Ing. Alfred Kerschberger, RK-Stuttgart Architektur + Energy Design

Dr.-Ing. Alfred Kerschberger, RK-Stuttgart Architektur + Energy Design
Angepasste Modernisierungskonzepte
Ob es um ein Einfamilienhaus, die Sanierung einer ganzen Wohnanlage oder eines größeren Bürohauses geht; immer stellt sich die Frage nach dem optimalen Modernisierungskonzept. Gerade bei Sanierungen verläuft jedes Projekt anders, beinhaltet andere Schwerpunkte, bedingt eine andere Herangehensweise, birgt neue Probleme, erfordert die Zusammenarbeit mit anderen Menschen und führt im Verlauf der Planung zu neuen Erkenntnissen. Zu
vielschichtig sind die Zusammenhänge vor Ort, zu bunt die Palette der in der Praxis angetroffenen Strukturen und ihrer Zustände, zu komplex die Randbedingungen und gegenseitigen
Abhängigkeiten. Genau aus diesem Grund ist es schwer, den konkreten Weg zu einer erfolgreichen Gebäudesanierung allgemeingültig aufzeigen. Nach über 25 Jahren Beschäftigung
mit der Thematik haben sich in unserem Büro jedoch bestimmte prinzipielle Herangehensweisen und Methoden herausgebildet, um ein gebäudespezifisch integratives und optimales
Modernisierungskonzept zu finden.
Ein Blick zurück: In dieser Fallstudie
für ein Mehrfamilienhaus der
1920er Jahre erreichten wir bereits
1984 eine Endenergiebedarfseinsparung von 96 % bezogen auf
Heizung. Maßnahmen: 12 cm Außenwanddämmung, neue Fenster
mit Wärmeschutzverglasung und
sehr gutem temporärem Wärmeschutz, Dach- und Kellerdeckendämmung, Austausch der Kohleeinzelöfen
gegen
Gas-Brennwertheizung, Einbau einer Zu- und
Abluftanlage
mit
Wärmerückgewinnung, Anbau isolierverglaster
Süd-Wintergärten .
Bestandsaufnahme und Grundfragen
Basis jeder Konzeptüberlegung ist zunächst eine gründliche Bestandsaufnahme. Die technischen Fragen hierzu sind umfangreich, sollen an dieser Stelle jedoch nicht weiter vertieft
werden. Parallel zur Bestandsaufnahme müssen folgende Grundfragen untersucht werden:
- Welche Komponenten der Baukonstruktion und Haustechnik müssen aus Alters- oder Verschleißgründen sowieso ersetzt werden ? Als Faustregel kann man annehmen: Für die
Baukonstruktion 40 – 50 Jahre, für passive haustechnische Komponenten wie Heizkörper
oder Lüftungskanäle 25 – 35 Jahre, für aktive Haustechnikkomponenten wie Heizkessel,
Ventilatoren etc. 15 – 25 Jahre. Aber erst eine objektspezfische Beurteilung gilt als echte
Entscheidungsgrundlage.
- Welche gravierenden energetischen Schwachstellen hat das Gebäude, deren Beseitigung
unverzichtbarer Bestandteil eines Sanierungskonzeptes sein muß, auch bei noch intakter
Struktur ?
- Was sind die Sanierungswünsche des Bauherrn, sowohl in energetischer als auch in allgemeiner Hinsicht ?
- Wie hoch ist das vorhandene Budget ? Was ist damit leistbar ?
- Welche Förderungen können in der spezifischen Situation in Anspruch genommen werden,
abhängige von Nutzungstyp, energetischem Standard, Maßnahmen, Nutzung, Eigentumsverhältnissen etc.?
- Wie hoch ist das solare Potential des Gebäudes ? Stichworte: Fassaden, Dächer, Orientierung, Verschattung, Standort.
- Welche Möglichkeiten der Energieträger und Wärmeversorgungstypen gibt es ?
Sanierungsziele
Grundsätzlich haben Sanierungskonzepte nicht nur energetische Ziele, sondern es geht
meist auch auch um:
- Beseitigung von Bauschäden und deren Ursachen
- Funktionale Verbesserungen, wie Grundrisslayout, Erschließungsverbesserungen etc.
- Architektonische Verbesserungen
- Wohnraumerweiterungen, wie zum Beispiel Dachgeschossausbau oder Wintergarten
- Modernisierte, neue Standards mit mehr Bedienungskomfort und Behaglichkeit
Diese nichtenergetischen Ziele wollen in Einklang gebracht werden mit einem energetischen
Verbesserungspaket, das minimale Heizkosten garantiert, maximale Primärenergieeinsparung bringt und gleichzeitig maximale Wirtschaftlichkeit erwarten lässt.
Modernisierungskonzept 1988: An
dieser Westberliner Wohnanlage mit
350 Wohneinheiten wurde erstmals
ein WDVS bei über 50 m Gebäudehöhe angebracht. Die gemessene
Energieeinsparung betrug rund 25 %.
Sanierungsgrund für den Bauherrn
war hier nicht in erster Priorität die
Heizenergie-Einsparung, sondern die
nachhaltige Beseitigung der Bauschadenssituation. Aufgrund mangelnder Bauqualität waren vorher fast
jährlich Betonsanierungen durchgeführt worden (PTJ-Modellprojekt)
Grundsätzliches
Die Ausarbeitung eines optimalen Modernisierungskonzeptes bedeutet letztlich nichts anderes, als alle Randbedingungen zu erfassen, und aus diesen Vorgaben genau die Lösungsvariante zu erarbeiten, welche in der Gesamtheit den verschiedenen Sanierungsziele am nächsten kommt. Oberste Priorität haben dabei zunächst die „energiebewahrenden Maßnahmen“
in der Baukonstruktion. Der Fokus liegt also auf der Wärmedämmung und der Gebäudedichtheit. Baukonstruktive Verbesserungen sind ausgesprochen wirtschaftlich, denn der damit erzielbare positive energetische Effekt wirkt vergleichsweise langfristig. Zudem sind die
Wartungskosten baukonstruktiver Verbesserungsmaßnahmen vergleichsweise gering. Veränderungen in der Konstruktion eröffnen auch die Chance, die gesichtslose Architektur eines
Gebäudes gestalterisch aufzuwerten (die Realität lehrt leider, dass es nicht jeder versteht,
diese Chance auch zu nutzen). In gut gedämmten und luftdichten Gebäuden reicht eine
kleiner dimensionierte und damit kostengünstigere Haustechnik aus. Besonders interessant
sind diese Verbesserungen dann, wenn ohnehin eine entsprechende Instandsetzung ansteht, wie zum Beispiel die Erneuerung oder die Reparatur des Außenputzes, der Fenster
oder der Dacheindeckung.
Wärmedämmung
Welcher energetische Standard letztlich als Zielvorgabe einzuhalten ist, hängt davon ab,
welche Grenzwerte für bestimmte Förderprogramme erreicht werden müssen und wie weit
der Bauherr bereit ist, konzeptionell mitzugehen. Die früher beklagte „Schießschartenarchitektur“ bei großen Dämmschichtdicken ist heute kein Thema mehr, seit man dazu übergeht,
die Fenster im Zuge einer Fassadensanierung näher an die Außenkante der Leibung zu set-
zen. Auch bei der Wärmebrückenminimierung kommt man mit Hilfe von Dämmkeilen an einbindenden Bauteilen besser zurecht als früher. Weiterhin helfen sehr effektive Dämmstoffe
wie zum Beispiel die Vakuumisolation dabei, auch Problemzonen wie Rollladenkästen,
Dachterassen-Austritte oder Fensterleibungen zu entschärfen, wo der Platz nur für geringe
Dämmschichtdicken reicht.
Gebäudedichtheit
Zu einem effizienten Sanierungskonzept gehört die Definition einer lückenlose Dichtungsebene, die sämtliche beheizte Bereiche umschließt. Im Außenwandbereich ist dies in der
Regel der Innen- oder Außenputz, im Schrägdach wird mit Folien gearbeitet. Durchdringungen oder Anschlüsse der Dichtungsebene müssen planerisch und in der Durchführung möglichst luftdicht ausgeführt werden (Steckdosen, Leitungs- und Lüftungsdurchführungen, Anschlüsse Giebelwand/Dach usw.).
Lüftungsanlagen
In einem nächsten Schritt gilt es zu prüfen, ob der Einbau einer Lüftungsanlage anzuraten ist
und welche Technik sich dafür eignet. Vor allem bei innen liegenden Sanitärräumen und einem geringen Projektbudget kommt meist als einzig sinnvolle Lösung der Einbau einfacher
Abluftanlagen in Frage – welche daher besonders häufig bei der Sanierung größerer Miethäuser anzutreffen sind. Zu- und Abluftanlagen mit Wärmerückgewinnung empfehlen sich
bei ehrgeizigeren Energiesparzielen und höherem Budget. Weiterhin ist der Platzbedarf für
die doppelte Kanalführung oft ein Entscheidungskriterium für oder gegen eine Zu- und Abluftanlage. Aber auch die gute alte Fensterlüftung hat in der Sanierung ihre Berechtigung: So
zum Beispiel, wenn Küchen und Sanitärräume natürlich zu lüften sind, wenn das Budget gering ist und wenn ein guter Wärmeschutz angestrebt wird (Vermeidung von Oberflächentauwasser). Heutzutage ist es auch kein Problem mehr, die Fensterlüftung mit Hilfe von Motorantrieben und Luftqualitätssensoren zu automatisieren.
Plattenbausanierung 2002: Bei dieser Plattenbausanierung mit hocheffektivem Wärmeschutz wurden
zwei haustechnische Konzepte verglichen: 50 Wohnungen erhielten eine Zu- und Abluftanlage mit
Wärmerückgewinnung, die Warmwasserbereitung wird durch eine Kollektoranlage unterstützt. In den
50 Wohnungen der anderen Gebäudehälfte kam eine bedarfsgeführte Abluftanlage zum Einsatz, die
Abluft-Wärme wird über eine Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung genutzt. (PTJ-Modellprojekt)
Beleuchtung und Kühlung
Damit sind, zumindest im Wohnungsbau, die Optimierungen auf der Verbrauchsseite meist
erschöpft, abgesehen von speziellen Maßnahmen zur Verringerung von Speicher-, Verteilungs- und Zirkulationsverlusten bei der Warmwasserbereitung. Im Nichtwohnungsbau werden dagegen auch die Beleuchtung und Kühlung zu wichtigen Energieverbrauchsfaktoren,
die durch intelligente Tageslichtnutzung, effiziente Beleuchtungssysteme sowie Verschattung
und energiesparende „ökologische“ Kühlsysteme beeinflusst werden können.
Bürogebäudesanierung 2006 mit
Einsatz einer ökologischen Kühlung
als Sanierungsmaßnahme:
Latentwärmespeicher (orange) auf
einem Deckensegel nehmen die
Wärme von Büroräumen tagsüber
auf und schmelzen. Durch die über
natürliche Konvektion und kleine
Hilfsventilatoren vorbeistreichende
Nachtluft kühlen sie wieder aus und
können die Hitze des nächsten
Arbeitstages aufnehmen.
(PTJ-Modellprojekt)
Energieversorgung
Kommen wir zum Aspekt der Energieversorgung, so stellt sich als Erstes die Frage, wie effizient sich regenerative Energien nutzen lassen: Konkret bedeutet dies zu untersuchen, ob
und wieviel Energie die Natur „kostenlos“ und umweltschonend zur Verfügung stellen kann.
Erdwärme
Was die Nutzung der Erdwärme angeht, sind Bestandsbauten gegenüber Neubauten wirtschaftlich klar im Nachteil. Während bei einem Neubau die dafür anfallenden Kosten nicht so
deutlich zu Buche schlagen, da ohnehin größere Erdbewegungen und Fundamentierungsarbeiten anstehen, sind die notwendigen Investitionen für eine Erdwärmenutzung im Bestandsbereich in ihrer vollen Höhe zu verbuchen, was ihre Wirtschaftlichkeit drastisch verschlechtert. Weiterhin fehlt es häufig an ausreichenden Grundstücksflächen oder sie sind schlecht
zugänglich.
Solarthermie
Wenn sich eine einigermaßen südorientierte und unverschattete Dachfläche anbietet, so ist
der Einbau von Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung meist ratsam. In Baden-Württemberg gibt es nicht nur für Neubauten, sondern bereits auch für den Sanierungsfall die Anforderung, dass zumindest zehn Prozent des Energiebedarfes aus einer regenerativen Wärmequelle zu stammen hat. Andere Bundesländer werden wohl nachziehen. Insofern wird die
solare Warmwasserbereitung auch in der Sanierung in geeigneten Anwendungen zum
Standard werden. Eine zusätzliche solare Heizungsunterstützung funktioniert in wirtschaftlich
tragbaren Bereichen nur in den Übergangszeiten. Für eine solare Vollbeheizung würden riesige Langzeitspeicher benötigt, im Gebäudebestand keine realistische Strategie. Die Photovoltaik wollen wir an dieser Stelle ausklammern. Sie ist eigentlich eine gebäudeunabhängige
Technologie, die das Haus lediglich als „Standgerüst“ verwendet um von hier aus die auf
dem Dach oder an der Fassade gewonnene Energie in das Stromnetz einzuspeisen.
MFH-Sanierung 2001: Die fast unverschattete Südfassade begünstigte bei dieser Sanierung die Anwendung von transparenter Wärmedämmung. Weiterhin befinden sich
Flachkollektoren zur Warmwasserbereitung auf dem flach geneigten
Satteldach. (PTJ-Modellprojekt)
Biomasse
Eine interessante Perspektive sind dagegen Biomassekessel, vorzugsweise Pellets- und
Holzstückgut-Heizungen. Sie sind ökologisch sinnvoll, weil sie Biomasse verbrennen, deren
CO2-Gehalt ansonsten anderweitig frei würde (zum Beispiel durch Verrotten des Holzes im
Wald). Um dieser Technologie den Einstieg zu erleichtern, werden Biomassekessel von der
BAFA gefördert – vor diesem Hintergrund sind sie auch wirtschaftlich interessant. Als Pluspunkt sind auch die Pelletpreise zu bewerten, die zwar schwanken, aber dennoch meist
deutlich unter den Gas- und Ölpreisen liegen. Niemand aber vermag vorherzusagen, wie
sich die Preise entwickeln werden, wenn Biomassekessel eine größeren Marktanteil erreichen. Grundsätzlich sollte man bedenken: Die Wirkungsgrade der Holzkessel sind niedriger
als diejenigen guter Öl- und Gaskessel, auch die Investitions- und vor allem Wartungskosten
liegen deutlich höher. Bei der Beurteilung einer Holzheizung kommt man also um eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung im Einzelfall nicht herum
Wärmepumpen
Bleiben noch die Wärmepumpen, die inzwischen wieder voll im Trend liegen und deren Einbau inzwischen auch für den Gebäudebestand propagiert wird. In auffallender Einigkeit bewerben die großen Stromversorger gemeinsam mit den Heizungs-Herstellern die unterschiedlichen Wärmepumpentechnologien. Umgebungs- und Erdwärme werden sowohl in der
EnEV als auch im solaren Wärmegesetz den regenerativen Systemen zugeordnet. Wärmepumpen benutzen das Grundwasser, das Erdreich, oder die Luft als Wärmequelle. Die beiden ersteren Systeme arbeiten effizienter, im Gebäudebestand stehen einer wirtschaftlichen
Nutzung jedoch wieder die aufwendigen Erdarbeiten entgegen. Weiterhin werfen Grundwasserpumpen häufig wasserrechtliche Probleme auf.
Eine zweijährige Feldtest-Studie der Agenda 21 Gruppe Lahr ergab, dass mit Luft-Wärmepumpen selbst unter günstigen Klimabedingungen in der Oberrheinebene nur SystemJahresarbeitszahlen von 2,4 bei Fußbodenheizung und 2,2 bei der im Gebäudebestand
wahrscheinlicheren Radiatorheizung zu erreichen waren. Um primärenergetisch besser als
ein Brennwertkessel abzuschneiden, müsste die Wärmepumpe jedoch deutlich über 3,0
kommen. Allein aufgrund des zugestandenen Wärmepumpen-Stromtarifs, der in BadenWürttemberg beispielsweise nur 50 % des Nomaltarifs beträgt, können Wärmepumpen – in
geeigneten Fällen – mit konventionellen Wärmeerzeugern mithalten. Doch es bleibt abzuwarten, wann die Versorger auch hier die Daumenschrauben anziehen. Vermutlich dann,
wenn sie von einer gewissen Marktsättigung ausgehen. Wir empfehlen Wärmepumpen deshalb nur bei besonders geeigneten Projektbedingungen. So haben wir beispielsweise eine
Erdwärmepumpe für ein denkmalgeschütztes Ensemble vorgeschlagen, das mit Betonbohr-
pfählen neu fundamentiert werden musste. Hier konnten die Rohrschlangen fast kostenneutral in die sowieso einzubringenden 20 bis 30 m tiefen Bohrpfähle mit eingebunden werden.
Da die innerstädtischen Bürgerhäuser aus dem 17. Jahrhundert mit ambitioniertem energetischem Standard saniert wurden, waren wärmepumpenfreundliche niedrige HeizungsVorlauftemperaturen möglich. Der Aufbau neuer Fußböden begünstigte weiterhin den Einbau
einer Fußbodenheizung, die als Flächenheizung die Heizungstemperaturen noch weiter absenkt. Im Sommer kann über free-cooling ohne Einsatz der Wärmepumpe sanft gekühlt werden. Aufgrund der Umnutzung zum Verwaltungsgebäude besteht nur ein geringer Warmwasserbedarf , der sich mit dezentralen Gas-Durchlauferhitzern abdecken lässt.
Sanierung im Denkmalschutz 2007:
Die Entkernung, Neufundamentierung und Umnutzung dieser historischen Bürgerhäuser in Weißenfels schuf ideale Bedingungen für
den Einsatz einer ErdsondenWärmepumpe
Fernwärme
Hängt ein Gebäude bereits an einer Fernwärmeversorgung, so wird man sich davon nur in
seltenen Fällen lösen – zu aufwendig ist meist die Einrichtung eines eigenen Wärmeversorgers einschließlich der ganzen Peripherie in der bestehenden Baustruktur. Stammt die
Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung, dann besteht aus Energiespar- und Klimaschutzgründen ja auch kein Grund dafür: Die Wärme kann mit gutem Recht als Abwärme der
Stromerzeugung betrachtet werden. Bei den immer noch häufig anzutreffenden Nur-HeizWerken ist es sinnvoller, das Heizwerk auf Kraft-Wärme-Kopplung umzustellen, anstatt den
ganzen vom Fernheizwerk versorgten Bestand mit eigenen Wärmeerzeugern zu versehen.
Bei älteren Fernwärmeversorgungen ist es jedoch stets ratsam, die Hausübergabestation zu
modernisieren, indem man eine verbesserte Dämmung, neue Umwälzpumpen und eine
neue Regelung einbaut.
Modernisierte
HausanschlussStation eines fernwärmeversorgten
MFH mit 50 Wohneinheiten
Fazit
Bei der Suche nach dem passenden Modernisierungskonzept muss sich ein Planer zunächst
über zwei Dinge Gewissheit verschaffen: Zum einen muss er sich einen Überblick über die
Qualität der Bausubstanz und den energetischen Standard des Gebäudes verschaffen. Dann
gilt es, gemeinsam mit dem Bauherren die Zielvorstellungen zu erarbeiten. Bei der Frage,
welche Bauteilschichten und technische Einbauten ersetzt, saniert oder neu in das Gebäudekonzept zu integrieren sind, sollte man stets abwägen, an welchen Stellen im Gebäude
ohnehin eine Sanierung ansteht und welche Bauteile jetzt oder in absehbarer Zeit nicht mehr
dem Stand der Technik entsprechen und erneuert oder ausgetauscht werden müssen. Gute
Ergebnisse erzielt man in der Regel, wenn man obige Randbedingungen berücksichtigt und
dann in folgender Reihenfolge optimiert.
1. Wärmeschutz und Dichtheit der Gebäudehülle
2. Optimierung Lüftung
3. Verbrauchsminimierung für Beleuchtung und Kühlung und andere Verbraucher
4. Nutzung "kostenloser" Naturenergien (Sonne, Erdwärme/Erdkühle)
5. Nutzung nicht kostenloser regenerativer Energien (Holz, Biogas etc)
6. Bereitstellung ggfs. benötigter Rest-Energiemengen mit effizienter konventioneller Technik
Fast jeder zu sanierende Altbau ist ein Unikat und erfordert vom Planer wie vom Bauherrn
einen respektvollen und fachlich versierten Umgang mit der Architektur und der Bausubstanz. Denn es geht in unserer gebauten Umwelt nicht nur um den Energieverbrauch, sondern auch um unser visuelles Wohlbefinden und letztlich um unsere Baukultur.
Besondere Beachtung verdienen aktuell die sogenannten Nullenergie- und PlusenergieSanierungen, die auf Basis des fossilen Primärenergieverbrauchs bilanziert werden, weil
dieser in etwa die CO2-Emissionen abbildet. Beheizt man einen unsanierten energiefressenden Altbau mit Ökostrom, wird er nach dieser Definition zum Nullenergiehaus. Das kann aber
nicht unser Ziel sein, da die regenerativen Ressourcen nur eine relativ begrenzte Leistungsfähigkeit besitzen. Es scheint vielmehr notwendig, einerseits der babylonischen Begriffsverwirrung ein Ende zu setzen und andererseits zukünftig auch verordnungs- und förderseitig
wieder mehr Gewicht auf Endenergieverbrauch und Heizkosteneinsparung zu legen.
Literatur :
- Alfred Kerschberger, Martin Brillinger, Markus Binder: Energieeffizient Sanieren – Mit innovativer Technik zum Niedrigenergiestandard. Solarpraxis Verlag, Berlin, 2007
- Alfred Kerschberger: Energieeffiziente Sanierung von Bürogebäuden. In die Jahre gekommen. GEB, Heft 1/ 2007
- Falk Auer, Herbert Schote: Nicht jede Wärmepumpe trägt zum Klimaschutz bei.
Zweijähriger Feldtest Elektro-Wärmepumpen am Oberrhein.
Download: www.agenda-energie-lahr.de >> Leistung Wärmepumpen
Alle Abbildungen: Copyright RK-Stuttgart
Vortrag von:
Dr.-Ing. freier Architekt Alfred Kerschberger,
RK-Stuttgart Architektur + Energy Design
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