkleidung der Sparrenfelder mit Gipskartonplatten kann die Luftdichtheitsschicht entfallen, wenn die Stoßkanten der Gipskartonplatten luftdicht mit Fugendichtmaterialien verspachtelt werden und alle Anschlüsse zum Mauerwerk und zu Durchdringungen luftdicht ausgeführt werden (siehe Bild 23). Undichtheiten in problematischen Detailbereichen (wie Sparren, Pfetten, Einbauteile) lassen sich durch entsprechende konstruktive Maßnahmen, z. B. durch den Einsatz von Stichsparren, oder durch Abdichten mit Fugendichtbändern bzw. mit dauerelastischen Massen sicher und dauerhaft abdichten. PUR-Steildachdämmung mit Gipskartonplatten unter den Sparren ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM EnEV § 5 (1) – Dichtheit: Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft undurchlässig Daneben gibt es auch geometrisch bedingte Wärmebrücken, die vor allem bei ungedämmten Außenwandecken auftreten (siehe Bild 25). (luftdicht) entsprechend dem Stand der Technik abgedichtet ist. Dabei muss die Fugendurchlässigkeit außenliegender Fenster, Fenstertüren und Dachflächenfenster Anhang 4 Nr. 1 genügen (Gebäude mit bis zu 2 Vollgeschossen Klasse 2, mit mehr als 2 Vollgeschossen Klasse 3 nach DIN EN 12 207-1: 2000-06). Grundsatz 3: Wärmebrückenfreiheit Wärmebrücken sind örtlich begrenzte Schwachstellen einer Baukonstruktion, durch die mehr Wärme abfließen kann als durch die umgebenden Flächen. Wärmebrücken bewirken Wärmeverluste, niedrigere Oberflächentemperaturen und verursachen letztendlich einen erhöhten Heizenergiebedarf. Die niedrigeren Oberflächentemperaturen führen zur Bildung von Tauwasser, wodurch es zu Feuchteschäden und Schimmelpilzbildung kommen kann. Zahlreiche Problemstellen, die trotz aller Bemühungen um wärmebrückenfreies Konstruieren immer wieder auftreten, können häufig technisch mit dem Einsatz von PUR-Hartschaumplatten gelöst werden. So lassen sich Wärmebrücken, die bei der Zwischensparren-Dämmung von Steildächern kaum zu vermeiden sind, durch den Einsatz von PUR-Hartschaum-Dämmplatten mit umlaufender Nut-Feder-Kantenausbildung auf den Sparren problemlos ausschließen. Auch hier wirkt sich die geringe Dämmstoffdicke bei hoher Dämmleistung zur Bemessung der Konstruktion positiv aus. EnEV § 6 (2) – Wärmebrücken Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf nach den Regeln der Technik und den im jeweiligen Einzelfall ver- Unterscheiden lassen sich material-, geometrisch-, umgebungs- und massestrombedingte Wärmebrücken. In der Praxis finden sich vor allen Dingen materialbedingte Wärmebrücken, die z. B. bei einer Zwischensparren-Dämmung auftreten (siehe Bild 24). PROBLEM: Wärmebrücke bei Zwischensparrendämmung 0 Wärmebrücke Sparren ß Wärmebrücke durch Schwund bedingte Fugenbildung tretbaren Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird. … PROBLEM: Wärmebrücke bei Ecke in einer Außenwand LÖSUNG: Dämmung der Außenwand LÖSUNG: Aufsparrendämmung mit PUR-Hartschaum 1 Dachdeckung 2 Dachlatte 3 Sparren 4 Dämmstoff WLG 040 5 Luftdichtheitsschicht 6 Holzschalung 7 Konterlatte 8 PUR-Dämmstoff WLG 025 1 Außenputz 2 Außenwand 3 PUR-Dämmung WLG 030 4 Innenputz Energieverluste durch ungedämmte Außenwandecke. Bild 24: Energieverluste durch Sparren mit geringerer Dämm- Material bedingte wirkung (A) und durch Schwund bedingte Fugenbil- Geometrisch dung zwischen Dämmplatte und Sparren (B). bedingte Wärmebrücke Bild 25: Wärmebrücke 27 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 7.2 7.2.1 Lösungen mit PUR-Hartschaum-Dämmung Dach Steildach Bei der Steildachdämmung kann die Wärmedämmung auf den Sparren, unter den Sparren und zwischen den Sparren sowie durch Kombination mehrerer Maßnahmen erfolgen. Die Dämmung auf den Sparren ist in jedem Falle – bauphysikalisch und wirtschaftlich gesehen – die beste Methode. Bei der Aufsparrendämmung wird die gesamte Konstruktion von der PURDämmung vollflächig eingehüllt. Dies schützt die Dachkonstruktion vor Temperatureinflüssen und hat außerdem den Vorteil, dass die Sparren nicht als Wärmebrücken wirken. Selbstklebende Überlappungen bei PUR-Dämmelementen gewährleisten rundum einen dichten Abschluss. Durch die Verwendung großformatiger PUR-Hartschaumplatten mit Falzausbildung wird schnell eine vollflächige, wärmebrückenfreie, winddichte und „schlanke“ Konstruktion hergestellt. Bei der Dämmung auf den Sparren erreicht man bereits mit 120 mm dicken PURHartschaum-Dämmplatten der Wärmeleitfähigkeitsgruppe 025 den vom IVPU empfohlenen U-Wert von 0,20 W/(m2·K). Ein Dämmstoff der Wärmeleitfähigkeitsgruppe 040 müsste in diesem Fall 190 mm dick sein. Das Aufbringen von dickeren Dämmplatten auf den Sparren ist nur mit erheblichem technischen Aufwand (längere Spezialbefestiger, höheres Innenfutter der Dachfenster etc.) und kostenintensiven Lösungen zum Ausgleich der Höhendifferenz im Traufe- und Giebelbereich möglich. Daher werden Dämmplatten der WLG 040 entweder zwischen den Sparren oder in einer Kombination von Zwischensparrendämmung mit Unter- bzw. Aufsparrendämmung verlegt. Um mit der Zwischensparrendämmung allein den U-Wert von 0,20 W/(m2·K) zu erreichen, sind allerdings 240 mm dicke Dämmplatten der WLG 040 und somit auch Sparren von 240 mm Höhe erforderlich. Praxisnahe Wirtschaftlichkeitsüberlegungen dürfen sich beim Steildach nicht allein auf den Preis für das Dämmstoffmaterial beziehen, sondern müssen auch die Kosten für das übrige Material und die Verarbeitung berücksichtigen. Dies gilt vor allem für die Kosten einer wind- und dampfdiffusionsdichten Konstruktion. Die Überlegenheit der Dämmung auf den Sparren mit PUR-Hartschaum-Dämmplatten gegenüber einer Dämmung der WLG 040 (Zwischensparren-Dämmung kombiniert mit Untersparren-Dämmung) bei einem U-Wert des Daches von 0,20 W/(m2·K) wird deutlich an einem Kostenvergleich. 28 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Kosten Arbeitskosten Materialkosten 043 E 057 E Gesamt 100 E Bild 26: Bauteilschichten Arbeitsschritte: 1 Dacheindeckung, hart 2 Dachlattung 3 Konterlattung 4 Zweite Wasser führende Ebene 5 PUR-Hartschaum WLG 025, 120 mm 6 Luftdichtheitsschicht 7 Sichtholzschalung 8 Sparren Bauteilschichten/Arbeitsschritte: 1 Dacheindeckung, hart Kosten 2 Dachlattung 3 Konterlattung Arbeitskosten 071 E 4 Zweite Wasser führende Ebene Materialkosten 039 E 5 Brettschalung 6 Dämmung zwisch. Sparren WLG 040, 140 mm Gesamt 110 E 7 Sparren 8 Dampfbremse 9 Dämmung WLG 040, 40 mm unter den Sparren zwischen der Querlattung 0 Lattung für Gipskartonplatten ß Gipskartonplatte, Putz, Tapete, Anstrich usw. Aufsparrendämmung mit PUR-Hartschaum WLG 025 Zwischen-/Untersparrendämmung WLG 040 Auch bei der nachträglichen Dämmung im Altbau kann auf den Sparren, unter den Sparren und zwischen den Sparren gedämmt werden. – sind chemisch beständig gegen Benzol, Toluol und sonstige Lösungsmittel, die in Bitumen-Kaltanstrichen, Klebern, Quellschweißmitteln, Holzschutzmitteln, Bitumengießmassen, Dichtungsmassen und Kunststoff-Dachbahnen vorkommen. Sie können mit einem PUR-Kaltkleber schnell und problemlos verlegt werden; – sind äußerst druck- und somit trittfest; sie können unter einer Kiesauflast, unter vollflächig aufliegenden Terrassenbelägen und unter Gründächern eingesetzt werden. Soll das Flachdach als Terrasse, Parkdeck etc. genutzt werden, können auch PUR-Dämmplatten mit höherer Druckfestigkeit geliefert werden; – lassen sich mühelos bearbeiten; sie können problemlos mit einer feinzahnigen Säge oder einem Messer ausgeschnitten und angepasst werden; – sind fäulnisfest, schimmelfest und weisen eine hohe Alterungsbeständigkeit auf. Gesamtaufwand (Einheiten für Arbeits- und Materialkosten) einer PUR-Hartschaum-Dämmung auf dem Sparren im Vergleich mit Oberste Geschossdecke einer Dämmung der WLG 040 mit Kombination von Zwischensparrenund UntersparrenDämmung. Nach der EnEV müssen nicht begehbare oberste Geschossdecken beheizter Räume bis zum 31.12. 2006 so gedämmt werden, dass der U-Wert 0,30 W(m2·K) nicht überschritten wird. Als einfache und kostengünstige Lösung zur Erfüllung dieser Forderung bietet sich das Auslegen von 100 mm dicken PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 030 bzw. 80 mm der WLG 025 an. Flachdach PUR-Hartschaum-Dämmplatten haben sich wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften als Dämmstoff für Flachdächer hervorragend bewährt. PUR-Hartschaum-Dämmplatten – sind temperaturbeständig von – 30 bis + 90° C; Temperaturschwankungen, wie sie auf Flachdächern auftreten, haben keinen negativen Einfluss auf die Dämmplatten; – sind kurzzeitig temperaturbeständig bis + 250° C; sie sind deshalb hervorragend geeignet zur Verlegung mit Heißbitumen. Die hohe Temperaturbeständigkeit erlaubt es, bei Flachdacheindeckungen nach dem Gieß- und Einrollverfahren oder mit Bitumenschweißbahnen zu arbeiten; Bild 27: Flachdach mit PUR-HartschaumDämmung 1 2 3 4 5 6 1 Oberflächenschutz (Abstrahlschicht oder Beschwerung) 2 Abdichtung 3 PUR-Hartschaum 4 Dampfsperre 5 Voranstrich 6 Stahlbeton 7 Innenputz 29 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Der Einbau der PUR-Hartschaum-Dämmplatten erfolgt nach den „Fachregeln für Dächer mit Abdichtungen – Flachdachrichtlinien“[8]. Für die Flachdachdämmung werden PURHartschaumplatten ohne Deckschichten oder mit Deckschichten aus Mineralvlies, Verbundfolien, Spezialpapieren oder Aluminiumfolien eingesetzt. Eine Randausbildung der Platten mit Falz sichert einen guten Fugenverschluss und vermeidet somit Wärmebrücken. Mit speziellen PUR-Hartschaum-Gefälledämmplatten der WLG 030 kann auch ein wasserabführendes Dachgefälle in einem Arbeitsgang mit der Wärmedämmung hergestellt werden. Zur Dachentwässerung und -entlüftung können außerdem wärmegedämmte Dachgullys geliefert werden. Für die Sanierung von Flachdächern werden von den IVPU Mitgliedsfirmen auch spezielle PUR-Flachdach-Dämmelemente angeboten. 7.2.2 Wand Die Verlegung der Dämmplatten erfolgt entweder durch Verklebung mit heißflüssiger Bitumenmasse oder durch Kaltverklebung mit einem feuchtigkeitshärtenden PURKleber. Eine mechanische Befestigung oder eine lose Verlegung unter entsprechender Auflast ist ebenfalls möglich. Wärmedämmverbundsystem Die Außenwände eines Gebäudes werden heute vielfach mit einem Wärmedämmverbundsystem (WDV-System) gedämmt. Hierzu wird die Wärmedämmung auf der Außenseite der Wand (Mauerwerk, Betonwände, Holzständer-Wände) aufgebracht. Zum Einsatz im WDV-System eignen sich unkaschierte PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 030. Die Dämmplatten können – abhängig vom eingesetzten WDV-System und von der Gebäudehöhe – gedübelt und geklebt oder nur geklebt werden. 1 Sicht- bzw. Deckputz 2 Unterputz mit Armierungsgewebe 3 PUR-Hartschaum WLG 030 4 Spezialbaukleber 5 Außenwand 6 Innenputz Bild 28: Verlegung von PUR-HartschaumDämmplatten auf dem Flachdach Um den im Neubau empfohlenen U-Wert von 0,20 W/(m2·K) zu erfüllen, sind entweder 140 mm dicke Platten der WLG 030 oder 120 mm dicke Platten der WLG 025 zu verlegen. 30 Bild 29: Auf den Dämmplatten wird zunächst ein Unterputz mit Armierungsgewebe und anschließend ein Sicht- bzw. Deckputz aufgetragen. Alle Teile des Systems (Dämmstoff, Kleber, Dübel, Armierungsgewebe, Putze usw.) müssen aufeinander abgestimmt und als Gesamtpaket geprüft sein. Das WDV-System kann sowohl im Neubau wie im Altbau eingesetzt werden. PUR-HartschaumWärmedämmverbundsystem ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Im Neubau empfiehlt der IVPU die Verwendung von 100 mm dicken PUR-Hartschaum-Platten der WLG 030 (U-Wert = 0,30 W/(m2·K). Der „schlanke“ Aufbau des PUR-Wärmedämmverbundsystems – bedingt durch die geringen Dämmstoffdicken – erleichtert die Konstruktion der Anschlüsse und erlaubt, die ästhetische Qualität der Fassade zu erhalten. Hinterlüftete Fassade Eine von außen gedämmte Wand kann zusätzlich mit Schiefer, Faserzementplatten, Holzschindeln oder einer vorgehängten Holzfassade bekleidet werden. In diesen Fällen ist immer eine hinterlüftete Konstruktion nötig. Der Hinterlüftungsraum dient dabei zur Abführung von Feuchtigkeit und zur Ableitung von eventuell eindringendem Niederschlag. 1 Vorgehängte Holzfassade 2 Lattung, 24 x 48 mm 3 Konterlattung, 24 x 48 mm 4 PUR-Dämmung WLG 025, 180 mm 5 Dickholz, 85 mm 6 PE-Folie 7 Lattung, 24 x 48 mm 8 Gipskarton, 20 mm Für die Fassade eines PUR-Passivhauses wählte der Architekt eine vorgehängte Holzfassade. Vorgefertigte mit hinterlüfteter Holzelemente wurden bei der Endmontage auf der Fassade Baustelle mit den geplanten Öffnungen versehen. Wärmedämmplatten aus Kerndämmung Bei der Kerndämmung von zweischaligem Mauerwerk wird eine Dämmschicht zwischen zwei Wandschalen, der tragenden Innenschale und der nichttragenden Außenschale, eingebaut. – Kerndämmung ohne Luftschicht und – Kerndämmung mit Luftschicht. Bild 30: wurden Die hohe Dämmleistung von PUR-Hartschaum ist bei dem Einsatz in diesem Bereich von besonderem Vorteil. Die Dicke der Außenwand kann mit PUR-Hartschaum minimiert werden. Je nach Ausführung ist zu unterscheiden zwischen: PUR-Passivhaus Darauf Die Art der Hinterlüftungskonstruktion ist abhängig von der Bekleidungsart, den verwendeten Materialien und gegebenenfalls von der Dämmstoffdicke. Für eine ausreichende Hinterlüftung muss der Abstand zwischen Wärmedämmung und Bekleidung in jedem Fall mindestens 20 mm betragen [9]. In der hinterlüfteten Fassade können PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 025 und der WLG 030 verarbeitet werden. PUR- Hartschaum, Lattung und Konterlattung und die vorgehängte Holzfassade befestigt. Mit einer PUR-Hartschaum Dämmschicht (WLG 025) Nach DIN 1053-1 „Mauerwerk; Berechnung und Ausführung“ muss die Mindestdicke der nichttragenden Außenschale bei der Kerndämmung ohne Luftschicht 115 mm und bei der Kerndämmung mit Luftschicht 90 mm betragen. Der lichte Abstand zwischen der Innen- und der Außenschale darf 150 mm nicht überschreiten. Die Luftschichtdicke bei der Kerndämmung mit Luftschicht muss mindestens 40 mm betragen. Die zwischen den beiden Schalen eingesetzten Dämmstoffe dürfen daher nicht dicker als 150 mm (ohne Luftschicht) bzw. 110 mm (mit Luftschicht) sein. von 180 mm konnte hier ein U-Wert von 0,124 W/(m2·K) erreicht werden. Denselben Wert erreicht ein Dämmstoff der WLG 040 erst mit 320 mm Dicke. Durch die Reduzierung der Aufbaudicke um 140 mm wird zum einen ein Raumgewinn erzielt und zum anderen eine Konstruktion ausgeführt, die optisch eleganter wirkt. 31 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 030 mit Kantenprofilierung (z. B. Stufenfalz) eignen sich hervorragend als Dämmschicht im zweischaligen Mauerwerk; d. h. als Kerndämmung ohne und mit Luftschicht. 1 Außenschale (Verblend- oder Vormauerschale) 2 PUR-Kerndämmplatte mit umlaufendem Stufenfalz 3 Innenschale 4 Drahtanker mit Abdeckscheibe 5 Lüftungsstein oder offene Stoßfuge 6 Feuchtigkeitssperre 7 Untermörtelung 8 Lichter Abstand der Mauerwerksschalen (≤150 mm) Bild 31: 1 Außenschale (Verblend- oder Vormauerschale) 2 PUR-Kerndämmplatte mit umlaufendem Stufenfalz 3 Innenschale 4 Drahtanker mit Abdeckscheibe 5 Luftschicht 6 Feuchtigkeitssperre 7 Lüftungsstein oder offene Stoßfuge 8 Untermörtelung 9 Lichter Abstand der Mauerwerksschalen (≤150 mm) ohne Luftschicht mit Luftschicht Bei der Montage der Dämmplatten ohne Luftschicht und dem Einsatz der hier maximal möglichen Dämmstoffdicke von 150 mm ergibt sich ein U-Wert der Außenwand von 0,18 W/(m2·K). Bei der Ausführung mit Luftschicht und der hierbei maximal zulässigen Dämmstoffdicke von110 mm beträgt der U-Wert 0,22 W/(m2·K). Da die maximalen Einbaudicken der Dämmplatten durch die Vorgaben der DIN 1053-1 auf 150 mm bzw. 110 mm begrenzt sind, können die extrem günstigen U-Werte (0,18 bzw. 0,22 W/(m2·K) der gedämmten Außenwand nur mit PUR-Hartschaum erreicht werden. Kerndämmung mit PUR-Hartschaum Mit Dämmstoffen der WLG 040 lassen sich dagegen – unter den gleichen Voraussetzungen – nur U-Werte von 0,23 W/(m2·K) bzw. 0,27 W/(m2·K) erreichen. Innendämmung Zur Verbesserung der Wärmedämmung von Außenwänden bei Altbauten kann die Innendämmung eine kostengünstige Lösung sein. Dies gilt insbesondere, wenn aus Gründen des Denkmalschutzes oder der Stadtbildpflege keine Außendämmung möglich ist. Als Dämmelemente für diese Anwendung haben sich Verbundplatten aus Gipskarton mit PUR-Hartschaum der WLG 030 bewährt, die auch mit einer integrierten Dampfsperre geliefert werden können. Eine Innendämmung führt immer zu einer Reduzierung des nutzbaren Raumvolumens. Hier bietet PUR-Hartschaum den Vorteil, dass der Raumverlust geringer ist als beim Einsatz von anderen Dämmstoffen mit höherer Wärmeleitfähigkeit. Zur Erzielung der gleichen Dämmwirkung können dünnere PUR-Hartschaum-Elemente verwendet werden. 32 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 7.2.3 Keller und Boden Fußboden Eine fachgemäße Wärmedämmung im Fußboden spart Heizenergie und erhöht die Wohnbehaglichkeit vor allem – über unbeheizten Kellerräumen – auf Decken, die unmittelbar an das Erdreich grenzen – auf Decken über offenen Durchfahrten. PUR-Hartschaum hat sich als Wärmedämmstoff im Fußboden bestens bewährt. Er gewährleistet eine optimale Wärmedämmung bei geringer Plattendicke und schafft dadurch günstige Konstruktionsvoraussetzungen zur Erreichung niedriger Aufbauhöhen. PUR-Fußbodenplatten sind schnell und einfach zu verlegen; sie lassen sich problemlos mit den im Fußbodenbau üblichen Werkzeugen zuschneiden. Der im Neubau empfohlene U-Wert von 0,30 W/(m2·K) wird bereits mit 80 mm dicken Alu-kaschierten PUR-Hartschaumplatten der WLG 025 bzw. 100 mm dicken Mineralvlies-kaschierten PUR-Platten der WLG 030 erfüllt. 1 2 3 4 5 7 8 9 0 6 1 Mauerwerk 2 Fußleiste 3 Teppich, Parkett etc. 4 Randdämmstreifen 5 Zementestrich 6 Fußbodenheizung 7 Abdeckung 8 PUR-Hartschaum 9 Trittschalldämmung 0 Rohdecke (Beton) Bild 33: PUR-Hartschaum eignet sich in besonderer Weise als Dämmstoff für die Perimeterdämmung. PUR-Perimeter-Dämmplatten verrotten nicht, sind schimmel- und fäulnisfest und zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus. Wegen ihrer Lösungsmittelbeständigkeit können die PUR-Perimeter-Dämmplatten problemlos im Wandbereich auf die Abdichtung geklebt werden. Verlegung von PUR-PerimeterDämmplatten 1 PUR-Perimeter-Dämmung 2 Abdichtung 3 Sockelschutz 4 Rollkies 5 Kies-/Sauberkeitsschicht 6 Trennlage 7 Bodenplatte (statisch nicht tragend) 8 Sperrschicht 9 Estrich 0 Wärmedämmverbundsystem ß Fußbodenaufbau “ Kies/Boden nichtbindig Bild 34: Perimeterdämmung Bild 32: Fußboden- Perimeterdämmung dämmung mit PUR-HartschaumDämmplatten Als „Perimeterdämmung“ wird die außenseitige Wärmedämmung erdberührter Bauteile bezeichnet. Die Energieverluste durch die Außenwände, der Kellerräume und den Fußboden werden durch eine Perimeterdämmung deutlich reduziert. Eine Perimeterdämmung gewährleistet ein angenehmes Raumklima in bewohnten Kellerräumen (z. B. in einer Einliegerwohnung). Für die Perimeterdämmung werden mit Mineralvlies kaschierte PUR-Hartschaumplatten der WLG 030 eingesetzt. Eine mit 100 mm dicken PUR-Perimeter-Dämmplatten gedämmte Kelleraußenwand aus 30 cm Kalksandstein erfüllt den empfohlenen U-Wert von 0,30 W/(m2·K). Für die Anwendung von PUR-Hartschaum-Dämmplatten als Perimeterdämmung liegt die bauaufsichtliche Zulassung vor (Z-23.331259). Diese Zulassung gilt auch für die Wärmedämmung von statisch nicht tragenden Bodenplatten. 33 mit PURHartschaum ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 8 Nachträglicher Wärmeschutz im Altbau Für die energetische Modernisierung eines Altbaus gibt es im Wesentlichen zwei Gründe: – Die ohnehin notwendige Instandsetzung von Bauteilen im Rahmen der laufenden Wartung und Instandhaltung – Die Steigerung der Wohnqualität, d. h. der Wohnbehaglichkeit und damit insgesamt die Wertsteigerung einer Immobilie. Wohnbehaglichkeit heißt Lebensqualität mit angenehmen Temperaturen im ganzen Haus – nicht zu warm, nicht zu kalt. Die EnEV setzt mit ihrem Konzept der bedingten Anforderungen an der begrenzten Lebensdauer von Bauteilen und damit an der Notwendigkeit der laufenden Instandhaltung eines Gebäudes und der Instandsetzung von Bauteilen an (siehe Kapitel 6, Seite 22). Dementsprechend fordert die EnEV bei der notwendigen Instandsetzung von Bauteilen, diese mit einer entsprechenden Wärmedämmung zu versehen. Lösungen mit PURHartschaum-Dämmung 8.1 Dachinstandsetzung und Dachausbau 8.1.1 Steildach: Dämmung auf den Sparren: Das Optimum bei Erneuerung der Dacheindeckung Muss das Dach erneuert werden oder soll bei einem ausgebauten Dach der Wärmeschutz nachträglich verbessert werden, empfiehlt sich in erster Linie eine Dämmung auf den Sparren. Hierbei können die Sparren von innen sichtbar bleiben. Die Vorteile dieser Dämmmethode: kein Raumverlust, keine Beeinträchtigungen im Hausinneren, kein Lärm und kein Schmutz. Vorhandene Installationen müssen nicht verlegt und der gesamte Innenausbau nicht verändert werden. 1 Sparren 2 Holzschalung 3 Luftdichtheitsschicht 4 PUR-Hartschaum 5 Konterlatte 6 Dachlatten 7 Dachdeckung Bild 35: Bei der Aufsparrendämmung wird die gesamte Konstruktion von der PURHartschaum-Dämmung vollflächig eingehüllt. Dies schützt die Dachkonstruktion vor Temperatureinflüssen und hat außerdem den Vorteil, dass die Sparren nicht als Wärmebrücken wirken. Selbstklebende Überlappungen bei PUR-Hartschaum Dämmelementen gewährleisten rundum einen dichten Abschluß. 34 Aufsparrendämmung mit PUR-HartschaumDämmplatten ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Dämmung unter den Sparren: Wenn die Dacheindeckung intakt ist Wenn eine Steildachdämmung auf den Sparren nicht möglich ist, kann unter den Sparren gedämmt werden. Voraussetzung für dieses Dämmsystem ist in jedem Fall eine intakte Dacheindeckung. Auch bei einer Untersparrendämmung bilden die Sparren keine Wärmebrücken. Allerdings ist das Gebälk, da oberhalb der Dämmung liegend, ständig den Temperatureinflüssen ausgesetzt. Außerdem wird das Raumangebot durch diesen Dämm-Aufbau deutlich verkleinert; im Bereich der Wandanschlüsse entstehen dazu noch Wärmebrücken. Der Vorteil von PUR-Hartschaum bei der Untersparrendämmung: Der Raumverlust ist wegen der geringen Dicke von PUR-Hartschaum-Dämmplatten im Vergleich zu anderen Dämmstoffen am geringsten. Oberste Geschossdecke: Besonders einfach und preisgünstig – auch bei Begehbarkeit Nach der EnEV müssen nicht begehbare oberste Geschossdecken beheizter Räume bis zum 31.12. 2006 so gedämmt werden, dass der U-Wert der Geschossdecke 0,30 W(m2·K) nicht überschritten wird. Als einfache und kostengünstige Lösung zur Erfüllung dieser Forderung bietet sich das Auslegen von 100 mm dicken PURHartschaum-Dämmplatten der WLG von 030 bzw. 80 mm der WLG 025 an. PURHartschaum erzielt hier bei geringer, platzsparender Dämmstoffdicke extrem hohe Dämmwerte. Zur Vermeidung von Wärmebrücken sollten diese Platten mit einem Stufenfalz ausgerüstet sein. 1 Dämmung zwischen den Sparren: Mit PUR-Hartschaum „dünn und dämmstark“ auszuführen Wenn keine Aufsparren- und Untersparrendämmung möglich ist, kann zwischen den Sparren gedämmt werden. Die Nachteile der Zwischensparrendämmung: Da die Sparren bei einem älteren Gebäude oft nur die statisch notwendige Höhe haben, kann bei Verwendung von Dämmstoffen der WLG 040 und höher entsprechend weniger Material eingebracht werden, so dass ein schlechterer U-Wert erzielt wird (vgl. EnEV, Anhang 3, Tabelle 1). Dämmplatten aus PUR-Hartschaum bilden die Ausnahme. Die Verwendung von PUR-Dämmplatten oder -Dämmelementen der WLG 030 führt bereits mit einer Dicke von 100 mm zu dem nach der EnEV für die Sanierung von Altbauten geforderten U-Wert von 0,30 W/(m2·K). Da die Sparrenhöhe bei Altbauten in der Regel mindestens 12 cm beträgt, kann also auf die mit hohen Kosten verbundene zusätzliche Dämmung unter den Sparren verzichtet werden. 2 3 5 4 6 1 2 3 4 5 6 Holzspanverlegeplatte PUR-Dämmung alter Fußboden Deckenbalken Schlacke, Späne etc. Decke Wohnraum (z.B. mineralisch gebundene Spanplatte und Gipskarton) Bild 36: Ist ein begehbarer Dachboden geplant, genügt die vollflächige Abdeckung der Dämmplatten z. B. mit Spanplatten. Die geringe Aufbauhöhe sorgt auch im Bereich des Dachbodens dafür, dass möglichst viel der ursprünglichen Raumhöhe erhalten bleibt. 35 Nachträgliche Dämmung der obersten Geschossdecke mit PURHartschaum ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Flachdach: Dämmstark und druckfest PUR-Hartschaum-Dämmplatten werden seit etwa 40 Jahren zur Wärmedämmung von Flachdächern eingesetzt und haben sich in dieser Anwendung bestens bewährt. Bereits mit geringen Dämmstoffdicken werden die Anforderungen der EnEV für das Flachdach in einem Altbau erfüllt. Der nach der EnEV geforderte U-Wert von 0,25 W/(m2·K) wird bei Verwendung von 120 mm dicken PUR-Hartschaumplatten der WLG 030 bzw. 100 mm dicken Platten der WLG 025 erreicht. Flachdach-Dämmplatten aus PUR-Hartschaum sind äußerst druckfest; sie können unter einer Kiesauflast, unter vollflächig aufliegenden Terrassenbelägen und in Gründächern eingesetzt werden. Mit speziellen PUR-Hartschaum-Gefälleplatten kann auch ein wasserabführendes Dachgefälle hergestellt werden. Zur Dachentwässerung und -entlüftung können außerdem wärmegedämmte Dachgullys geliefert werden. Sonderfall: Vom Flachdach zum Steildach Bei der Sanierung eines undichten und/ oder ungenügend gedämmten Flachdaches wählt man heute vielfach den Weg der Umrüstung der bestehenden Dachkonstruktion in ein Steildach. Da es sich bei einer solchen Maßnahme um einen völligen Neuaufbau der Dachkonstruktion handelt, wird man die Dämmung auf den Sparren als zweckmäßigste und bei Verwendung von PUR-Hartschaum-Dämmplatten auch als wirtschaftlichste Lösung anwenden. Ein solcher Umbau muss von der zuständigen Bauaufsichtsbehörde genehmigt werden. 36 Außenwand und Fassade Wärmedämmverbundsystem: Schlank im Aufbau, gut für die Gestaltung Ist geplant, eine Außenwand neu zu verputzen, muß diese Sanierungsmaßnahme nach EnEV mit einer Wärmedämmung kombiniert werden. Dämmplatten aus PUR-Hartschaum können – abhängig vom Untergrund – gedübelt und geklebt oder nur geklebt werden. Auf den Dämmplatten wird zunächst ein Unterputz mit Armierungsgewebe und anschließend ein Sicht- bzw. Deckputz aufgetragen. Alle Teile des Systems (Dämmstoff, Kleber, Dübel, Armierungsgewebe, Putze, usw.) müssen aufeinander abgestimmt und als Gesamtpaket geprüft sein. Nach den Anforderungen der EnEV sollte im Altbau ein U-Wert von 0,35 W(m2·K) erreicht werden, d. h. die eingesetzten PUR-Dämmplatten der WLG 030 müssen mindestens 80 mm dick sein. Der „schlanke“ Aufbau des Systems aufgrund der geringen PUR-HartschaumDämmstoffdicken erleichtert die Konstruktion der Anschlüsse und erlaubt, die ästhetische Qualität der Fassade zu erhalten. 8.1.2 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Innendämmung: Verbundplatten haben sich bewährt – auch mit integrierter Dampfsperrre Gerade an Gebäuden mit erhaltenswertem Sichtmauerwerk, Fachwerk oder strukturierten, denkmalgeschützten Fassaden ist eine Außendämmung kostenaufwändig oder aus Gründen des Denkmalschutzes oder der Stadtbildpflege nicht möglich. Hier bietet sich eine Innendämmung an. Nach den Anforderungen der EnEV sollte im Altbau ein U-Wert von 0,35 W(m2·k) erreicht werden. Als Dämmelemente haben sich Verbundplatten aus Gipskarton bzw. Gipsfaserplatten mit 80 mm PUR-Hartschaum der WLG 030 (die auch mit einer integrierten Dampfsperre geliefert werden können) bestens bewährt. PUR-Hartschaum, der „schlanke“ Dämmstoff, unterstützt hier eine optimale Nutzung der Innenräume. Boden und Keller 8.1.3 Fußboden und Kellerdecke: Geringe Plattendicke – niedrige Bauhöhen Eine fachgerechte Wärmedämmung im Fußboden spart Heizenergie und erhöht die Wohnbehaglichkeit. Dämmplatten aus PUR-Hartschaum können für alle im Fußbodenbereich vorkommenden Wärmedämmaufgaben eingesetzt werden, d. h. – über unbeheizten Kellerräumen – auf Decken, die unmittelbar an das Erdreich grenzen – auf Decken über offenen Durchfahrten. PUR-Hartschaum gewährleistet eine optimale Wärmedämmung bei geringer Plattendicke und schafft dadurch günstige Konstruktionsvoraussetzungen für niedrige Aufbauhöhen. Im Altbau liegt der U-Wert nach EnEV bei 0,40 W/(m2·K). Hier erfüllen bereits 60 mm dicke PUR-Platten der WLG 025 und 80 mm der WLG 030 die Anforderungen. Wanddämmung 1 Außenwand 2 Klebeschicht 3 PUR-Hartschaum WLG 030, 80 mm 4 Gipskarton 1 2 3 4 3 5 1 Fliesen oder Parkett 2 Zementestrich 3 Trennschicht 4 PUR-Hartschaum 5 Rohdecke (Beton) 6 Lattung 7 Gipskarton 6 Bild 37: Innendämmung mit PUR-Hartschaum Bild 38: Wenn bei Sanierungsmaßnahmen eine oberseitige Fußbodendämmung nicht eingebaut werden kann, wird die Kellerdecke von unten gedämmt. Da die Deckenhöhe in Altbauten meist gering ist, eignen sich auch hier PUR-Hartschaum Dämmplatten auf hervorragende Weise. Aufgrund der extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit dieses Dämmstoffes können die Wärmeverluste durch die Kellerdecke bereits mit äußerst dünnen Platten reduziert werden. Auch hier gilt: Die Anforderungen der EnEV an die Wärmedämmung von Kellerdecken (U-Wert (0,40 W/(m2·K) werden mit 60 mm dicken PURDämmplatten der WLG 025 bzw. 80 mm dicken Platten der WLG 030 erfüllt. 37 Dämmung der Kellerdecke mit PUR-Hartschaum ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Bei unbeheizten Räumen muss nur die Kellerdecke gedämmt werden. Bei beheizten Kellerräumen, die z. B. als Party-, Hobby- oder Fitnessraum genutzt werden, ist eine zusätzliche Innendämmung der Wände und des Fußbodens erforderlich, um ungemütlich kalte Wandoberflächen oder Fußkälte zu vermeiden. Kelleraußenwand (Perimeterdämmung): Dicht und dämmstark – Trocken und warm Oft sind Altbauten mit mehr als 50 Jahren Standzeit, aber auch jüngere Gebäude im Erdgeschoß, Keller und Souterrain feucht. Regen, Spritzwasser, seitlich eindringende und aufsteigende Feuchtigkeit, Sickerwasser – so entstehen im feuchten und ungedämmten Keller große Wärme- und Energieverluste. Am besten ist eine Sanierung von außen mit einer Abdichtung nach DIN 18195 -1 „Bauwerksabdichtungen; Grundsätze, Definitionen, Zuordnung der Abdichtungsarten“ und einer anschließenden PUR-Perimeterdämmung. Die Energieverluste durch die Außenwände der Kellerräume werden durch eine Perimeterdämmung deutlich reduziert. Eine Perimeterdämmung gewährleistet ein angenehmes Raumklima in bewohnten Kellerräumen, wie z. B. in einer Einliegerwohnung. 38 PUR-Hartschaum eignet sich in besonderer Weise als Dämmstoff für die Perimeterdämmung. PUR-Perimeter-Dämmplatten verrotten nicht, sind schimmel- und fäulnisfest, sie zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus. Wegen ihrer Lösungsmittelbeständigkeit können die PUR-Perimeter-Dämmplatten problemlos im Wandbereich auf die Abdichtung geklebt werden. Für die Perimeterdämmung werden mit Mineralvlies kaschierte PUR-Hartschaumplatten der WLG 030 eingesetzt. Um den in der EnEV vorgeschriebenen U-Wert von 0,40 W/(m2·K) zu erreichen, wird mit 80 mm dicken PUR-Hartschaum Platten gedämmt. Für die Anwendung von PUR-HartschaumDämmplatten als Perimeterdämmung liegt die bauaufsichtliche Zulassung vor: Z-23.33 -1259. Diese Zulassung gilt auch für die Wärmedämmung von statisch nicht tragenden Bodenplatten. ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9 PUR-Gebäude der Zukunft: Niedrigenergie- und Passivhäuser im Neu- und Altbau Der IVPU und seine Mitgliedsfirmen entwickelten in den letzten Jahren verschiedene Konzepte zur Niedrigenergie- und Passivhausbauweise im Neu- und Altbau. Bild 39: Drei-Liter-Haus in Holzbauweise mit PUR-HartschaumDämmung Mit einem Entwurf des Architekten Prof. Josef Lenz beteiligte sich der IVPU 1996 am WEKA-Architektenwettbewerb und 1998 am Wettbewerb der BHW-Bausparkasse „STARTER HAUS“. Im Jahre 2000 schrieb der IVPU den Architekturpreis „ressource architektur“ aus. Die prämierten Arbeiten zeigen Objekte in Planung oder im Bau sowie Entwürfe und Ideen, die eine gelungene Synthese zwischen anspruchsvoller Architektur, energetischer Optimierung und wirtschaftlicher Konstruktion darstellen. Zu den Anforderungen des Wettbewerbs gehörte die Verwendung von PUR-Hartschaum für Wärmedämm-Maßnahmen. Die Preisträger bewiesen: Wegen seines guten Dämmvermögens, seiner Flexibilität für verschiedene Einsatzbereiche und seines großen Energieeinsparpotenzials eignet sich dieser Baustoff optimal für den Einsatz in Niedrigenergie- und Passivhäusern. Parallel zu diesen konzeptuellen Bemühungen hat das Institut Wohnen und Umwelt (IWU), Darmstadt, im Auftrag des IVPU exemplarisch an fünf Gebäuden den Nachweis nach EnEV durchgeführt.[10] Dabei wurde jeweils ein Vergleich zwischen PUR-Hartschaum (mit WLG 025/030) und anderen Dämmstoffen (mit WLG 035/040) vorgenommen. Von besonderem Interesse waren hierbei zwei Fragestellungen: 1. Wie hoch ist der erzielbare Wohnflächengewinn, wenn – bei gleichem Wärmeschutz – mit PUR-Hartschaum gedämmt wird? 2. Wie stark kann der Heizenergiebedarf reduziert werden, wenn – gleiche Dämmstoffdicken vorausgesetzt – PUR-Hartschaum eingesetzt wird? Bild 40: Drei-Liter-Haus mit Beton- Der Nachweis nach EnEV erfolgte unter Berücksichtigung der Randbedingungen der DIN V 4108-6 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden; Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs“. Wandscheiben als Wärmespeicher 39 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM Die Untersuchung zeigte: Auch in der EnEV behält der Wärmeschutz seinen hohen Stellenwert. Die in Teilen der Bauwirtschaft gegenwärtig laufenden Entwicklungen gehen sogar noch erheblich weiter: in Richtung Drei-Liter-Haus und Passivhaus. Hier sind Dämmstoffdicken von 200 bis 400 mm Standard. Werden diese Gebäude als Leichtbaukonstruktionen realisiert, sind die Außenwände nicht dicker als herkömmliche monolithische Konstruktionen (z. B. 36,5 cm Mauerwerk). Bei einer massiven Bauweise ergeben sich jedoch deutlich größere Wanddicken, die im Markt unter Umständen auf Akzeptanzprobleme stoßen. Hier besitzt der Hochleistungsdämmstoff PUR-Hartschaum mit seiner ausgezeichneten Dämmleistung (Wärmeleitfähigkeitsgruppen 025 und 030) gegenüber anderen handelsüblichen Dämmstoffen spezifische Vorzüge: – Bei gleichem Wärmeschutz verringern sich die Konstruktionsstärken um bis zu 120 mm. – Bei gleichen Dämmstoffdicken kann 40 % mehr Energie eingespart werden. Für die Praxis heißt das: Müssen im Neubau vorgegebene Baufenster ausgenutzt oder Geschossflächenzahlen eingehalten werden, kann bei gleichen Außenabmessungen und gleichem energetischen Standard die Nutzfläche vergrößert werden. Das Ausnutzen der Fläche führt zu Steigerungen des Gebäudewertes zwischen 1.000 und 10.000 1. Die bessere Wärmedämmung drückt sich in höheren Verkaufserlösen und bei Mietwohngebäuden unmittelbar in einem höheren Mietzins aus. Bei Altbauten kann insbesondere durch das Anbringen einer Innendämmung der Wohnflächenverlust reduziert werden. 40 Sollen bestimmte Konstruktionsdicken nicht überschritten werden, so kann mit einer PUR-Hartschaum-Dämmung die Energieeinsparung maximiert werden; die folgenden Rechenbeispiele zeigen, dass eine Reduzierung des jährlichen Heizwärmebedarfs bis zu 33 % möglich ist. Außerdem besitzt PUR-Hartschaum besondere Vorzüge für die Altbaumodernisierung, wo oft Restriktionen in Form von vorhandenen Dachüberständen, Durchfahrten, Gehwegen und Grundstücksgrenzen gegeben sind. Für die Untersuchung wurden drei Einfamilienhäuser (Neubau), ein Mehrfamilienhaus (Altbau) und eine Doppelhaushälfte (Altbau) gewählt, deren Berechnung nach EnEV im Folgenden erläutert wird. ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9.1 PUR-Niedrigenergiehaus-Standard nach EnEV (Einfamilienhaus Paderborn) Das freistehende, zweigeschossige Einfamilienhaus mit 218 m2 beheizter Wohnfläche besitzt über dem nicht überbauten Bereich des Erdgeschosses ein flach geneigtes Dach, das Obergeschoss ein Steildach. Der Keller ist unbeheizt. Die Außenwände sind massiv, z. T. mit KlinkerVormauer gemauert. In den übrigen Bereichen sind die Wände mit Holzschalung verkleidet. Beim Steildach sind die Zwischenräume jeweils zwischen den Sparren und der Ausgleichslattung voll gedämmt. Beim flach geneigten Dach ist die Stahlbetondecke oberseitig gedämmt. Im Kellerbereich befindet sich die Dämmschicht zwischen Stahlbetondecke und Zementestrich. Durch die Verwendung von PUR-Hartschaum-Dämmplatten an Stelle von Dämmstoffen der WLG 035/040 werden bei gleichen Konstruktionsdicken und entsprechend gleichen Wohnflächen jährlich ca. 2.000 kWh Brennstoff eingespart. Dadurch reduzieren sich die Heizkosten bei einem Preis von 40 1 pro MWh um ca. 80 1 pro Jahr auf 680 1. Über einen Betrachtungszeitraum von 30 Jahren können somit ca. 2.400 1 eingespart werden – real gleichbleibende Energiepreise vorausgesetzt. Gebäude: Der Primärenergiebedarf dieses Gebäudes liegt mit 108,6 kWh/(m2·a) um 6 % unter dem nach EnEV für das gegebene A/VVerhältnis zulässigen Wert. Bild 41: Energiekennwerte: Heizwärmebedarf: Endenergiebedarf: Primärenergiebedarf: Einfamilienhaus 72,5 kWh/(m2·a) 93,6 kWh/(m2·a) 108,6 kWh/(m2·a) Konstruktionsdetail: Einfamilienhaus Paderborn: Geringere Konstruktionsstärken bei gleichem Wärmeschutz durch PUR-Hartschaum PUR-Dämmung Standard-Dämmung Steildach Bauteilaufbau von innen nach außen 1 Gipskarton 20 mm 2 Lattung / Luftschicht 3 Dämmplatte WLG 040 PUR-Dämmung WLG 025 50 mm 30 mm außen 4 Sparren / Sparren Dämmplatte WLG 040 PUR-Dämmung WLG 025 183 mm 120 mm 5 Schalung 24 mm 6 Trennlage 7 Titanzink d = 30 cm 24 cm U = 0,074 W/(m2K) 0,074 W/(m2K) innen 41 Paderborn (NEH Standard) ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9.2 Niedrigenergiehaus-PLUS mit PUR-Hartschaum-Dämmung (Reihenendhaus) Dieses Niedrigenergiehaus gehört zu den Preisträgern des IVPU Architekturpreises 2000 „ressource architektur“. Dabei handelt es sich um ein Gebäudekonzept von wahlweise Einzel- und Reihenhäusern, die auf einem quadratischen Raster von 6,30 m angeordnet sind. Charakteristisch sind die dabei entstehenden Gartenhöfe und Dachterassen. Gebäude: Bild 42: Reihenhaussiedlung – Flachbau mit Einfamilienhausqualitäten Für Wände und Decken werden DickholzElemente eingesetzt. Sie dienen als tragende Schicht und sind luftdicht. Die eingesetzten PUR-Dämmplatten werden jeweils auf der Außenseite angeordnet. Die an Außenluft grenzenden Decken sind entweder als Dachterrasse oder als Flachdach ausgebildet. Der Primärenergiebedarf liegt mit 53,2 kWh/(m2·a) um 57 % unter dem nach EnEV für das gegebene A/V-Verhältnis zulässigen Wert. Durch die Verwendung von PUR-Hartschaum-Dämmplatten an Stelle von Dämmstoffen der WLG 035/040 werden bei gleichen Konstruktionsdicken und entsprechend gleichen Wohnflächen jährlich ca. 700 kWh Brennstoff eingespart. Dadurch reduzieren sich die Heizkosten bei einem Preis von 40 1 pro MWh um 30 1 pro Jahr auf 110 1. Über einen Betrachtungszeitraum von 30 Jahren können somit ca. 900 1 eingespart werden – real gleichbleibende Energiepreise vorausgesetzt. Das Gebäude erreicht mit PUR-Hartschaum-Dämmung einen Jahresheizwärmebedarf von 15,0 kWh pro m2 beheizter Wohnfläche und somit Passivhaus-Niveau. Der Zugewinn an Wohnfläche bei Einsatz von PUR-Hartschaum-Dämmplatten mit WLG 025 und 030 liegt bei 2,2 m2 (ca. 1,4 % der Wohnfläche). Energiekennwerte: Heizwärmebedarf: Endenergiebedarf: Primärenergiebedarf: 15,0 kWh/(m2·a) 36,6 kWh/(m2·a) 53,2 kWh/(m2·a) Konstruktionsdetail: Reihenendhaus: Geringere Konstruktionsstärken bei gleichem Wärmeschutz durch PUR-Hartschaum PUR-Dämmung Standard-Dämmung Flachdach ext. begrünt Bauteilaufbau von innen nach außen 1 Gipskarton 12,5 mm außen 2 Merk-Dickholzelement 160 mm 3 Dämmplatte WLG 035 PUR-Dämmung WLG 025 420 mm 300 mm 4 Bitumenbahn 5 Wolfin IB Sk 1,5 mm 6 Dränschicht 7 Substratschicht 50 mm d = 64 cm 52 cm U = 0,074 W/(m2K) 0,074 W/(m2K) innen 42 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9.3 PUR-Passivhaus (Einfamilienhaus Schorndorf) Bei diesem Passivhaus handelt es sich um ein dreigeschossiges Einfamilienhaus mit Satteldach an einem Südhang. Im Erdgeschoß wird der Südteil als Wohn- bzw. Bürofläche, der an das Erdreich grenzende Nordteil als Keller genutzt. Das Dachgeschoss ist ausgebaut. Aufgrund der Vorgaben des Bebauungsplanes ist die Schmalseite des Gebäudes nach Süden ausgerichtet. Durch den Einsatz von PUR-HartschaumDämmplatten der WLG 025 und 030 lässt sich außerdem in der Außenwand die Konstruktionsdicke um 60 mm verringern und die Wohnfläche um knapp 10 m2, etwa 4 %, vergrößern. Gebäude: Der Primärenergiebedarf liegt mit 46,3 kWh/ (m2·a) um 58 % unter dem nach EnEV für das gegebene A/V-Verhältnis zulässigen Wert. Das Gebäude hält mit 14,7 kWh pro m2 beheizter Wohnfläche und Jahr das Passivhaus-Kriterium des PassivhausInstitutes Darmstadt (15 kWh pro m2 und Jahr) ein.[11] Durch die Verwendung von PUR-Hartschaum-Dämmplatten der WLG 025/030 an Stelle von anderen Dämmstoffen der WLG 035/040 werden bei gleichen Konstruktionsdicken und entsprechend gleichen Wohnflächen jährlich ca. 1.400 kWh Brennstoff eingespart. Dadurch reduzieren sich die Heizkosten bei einem Preis von 40 1 pro MWh um ca. 56 1 pro Jahr auf 140 1. Über einen Betrachtungszeitraum von 30 Jahren können somit ca. 1.600 1 eingespart werden – real gleichbleibende Energiepreise vorausgesetzt. Bild 43: Energiekennwerte: PUR-Passivhaus Heizwärmebedarf: 10,8 kWh/(m2·a) Endenergiebedarf: 31,3 kWh/(m2·a) Primärenergiebedarf: 46,3 kWh/(m2·a) Energiekennwert nach PassivhausVorprojektierung des Passivhaus-Institutes Darmstadt: 14,7 kWh/(m2·a) Einfamilienhaus Schorndorf: Geringere Konstruktionsstärken bei gleichem Wärmeschutz durch PUR-Hartschaum PUR-Dämmung Standard-Dämmung Außenwand 1. + 2. OG Bauteilaufbau von innen nach außen 1 Gipskarton 20 mm 2 Lattung 24 x 48 mm 3 PE-Folie 4 Merk Dickholz 85 mm 5 Dämmplatte WLG 040 PUR-Dämmung WLG 025 240 mm 180 mm 6 Lattung + Konterlattung 24 x 48 mm 7 vorgehängte Holzfassade d = 42 cm 36 cm U = 0,124 W/(m2K) 0,124 W/(m2K) innen außen Konstruktionsdetail: 43 in Schorndorf ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9.4 PUR-Altbaumodernisierung (Doppelhaushälfte in Bexbach) Gebäude: Die 1967 in Bexbach/Saar gebaute Doppelhaushälfte mit insgesamt 135 m2 Wohnfläche wurde durch Erneuerung der Fenster, der Wärmedämmung der Außenwände und der Kellerdecke von unten sowie des Daches mit einer Zwischensparrendämmung energetisch modernisiert. Der Primärenergiebedarf des mit PURHartschaum modernisierten Gebäudes liegt mit 103,3 kWh/(m2·a) um 31 %, der spezifische Transmissionswärmeverlust um 44 % unter dem nach EnEV für umfassende Sanierungen vorgesehenen Grenzwert. Es werden sogar die Neubau-Anforderungen der EnEV erreicht. Vor Durchführung der Wärmeschutzmaßnahmen lag der Endenergiebedarf gemäß EnEV bei 208 kWh/(m2·a); inkl. Warmwasserbereitung. Das Gebäude verbrauchte jährlich 3.800 m3 Erdgas. Durch die Verbesserung des Wärmeschutzes mit PUR-Hartschaum wurde der Brennstoffeinsatz um 58 % reduziert und damit eine jährliche Einsparung von 2200 m3 Erdgas bzw. 900 1 Heizkostenersparnis erzielt. Bild 44: Doppelhaushälfte Energiekennwerte: Heizwärmebedarf: Endenergiebedarf: Primärenergiebedarf: Bexbach (Altbau) 65,5 kWh/(m2·a) 87,8 kWh/(m2·a) 103,3 kWh/(m2·a) Konstruktionsdetail: Doppelhaushälfte Bexbach (Altbau): Besserer Wärmeschutz bei gleicher Konstruktionsstärke durch PUR-Hartschaum PUR-Dämmung Standard-Dämmung Kellerdecke Bauteilaufbau von innen nach außen 1 Fliesen 2 Zementestrich 60 mm innen 3 Dämmplatte WLG 040 PUR-Dämmung WLG 025 110 mm 110 mm 4 Stahlbetondecke 140 mm d = 33 cm 33 cm U = 0,311 W/(m2K) 0,205 W/(m2K) außen 44 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 9.5 Energetische Modernisierung eines Altbaus mit PUR-Innendämmung (Mehrfamilienhaus in Frechen) Gebäude: Das Mehrfamilienhaus, Baujahr 1964, besitzt 184 m2 beheizte Wohnfläche, die sich auf zwei Vollgeschosse und ein ausgebautes Dachgeschoss verteilt. An die Giebelwände schließt sich jeweils Nachbarbebauung an. Im Zuge der Wohnungsmodernisierung wurden nachträglich die Fenster erneuert, die Außenwände mit einer PUR-Innendämmung versehen, die Kellerdecke und die Decke der Durchfahrt von unten gedämmt sowie die Dachflächen von der Raumseite gedämmt. Der Primärenergiebedarf liegt mit 97,1 kWh/(m2·a) um 28 %, der spezifische Transmissionswärmeverlust um 52 % unter dem nach EnEV für Sanierung vorgesehenen Grenzwert. Es werden fast die Anforderungen der EnEV an Neubauten erreicht. Vor Durchführung der Wärmeschutzmaßnahmen lag der Endenergiebedarf gemäß EnEV bei 169 kWh/(m2·a); inkl. Warmwasserbereitung. Das Gebäude verbrauchte jährlich 4.000 m3 Erdgas. Bild 45: Mehrfamilienhaus Durch die Verbesserung des Wärmeschutzes mit PUR-Hartschaum wird der Brennstoffeinsatz um mehr als 50 % auf 75 kWh(m2·a) gesenkt. Das ergibt eine jährliche Einsparung von über 2.300 m3 Erdgas bzw. 900 1 Heizkosten. Frechen (Altbau) Energiekennwerte: Heizwärmebedarf: Endenergiebedarf: Primärenergiebedarf: 50,8 kWh/(m2·a) 81,2 kWh/(m2·a) 97,1 kWh/(m2·a) Mehrfamilienhaus Frechen (Altbau): Geringere Konstruktionsstärken bei gleichem Wärmeschutz durch PUR-Hartschaum PUR-Dämmung Standard-Dämmung Außenwand Bauteilaufbau von innen nach außen 1 Gipskarton 2 Dämmplatte WLG 040 PUR-Dämmung WLG 030 107 mm 80 mm 3 Gipsputz 10 mm 4 Hohlblocksteine 240 mm 5 Außenputz 20 mm d = 39 cm 36 cm U = 0,308 W/(m2K) 0,308 W/(m2K) innen außen Konstruktionsdetail: 45 ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 10 PUR-Dämmstoffe und Nachhaltigkeit Ökologisches Bauen ist heute in aller Munde und wird gewöhnlich als ein Bauen mit natürlichen bzw. naturnahen Baustoffen und damit als ressourcenschonend, umweltverträglich, ohne Gesundheitsgefährdung angesehen. Damit wird gleichzeitig die Bewertung eingeführt, dass ökologisches Bauen gut, zumindest jedoch besser als das konventionelle Bauen ist, welches auch industriell gefertigte Bauprodukte zum Einsatz bringt. Die zunehmende wissenschaftliche und politische Diskussion über Ökologie hat jedoch deutlich gemacht, dass das von vielen Interessengruppen oft verwendete Attribut „ökologisch“ eine einseitige Betrachtungsweise darstellt und keinen Maßstab für ein zukunftsfähiges Bauen abgibt. Das Konzept der Nachhaltigkeit In Deutschland reift allmählich die Erkenntnis, dass mit dem Leitbild der nachhaltigen zukunftsverträglichen Entwicklung wichtige Entwicklungslinien auch „jenseits der ökologischen Dimension“ angesprochen werden. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge zwischen den drei Dimensionen bzw. Sichtweisen von Ökologie , Die Forderungen von Umweltverbänden, Wirtschaft und Gesellschaft haben für das nachhaltige Bauen und die Bauwerke Auswirkungen, d. h.: – Realisierung ökologischer Ziele wie Ressourcenschonung, Energieeinsparung, CO2-Reduktion, Recycling – Berücksichtigung ökonomischer Ziele wie Baukosten- und Betriebskostensenkung durch Anwendung von Bauprodukten mit entsprechender physikalischtechnischer Leistungsqualität – gleichzeitige Verwirklichung von Bauund Architekturqualität im Hinblick auf Nutzung, Funktion und Gestaltung der Bauwerke sowie auf ihre gesundheitliche Unbedenklichkeit während der Nutzungsphase. Bauprodukte sind unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit im „Qualitätsviereck“, d. h. ihrer – baulich-technischen Leistungsfähigkeit – Kosten im Lebenszyklus – Umweltverträglichkeit – gesundheitlichen Unbedenklichkeit zu sehen. Der Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. (IVPU) und seine Mitgliedsfirmen stellen sich mit ihren Produkten der Verantwortung gegenüber diesem Leitbild der nachhaltigen und zukunftsfähigen Entwicklung. Ökonomie und Sozialem müssen sie integrativ behandelt werden. Dabei geht es – bildhaft gesprochen – nicht um die Zusammenführung dreier nebeneinander stehender Säulen, sondern um die Entwicklung einer dreidimensionalen Perspektive aus der Erfahrungswirklichkeit. Die Diskussion tendiert dahin, Nachhaltigkeitspolitik als Gesellschaftspolitik zu interpretieren, die im Prinzip und auf lange Sicht alle genannten Dimensionen gleichberechtigt und gleichwertig behandelt. Quelle: Abschlußbericht der Enquête-Kommission „Schutz des Menschen und der Umwelt“, 1998. Hier liefert das Konzept der Nachhaltigkeit als Leitbild für die politische Praxis allgemein und für das Bauen speziell die entscheidenden Bewertungskriterien: – Umweltverträglichkeit, – Wirtschaftlichkeit, – Sozialverträglichkeit. 46 Fakten und Ziele für nachhaltiges Bauen und Werk- Bild 46: zeuge für eine energetische Optimierung sind Inhalt Wege zu einem dieser IVPU-Schrift. nachhaltigen Bauen ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 10.1 PUR-Hartschaum-Dämmstoff als Energie-Multiplikator Verpackung Dämmplatten 6% Produktion Alu-Deckschichten 20% Transport PUR-Rohstoffe 1% Transport Dämmplatten 3% Nachhaltigkeit und Energie Das gemeinsame Leitbild ist die nachhaltige Schäumvorgang 4% Entwicklung. In der Praxis bedeutet die Verwirklichung des Nachhaltigkeitsprinzips, dass ökonomische, ökologische und soziale Aspekte gleichermaßen beachtet werden. Die gleichrangigen Ziele der Energiepolitik sind Produktion PUR-Rohstoff 66% Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit Bild 47: bei der Bereitstellung und Nutzung von Energie. Quelle: Ergebnis des Energiedialogs 05.06.2000: Bundeswirtschaftsminister Dr. Müller; Kuratoriumsvorsitzender des Forums für Zukunftsenergien, Dr. Breuer. Rohstoffbasis zur Herstellung von PURHartschaum-Dämmstoffen sind Erdöl oder nachwachsende Rohstoffe wie Zuckerrüben. Hieraus werden die beiden Hauptkomponenten Polyol und Polyisocyanat hergestellt. Erdöl wird also nicht für Heizzwecke verbrannt (70 % der Erdölförderung), sondern zur Produktion eines Dämmstoffes, der seinerseits 30 – 50 Jahre Energie, also auch Erdöl, einspart. Diesem Energieaufwand für 1 m2 PURHartschaum-Dämmplatte steht eine Energieeinsparung von über 7.000 kWh im Laufe des Produktlebens von 50 Jahren gegenüber. Der Energieaufwand für die Herstellung wird also bereits nach der ersten Heizperiode durch die Energieeinsparung aufgeholt. Eine Beispielrechnung für ein Einfamilienhaus ergibt bei einem 150 m2 PUR-Steildach eine Einsparung von ca. 1 Mio. kWh im Laufe von 50 Jahren. PUR-Hartschaum Dämmstoffe sind also echte Energiemultiplikatoren.[12] Eine nachhaltigere Verwendung des Erdöls ist angesichts der endlichen Gesamtressourcen kaum vorstellbar, wobei ohnehin nur 4 % des Erdöls für die Kunststoffproduktion verwendet werden (siehe Kapitel 1, Seite 6). Die Herstellung von PUR-Hartschaum ist technisch ausgereift und verläuft seit vier Jahrzehnten nach dem großtechnisch angewandten Polyadditionsverfahren. In diesem Herstellungsprozeß beträgt der Gesamtenergieaufwand für eine 1 m2 große und 6 cm dicke alubeschichtete PUR-Hartschaum-Dämmplatte ca. 80 kWh. Dieser Wert berücksichtigt den Prozess von der Rohstoffgewinnung aus der Erde über die Produktion bis zur Lieferung der Platte auf die Baustelle. 47 Produktionsstufen und ihr Anteil am Gesamtenergieaufwand (in %) ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 10.2 PUR-Dämmstoffe und Recycling Für die stoffliche Verwertung (Recycling) von PUR-Hartschaum gibt es drei Möglichkeiten: – Herstellung von Pressplatten – Wiederverwendung und energetische Verwertung – Rohstoff-Rückgewinnung (Glykolyse) Bei der Herstellung von Pressplatten werden PUR-Produktionsabfälle wie Verschnitt und Frässtaub im Rahmen eines speziellen Recyclingverfahrens zu hochwertigen und feuchtigkeitsresistenten Platten verarbeitet, die z. B. im Fußbodenaufbau als „Ersatz“ für Holz- und Holzspanplatten Verwendung finden. Mit Bitumen verschmutzte SchaumstoffAbfälle PUR-Abfälle Müll-Heizkraftwerk (Heizwert PUR = 210 kWh/m3) Bild 49: Außerdem ist die energetische Verwertung nach dem Kreislaufwirtschaftsgesetz möglich. Baustellenabfälle und beim Abriss anfallende, z. B. mit Bitumen verschmutzte PUR-Hartschaumplatten können in modernen Müll-Heizkraftwerken als Zusatzbrennstoff verwertet werden. 1 2 1 Produktions- und 1 Bauabfall (sauber) 2 Zerkleinerung 1 (in 6 mm Stücke) 3 Bindemittel 4 Mischer 5 5 Auftragssilo 6 Form 7 Presse 6 8 Platte Bei der Glykolyse wird die Rohstoff-Rückgewinnung für eine Komponente praktiziert. Diese Methode ist nur bei Abfällen mit bekannter Rezeptur möglich. 3 4 7 8 6 Bild 48: PUR-Pressplattenherstellung Die Wiederverwendung von PUR-Dämmplatten ist grundsätzlich möglich, hängt jedoch vom Zustand der Platten nach dem Ausbau ab. 48 Energetische Verwertung von PUR-Hartschaum ENERGIEEINSPARUNG „pur“ MIT PUR-HARTSCHAUM 10.3 PUR-Dämmstoffe im Lebenszyklus Auch PUR-Hartschaum-Dämmstoffe sind unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit im „Qualitätsviereck“ zu beurteilen. Das „Qualitätsviereck“ beschreibt hier die a) baulich-technische Leistungsfähigkeit b) Kosten im Lebenszyklus c) Umweltverträglichkeit d) gesundheitliche Unbedenklichkeit Die vier Qualitätsmerkmale lassen sich auch in den drei wesentlichen Abschnitten des Lebenszyklus finden: Herstellung Verwendung/Nutzung Entsorgung: Verwertung, Beseitigung Die Produkt-Lebens-Analyse („von der Wiege bis zur Bahre“) für PUR-Hartschaum Dämmstoffe lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: a) Baulich-technische Leistungsfähigkeit Verwendung/Nutzung – hohes Dämmvermögen – hohe Druckfestigkeit – gutes Langzeitverhalten – Wärmebrückenfreiheit – Multifunktionalität: d. h. Steildachdämmung, Geschossdeckendämmung, Flachdachdämmung, Fassadendämmung, Kerndämmung, Fußbodendämmung, Kellerdämmung Perimeterdämmung b) Kostenvorteile bei Berücksichtigung der gesamten Konstruktion eines Bauteils Herstellung – geringer Rohstoffeinsatz – geringe Energiekosten c) Umweltverträglichkeit Herstellung – Rohstoff Erdöl für Energieeinsparung eingesetzt (Materialeinsatz 4 %) – Klimarelevante Emissionen im Vergleich zur Energieeinsparung gering – Energieaufwand im Vergleich zu Energieeinsparung in 50 Jahren vernachlässigbar Nutzung – Energieeinsparung durch Dämmeffekt – Reduktion der CO2-Emissionen – lange Lebensdauer (50 Jahre und mehr) Entsorgung Verwertung: – Wiederverwendung – stoffliche Verwertung als Pressplatten – energetische Verwertung – Rohstoff-Rückgewinnung Beseitigung: – deponiefähig – keine schädlichen Emissionen bei energetischer Verwertung und thermischer Behandlung. d) Gesundheitliche Unbedenklichkeit Herstellung – Einhaltung der MAK-Werte und der Anforderungen in der TA Luft Nutzung – keine Abgabe chemischer Stoffe in physiologisch relevanten Mengen aus dem Dämmstoff – formaldehydfrei – keine statische Aufladung – Schimmel- und Fäulnisfestigkeit – geruchsneutral Entsorgung Verwertung und Beseitigung – keine Abgabe chemischer Stoffe in physiologisch relevanten Mengen Verwendung/Nutzung – optimale Wärmedämmung bei geringer Dämmstoffdicke – Beispiel: vollflächige wärmebrückenfreie Dämmung auf den Sparren, d. h. – geringer Materialeinsatz (keine Zusatzkonstruktion, geringe Dämmstoffdicke) – geringe Lohnkosten (einfache Verarbeitung, weniger Arbeitsschritte) Entsorgung – Verwertung (Sekundärrohstoff) – Beseitigung (Deponiefähig) 49 LITERATUR Literaturhinweise [1] Nationales Klimaschutzprogramm 2000. In: Umwelt 11/2000, S. 571 ff. [2] Bott, Helmut: Zur Ästhetik der Energieeinspar-Architektur. In: Kongressdokumentation NiedrigEnergieBau Hamburg 1999, S. 65. [3] Sauerbruch, Matthias: Architektur beflügeln. In: Baumeister 2/2000, S. 31. [4] Eicke-Hennig, Werner: Niedrigenergiehäuser. Mehr gestalterische Qualität – mit weniger Energie. In: Deutsches Architektenblatt 6/1998, S. 806. [5] Herzog, Thomas: Wohltemperierte Bunker. Über ökologisches Bauen und intelligente Gebäude. In: Deutsches Architektenblatt 5/98, S. 592. [6] Ingenhoven, Christoph: Die Eleganz der logischen Systeme. Die Architektur in einem ökologischen, ökonomischen, sozialen und kulturellen Netzwerk. In: Frankfurter Rundschau 27.03.99. [7] Kohler, Niklaus: Ist die Wärmeschutzverordnung wirklich das Ende der Baukunst, Herr Kohler? In: Baumeister 6/97, S. 5. [8] Fachregel für Dächer mit Abdichtungen – Flachdachrichtlinien. Aufgestellt und herausgegeben vom Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks – Fachverband Dach-, Wand- und Abdichtungstechnik – e.V. und Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V. – Bundesfachabteilung Bauwerksabdichtung, Ausgabe September 2001. 50 [9] Anforderungen für hinterlüftete Außenwandbekleidungen, siehe „Regelwerk des Deutschen Dachdeckerhandwerks, Hinweise für hinterlüftete Außenwandbekleidungen“. Herausgegeben vom Zentralverband des deutschen Dachdeckerhandwerks – Fachverband Dach, Wand- und Abdichtungstechnik – e.V., Köln, März 1993. [10] Loga, Tobias: PUR-Dämmung im Neu- und Altbau. Modellrechnungen zur neuen Energieeinsparverordnung. Herausgegeben vom IWU, Darmstadt, 2002. [11] Ebel, Witta; Feist, Wolfgang; Loga, Tobias: Nachweisverfahren für den Passivhaus-Standard auf der Basis von Energiekennwerten LEG/Ph. Beschreibung des Verfahrens, Handrechenblätter. Herausgegeben von IWU, Darmstadt, 1995. [12] Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. (Hrsg): Ökobilanz von PUR-Hartschaum-Wärmedämmstoffen. Stuttgart, 2002. LITERATUR Weiterführende Literatur ASEW: Energiesparmaßnahmen an bestehenden Wohngebäuden. Hrsg.: Umweltbehörde Hamburg, Fachamt für Energie und Immissionsschutz. Hamburg, 1999. ASEW: Das NiedrigEnergieHaus. Köln, 1996. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie: Energiepolitische und gesamtwirtschaftliche Bewertung eines 40%Reduktionsszenarios. BMWi-Dokumentation Nr. 492. Bonn, Juli 2000. Burger, Helmut: Energieeinsparverordnung (EnEV 2000): Auf dem Weg zum großen Wurf. In: GREinform Nr. 22/Februar 2000, S. 14 – 20. Deutscher Bundestag, Referat für Öffentlichkeitsarbeit (Hrsg.): Konzept Nachhaltigkeit. Vom Leitbild zur Umsetzung. Abschlußbericht der Enquete-Kommission „Schutz des Menschen und der Umwelt“ des 13. Deutschen Bundestages. Bonn, 1998. Eicke-Hennig, Werner: Energieeinsparverordnung 2001 – und Stand der Niedrigenergiebauweise. In: WKSB, Neue Folge 44/1999, S. 1 – 16. Gesellschaft für rationelle Energieverwendung e.V. (Hrsg.): Energieeinsparung im Gebäudebestand – Bauliche und anlagentechnische Lösungen. Berlin, 2002. Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. (Hrsg): – Eigenschaften von PUR-HartschaumWärmedämmstoffen. Stuttgart, 1998. – Ökobilanz von PUR-Hartschaum-Wärmedämmstoffen. Stuttgart, 2002. – Sommerlicher Wärmeschutz. Die wichtigsten Einflussfaktoren. Stuttgart, 2000. – Verwertung (Recycling) und Entsorgung von PUR-Hartschaum-Abfällen. IVPU Nachrichten Nr. 54. Stuttgart, 1996. – Starter Haus ’98. IVPU Nachrichten Nr. 62. Stuttgart, 1998. – „Werkzeuge“ für die energetische Optimierung eines Gebäudes. IVPU Nachrichten Nr. 68. Stuttgart, 1999. – IVPU Architektur Preis 2000 ressource architektur – Dokumentation. Stuttgart, 2000. IWU (Hrsg.): Einsparungen beim Heizwärmebedarf – ein Schlüssel zum Klimaproblem. Darmstadt, 1995. Kalksandstein-Information GmbH + CoKG (Hrsg.): EnEV – Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Referentenentwurf; Stand Juni 1999). Hannover, 1999. Lenz-Architekten-Stuttgart: Wege zu einem nachhaltigen Bauen. Herausgegeben vom Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V., Stuttgart, 1998. Oertel, Günther: Polyurethane. In: Kunststoffhandbuch, Bd. 7, 1993. Ders.: EnEV „2000“ Verordnung in Gefahr? Ein GRE-Diskussionsforum. In: GREinform Nr. 27/Juni 2001, S. 14 – 15. Oswalt, Philipp (Hrsg.): Wohltemperierte Architektur: neue Techniken des energiesparenden Bauens. Heidelberg, 1994. Hausladen, Gerhard: Energieeinsparverordnung 2000. In: Isoliertechnik 3/2000, S. 12 – 17. Tuschinski, Melita: Wärmetechnische Analysen zum Drei-Liter-Heizöl-Haus. In: IVPU Nachrichten Nr. 58. Herausgegeben vom Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V., Stuttgart, 1998. 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Bild 14 Nachweisverfahren für den JahresPrimärenergiebedarf nach EnEV Quelle: Feldhusen Bild 15 HOAI-Leistungsphasen und EnEV-Planung Quelle: Eicke-Hennig, IMPULS Programm Hessen Bild 16 Anforderungen bei Änderung von Außenbauteilen bestehender Gebäude Quelle: EnEV § 8, Anhang 3, Tabelle 1 Bild 17 Zellstruktur von PUR-Hartschaum Quelle: „Eigenschaften von PURHartschaum-Wärmedämmstoffen“. Stuttgart, 1998. Bild 18 Dämmstoffdicken in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit bei einem U-Wert von 0,20 W/(m2·K), ohne Berücksichtigung der Wärmeübergangswiderstände Quelle: IVPU Bild 19 IVPU U-Wert Empfehlungen für verschiedene Bauteile mit entsprechenden PUR-Dämmstoffdicken Quelle: IVPU Bild 20 PUR-Steildachdämmung mit Luftdichtheitsschicht auf Sichtholzschalung Quelle: IVPU Bild 21 PUR-Steildachdämmung mit Luftdichtheitsschicht über den Sparren Quelle: IVPU Bild 22 PUR-Steildachdämmung mit Luftdichtheitsschicht unter den Sparren Quelle: IVPU Bild 23 PUR-Steildachdämmung mit Gipskartonplatten unter den Sparren Quelle: IVPU Bild 24 Material bedingte Wärmebrücke Quelle: IVPU Bild 25 Geometrisch bedingte Wärmebrücke Quelle: IVPU Bild 26 Gesamtaufwand (Einheiten für Arbeits- und Materialkosten) einer PUR-HartschaumDämmung auf den Sparren im Vergleich mit einer Dämmung der WLG 040 mit Kombination von Zwischensparren- und Untersparren-Dämmung Quelle: IVPU Bild 3 CO2-Emissionen nach Sektoren Quelle: Damit weniger in die Luft geht: Das neue Klimaschutzprogramm der Bundesregierung. (Hrsg.) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Berlin, 2000. Bild 4 CO2-Reduktionsziel: minus 25% Quelle: BMWi: Energie mit Zukunft Bild 5 Prinzip der Bilanzierung von Energiegewinnen und Energieverlusten in der Wärmeschutzverordnung (WSVO) 1995 Quelle: IMPULS Programm Hessen, IWU Bild 6 Prinzip der Bilanzierung von Energiegewinnen und Energieverlusten in der EnEV Quelle: IMPULS Programm Hessen, IWU Bild 7 Verschiedene Dämmstoffe und ihre Dämmwirkung Quelle: IVPU Bild 8 SOLAR-LOFT, Braunschweig 2000 Entwurf: Dipl.-Ing. Architektin D. E. Frahm und Dipl.-Ing. Architekt C. Neunzig, Braunschweig Quelle: IVPU Architektur Preis 2000 ressource architektur – Dokumentation. Stuttgart, 2000. Bild 9 Bild 10 Sport Toto, Basel Quelle: OKALUX GmbH, Marktheidenfeld Verschiedene Anforderungsniveaus: Wärmeschutzverordnungen und Energieeinsparverordnung (EnEV) Quelle: Hans Dieter Hegner: „Die Energieeinsparverordnung 2000 – neue Perspektiven für Planung und Ausführung“. In: Kongressdokumentation Fachkongress, NiedrigEnergieBau 99, Hamburg 1999. Bild 11 Energiearten und Bilanzgrenzen Quelle: IMPULS Programm Hessen, IWU Bild 12 Primärenergetische Bewertung der Energieträger (ep-Werte) Quelle: DIN V 4701-10, Abschnitt C 4.1 und EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2.1.2 52 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Bild 27 Flachdach mit PUR-HartschaumDämmung Quelle: IVPU Bild 28 Verlegung von PUR-HartschaumDämmplatten auf dem Flachdach Quelle: IVPU Bild 29 PUR-Hartschaum – Wärmedämmverbundsystem Quelle: IVPU Bild 30 PUR-Passivhaus mit hinterlüfteter Fassade Quelle: IVPU Bild 31 Kerndämmung mit PUR-Hartschaum – ohne bzw. mit Luftschicht Quelle: IVPU Bild 32 Bild 33 Bild 34 Fußbodendämmung mit PUR-HartschaumDämmplatten Quelle: IVPU Verlegung von PUR-PerimeterDämmplatten Quelle: IVPU Perimeterdämmung mit PUR-Hartschaum Quelle: IVPU-Konstruktionsblatt 13, „Perimeter-Dämmung mit PUR-Hartschaum“. Stuttgart, 2000 Bild 35 Aufsparrendämmung mit PURHartschaum-Dämmplatten Quelle: IVPU Bild 36 Nachträgliche Dämmung der obersten Geschossdecke mit PUR-Hartschaum Quelle: IVPU Bild 37 Innendämmung mit PUR-Hartschaum Quelle: IVPU Bild 38 Dämmung der Kellerdecke mit PUR-Hartschaum Quelle: IVPU Bild 39 Drei-Liter-Haus in Holzbauweise mit PUR-Hartschaum-Dämmung Entwurf: Prof. Josef Lenz, Stuttgart Quelle: IVPU Nachrichten Nr. 62 Bild 40 Drei-Liter-Haus mit Beton-Wandscheiben als Wärmespeicher Entwurf: Prof. Josef Lenz, Stuttgart Quelle: IVPU Nachrichten Nr. 62 Bild 41 Einfamilienhaus Paderborn (NEH-Standard) Architekt: Prof. Josef Lenz, Stuttgart Quelle: IVPU / IWU Bild 42 Reihenhaussiedlung – Flachbau mit Einfamilienhausqualitäten Entwurf: Dipl.-Ing. Architekt Franz Xaver Lutz und Dipl.-Ing. Architektin Silvia Roos, Konstanz Quelle: IVPU / IWU Bild 43 PUR-Passivhaus in Schorndorf Architekt: Prof. Josef Lenz, Stuttgart Quelle: IVPU / IWU Bild 44 Doppelhaushälfte Bexbach (Altbau) Quelle: IVPU / IWU Bild 45 Mehrfamilienhaus Frechen (Altbau) Quelle: IVPU / IWU Bild 46 Wege zu einem nachhaltigen Bauen Quelle: IVPU Bild 47 Produktionsstufen und ihr Anteil am Gesamtenergieaufwand (in %) Quelle: „Ökobilanz von PUR-HartschaumWärmedämmstoffen“. Stuttgart, 2002. Bild 48 PUR-Pressplattenherstellung Quelle: IVPU Nachrichten Nr. 54 Bild 49 Energetische Verwertung von PUR-Hartschaum Quelle: IVPU 53 PLANUNGSHILFEN Verordnungen Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden (Energieeinsparungsgesetz – EnEG) vom 22. Juli 1976; geändert durch Erstes Gesetz zur Änderung des Energieeinsparungsgesetzes vom 20. Juni 1980 Verordnung über einen energiesparenden Wärmeschutz bei Gebäuden (Wärmeschutzverordnung – WärmeschutzV) vom 16. August 1994 Verordnung über energiesparende Anforderungen an heizungstechnische Anlagen und Warmwasseranlagen (Heizungsanlagen-Verordnung – HeizAnlV) vom 4. Mai 1998 Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG) vom 1. April 2000 Verordnung über die Erzeugung von Strom aus Biomasse (Biomasse-Verordnung – BiomasseV) vom 21. Juni 2001 Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) vom 16. November 2001 DIN 4108-2/A1 (Norm-Entwurf) Ausgabe: 2002-02 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz, Änderung A1 DIN V 4108-4 (Vornorm) Ausgabe: 2002-02 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte DIN V 4108-6 (Vornorm) Ausgabe: 2000-11 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs DIN 4108-9 (Entwurf) Ausgabe: 2001-11 Wärmeschutz Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 9: Berechnungsverfahren für den Sommerlichen Wärmeschutz – Begrenzung solarer Wärmeeinträge für Gebäude DIN V 4108-10 (Vornorm) Ausgabe: 2002-02 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe – Teil 10: Werkmäßig hergestellte Wärmedämmstoffe Normen DIN EN 832 Ausgabe: 1998-12 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Berechnung des Heizenergiebedarfs; Wohngebäude; Deutsche Fassung EN 832:1998 DIN 1053 -1 Ausgabe: 1996 -11 Mauerwerk – Teil 1: Berechnung und Ausführung DIN 4108-1 Ausgabe: 1981-08 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden; Größen und Einheiten DIN 4108 Beiblatt 2 Ausgabe: 1998-08 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungsund Ausführungsbeispiele 54 DIN V 4701-10 (Vornorm) Ausgabe: 2001-02 Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung DIN EN 12207 Ausgabe: 2000-06 Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung; Deutsche Fassung EN 12207: 99 DIN EN 13165 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum DIN 18195 -1 Ausgabe: 2000-08 Bauwerksabdichtungen – Teil 1: Grundsätze, Definitionen, Zuordnung der Abdichtungsarten PLANUNGSHILFEN Nachweisverfahren Konstruktionsblätter Zur EnEV Der IVPU hat zahlreiche Konstruktionsblätter veröffentlicht, die ausführlich über den Einsatz von PUR-Hartschaum als Wärmedämmung in verschiedenen Bauteilen informieren: Für die Nachweisverfahren stehen mittlerweile etliche EDV-gestützte Verfahren zur Verfügung, die sowohl die Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs als auch die energetische Bewertung der Anlagentechnik durch die Anlagenaufwandszahl erleichtern. Der IVPU hat in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut für Wärmeschutz (FIW), München, ein einfaches Programm erarbeitet, das eine schnelle Durchführung des Energieeinsparnachweises mit dem vereinfachten Nachweisverfahren für Wohngebäude nach EnEV, Anhang 1, Abschnitt 2 erlaubt. Das Programm ist auf der IVPU Website www.ivpu.de veröffentlicht. Sommerlicher Wärmeschutz Zur Begrenzung solarer Wärmeeinträge im Sommer hat der IVPU ein Formblatt erarbeitet, das mit dem vereinfachten Nachweisverfahren die Ermittlung des maximal zulässigen und des tatsächlichen Sonneneintragskennwertes nach DIN 4108-9 (Entwurf 1999-10) erleichtert. Das Formblatt ist auf der IVPU Website www.ivpu.de veröffentlicht oder kann kostenlos beim IVPU bestellt werden. Konstruktionsblatt Nr. 4 Flachdach Nr. 5 Terrassendach Nr. 6 Parkdeck Nr. 7 Fußböden, auch mit Flächenheizung Nr. 8 Vorisolierte Rohre Nr. 9 Rohr- und Behälterdämmung Nr. 12 Flachdach, begrünt Nr. 13 Perimeter-Dämmung Die Konstruktionsblätter sind auf der IVPU Website www.ivpu.de veröffentlicht oder können kostenlos beim IVPU angefordert werden. Weitere Informationen und Konstruktionshilfen (Ausschreibungstexte, wärmedämmtechnische Berechnungen, Preisund Lieferangaben) sind bei den IVPU Mitgliedsfirmen erhältlich. 55 IVPU · Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V. · Kriegerstraße 17 · 70191 Stuttgart Telefon (07 11) 29 17 16 · Telefax (07 11) 29 49 02 E-mail: [email protected] · Internet: www.ivpu.de IVPU/02.02/ 1.A./5T. ISBN 3 - 932500 -21- 0
