z t u h c s Klima n e g n u l sied Leitfaden zur Erstellung von Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven ausgezeichnet von energiekonsens ist die gemeinnützige Klimaschutzagentur für das Land Bremen und wurde im Zuge der Privatisierung der Stadtwerke Bremen im Mai 1997 als Public-Private-Partnership gegründet. Unser Ziel ist es, den Energieeinsatz so effizient und klimafreundlich wie möglich zu gestalten. Unsere Angebote richten sich an Unternehmen, Bauschaffende, Institutionen sowie Privathaushalte. Bremen Am Wall 172/173 28195 Bremen Tel: 0421/37 66 71-0 Fax: 0421/37 66 71-9 [email protected] www.energiekonsens.de Bremerhaven Schifferstr. 36-40 27568 Bremerhaven Tel: 0471/30 94 73-70 Fax: 0471/30 94 73-75 [email protected] Inhalt Übersicht 8 Energetische Anforderungen 10 Begrenzung der CO2-Emissionen 10 Heizwärmebedarf/Wärmedämmstandard 11 Transmissionswärmeverlust 11 Gebäudedichtheit 11 Empfehlungen 12 Städtebau 12 Energieversorgung 21 Sonstiger Energiebedarf 24 Ressourcenschutz 25 Mobilität 27 Berechnungsverfahren 28 Kompensation der CO2-Emissionen 30 Gebäudeoptimierung 30 Kraft-Wärme-Kopplung 31 Photovoltaik 31 Öffentlichkeitsarbeit und Beratung 32 Qualitätssicherung 34 Bauausführung 34 Verbrauchsdatenerfassung 34 Inbetriebnahme und Nutzereinweisung 35 Wissensvermittlung 35 Ablaufschema 36 Anhang 37 Inhalt 3 Einleitung Bild K.C. | fotolia.com Klimaschutz ist eine der wichtigsten Herausforderungen der Gegenwart und auch noch in der Zukunft. Bremen und Bremerhaven verfolgen mit hohem Engagement Zielvorgaben zur Energieeffizienz, CO2-Reduktion und zum Ausbau der erneuerbaren Energien. Etwa ein Drittel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland wird den privaten Haushalten zugeschrieben. Der Anteil für Raumwärme und Warmwassererzeugung in Wohngebäuden liegt laut Umweltbundesamt in 2014 bei 83 %. Das energieeffiziente Bauen und die Sanierung des Gebäudebestandes sind somit entscheidend für den Klimaschutz. 4 In Bremen und Bremerhaven besteht die Hauptaufgabe darin, den Gebäudebestand zu sanieren und dadurch den künftigen Energieverbrauch möglichst stark zu reduzieren. Gleichzeitig sind aber auch im Neubaubereich hohe Qualitätsansprü- che an die Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung. Heute gebaute Wohnhäuser werden bis zum Jahr 2050 weitgehend unverändert genutzt. Mit der Errichtung werden also die Weichen für den Energieverbrauch in der Zukunft gestellt. Vergleich der CO2-Emissionen pro m2 Wohnfläche ab 2021 KfW Effizienzhaus 40 „Klimaschutzsiedlung“ 20 KfW Effizienzhaus 55 21 ENEV2014/2016 25 ENEV2009 Beispiel Doppelhaushälfte (Neubau) 16 15 12 10 9 schätzungsweise 8 5 7-9 Grenzwert einer Klimaschutzsiedlung mit 9 kg CO2/m2 a bedeutet eine Reduktion um 40 bis 50 % gegenüber der EnEV 2014/2016 0 Abbildung 1: CO2-Emissionen von Klimaschutzsiedlungen im Vergleich CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung, Warmwasser, Hilfsstrombedarf (ohne Haushaltsstrom) bezogen auf die reale Wohnfläche Einleitung 5 Mit dem Bau und der Sanierung von Wohngebäuden eröffnen sich weitreichende Möglichkeiten zur CO2-Reduzierung. Durch den Bau von „Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven“ sollen die wärmebedingten CO2-Emissionen in Wohnsiedlungen weiter konsequent reduziert werden. Diese liegen bei Klimaschutzsiedlungen je nach Gebäudetyp und Versorgungssystem etwa 40 bis 50 % unterhalb der Werte, die sich für Referenzgebäude entsprechend der EnEV2016 ergeben. Klimaschutzsiedlungen setzen Grenzwerte für die CO2-Emissionen und Energieeffizienz. Um diese Grenzwerte einzuhalten, können alle Technologien, die zur CO2-Einsparung geeignet sind, eingesetzt werden. Das Konzept bietet damit nicht nur für Hausbesitzer und Mieter Vorteile, sondern auch für Investoren, Bauherren und Planer – indem es bei der technischen Ausgestaltung und Umsetzung möglichst große Freiräume lässt. Für spätere Nutzer führt die höhere energetische Qualität zu vergleichsweise geringeren laufenden Verbrauchsund Betriebskosten und damit auch zu größerer Unabhängigkeit von zu erwartenden Energiepreissteigerungen. Klimaschutzsiedlungen leisten damit einen wesentlichen Beitrag zu Wohnen mit höchstem Komfort und guter Behaglichkeit. Hiervon profitieren auch Investoren bei der Vermarktung. Dieser Planungsleitfaden soll die beteiligten Akteure unterstützen, systematisch und kostengünstig zu planen. Es werden Anforderungen und Empfehlungen für Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven dargestellt. Diese Anforderungen stehen nicht im Widerspruch zur Wirtschaftlichkeit von Bau- und Sanierungsmaßnahmen. Ganz im Gegenteil können bei ganzheitlicher Planung und entsprechend qualitativer Umsetzung, schnelle Amortisationszeiten erzielt werden und die jährlichen Energiekosten im Vergleich zum gesetzlichen Mindeststandard signifikant reduziert werden. 6 Klimaschutzsiedlungen legen den Schwerpunkt auf die Vermeidung von CO2-Emissionen. Es ist wünschenswert, wenn sich die Gebiete darüber hinaus durch besondere städtebauliche und soziale Qualitäten auszeichnen. Ziel ist es, umweltverträgliches Bauen als einen wichtigen Bestandteil einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung zu fördern. Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven bauen auf dem erfolgreichen Programm „100 Klimaschutzsiedlungen in NRW“ auf und wurden von energiekonsens, der Klimaschutzagentur für das Land Bremen, auf die Rahmenbedingungen im Land Bremen angepasst. Die Grundzüge dieses Leitfadens und des Programms durften wir dankenswerter Weise von den Kollegen aus NRW übernehmen. energiekonsens berät und begleitet Investoren und Bauherren auf dem Weg von der Planung bis zur Umsetzung einer Klimaschutzsiedlung und zeichnet die Projekte mit einem entsprechenden Siegel „Klimaschutzsiedlung Bremen – ausgezeichnet von energiekonsens“ aus. l ung Kl im a ed hu t zs i c s ausgezeichnet von Einleitung 7 Übersicht Die energetischen Eckdaten für eine Klimaschutzsiedlung sind wie folgt definiert: Entscheidend für die energetische Qualität in Klimaschutzsiedlungen sind zwei Bereiche, die wie Zahnräder ineinander greifen: 1. Reduzierung des Energiebedarfs: Sinnvoll ist es, den Energiebedarf so weit wie möglich zu reduzieren. Teilweise lassen sich durch einfache Maßnahmen (beispielsweise im Zusammenhang mit der Gebäudeausrichtung oder Gebäudeverschattung) obendrein noch wesentlich teurere, investive technische Maßnahmen vermeiden. 2. Energieversorgung: Der verbleibende Energiebedarf muss in einem zweiten Schritt möglichst sinnvoll gedeckt werden. Auch hier sind verschiedene Bausteine relevant. Neben der grundsätzlichen Einbindung von erneuerbaren Energien gilt es beispielsweise zu prüfen, ob eine zentrale oder dezentrale Versorgungsvariante sinnvoller ist. Der Planungsleitfaden zeigt auf, mit welchen Bausteinen der Energiebedarf sinnvoll reduziert und wie die Energieversorgung bestmöglich ausgestaltet werden können. Hierfür werden zunächst die energetischen Anforderungen dargestellt und im Anschluss die Empfehlungen für Klimaschutzsiedlun- Neubau Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasser inkl. Verteilverlusten und Hilfsenergie, jedoch ohne Haushaltsstrom (Bezugsfläche ist die reale* Wohnfläche): • maximal 9kg CO2/m²a Mindestanforderungen an den Heizwärmebedarf qh als Wärmedämmstandard: Maximaler Transmissionswärmeverlust: Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasser inkl. Verteilverlusten und Hilfsenergie, jedoch ohne Haushaltsstrom (Bezugsfläche ist die reale* Wohnfläche): • für EFH, DHH, RH: H‘T ≤ 0,32 W/m²K • bei A/V < 0,5 1/m: maximal 12kg CO2/m²a • für MFH: H‘T ≤ 0,35 W/m²K • bei A/V ≥ 0,5 1/m: maximal 15kg CO2/m²a Luftdichtheit der Gebäude: Nachweis durch Drucktest (Blower-Door-Messung) gemäß DIN EN 13829: Wärmedämmstandard: • qh ≤ 35 kWh/m²a 8 Bestand • Drucktestkennwert n50 max. ≤ 1,0 /h • Maximaler Transmissionswärmeverlust: H‘T ≤ 0,4 W/m²K *Bezugsgröße ist die reale, beheizte Wohnfläche des Gebäudes nach Wohnflächenverordnung (hierbei sind beheizte Kellerräume, Wintergärten oder Technikräume mit einzubeziehen) *Bezugsgröße ist die reale, beheizte Wohnfläche des Gebäudes nach Wohnflächenverordnung (hierbei sind beheizte Kellerräume, Wintergärten oder Technikräume mit einzubeziehen). gen beschrieben. Zwar legen Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven den Schwerpunkt auf die Vermeidung von CO2-Emissionen, dennoch ist es wünschenswert, wenn sich die Gebiete darüber hinaus durch besondere städtebauliche und soziale Qualitäten auszeichnen. Um den Nachweis zu erbringen, dass die Anforderungen an Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven eingehalten werden, müssen bestimmte Berechnungsverfahren angewandt werden. Diese werden im Kapitel „Berechnungsverfahren“ beschrieben. Je nach Situation vor Ort ist es aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen nicht möglich, den Energiebedarf der Klimaschutzsiedlung so weit zu reduzieren oder die Energieversorgung so auszugestalten, dass die vorgegebenen Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können. In diesen Fällen ist es möglich, die Differenz zum Grenzwert von 9 kg/m2a durch bestimmte „Stellschrauben“ in der Gebäudeoptimierung oder durch vor Ort regenerativ erzeugten Strom auszugleichen. Weitere Möglichkeiten zur Kompensation und Reduzierung der CO2-Emissionen behandelt der Leitfaden im Kapitel „Kompensation“. Um einen Imagegewinn für die Klimaschutzsiedlung zu erzielen, sollte eine gute Öffentlichkeitsarbeit regional und überregional durchgeführt werden. Die Vorteile von energieeffizientem Wohnen in Klimaschutzsiedlungen können so hervorgehoben und als Label offensiv vermarktet werden. Worauf hierbei zu achten ist erfahren Sie im Kapitel „Öffentlichkeitsarbeit und Beratung". Klimaschutzsiedlungen sollen einem hohen baulichen und anlagentechnischen Anspruch genügen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, Maßnahmen zur Qualitätssicherung vorzusehen, die alle Bauphasen von der Planung bis zur Nutzung mit einbeziehen. Worauf es hierbei ankommt und welche Bedeutung die Bewohner haben, erfahren Sie im Kapitel „Qualitätssicherung“. Mindestgrößen für Klimaschutzsiedlungen • 20 Eigenheime, oder • 30 Wohnungen im Geschosswohnungsbau oder • 50 Heimplätze Grenzwert einer Klimaschutzsiedlung 10 10 9,3 Mikro-KWK + Gas-BW Nahwärme (Erdgas) Nahwärme (Biomethan) 10,5 WP (Erdsonde) 15 Pellets + Solar-WW Reihenhauszeile (RH) Gas-BW + Solar-WW CO2-Emissionen pro m2 Wohnfläche Referenzvariante Sollte die Einhaltung von Anforderungen im Einzelfall nicht möglich sein, so ist dies plausibel zu begründen. 10,5 8,3 Abbildung 2: Beispielberechnung für den Optimierungsbedarf in Abhängigkeit von der Versorgungsvariante 5 Die Grafik zeigt am Beispiel eines Reihenhauses den Einfluss des Versorgungs- 2 systems auf die CO2-Emissionen. Weitere Einflussfaktoren wie die Qualität der thermischen Gebäudehülle oder die Wohnfläche sind in allen Varianten identisch. Je nach gewählter Versorgungsvariante (fossile/erneuerbare Ener- 0 CO2-Emissionen in kg/m2a gieträger sowie Heizsystem) verbleibt in manchen Fällen ein Bedarf zur Reduzierung des CO2-Kennwerts. In diesen Fällen ist eine Kompensation zur Erreichung des Ziels einer Klimaschutzsiedlung notwendig. 9 -5 -3,6 Übersicht 9 n e g n u r e d r o f n A e h c s i Energet Das folgende Kapitel beschreibt die grundsätzlich zu erfüllenden energetischen Anforderungen in Klimaschutzsiedlungen. Die Anforderungen unterscheiden sich in Neubausiedlungen und Bestandsgebieten. Begrenzung der CO2-Emissionen Die Energieeinsparverordnung (EnEV) fasst den Dämmstandard des Gebäudes und die für die Wärmeerzeugung vorgesehene Anlagentechnik in einer primärenergetischen Gesamtbilanz zusammen. Es wird der Energiebedarf für die Beheizung und Belüftung sowie der Bedarf für die Brauchwassererwärmung eines Gebäudes ermittelt und unter Berücksichtigung der vorgesehenen Anlagentechnik und eingesetzten Energieträger mit Hilfe von Primärenergiefaktoren bewertet. Neubau Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasser inkl. Verteilverlusten und Hilfsenergie, jedoch ohne Haushaltsstrom (Bezugsfläche ist die reale* Wohnfläche): • maximal 9kg CO2/m²a Mindestanforderungen an den Heizwärmebedarf qh als Wärmedämmstandard: • qh ≤ 35 kWh/m²a Maximaler Transmissionswärmeverlust: • für EFH, DHH, RH: H‘T ≤ 0,32 W/m²K • für MFH: H‘T ≤ 0,35 W/m²K Luftdichtheit der Gebäude: Nachweis durch Drucktest (Blower-Door-Messung) gemäß DIN EN 13829: • Drucktestkennwert n50 max. ≤ 1,0/h *Bezugsgröße ist die reale, beheizte Wohnfläche des Gebäudes nach Wohnflächenverordnung (hierbei sind beheizte Kellerräume, Wintergärten oder Technikräume mit einzubeziehen). 10 Neubau Klimaschutzsiedlungen gehen noch einen Schritt weiter, indem sie die CO2-Emissionen direkt ermitteln. Der Grenzwert von 9 kg CO2/m²a wurde auf der Basis von Berechnungen und Sensitivitätsanalysen für ausgewählte Referenzgebäude unter Berücksichtigung der finanziellen und energetischen Auswirkungen festgelegt. Darin enthalten sind die Emissionen für Heizung, Warmwasser, Hilfsenergie (inkl. Lüftung) sowie die entsprechenden Energieverluste für Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Wärmeübergabe. Der Grenzwert hat sich seitdem in diversen Bauprojekten in NRW bewährt. Weitere Informationen online abrufbar, unter: www.100-klimaschutzsiedlungen.de Die Anwendbarkeit auf Projekte im Land Bremen wurde in einer separaten Studie gefördert durch „Der Senator für Umwelt, Bau und Verkehr“ (SUBV) sowie in einer Vorstudie durch energiekonsens analysiert [Energiekonzept]. Bestand Bei der Festlegung der Grenzwerte für Bestandssiedlungen wurden Erfahrungswerte aus Solarsiedlungsprojekten im Bestand sowie Ergebnisse aus Sensitivitätsanalysen für repräsentative Referenzgebäude berücksichtigt. Da bei Bestandsgebäuden die Kompaktheit (das A/V-Verhältnis) vorgegeben ist und diese einen erheblichen Einfluss auf die spezifischen Energiekennwerte hat, wurden für den Bestand zwei unterschiedliche Grenzwerte festgelegt. Heizwärmebedarf/ Wärmedämmstandard Der Dämmstandard ist für den Energieverbrauch eines Gebäudes über Jahrzehnte hinweg eine bestimmende Größe. Für eine zukunftsorientierte, nachhaltige Bauweise, wie sie in den Klimaschutzsiedlungen gefordert wird, muss daher insbesondere dem Dämmstandard der Gebäude erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet werden. In der EnEV wird dies zwar durch die Anforderung für den spezifischen, auf die Wärme übertragende Gebäudehüllfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust H‘T (mittlerer U-Wert aller Umfassungsflächen eines Gebäudes) berücksichtigt – die geforderten maximal zulässigen Grenzwerte sind jedoch relativ hoch. Für die Gebäude einer Klimaschutzsiedlung werden daher ein darüber hinaus gehender Mindestdämmstandard und eine Begrenzung des Heizwärmebedarfs gefordert. Der angegebene Jahresheizwärmebedarf qh bezieht sich dabei auf die reale, beheizte Wohnfläche (nach Wohnflächenverordnung) und nicht auf die in der EnEV als Bezugsgröße dienende größere fiktive Nutzfläche AN. Transmissionswärmeverlust Bei der Berechnung von H‘T ist zu berücksichtigen, dass der Fensterflächenanteil eines Gebäudes starken Einfluss auf die Höhe des sich ergebenden Wertes hat, da der U-Wert der Fenster deutlich über denen von Außenwand, Bodenflächen und Dachflächen liegt. Dies führt dazu, dass mit sinkendem Fensterflächenanteil die Grenzwerte leichter einzuhalten sind, der Dämmstandard der übrigen Bauteile also verringert werden kann. Zu geringe Fensterflächenanteile widersprechen jedoch den Prinzipien des solaren Bauens. Zum einen sollte in einer Klimaschutzsiedlung ein möglichst großer Anteil des Energiebedarfs über passiv-solare Gewinne abgedeckt werden, zum anderen muss hinsichtlich des Wohnkomforts eine gute Belichtung und Besonnung der Aufenthaltsräume gewährleistet sein. Gebäudedichtheit Von besonderer Bedeutung ist bei hoch wärmegedämmten Gebäuden die Luftdichtheit der Gebäudehülle. Hier werden bei der Errichtung von Gebäuden oftmals Fehler gemacht, die zu einem späteren Zeitpunkt nur schwer zu korrigieren sind. Die Luftdichtheit von Neubauten muss daher mit einem Drucktest (Blower-Door) überprüft werden. Hierbei wird bei 50 Pa Druckdifferenz der Luftvolumenstrom gemessen und auf das Netto-Luftvolumen des Gebäudes bezogen. Bestand Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasser inkl. Verteilverlusten und Hilfsenergie, jedoch ohne Haushaltsstrom (Bezugsfläche ist die reale* Wohnfläche): • bei A/V < 0,5 1/m: maximal 12 kg CO2/m²a • bei A/V ≥ 0,5 1/m: maximal 15 kg CO2/m²a Wärmedämmstandard: Empfehlung für Bestandsgebäude: Luftdichtheit der Gebäude mit Nachweis durch Drucktest (Blower-Door-Messung) gemäß DIN EN 13829: • Drucktestkennwert n50 max. ≤ 1,5/h • Maximaler Transmissionswärmeverlust: H‘T ≤ 0,4 W/m²K *Bezugsgröße ist die reale, beheizte Wohnfläche des Gebäudes nach Wohnflächenverordnung (hierbei sind beheizte Kellerräume, Wintergärten oder Technikräume mit einzubeziehen) Energetische Anforderungen 11 n e g n u l h e Empf Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven legen den Schwerpunkt auf die Vermeidung von CO2-Emissionen. Hierfür wurden zuvor die energetischen Anforderungen beschrieben. Neben den obligatorischen Anforderungen gibt es eine Reihe von Empfehlungen, deren Berücksichtigung und Umsetzung sinnvoll für Klimaschutzsiedlungen ist. Neben energetischen Empfehlungen ist es wünschenswert, dass sich die Gebiete darüber hinaus durch besondere städtebauliche und soziale Qualitäten auszeichnen. Ziel ist es, umweltverträgliches Bauen als einen wichtigen Bestandteil einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung zu fördern. Ergänzende Informationen und weiterführende Kontaktadressen zu den in diesem Kapitel angerissenen Themen finden sie unter www.energiekonsens.de/klimaschutzsiedlungen Städtebau Die städtebauliche Planung kann die Grundvoraussetzungen für energieeffizientes und solares Bauen schaffen und dadurch mit geringem Aufwand über Jahrzehnte Energiekosten einsparen. Die Bedeutung der passiv-solaren Energiegewinne und damit auch des klimagerechten Bauens für die Reduzierung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Emissionen von Gebäuden ist unbestritten. Die passive Nutzung der Sonne dient neben dem Aspekt der Energieeinsparung auch einer deutlichen Steigerung der Wohnqualität. Es entstehen helle, Licht durchflutete Räume, die ein erhöhtes Wohlbefinden fördern. Vor der Optimierung der einzelnen Gebäude müssen diese Aspekte jedoch bereits auf städtebaulicher Ebene berücksichtigt werden. Bei der Entwicklung der städtebaulichen Strukturen sollte zum Beispiel sichergestellt werden, dass die Orientierung der Gebäude zur Sonne und die Vermeidung von Verschattungen möglichst große solare Einträge ermöglicht. In Neubaugebieten hat die Stadtplanung somit entscheidenden Einfluss auf die Möglichkeit des solaren Bauens und den Energieverbrauch der später realisierten Gebäude. Dies beginnt bei der Standortwahl, die bereits Einfluss auf den zukünftigen Energiebedarf der Gebäude hat. Vor diesem Hintergrund werden die städtebaulichen Empfehlungen für Klimaschutzsiedlungen dargestellt. Die Hinweise gelten in erster Linie für den Neubaubereich, da im Bestand in der Regel keine entsprechenden Änderungen mehr vorgenommen werden können. Es sollte aber auch für Bestandssanierungen die Möglichkeit von Verbesserungen – z.B. durch Wohnumfeldmaßnahmen – geprüft werden. 12 Standortwahl Die ideale Standortwahl einer Klimaschutzsiedlung in Bremen und Bremerhaven sollte ökologische, klimatische und städtebauliche Faktoren sowie die verkehrstechnische Anbindung berücksichtigen. Grundsätzlich gilt: Jede neue Flächeninanspruchnahme durch Siedlungen bedeutet die Beanspruchung nicht erneuerbarer Ressourcen. Daher sollte zunächst geprüft werden, inwieweit Flächen, die bereits einer Nutzung unterlagen, als Standort genutzt werden können. 1. Ökologische Faktoren: Zu den ökologischen Faktoren zählen u.a. der Schutz von Böden, der Schutz des Grundwassers sowie der Tier- und Landschaftsschutz. Im Sinne des Naturschutzes sollten Schutzgebiete und schützenswerte Gebiete nicht bebaut werden und ausreichende Abstandsflächen eingehalten werden. Informationen, Regelungen, Verordnungen zu ökologischen Faktoren und Kontaktdaten finden Sie unter www.umwelt.bremen.de 2. Klimatische Faktoren: Auch als Folge des Klimawandels sind gerade dicht bebaute und stark versiegelte Stadtgebiete (Blockbebauung, Stadtzentren, Industriegebiete, etc.) auf klimatische Ausgleichsräume angewiesen. Hierzu zählen Funktionsbereiche, die für Kaltluftentstehung, Kaltluftfluss oder Luftregeneration zuständig sind bzw. als Klimaoasen dienen. Klimatische Ausgleichsräume, die in einem funktionalen Zusammenhang mit einem Belastungsraum stehen, sollten von einer Bebauung freigehalten werden. 3. Anbindung an bestehende Siedlungsstrukturen: Die Anbindung an vorhandene Bebauung ermöglicht eine bessere funktionale stadträumliche Integration als ein neues Wohngebiet auf der „grünen Wiese“. Dies bezieht sich beispielsweise auf die Nutzung von Wohnfolgeeinrichtungen, wie Sportflächen oder Schulen. Infrastruktureinrichtungen, die zu Fuß oder mit dem Fahrrad erreichbar sind, reduzieren einerseits das Verkehrsaufkommen, andererseits verringert sich der tägliche Zeitbedarf für Fahrten und Besorgungen. Gerade für ältere Menschen bietet sich dadurch auch die Möglichkeit, Besorgungen zu erledigen, ohne auf die Hilfe anderer angewiesen zu sein. Zudem darf die Funktion solcher wohnungsnahen Versorgungseinrichtungen im Hinblick auf soziale Kontakte nicht unterschätzt werden. Gebäudeausrichtung Für die passive Nutzung der Solarenergie ist die Stellung der Gebäude zur Sonne entscheidend. Die Ausrichtung der Wohnräume (Hauptfassade) nach Süden führt zu hohen passiv-solaren Einträgen. Eine ungünstige Orientierung der Hauptfassade muss evtl. durch erhöhte Wärmeschutzmaßnahmen ausgeglichen werden, um die Anforderungen an den Heizwärmebedarf zu erfüllen. Dies gilt insbesondere für Gebäude mit einem hohen A/V-Verhältnis wie z.B. freistehende Einfamilienhäuser. Durch eine von vornherein gut durchdachte Planung können kostenintensive Ausgleichmaßnahmen bereits frühzeitig verhindert werden. Sie ist somit eine der Grundvoraussetzungen für eine kosteneffiziente Bauweise. Die Abweichung der Hauptfassade eines Gebäudes (Wohnräume) von der Südorientierung soll im Mittel nicht mehr als 45° betragen, da in diesem Bereich die Verluste an solarer Einstrahlung relativ gering sind. Falls diese Empfehlung aufgrund städtebaulicher Gegebenheiten nicht eingehalten werden kann, muss mit einem deutlich erhöhten Heizenergieverbrauch gerechnet werden (siehe Abbildung 3). Bild S.Engels | fotolia.com Die Windverhältnisse des Standortes beeinflussen ebenfalls sowohl den Heizenergiebedarf der Gebäude, als auch die bioklimatische Qualität des Siedlungsfreiraums. Bei der heutigen winddichten Bauweise spielt der Wärmeverlust durch unerwünschten windinduzierten Luftwechsel nur noch eine geringe Rolle. Die Transmissionswärmeverluste der Gebäudeoberflächen nehmen jedoch mit der Windgeschwindigkeit zu. Windexponierte Siedlungsstandorte auf offenen Geländekuppen sind daher zu vermeiden, zumal hier in bioklimatischer Hinsicht mit Zugerscheinungen durch Düsenwirkungen in Bebauungslücken und Durchlässen gerechnet werden muss. Empfehlungen 13 Empfehlung (Neubau): • Begrenzung der Einstrahlungsverluste durch Orientierung, Verschattung und Topographie der Hauptfassade: bei günstigen Randbedingungen maximal 20%, bei hoch verdichteten Baubereichen auf max. 30 bis 40% • Vorgabe von geeigneten Höhenfestsetzungen (maximale Geschossigkeit, Hüllkurve) • Abweichung der Gebäude von der Südausrichtung im Mittel kleiner 45° Drehung des Gebäudes aus der Südrichtung Energiemehrverbrauch (bez. auf optimal Süd) Jahres-Heizwärmebedarf [kWh/m2a] Hauptfassade 30% 40 39 25% 38 37 20% 36 15% 35 45˚ 34 33 10% N 32 Drehung um ± 45° ist unkritisch, da nur ca. 5% Mehrverbrauch 31 0% Abbildung 3: Jahresheizwärmebedarf eines aus der Südrichtung gedrehten Gebäudes mit einem 70 % Fensterflächenanteil der Hauptfassade © Wortmann und Scheerer rd No 17 0° ° ° ° 16 0 15 0 14 0 ° ° 13 0 12 0 10 ° t 10 0° es ° W Os t/ 80 70 ° ° 60 ° 50 ° 40 ° 30 ° 20 10 ° Sü d 30 14 5% Verschattung In dicht besiedelten Regionen kommt es häufig zu Verschattungen der Gebäude untereinander, welche die solaren Einträge reduzieren. Teile der Fassade stehen als „Sonnenfalle“ nicht mehr zur Verfügung. Hier ergibt sich eine Herausforderung für die städtebauliche Planung, da sie die Höhen der Gebäude und auch die Abstände festlegt. Bild reimax16 | fotolia.com Die Vermeidung von Verschattungen stellt in der Regel die kostengünstigste Möglichkeit zur Energieeinsparung dar. Neben einer günstigen Orientierung der Gebäude sollten daher die Abstände der Gebäude innerhalb einer Siedlung und zu Bestandsgebäuden optimiert werden. Auch der Abstand von Bäumen zu den Gebäuden sollte beachtet werden. Empfehlungen 15 Einfluss der Verschattung auf den Heizenergiebedarf bzw. die CO2-Emissionen am Beispiel eines 3-geschossigen Reihenhauses „2 Liter-Haus“ (Berechnung mit PassivhausProjektierungsPaket PHPP) Abstand der Gebäude: 20 m Höhe der Fassade: 10,3 m 3-geschossig Fenster EG bodenstehend CO2-Emissionen kg/ m2a Heizwärmebedarf Qh in kWh/m2a Verschattung 21. Dezember 1/tan a = 4,2 Heizsystem: Wärmepumpe 1 Firsthöhe des Nachbarn = 8 m, Fassade zu 31 % verschattet - Erhöhung des Heizwärmebedarfs um 1,9 kWh/m2a, entspricht 8 % 2 Firsthöhe des Nachbarn = 11 m, Fassade zu 61 % verschattet - Erhöhung des Heizwärmebedarfs um 4,0 kWh/m2a, entspricht 18 % 2 3 Firsthöhe des Nachbarn = 15 m, Fassade zu 100 % verschattet - Erhöhung des Heizwärmebedarfs um 7,6 kWh/m a, entspricht 34 % 40 12,5 12,0 35 11,5 30 25 11,0 10,5 22,5 10,0 20 12,0 9,5 15 1 10 2 9,0 3 8,5 5 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 8,0 Höhe Nachbarhaus Höhe Verschattuzngsgebende Kante in Meter 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Höhe Schattungswurf auf Fassade in Meter 0,0 0,2 1,2 2,2 3,2 4,2 5,2 6,2 7,2 8,2 9,2 10,2 11,2 12,2 13,2 14,2 Verschattungsgrad der Fassade 0% 1% 12% 22% 31% 41% 51% 61% 70% 80% 90% 99% 100% 119% 129% 138% 148% Heizwärmebedarf in [kWh/m2a] 22,5 23,2 23,4 23,8 24,4 25 25,7 26,5 27,4 28,3 29,2 30,1 30,9 31,8 100% 103% 104% 106% 108% 111% 114% 118% 122% 126% 130% 134% 137% 141% 32,5 33,2 144% 148% 33,0 151% CO2-Emission [kWh/m2a] 9,15 10,13 10,32 10,50 10,68 10,84 11,02 11,17 11,31 11,45 9,29 9,33 9,41 9,53 9,65 9,79 9,95 20 15,2 Abb. 4: Abhängigkeit des Heizwärmebedarfes vom Verschattungsgrad der Hauptfassade durch die Firsthöhe ein südlich vorgelagertes Nachbargebäude bei einem Gebäudeabstand von 20 m. Ein südlich vorgelagertes (zweigeschossiges) Nachbargebäude mit einer Firsthöhe (schattengebende Kante) von 8 m Höhe verschattet das 20 m entfernte Wohngebäude bis auf eine Höhe von 3,2 m. Das ca. 10 m hohe Gebäude ist am 21.12. damit bereits zu mehr als 30 % verschattet, womit sich der Jahresheizbedarf um etwa 5 % erhöht. Hat das vorgelagerte Gebäude eine schattengebende Kante von 11 m Höhe (z.B. als dreigeschossiges Gebäude), beträgt die Schattenhöhe bereits 6,2 m. Damit ist das dahinterliegende Gebäude bereits zu mehr als 60 % verschattet und der Jahresheizwärmebedarf steigt um 4 kWh/m²a bzw. 18 %. Entsprechend steigen dann auch der CO2-Kennwert bzw. die Heizkosten aufgrund des resultierenden Mehrverbrauchs.(Erhöhung der spezifischen CO2-Emissionen um 1,3 kg/m²a) 16 Notwendige Abstandsforderungen stehen den städtebaulichen Anforderungen nach flächensparendem Bauen häufig entgegen. Auch die Dachformen wie Flachdach, Satteldach oder Pultdach verändern das Abstandserfordernis. Insofern ist es wichtig, eine Planung derart auszuführen bzw. zu entwickeln, dass sowohl städtebauliche Qualitäten als auch energetische Anforderungen Berücksichtigung finden. Als überschlägige Orientierung für die Planung von verschattungsarmen Siedlungen kann für einfache städtebauliche Strukturen (z.B. südorientierte Zeilenbebauung) der Quotient aus dem Abstand der schattenwerfenden Kante von der betrachteten Gebäudefassade zur Höhe der Verschattungskante dienen. Dieser sollte größer als 3,1 sein, was eine Verschattungsfreiheit bis zum 21. November bzw. ab dem 21. Januar garantiert (Verschattung nur innerhalb des Kern-Winters). Bremen 53˚10 geografische Breite Sonnenstand 21. Nov 21. Dez Höhenwinkel ∂ 18,0˚ 13,5˚ 1/tan ∂ = 3,1 4,2 H‘= Höhe der Fensterbrüstung H = Höhe der Verschattungskante Hüllkurve H 1 2 3 4 5 6 HFassade Höhenwinkel ∂ H‘ Schattenlänge L=H *1/tan ∂ Schattenlänge Brüstung L=H *1/tan ∂ Mindestabstand Amin für verschattungsfreies Erdgeschoss des Nachbargebäudes Amin= effektive Schattenlänge L−L´ 1 Pultdach nach Norden 2 Pultdach nach Süden 3 Flachdach 4 Satteldach symmetrisch 5 Satteldach asymmetrisch 6 sonstige Mischform Abbildung 5: Darstellung der geometrischen Verhältnisse der Verschattungssituation Schema der Hüllkurve mit möglichen Dachformen bei gleicher Geschossigkeit und gleicher Schattenlänge. Alle Dachformen innerhalb der Hüllkurve ergeben die gleiche Schattenlänge! Empfehlungen 17 Auf planungsrechtlicher Ebene eignet sich, neben der Festsetzung der Geschossigkeit, auch eine Höhenfestsetzung in Form einer sogenannten „Hüllkurve“. Diese Hüllkurve setzt die Höhengrenzen der zukünftigen Baukörper fest, jedoch nicht die Gebäude- oder Dachform. Damit werden ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit und individuelle Bauformen ermöglicht, ohne dass die Nachbargebäude im Kernwinter (November bis Januar) zu stark verschattet werden. Die maximale Verschattung der Hauptfassade soll im Mittel für alle Gebäude einer Siedlung einen Wert von 30 % nicht überschreiten. Zum Nachweis der Einhaltung dieses Wertes kann eine solarenergetische Prüfung mit einem geeigneten Simulationsprogramm (z.B. Solcity, Gosol oder TAS) durchgeführt werden. Weitere Informationen zu Simulationsprogrammen unter www.energiekonsens.de/klimaschutzsiedlungen. Empfehlung für dichte Bebauung im innerstädtischen Bereich: Für dichte Bebauung im innerstädtischen Bereich wird sich eine größere Verschattung oft nicht vermeiden lassen. Dennoch sollte durch eine versetzte Gebäudeanordnung oder einen Mindestabstand versucht werden, die Verschattung der Hauptfassade zumindest auf 30 bis 40 % zu beschränken, um eine Erhöhung des Heizwärmebedarfes um 8 bis 11 % zu vermeiden. Zur überschlägigen und vereinfachten Verschattungsprüfung eignen sich folgende Formeln: Mindestabstand zur Begrenzung der Verschattung der Hauptfassade auf 30 % Mindestabstand: A30 %Verschattung = 4,2 *(HNachbar – HFassade *0,30) in [m] HNachbar = Höhe der Verschattungskante auf der Hüllkurve des Nachbargebäudes (Verschattungsgebende Kante des vorgelagerten Gebäudes) HFassade = Höhe der Fassade des eigenen Gebäudes A 30 %Verschattung = Mindestabstand des vorgelagerten Nachbargebäudes zur Begrenzung der Verschattung auf 30 % der eigenen Fassade 18 H‘ = Höhe des Schattenwurfes auf eigener Fassade Verschattungsgrad in % der eigenen Fassade = Verhältnis der Schattenhöhe H‘ auf der eigenen Fassade zur Fassadenhöhe HFassade des eigenen Gebäudes, entspricht näherungsweise der Verschattung der Fensterflächen mit entsprechender Reduzierung der solaren, passiven Gewinne, mit A0 als Abstand beider Gebäude S N Baumhöhe 20 m Nord Süd 15 m 10 m 4m 0 6m 15 m 22,5 m 30 m Abstand Südfassade - Baum Abbildung 6: Mindestabstände nach Baumhöhen Verschattungsgrad der Hauptfassade bei beliebigen Gebäudeabstand A0 Verschattungsgrad: (H‘/HFassade ) = (HNachbar - Ao / 4,2 ) / HFassade) in [%] Ähnliche Aspekte gilt es bei der Planung von Grünflächen bzw. für Festsetzungen von Bepflanzungen auf den Grundstücken zu beachten. Die Vegetation kann je nach Art, Höhe und Umfang zu erheblichen Verschattungen führen, falls sie zu nah an den energiegewinnenden Südfassaden platziert wird. Dies gilt auch bei der Verwendung laubabwerfender Bäume. Hierdurch ergibt sich zwar eine deutliche Verminderung der Verschattung im Winter, die aber dennoch nicht unterschätzt werden sollte. Es ist somit auf die richtige Wahl und Platzierung der Pflanzen zu achten: • Vermeidung von Verschattung durch Vegetation • detaillierte Planung des öffentlichen Grüns • geeignete Vorgaben für Bepflanzung in Privatgärten Tendenziell sollte im Süden des Gebäudes eine Verschattung durch Bäume (Winterfall) vermieden werden. Im Osten/ Westen hingegen kann die Bepflanzung bei tiefstehender Sonne einen (gewünschten) Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz liefern. Empfehlungen 19 Flächensparende Siedlungsentwicklung Flächensparendes Bauen ist eine unverzichtbare Voraussetzung für die Schonung der Umwelt und den Erhalt unbebauter Gebiete. Bei Geschossflächenzahlen zwischen 0,6 und 1,0 ist der Siedlungsflächenverbrauch pro Einwohner deutlich geringer als bei Einfamilienhausbebauung. Bei stärkerer baulicher Verdichtung (größer 1,0) nimmt dieser Effekt aufgrund der größeren einzuhaltenden Abstandsflächen wieder sehr stark ab. Aufgrund des hohen Stellenwertes, den der motorisierte Individualverkehr mittlerweile erlangt hat, ist der Flächenbedarf auch für den ruhenden Verkehr erheblich gestiegen. Dies ist zu Lasten sonstiger Freiraumansprüche geschehen. Bei einer Reduzierung der Abhängigkeit vom Auto, beispielsweise durch Anbindung an Radwege und an den öffentlichen Personennahverkehr, können auch die für den motorisierten Individualverkehr benötigten Flächen verringert werden. Dies gilt sowohl für die Straßen als auch für die Stellplätze. Um auch im öffentlichen Straßenraum Aufenthaltsqualitäten zu erreichen und Spielmöglichkeiten zu schaffen, sollte Durchgangsverkehr vermieden werden und die Fahrbahnbreite minimiert werden. Mehr hierzu finden Sie im Abschnitt „Mobilität“. Kompaktheit Die Kompaktheit des Gebäudekörpers ist neben den zuvor beschriebenen Aspekten gleichfalls von großer Bedeutung. Wenig kompakte Gebäude (wie z.B. freistehende Einfamilienhäuser) verbrauchen in Bezug auf die Wohnfläche wesentlich mehr Heizenergie. Außerdem ist deren Ressourcen- oder Landverbrauch deutlich höher. Städtebauliche Vorgaben, wie die „Auflockerung“ einer Reihenhauszeile sind mit einem erheblichen Mehrverbrauch an Heizenergie verbunden. Die Stadtplanung und die Architekten sind daher gefordert, kompakte Strukturen zu entwickeln, die beim flächensparenden Bauen ohnehin erforderlich sind. Als Maß der Kompaktheit bietet sich neben dem A/V-Verhältnis (Oberfläche der Gebäudehülle zu Volumen des Gebäudes) auch das Verhältnis der Oberfläche des Gebäudes zur gesamten Wohnfläche (A/WF-Verhältnis) an. Die „Kompaktheit“ (A/V-Verhältnis, siehe Energieeinsparverordnung) einer gesamten Siedlung lässt sich ermitteln, indem die Summe aller Hüllflächen durch die Summe aller Volumina dividiert wird. Ein Wert von 0,65 1/m sollte nicht überschritten werden. 20 Empfehlungen zum flächensparenden Bauen: • Maximale durchschnittliche Grundstücksflächen von 400 m² bei Einfamilienhäusern • Geschossflächenzahl GFZ nicht unter 0,8 bei Geschosswohnungsbau • Maximal 4 Vollgeschosse Empfehlung (Neubau): • Mittleres A/V-Verhältnis der Siedlung nicht höher als 0,65 1/m Energieversorgung Empfehlungen für Versorgungslösungen Je nach Größe der Klimaschutzsiedlung empfiehlt sich die Erstellung eines Energieversorgungskonzeptes, das die örtlichen Randbedingungen und sonstigen Gegebenheiten berücksichtigt. Diese Empfehlung richtet sich in erster Linie an Neubauvorhaben, da in Bestandsgebieten eine grundsätzliche Neugestaltung der Energieversorgung nur sehr begrenzt durchführbar ist. Soweit dies dennoch möglich ist, können die Empfehlungen dieses Abschnitts jedoch auch für Modernisierungen im Bestand hilfreich sein. Eine „pauschale“ Empfehlung für ein System ist nicht möglich. Für unterschiedliche Gebäudetypen kristallisieren sich folgende Versorgungslösungen und Energieträger heraus: Mit einem Energieversorgungskonzept kann beispielsweise geprüft werden, ob eine Versorgung aus einem bestehenden und effizienten System genutzt werden kann, oder ob sich dies kostengünstig erweitern lässt. Dies führt zu einer besseren Auslastung eines z.B. vorhandenen BHKWs oder es kann eine Abwärmenutzung aus der unmittelbaren Nachbarschaft (z.B. Gewerbebetrieb) eingeplant werden. Das Energiekonzept kann noch weitere Aspekte aufgreifen und verschiedene Akteure an einen Tisch bringen: Gemeinsame Heizzentrale Mit dem Fokus des „kostensparenden Bauens“ ist eine gemeinsame Heizzentrale zur Versorgung z.B. einer Reihenhauszeile besonders zielführend. Der Platzbedarf einer Heizzentrale sowie die Integration in die Architektur können z.B. leicht als „Kopfstation“ für eine Reihenhauszeile realisiert werden. Die anteiligen Kosten des Heizsystems pro Wohneinheit sind deutlich niedriger als bei einer Einzelversorgung jeder Wohneinheit. Nahwärmeversorgung Für geeignete Bereiche der Klimaschutzsiedlung mit einer verdichteten Bauweise insbesondere bei kleineren und größeren MFH oder mehreren RH-Zeilen ist eine Nahwärmeversorgung auf Basis von Biomasse, Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Abwärmenutzung anzustreben. Hier sind letztendlich die Wärmedichte des Areals und die Erschließung der Nahwärme-Insel mit einer möglichst geringen Netzlänge zwei entscheidende Parameter für die Wirtschaftlichkeit. Freistehende Einfamilienhäuser (EFH) Gas-Brennwert-Kessel plus solare WW-Bereitung Die Standard-Lösung mit fossiler Erdgas-Therme oder Wandkessel mit Brennwerttechnik, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um eine kleine Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung mit 4 bis 6 m² Kollektorfläche und bis zu 300 Liter Solarspeicher Pelletofen plus solare WW-Bereitung Kleiner, raumluftunabhängiger Pelletofen mit Pufferspeicher, Pelletlager, klimafreundlicher, nachwachsender Brennstoff (Holzpellets), inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um eine kleine Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung mit 4 bis 6 m² Kollektorfläche und bis zu 300 Liter Solarspeicher Elektrische Wärmepumpe Wärmepumpe mit Erdsonde oder Erdkollektor (Nutzung oberflächennaher Geothermie oder Grundwasser) mit Puffer-Speicher und WW-Speicher, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems (Kombination mit kleiner SolarthermieAnlage möglich oder innovative Hybridkollektoren und MiniEispeicher/ teilweise Deckung des Strombedarf durch PV-Anlage sinnvoll) Luft/Wasser-Wärmepumpen werden nicht empfohlen, weil Lärmemissionen bei Außenaufstellung entstehen und sie eine zu geringe Effizienz (zu kleine Jahresarbeitszahl) in Zeiten mit tiefen Außentemperaturen und größtem Heizbedarf aufweisen. Auch Versorgungssysteme mit solarer Heizungsunterstützung ab etwa 10 m² (und größer) Kollektorfläche und Pufferspeicher sind wesentlich aufwendiger und daher nicht zu empfehlen. Versorgungsysteme mit solarer Heizungsunterstützung mit etwa 10 m² mehr Kollektorfläche und Pufferspeicher sind wesentlich aufwendiger. Gerade energieeffiziente Neubauten haben bereits in der Übergangszeit kaum noch einen Heizwärmebedarf, sodass bei einer solarunterstützten Heizung große Wärmeüberschüsse bereits in der Übergangszeit, vor allem jedoch im Sommer entstehen. Zudem ergeben sich sehr hohe Stagnationstemperaturen im Sommer, die technisch beherrscht werden müssen. Bei Neubauten schmälert dies die Wirtschaftlichkeit stark. Bei energetisch sanierten Bestandsgebäuden trifft dies unter Umständen auch zu. Empfehlungen 21 22 Bild BillionPhotos.com | fotolia.com Reihenhauszeilen (RH-Zeilen) Gas-Brennwert-Kessel plus solare WW-Bereitung Die Standard-Lösung mit fossilem Erdgas-Brennwertkessel mit großer Modulationsweite, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um bedarfsangepasste Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung (solare Deckung > 50 %) mit entsprechend großer Kollektorfläche und solarem Pufferspeicher und Frischwassersystem Mikro-KWK und Gas-Brennwert-Kessel für Heizung und Warmwasser Aufbauend auf dem Gas-Brennwertkessel (zur Spitzenlastabdeckung) wird die Wärmegrundlast durch eine MikroKWK-Anlage mit 1 bis max. 3 kW elektrischer Leistung (Sterling-Motor, Otto-Motor oder Brennstoffzelle) und entsprechend großer thermischer Heizleistung gedeckt, mit zusätzlichem Puffer- und WW-Speicher und/oder Frischwassersystem. Der erzeugte Strom kann innerhalb der RH-Zeile zur Deckung des Eigenverbrauchs genutzt werden. Pelletkessel plus solare WW-Bereitung Pelletkessel mit Pufferspeicher, Pelletlager mit Einsatz eines klimafreundlichen, nachwachsenden Brennstoffs (Holzpellets), inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um bedarfsangepasste Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung (solare Deckung > 50 %) mit entsprechend großer Kollektorfläche und solarem Pufferspeicher und Frischwassersystem Elektrische Wärmepumpe Wärmepumpe mit Erdsonde oder Erdkollektor (oberflächennahe Geothermie oder Grundwasser) mit größerem Pufferund WW-Speicher, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems (Kombination mit Solarthermie-Anlage möglich / teilweise Deckung des Strombedarf durch PV-Anlage sinnvoll) Die Wärmeerzeugung erfolgt z.B. in einer Kopfstation, Nebenraum, Garage etc. Die zentrale Wärmeverteilung erfolgt innerhalb des Gebäudes zu allen Wohneinheiten, die Wärmeübergabe an die einzelnen Wohnungen erfolgt über eine wohnungsweise Kompaktstation zur Heizungsversorgung und WW-Bereitung. Mehrfamilienhäuser (MFH) Gebäudezentrale Versorgung über… Gas-Brennwert-Kessel plus solare WW-Bereitung Die Standard-Lösung mit fossilem Erdgas-Brennwertkessel mit großer Modulationsweite, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um bedarfsangepasste Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung (solare Deckung > 50 %) mit entsprechend großer Kollektorfläche und solarem Pufferspeicher und Frischwassersystem Pelletkessel plus solare WW-Bereitung Pelletkessel mit Pufferspeicher, Pelletlager mit Einsatz eines klimafreundlichen, nachwachsenden Brennstoffs (Holzpellets), inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems ergänzt um bedarfsangepasste Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung (solare Deckung > 50 %) mit entsprechend großer Kollektorfläche und solarem Pufferspeicher und Frischwassersystem Elektrische Wärmepumpe Wärmepumpe mit Erdsonde oder Erdkollektor (oberflächennahe Geothermie oder Grundwasser) mit größerem Pufferund WW-Speicher, inkl. hydraulischem Abgleich des Heizsystems (Kombination mit Solarthermie-Anlage möglich / teilweise Deckung des Strombedarf durch PV-Anlage sinnvoll) Mikro-KWK und Gas-Brennwert-Kessel für Heizung und Warmwasser Aufbauend auf dem Gas-Brennwertkessel (zur Spitzenlastabdeckung), wir die Wärmegrundlast durch eine MikroKWK Anlage mit 1 bis max. 3 kW elektrischer Leistung (Sterling-Motor, Otto-Motor oder Brennstoffzelle) und entsprechend großer thermischer Heizleistung gedeckt, mit zusätzlichem Puffer- und WW-Speicher und/oder Frischwassersystem, der erzeugte Strom kann innerhalb der RH-Zeile zur Deckung des Eigenverbrauch genutzt werden. Bei Anschluss an ein Nahwärmenetz Nahwärme-Kompaktstation Hausanschluss für Nahwärme, Nahwärme-Übergabestation, wohnungsweise Kompaktstation für Heizung und WW-Versorgung je Wohneinheit, inkl. Erfassung der Wärmemengen und Abrechnung Nahwärme ist sinnvoll, wenn eine ausreichende Wärmedichte vorhanden und der Betrieb eines Mini-BHKW zur gleichzeitigen Strom und Wärmeerzeugung wirtschaftlich betrieben werden kann. Empfehlungen 23 Energie- Erdgas (Holzpellets) Umweltwärme Solar- quelle/ energie Nahwärme/ KWK Technik Haustyp EFH Gas-Brennwerttechnik Pelletofen Wärmepumpe inkl. solartherm. WW-Bereitung i.d.R. nicht sinnvoll RH-Zeile Gas-Brennwerttechnik Pelletofen Wärmepumpe inkl. solartherm. WW-Bereitung Mikro-KWKAnlage (gebäudezentral) oder Anschluss Nahwärme-Netz gemeinsame Heizzentrale z.B. als Kopfstation für eine RH-Zeile / wohnungsweise Kompaktstation MFH Gas-Brennwerttechnik Pelletkessel Wärmepumpe (abhängig von Gebäudegröße) gebäudezentrale Versorgung / wohnungsweise Kompaktstation Inkl. solatherm. WW-Bereitung ggf. auch solare Heizungsunterstützung Anschluss Nahwärme (Wärme & Strom aus BHKW) mit Erdgas / Biomethan / Pellets / Hackschnitzel solarunterstützt Nahwärmeanschluss nur bei ausreichender Wärmedichte Abb. 7: Schema der Versorgungsmöglichkeiten in einer Klimaschutzsiedlung Sonstiger Energiebedarf Viele Bereiche, die zur Reduzierung des Energiebedarfs führen, wurden bereits beschrieben. In diesem Abschnitt wird ergänzend auf die Bereiche „Gebäudekühlung“ sowie „Haushaltsstrom“ eingegangen. Kühlung von Gebäuden Ein wesentliches Ziel bei der Planung von Gebäuden in einer Klimaschutzsiedlung ist es, auch ohne Kühleinrichtungen ein angenehmes sommerliches Raumluftklima zu erreichen. Insbesondere bei Gebäuden oder Gebäudeteilen mit hohem Glasflächenanteil kann es im Sommer zu einer Überhitzung kommen. Diesem Problem ist durch eine besonders umsichtige Planung zu begegnen. 24 Auch durch eine intelligente Lüftungsregelung (erhöhter Nachtluftwechsel im Sommer) kann ein Aufheizen im Sommer minimiert werden. Sollten darüber hinaus besondere Anforderungen an die thermische Behaglichkeit gestellt werden, dürfen nach Ausnutzung der oben genannten Vermeidungsmaßnahmen nur Maßnahmen eingesetzt werden, die eine sogenannte passive Kühlung von Gebäuden unter Ausnutzung regenerativer Energien ermöglichen. Mögliche Systeme in diesem Zusammenhang sind Lufterdwärmetauscher, die eine Zuluftkühlung bei einer vorhandenen Lüftungsanlage ermöglichen. Erdkälte von Erdkollektoren oder Erdsonden kann auch in Kombination mit einer Flächentemperierung (z.B. Fußbodenheizung) zu einer Grundkühlung beitragen. Die für eine passive Kühlung zusätzlich notwendige Antriebsenergie von Ventilatoren und Pumpen ist gering zu halten und bei der Berechnung der spezifischen CO2-Emissionen zu berücksichtigen. Der Einsatz von aktiven, klassischen Systemen, die mit Kompressionskältemaschinen oder anderen konventionellen Kühlaggregaten ausgestattet sind, sollte vermieden werden Stromverbrauch (Haushaltsstrom) Die mit dem Haushaltsstrom verbundenen CO2-Emissionen werden nicht in die Berechnungen von Klimaschutzsiedlungen einbezogen. Da Stromerzeugung aus fossilen Energieträ- gern mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist, sollte einer Minderung des Stromverbrauchs trotzdem hohe Aufmerksamkeit gewidmet werden. Dabei spielt das Nutzerverhalten eine große Rolle. Gerade im elektrischen Bereich ist die Verwendung von Energiespargeräten ein wichtiger Beitrag. Eine weitere Möglichkeit stellt zum Beispiel das Kochen mit Gas dar. Bei gleichem Nutzenergieverbrauch verursacht der Gasherd gegenüber dem Elektroherd deutlich weniger Emissionen. Erhebliche Strom-_ einsparungen sind u.a. auch durch den Verzicht auf elektrische Wäschetrockner (Einplanen von Trocknungsmöglichkeiten/-räumen), die Vermeidung von Stand-by-Verbräuchen und durch eine automatische Beleuchtungssteuerung durch Bewegungs- und/oder Helligkeitssensoren erzielbar. Ressourcenschutz Im nachfolgenden Abschnitt werden eine Reihe von Empfehlungen gegeben, mit denen Klimaschutzsiedlungen zu einem besseren Ressourcenschutz beitragen können. Dabei wird nicht nur der Energieverbrauch betrachtet. Graue Energie Im Bauwesen wird eine beachtliche Energiemenge für die Herstellung, den Transport und die Entsorgung von Baumaterialien aufgewendet („Graue Energie“). Ein konventionell gebautes Wohnhaus verbraucht in 30 bis 40 Jahren für die Beheizung in etwa die gleiche Energiemenge, die zur Herstellung benötigt wird. Insbesondere bei hocheffizienten Gebäuden sollte die Graue Energie besonders beachtet werden, weil bei konventioneller Errichtung meist insgesamt mehr Energie, als im zukünftigen Betrieb, benötigt wird. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) stellt allen Akteuren kostenlos eine vereinheitlichte Datenbasis für die Ermittlung der Grauen Energie und von weiteren Umweltfaktoren sowie zur Ökobilanzierung von Bauwerken zur Verfügung (ÖKOBAUDAT 2016, www.ökobaudat.de). Flächenversiegelung Es ist ökologisch sinnvoll, die Versiegelung von Flächen in Neubaugebieten auf ein Höchstmaß zu begrenzen. Eine Möglichkeit besteht darin, Stellplätze, Gehwege und Zufahrten ausschließlich mit wasserdurchlässigem Belag auszustatten. Ebenso sollte keine Asphaltierung oder Betonierung zur Befestigung oder Fugenverguss eingesetzt werden. Ziel ist, das das Niederschlagswasser auf natürlichem Wege auf dem Grundstück versickert. Das entlastet vor allem bei anhaltendem Regen und Starkregen die Kanalisation. [SUBV] Empfehlungen 25 26 Bild hykoe | fotolia.com Regenwassernutzung Wünschenswert ist die Nutzung von Regenwasser zur Gartenbewässerung und als Brauchwasser (vor allem zur Toilettenspülung). Zu diesem Zweck können Zisternen errichtet werden. Deutlich getrennte Versorgungsleitungen (Frischwasser/Regenwasser) müssen dazu bei der Haustechnikplanung vorgesehen werden. Außerdem kann in einem Mulden-Rigolen-System das Niederschlagswasser von versiegelten Privatflächen versickert bzw. abgeleitet werden. Auskunft zur Eignung (Regenwasserversickerung) der Böden erteilt der Geologische Dienst in Bremen (GDfB, www.gdfb.de, info@ gdfb.de). Je nach topographisch Gegebenheit können Regenwasserrückhaltebecken/ Teiche angelegt werden [SUBV]. Vegetation Um eine nachhaltige Begrünung öffentlicher Freiflächen sicherzustellen, ist die Auswahl standortgerechter Gehölze und Pflanzen sinnvoll. Aus ökologischer Sicht sind dabei heimische Pflanzen (z.B. Hainbuchen, Ligusterhecken mit Rosen, Buchshecken bzw. Stauden) zu bevorzugen, da sie Lebensraum für eine größere Anzahl von Tieren bieten. Schattenspendende Bäume können in den Hitzeperioden die Tem- peraturen der bodennahen Luftschichten um bis zu 12 Grad absenken. Ziel ist es eine zusammenhängende, angenehme Aufenthaltsqualität in der Siedlung zu erreichen. Umweltfreundliche Baustoffe Bei dem Neubau eines Gebäudes sollte auf den Einsatz umweltfreundlicher Baustoffe geachtet werden. In die Entscheidung für den richtigen Baustoff sind neben baubiologischen Aspekten auch weitere Umweltverträglichkeitskriterien, die Herkunft sowie der Energieaufwand für die Herstellung des Baustoffs mit einzubeziehen. Umweltschonende Materialien können nicht nur bei der Innenausstattung zum Tragen kommen, auch für die Bereiche Wand, Dach und Fußboden lassen sich Alternativen finden. Entscheidungshilfen für das richtige Produkt können Label wie „Blauer Engel“, RAL oder natureplus sein. Für weitere Informationen zu umweltfreundlichen Materialien sind das Umweltbundesamt oder die Bremer Umwelt Beratung richtige Ansprechpartner. Weiterführende Informationen finden Sie unter www.umweltbundesamt.de (u.a. unter dem Stichwort „Umweltdeklaration von Bauprodukten“) oder unter http://www.econavi.de. Mobilität Mobilität spielt im Klimaschutz eine entscheidende Rolle. Der zunehmende Individualverkehr ist mit hohen Belastungen für die Umwelt verbunden. Der motorisierte Verkehr verursacht CO2- und andere Schadstoffemissionen. Daher ist es sinnvoll, auch in diesem Bereich die Möglichkeiten zum Klimaschutz bereits in der Planung festzulegen. Allgemeine Empfehlungen zur Verbesserung der Mobilität: • Gute Anbindung an Infrastruktureinrichtungen • Gute Anbindung an den Öffentlichen Personennahverkehr Die Alternative zur Gewährleistung einer hohen individuellen Mobilität ist eine gute Anbindung an den ÖPNV, kombiniert mit einem Carsharing-Angebot. Die Erfahrungen zeigen, dass durch das Angebot der gemeinschaftlichen Nutzung von Fahrzeugen, die eigenen PKW abgeschafft oder die Zweitwagen nicht mehr angeschafft werden und außerdem eher das Fahrrad genutzt wird. Vergünstigungen durch Kombitickets mit dem ÖPNV in Bremen sind möglich. Ebenfalls kann durch ein Carsharing-Angebot die hohe Anzahl von sonst notwendigen Stellplätzen reduziert werden. Voraussetzung sind feste Stellplatzausweisungen für diesen • Carsharing-Angebot einbinden • Carsharing in Bremen – der Berechnungsschlüssel: Auf 100 Haushalte kommen ca. 2 bis 6 Stellplätze für Carsharing-Fahrzeuge. Zweck bzw. die Bereitstellung von Abstellräumen für die E-Bikes und Zubehör. E-Mobilität ist nur empfehlenswert, wenn der Strom regenerativ z.B. über die eigenen PV-Anlagen (z.B. Carportdach) zur Verfügung gestellt wird. Empfehlungen 27 n e r h a f r e v s g n u n h c e r Be Um den Aufwand zum Nachweis der Anforderungen „Klimaschutzsiedlung“ für ein Wohngebäude so gering wie möglich zu halten, werden die bereits im EnEV-Nachweis (oder KfW-Nachweis) deklarierten Kenngrößen des Gebäudes verwendet und entsprechend umgerechnet. Dazu ist es erforderlich aus dem gesamten Ausdruck des EnEV-Nachweises die wenigen erforderlichen Kenngrößen zusammenzustellen. Das Deckblatt des Energiebedarfsausweises ist dazu allein nicht ausreichend! Die Endenergiemengen und die CO2-Emissionen werden anders als nach EnEV auf die reale Wohnfläche bezogen und es wird eine Korrektur des Heizenergieverbrauchs auf 20 °C (statt 19 °C) als wesentlich realistischere Gebäudetemperatur vorgenommen. Praktische Anwendung Für die praxisgerechte Anwendung des vorgeschlagenen Nachweisverfahrens sind folgende Erläuterungen nützlich: Eingaben: Als Energiebezugsfläche wird die reale, beheizte Wohnfläche (gemäß Wohnflächenverordnung) verwendet. Einzugeben ist zusätzlich die Nutzfläche AN gemäß EnEV. Anzugeben sind weitere Gebäudedaten, wie die Größe der Gebäudehüllfläche (Fläche von Wand, Fenster, Dach und Boden) sowie das beheizte Volumen. Die auch für die Erfüllung der KfW-Anforderungen an Effizienzhäuser wichtige Größe des Transmissionsverlustes H’T in [W/m²K] (Qualität der Gebäudehülle) ist zur Überprüfung der Nebenbedingungen einzugeben. Anzugeben sind dann die absoluten Energiebedarfe für Warmwasser und Heizung in [kWh/a]. Systembeschreibung In Kurzform ist die Systembeschreibung aus den EnEV-Blättern für die Wärmeverteilung, Speicherung und Erzeugung aufzuführen. Dies dient zur kurzen Übersicht der eingesetzten Energiesysteme. Um eine große Bandbreite der Systeme zu berücksichtigen, können bis zu drei Teilsysteme mit unterschiedlichen Energieträgern differenziert werden. Ergebnisse Hier werden die absoluten Endenergie-Mengen (je eingesetztem Energieträger) der drei Teilstränge Warmwasser, Heizung und Lüftung inkl. des dazugehörigen Anteils der Hilfsenergie jeweils in [kWh/a] benötigt. Diese Daten können den Aus- 28 gabeblättern zur DIN 4701-10 der jeweiligen Teilstränge entnommen werden. Die Korrektur des Heizenergiebedarfs auf 20 °C Raumtemperatur erfolgt automatisch und muss nicht weiter beachtet werden. Energiebilanz und CO2-Bilanz In der dann folgenden Zusammenfassung der Endenergiemengen (nach Energieträger) wird mit den vorgegebenen Emissionsfaktoren die jährliche CO2-Menge berechnet. Kompensation durch Energieerzeugung Wenn nicht bereits im Planungsentwurf des Gebäudes eine Optimierung der Gebäudehülle und der Anlagentechnik stattgefunden hat, besteht die Möglichkeit durch Anrechnung einer Energie-erzeugung in Form einer Photovoltaikanlage oder eines Mini BHKW’s einzurechnen, um den Grenzwert der Klimaschutzsiedlung von 9 kg/m2a zu erreichen. Die projektierten Eckwerte der Stromerzeugung einer PV-Anlage oder eines BHKWs sind entsprechend einzutragen und werden mit einem pauschalen Faktor des Eigenverbrauchs gewichtet. Aus dieser Gesamtbilanz der CO2-Emissionen wird der erreichte Kennwert errechnet und mit der Anforderung verglichen. Das Berechnungsverfahren ist als Excel-Blatt auf der Homepage von energiekonsens downloadbar (www.energiekonsens.de/klimaschutzsiedlungen). Als Nachweis zur Erlangung des Siegels „Klimaschutzsiedlung“ für ein entsprechendes Gebäude ist der komplette EnEV-Nachweis und das folgend dargestellte Excel-Blatt zwecks Plausibilitätsprüfung bei energiekonsens einzureichen. www.energiekonsens.de/klimaschutzsiedlungen download Formblatt Berechnungsverfahren Berechnungsverfahren zur Planung einer Klimaschutzsiedlung in Bremen und Bremerhaven abgeleitet aus den Ergebnisen der EnEV Berechnung gemäß DIN 4108-6/4701-10 für ein Wohngebäude mit normalen Innentemperaturen (19°C) Name der Klimaschutzsiedlung PLZ/Ort Straße und Hausnummer Gebäudetyp erreichter KFW-Standard I. Eingaben (Daten aus EnEV Nachweis übernehmen) ( gemäß Wohnflächenverordnung) Bezugsfläche AN gemäß ENEV AN= m² Gebäudedaten Gebäudehüllfläche A= m² Kompaktheit Kompaktheit A/Ve = /m Energiebezugsfläche reale beheizte Wohnfläche beheiztes Volumen Ve = Transmissionsverlust H'T = m³ W/m²K 1: Begrenzung H'T < 0,32 (EFH/RH/DH) H'T <= 0,35 (MFH) erfüllt? TRINKWARMWASSERERWÄRMUNG HEIZUNG LÜFTUNG absoluter Bedarf Qtw= kWh/a Qh= kWh/a spezifischer Bedarf qtw= kWh/m²ANa qh= kWh/m²ANa qh= kWh/m²WFa 2: Anforderung qh <= 35 kWh/m²WFa m² WF= erfüllt? nein II. Systembeschreibung (Daten aus EnEV Nachweis übernehmen) Verteilung Speicherung Erzeugung Erzeuger 1 Erzeuger 3 Erzeuger 2 Erzeuger 1 Erzeuger 3 Erzeuger 2 Erzeuger WÜT Erzeuger LL-WP Heizregister - - - Deckungsanteil % Erzeuger Erzeuger III. Ergebnisse (Daten aus EnEV Nachweis) Deckung von qh TRINKWARMWASSER-ERWÄRMUNG qh,TW = HEIZUNG LÜFTUNG qh,H= kWh/m²a qh,L= kWh/m²a kWh/m²a Energieträger: S WÄRME Energieträger 1 S WÄRME Energieträger 2 S WÄRME Energieträger 3 S HILFSENERGIE QTW,E1= kWh/a QH,E1= kWh/a QL,E1= kWh/a QTW,E2= kWh/a QH,E2= kWh/a QL,E2= kWh/a QTW,E3= kWh/a QH,E3= kWh/a Hilfsenegie= kWh/a Hilfsenegie= kWh/a Hilfsenegie= kWh/a kWh/a Korrekturfaktor für Heizwärmebedarf von 19°C (EnEV) auf 20° Raumtemperatur (20°C -5,3°C) / (19°C - 5,3°C) = 107% x V. CO2- Emissions-Bilanz IV. ENDENERGIE-BILANZ Endenergie CO2-Emission CO2-Emissionsfaktor S WÄRME Energieträger 1 QE1= 0 kWh/a mit Nachweis:… kg/kWh 0 kg/a S WÄRME Energieträger 2 QE2= 0 kWh/a mit Nachweis:… kg/kWh 0 kg/a S WÄRME Energieträger 3 QE3= 0 kWh/a mit Nachweis:… kg/kWh 0 kg/a 0 kWh/a mit Nachweis:… kg/kWh 0 kg/a 0,560 kg/kWh 0 kg/a 0,560 kg/kWh 0 kg/a S HILFSENERGIE (Strom-Mix) VI. Kompensation durch Energieerzeugung am Gebäude Erzeugung in kWh/a Anteil für davon selbst genutzter Eigenverbrauch Stromverbrauch in kWh/a 0 Verdrängung von Strom-Mix 0 CO2-Emissionen gesamt 3: Hauptanforderung CO2-Grenzwert für Klimaschutzsiedlung CO2 Grenzwert = 9,0 kg/m²WF/a bezogen auf AN bezogen auf reale Wohnfläche WF 0 kg/a kg/m²ANa kg/(m²WFa) Anforderung erfüllt? nein Version 1.1 Stand 31.10.2016 Berechnungsverfahren 29 n o i t a s n e Komp Sollte es aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen nicht möglich sein, mit dem gewählten Gebäudestandard und Heizsystem die vorgegebenen CO2-Emissionsgrenzwerte von 9 kg/m²a im Neubau oder 12 bzw. 15 kg/m²a in der Sanierung einzuhalten, so können die über den Grenzwert hinausgehenden CO2-Emissionen durch eine Gebäudeoptimierung oder vor Ort durch regenerativ erzeugten Strom ausgeglichen werden. CO2-Emissionen pro m2 Wohnfläche 10 9,3 Mikro-KWK + Gas-BW Nahwärme (Erdgas) WP (Erdsonde) Pellets + Solar-WW 10 Nahwärme (Biomethan) 10,5 Gas-BW + Solar-WW 15 Referenzvariante Reihenhauszeile (RH) 10,5 Grenzwert einer Klimaschutzsiedlung 8,3 Abbildung 8: Beispielberechnung für den Optimierungsbedarf in Abhängig- 5 keit von der Versorgungsvariante 2 Die Grafik zeigt am Beispiel eines Reihenhauses den Einfluss des Versorgungs- 9 systems auf die CO2-Emissionen. Weitere Einflussfaktoren wie die Qualität 0 der thermischen Gebäudehülle oder die Wohnfläche sind in allen Varianten CO2-Emissionen in kg/m2a -5 identisch. Je nach gewählter Versorgungsvariante (fossile/erneuerbare Ener- -3,6 gieträger sowie Heizsystem) verbleibt in manchen Fällen ein Bedarf zur Reduzierung des CO2-Kennwerts. In diesen Fällen ist eine Kompensation zur Erreichung des Ziels einer Klimaschutzsiedlung notwendig. Gebäudeoptimierung Nachfolgend ist eine Auswahl von Optimierungsmaßnahmen dargestellt, die mit einem verhältnismäßigen Mitteleinsatz zu einer Reduktion der CO2-Emissionen führen. Hier kommt es auf die Erfahrung des Gebäudeplaners, an dies behutsam und kostensparend weiter zu entwickeln. Unter Umständen kann es sogar sinnvoll sein, ein besseres KfW-Effizienzniveau (z.B. KfW-Haus 40) anzustreben, da dann die Mehrkosten des Zusatzaufwandes durch die KFW Förderung (Tilgungszuschuss) auch finanziell kompensiert werden können! 30 Die Maßnahmen können sowohl auf eine Optimierung der thermischen Gebäudehülle als auch auf eine Optimierung der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) und der Versorgungslösung abzielen: • Wärmebrückenoptimierung: Statt pauschal 0,05 W/m2K als Wärmebrückenzuschlag zu wählen, werden sämtliche Wärmebrücken optimiert und auf ein wirtschaftliches Minimum reduziert (Wärmebrückenzuschlag typisch von 0,01 bis 0,02 W/m2K). • Verbesserte Verglasung: Durch den Einsatz von verbesserter Dreifachverglasungen mit noch geringerem U-Wert sowie durch hochwertige Rahmen, Glasabstandhalter etc. können weitere Energieeinsparungen erzielt werden. • Verbesserte Luftdichtheit: Durch eine Verbesserung der Luftdichtheit (beispielsweise eine Reduzierung des n50-Werts von ≤1,5 h auf ≤0,6 h) wird eine Verringerung des Restluftwechsels (durch Infiltration) erreicht. • Reduzierung des Hilfsenergiebedarfs: Der Hilfsenergiebe- darf kann durch unterschiedliche Einzelmaßnahmen redu- ziert werden, beispielsweise durch Hocheffizienzpumpen oder stromsparende Ventilatoren. • Erhöhung der Kollektorfläche von Solarthermie-Anlagen: Durch die Erhöhung der Kollektorflächen kann die Energieerzeugung für die Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung gesteigert werden. • Einsatz effizienterer Lüftungsgeräte: Durch effizientere Lüftungsgeräte kann der Wärmebereitstellungsgrad zur Wärmerückgewinnung (WRG) erhöht werden (möglich ist beispielsweise eine Erhöhung der WRG auf 82 bis 88 % im Vergleich zu einer WRG von 75 % bei Standardgeräten). Kraft-Wärme-Kopplung Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird ein Verbrennungsmotor gleichzeitig für die Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme genutzt. Durch die Förderung u.a. über das KWK-Gesetz können sich wirtschaftliche Lösungen ergeben, insbesondere wenn eine Möglichkeit der Wärmeabnahme auch in den Sommermonaten besteht und der erzeugte Strom in großem Umfang auch selbst genutzt werden kann. Auf den ersten Blick bietet sich eine KWK für die Klimaschutzsiedlungen als eine moderne, ökologische Form der Energieumwandlung an. In einer Siedlung mit einem Nahwärmenetz ist eine solche Anlage sehr gut einsetzbar und oftmals auch wirtschaftlich. Jedoch kann die KWK in den Klimaschutzsiedlungen durch den geringen Wärmebedarf problematisch sein. Wichtig ist dabei auch das Leitungsnetz so kurz wie möglich zu halten, um die Verteilverluste zu begrenzen (diese müssen von den angeschlossenen Kunden mitbezahlt werden). Genaue Angaben für eine wirtschaftliche Dimensionierung einer KWK-Anlage in einer Klimaschutzsiedlung können nur durch eine Lastsimulation gemacht werden. Photovoltaik Um den durch Photovoltaikanlagen erzeugten CO2-Ausgleich zu berechnen, kann für Bremen von einem durchschnittlichen Jahresertrag von 850 kWh/kWpeak ausgegangen werden. Eine Anlage mit einer Nennleistung von 1 kWpeak benötigt je nach Solarzellentyp zwischen 7 und 10 m² an Installationsfläche. Da im aktuellen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) die Einspeisevergütung für Solarstrom aus einer netzgekoppelten Anlage (bis 40 kWpeak ) auf etwa 12 ct/kWh gesenkt wurde, ist eine Volleinspeisung in das öffentliche Netz nicht mehr wirtschaftlich. Bei Strombezugskosten von über 26 ct/kWh ist daher der Eigenverbrauch des Solarstroms wesentlich wirtschaftlicher. Daher sind in Wohngebäuden Vorkehrungen zu treffen, um den Eigenverbrauch deutlich über 25 % zu erhöhen. Denkbar sind Maßnahmen in Zusammenhang mit Haushaltsgeräten und künftig auch der Einsatz von Stromspeichern (Batteriespeicher). „Faustformel“ für ein BHKW zur Versorgung in einer Klimaschutzsiedlung: Zur Orientierung kann bei niedrigem Wärmebedarf und verdichteter Bauweise als Faustformel für 100 Wohneinheiten ein BHKW in der Größenordnung von etwa 35 bis 45 kW elektrische Leistung entsprechend 60 bis 65 kW thermische Leistung dimensioniert werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb bei langen Laufzeiten über 6.000 Stunden pro Jahr zu ermöglichen. Kompensation 31 . . . t i e b r a s t i e k h c i l t n e Öff Um einen Imagegewinn für die Klimaschutzsiedlung zu erzielen, sollte eine gute Öffentlichkeitsarbeit regional und überregional durchgeführt werden. Die Vorteile von energieeffizientem Wohnen in Klimaschutzsiedlungen können so hervorgehoben und als Label offensiv vermarktet werden. Frühzeitig sollten neutrale Informations- und Beratungsangebote für potenzielle Hauskäufer etabliert werden mit dem Ziel, „Grundwissen zu hocheffizienten Wohngebäuden“ zu vermitteln. Neben Informationen zu Kosten und Förderungen sollte hier beispielsweise auch die Auswahl der Baustoffe oder das spätere Nutzerverhalten in energieeffizienten Wohngebäuden thematisiert werden. 32 Diese flankierenden Angebote können in enger Kooperation und mit Unterstützung der Klimaschutzagentur energiekonsens sowie dem Land Bremen individuell für jede Klimaschutzsiedlung entwickelt und umgesetzt werden. Bild auremar | fotolia.com g n u t a r e B ...und Öffentlichkeitsarbeit und Beratung 33 g n u r e h c i s s Qualität Im Rahmen der „Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven“ werden Projekte initiiert, geplant und errichtet, die einem hohen baulichen und anlagentechnischen Anspruch genügen sollen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, Maßnahmen zur Qualitätssicherung vorzusehen, die alle Bauphasen von der Planung bis zur Nutzung mit einbeziehen. Neben einem geeigneten Gebäudeenergiekonzept sind eine hochwertige Bauausführung, eine sorgfältige Gebäudeinbetriebnahme und Nutzereinweisung sowie eine Betriebsoptimierung entscheidende Aspekte für die Qualität einer Klimaschutzsiedlung. Bauausführung Bei energetisch hochwertigen Gebäuden ist eine sorgfältige Bauausführung besonders notwendig. Gerade während der Bauphase können Fehler gemacht werden, die später nur noch schwer oder gar nicht mehr korrigiert werden können. Dies betrifft im Bereich Bauphysik vor allem die Punkte Luftdichtheit, Wärmebrücken und korrekte Ausführung der Dämmung. Insbesondere im Bereich der Anschlusspunkte (Fassade-Dach, Durchdringungen, Fenster, Fassade-Boden) besteht die Gefahr einer unsachgemäßen Ausführung. Gleiches gilt auch für die vorzusehende Anlagentechnik. Hier ist neben der ausreichenden Dämmung der Leitungen vor allem sicherzustellen, dass die Regelungstechnik einen optimalen Anlagenbetrieb gewährleistet und dass die einzelnen Komponenten gut aufeinander abgestimmt sind. Insbesondere sollte sichergestellt werden, dass die verwendeten Komponenten und die Ausführung den Anforderungen des Gebäudeenergiekonzepts entsprechen. Verbrauchsdatenerfassung Um den Status einer Klimaschutzsiedlung zu erhalten, muss folgende Anforderung an die Verbrauchsdatenerfassung erfüllt werden: Erstellung eines einfachen, projektspezifischen Messkonzepts. In den ersten beiden Jahren nach Fertigstellung Übermittlung der jährlichen Verbrauchswerte für Gesamtwärme, Warmwasser, Hilfsstrom und ggf. regenerativ vor Ort erzeugte Wärme (z.B. über Solarkollektoren) oder Strom (z.B. über Photovoltaikmodule) an die Klimaschutzagentur energiekonsens zu Evaluationszwecken. Um die Verbrauchsdaten zu erfassen, sind in der Regel zusätzliche Messeinrichtungen erforderlich. Hierfür sind jedoch einfache Geräte ohne offizielle/amtliche Eichung ausreichend. In Abhängigkeit vom Versorgungskonzept können z.B. folgende Messeinrichtungen notwendig/sinnvoll sein: Der Anlagenbetreiber erhält durch die Messwerte wertvolle Zusatzinformationen. Eine Verbrauchsdatenerfassung kann sowohl Aufschluss über die Übereinstimmung von Planung und Realisierung geben, als auch die Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen. • Hilfsstrom (Pumpen, Ventilatoren): separater Stromzähler • Wärmepumpe: separater Strom- und Wärmemengenzähler • Holzpelletheizung: separater Wärmemengenzähler • Warmwasserbereitung: separater Wärmemengenzähler • Solarthermie: Wärmemengenzähler (als Teil der Solaranlage) Eine kontinuierliche Verfolgung der Daten ermöglicht es, den gewünschten Anlagenbetrieb sicherzustellen und ist gerade für größere Anlagen im Rahmen einer Qualitätssicherung sinnvoll. 34 Empfehlungen • Abschluss von Garantieverträgen für einzelne Anla- genkomponenten. Die Ertragsgarantie z. B. für thermische Solaranlagen oder die Garantie einer Jahres arbeitszahl bei Wärmepumpen durch solche Verträge kann eine sinnvolle Absicherung des Nutzers sein. • Stichprobenartige Kontrollen der Planungs- und Bauphase durch einen (KfW-) Sachverständigen Inbetriebnahme und Nutzereinweisung Bei der Inbetriebnahme der gebäudetechnischen Anlagen muss auf einen möglichst optimalen Betrieb geachtet werden. Hierzu sind neben der richtigen Grundeinstellung (z.B. hydraulischer Abgleich des Heizungssystems oder Einstellen der lokalen Luftmengen der Lüftungsanlage) auch die Prüfung und ggf. Anpassung aller anlagebedingten Regelparameter (Heizkurve, Betriebszeiten, Sollwerte, Pumpen- und Lüftungsregelung etc.) vorzunehmen. Diese Einstellungen sollten in Rücksprache mit dem Nutzer erfolgen. Nach der Inbetriebnahme muss der Nutzer ausführlich über die Funktionsweise der Anlage informiert werden. Entsprechendes Informationsmaterial (idealerweise in Form einer übersichtlichen individuellen Dokumentation) sollte dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden. Angebot von energiekonsens ist es, ein auf die jeweilige Siedlung zugeschnittenes Nutzerhandbuch zu erstellen. Nach einer geeigneten Zeitspanne (z.B. einigen Wochen), während der die Nutzer erste Erfahrungen mit allen gebäudetechnischen Anlagen sammeln konnten, ist es sinnvoll einen Termin zur Betriebsoptimierung mit dem Installationsbetrieb durchzuführen. Hierbei können Betriebserfahrungen der Nutzer und gegebenenfalls erste Messwerte genutzt werden, um die Einstellungen der Anlagen anzupassen und um Fehlerquellen zu beseitigen. Investoren und Bauträger sollten den organisatorischen Rahmen für die Einbindung der Bewohner der Klimaschutzsiedlung bereitstellen. Dabei ist ein umfassendes Konzept der Nutzerbeteiligung, -information und -beratung anzustreben, das über den energetischen Bereich hinaus eine aktive Auseinandersetzung der Bewohner mit ihrem Gebäude und dem ökologischen und sozialen Umfeld ermöglicht. energiekonsens bietet hierzu gerne Hilfestellung an. Wissensvermittlung Die Erfahrungen, die die beteiligten Architekten, Planer und Fachgutachter bei der Planung und Errichtung der Klimaschutzsiedlungen sammeln, sollten im Sinne einer Multiplikatorfunktion für die berufliche Weiterbildung genutzt werden. Ziel ist es, ausgehend von den realisierten Projekten, Impulse für weitere Vorhaben zu geben. Die Hinweise zur beruflichen Weiterbildung der Architekten und Ingenieure gelten in gleichem Maße für die bei der Errichtung der Klimaschutzsiedlungen beteiligten Handwerker und Bauausführenden. Das von ihnen bei der Bauausfüh- rung erworbene technische Know-how soll ebenfalls im Sinne einer Multiplikatorfunktion für die berufliche Weiterbildung genutzt werden und Impulse für die örtliche Bauwirtschaft geben. Instrumente hierfür können insbesondere Vorträge im Rahmen von Tagungen, Workshops und speziellen Weiterbildungsveranstaltungen sein. energiekonsens steht hierzu als Ansprechpartner zur Verfügung. Qualtitätssicherung 35 a m e h c s f Ablau energiekonsens begleitet Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven von der Planung und Antragstellung bis hin zur Fertigstellung und Nutzung. Um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, ist eine möglichst frühzeitige Kontaktaufnahme der Beteiligten an dem Bauprojekt (z.B. Bauträger, Wohnungsbaugesellschaft) mit der Klimaschutzagentur energiekonsens sinnvoll. Ablaufschema 1. Interessensbekundung seitens Investor/Bauträger/ sonstige Akteure • EnEV-Nachweis (mit Daten zur Gebäudehülle und Heiz- 2. Workshop Im Workshop werden die Inhalte des Leitfadens sowie die Anforderungen und Empfehlungen an Klimaschutzsiedlungen in Bremen und Bremerhaven betrachtet. Dies wird auf das konkrete Bau- bzw. Sanierungsvorhaben heruntergebrochen. Gemeinsam werden die nächsten Schritte auf Grundlage der Checkliste geplant. • ausgefülltes Excel-Datenblatt „Berechnungsverfahren zur 3. Planung Klimaschutzsiedlung auf Grundlage des Planungsleitfadens 4. Einreichung der Planungsunterlagen, technische Prüfung und Beurteilung der Unterlagen Zu den einzureichenden Planungsunterlagen zählen: system/TGA) Planung einer Klimaschutzsiedlung in Bremen und Bremerhaven“ (abgeleitet aus den Ergebnissen der EnEV-Berechnung gemäß DIN 4108-6/4701-10) • Planunterlagen: Lageplan, Grundrisse und Ansichten der Gebäude 3 • Verpflichtungserklärung 5. Verleihung Label Klimaschutzsiedlung – Konzept, Planung Um den Status „Klimaschutzsiedlung“ verliehen zu bekommen, müssen die energetischen Anforderungen an eine Klimaschutzsiedlung erfüllt sein. Weiterhin müssen die Empfehlungen an Klimaschutzsiedlungen im Rahmen des Planungsprozesses analysiert und deren Umsetzung abgewogen worden sein. 6. Umsetzung und Bau der Klimaschutzsiedlung 7. Prüfung der Umsetzung und Verleihung Urkunde Klimaschutzsiedlung – gebaut – Ansprechpartner 8. Zweijähriges Monitoring Dipl.-Ing. Sven Jäger gemeinnützige Klimaschutzagentur energiekonsens Am Wall 172/173 28195 Bremen Telefon: 0421/ 37 66 71-6 E-Mail: [email protected] www.energiekonsens.de/klimaschutzsiedlungen 3 Wenn identische Häuser mehrfach gebaut werden, müssen diese Unterlagen nur einmal für den Gebäudetyp eingereicht werden. 36 Checkliste Checkliste der Anforderungen und Empfehlungen an eine Klimaschutzsiedlung in Bremen und Bremerhaven Energiequelle/Haustyp ja nein Bemerkung Energetische Anforderungen an eine Klimaschutzsiedlung Gebäudeanforderungen (Neubau) CO2-Grenzwerte (als Hauptanforderung) Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung inkl. Verlusten und Hilfsenergie, jedoch ohne Haushaltsstrom • maximal 9 kg CO2 pro m² (reale*) Wohnfläche und Jahr • *Bezugsgröße ist die reale, beheizte Wohnfläche des Gebäudes nach Wohnflächenverordnung (hierbei sind beheizte Kellerräume, Wintergärten oder Technikräume mit einzubeziehen) Wärmedämmstandard • Mindestanforderung an Heizwärmebedarf qh max. 35 kWh/m²a Maximaler Transmissionswärmeverlust • EFH, DHH, RH: H‘T ≤ 0,32 W/m²K • MFH: H‘T ≤ 0,35 W/m²K Gebäudedichtheit Luftdichtheit der Gebäude (Nachweis durch Drucktest, Blower-Door-Messung gemäß DIN EN 13829) • Drucktestkennwert: n50 max. ≤ 1,0 /h *Anmerkungen zum Nachweisverfahren gemäß EnEV 2016 Heizwärmebedarf und CO2-Emissionen jeweils bezogen auf die reale Nutzfläche des Gebäudes, d.h. nicht bezogen auf die fiktive, meist größere Nutzfläche AN bei Wohngebäuden gemäß aktueller EnEV. Beleg der Kennwerte erfolgt mittels Energiebedarfsausweis und gesondertem Nachweisblatt. Je nach Wahl des Energieversorgungssystems und der Kompaktheit des Gebäudes kann der Grenzwerte von 9 kg/m²a mit Einhaltung des Standards KfW-Effizienzhaus 55 bzw. KfW-Effizienzhaus 40 und besser erreicht werden. Gebäudebezogene Kompensationsmaßnahmen z.B. durch eine PV-Anlage sind zulässig. Gebäudeanforderungen (Bestand) CO2-Grenzwerte (als Hauptanforderung) Begrenzung der CO2-Emissionen für Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung inkl. Verlusten und Hilfsenergie (jedoch ohne Haushaltsstrom) • bei A/V < 0,5 maximal 12 kg CO2 pro m² (reale*) Wohnfläche und Jahr • bei A/V ≥ 0,5 maximal 15 kg CO2 pro m² (reale*) Wohnfläche und Jahr Checkliste 37 Energiequelle/Haustyp ja nein Bemerkung Maximaler Transmissionswärmeverlust • H‘T ≤ 0,4 W/m²K Gebäudedichtheit Luftdichtheit der Gebäude: Nachweis durch Drucktest (Blower-Door-Messung) gemäß DIN EN 13829 • Drucktestkennwert: n50 max. ≤ 1,5 /h *Anmerkungen zum Nachweisverfahren gemäß EnEV 2016 Heizwärmebedarf und CO2-Emissionen jeweils bezogen auf die reale Nutzfläche (Wohnfläche nach Wohnflächenverordnung) des Gebäudes, d.h. nicht bezogen auf die fiktive, meist größere Nutzfläche AN bei Wohngebäuden gemäß aktueller EnEV.Beleg der Kennwerte mittels Energiebedarfsausweis und gesonderten Nachweisblatt. Je nach Wahl des Energieversorgungssystems und der Kompaktheit des Gebäudes kann der Grenzwert von 12 bis 15 kg/m²a mit Einhaltung des Standards KfW-Effizienzhaus 100 bzw. KfW-Effizienzhaus 70 erreicht werden. Gebäudebezogene Kompensationsmaßnahmen z.B. durch eine PV-Anlage sind zulässig. Anforderung Datenerfassung Erstellung eines einfachen, projektspezifischen Messkonzepts. In den ersten beiden Jahren nach Fertigstellung Übermittlung der jährlichen Verbrauchswerte für Gesamtwärme, Warmwasser, Hilfsstrom und ggf. regenerativ vor Ort erzeugte Wärme (z.B. über Solarkollektoren) oder Strom (z.B. über Photovoltaikmodule) an die Klimaschutzagentur energiekonsens zu Evaluationszwecken. 38 Empfehlung berücksichtigt ja nein Bemerkung Empfehlung für die Errichtung einer Klimaschutzsiedlung Städtebauliche Empfehlungen • Standortwahl • Gebäudeausrichtung • Verschattung • Flächensparende Siedlungsentwicklung • Kompaktheit Energieversorgung • Energieversorgungskonzept • Gemeinsame Heizzentrale • Nahwärmeversorgung • Betrachtung unterschiedlicher Versorgungslösungen Sonstiger Energiebedarf • Kühlung von Gebäuden • Stromverbrauch (Haushaltsstrom) Ressourcenschutz • Graue Energie • Flächenversiegelung • Regenwassernutzung • Vegetation • Umweltfreundliche Baustoffe Mobilität • Gute Anbindung an Infrastruktureinrichtungen • Gute Anbindung an den Öffentlichen Personennahverkehr • Carsharing-Angebot einbinden Öffentlichkeitsarbeit und Beratung Qualitätssicherung • Bauausführung • Verbrauchsdatenerfassung • Inbetriebnahme und Nutzereinweisung • Wissensvermittlung Empfehlung 39 Verpflichtungserklärung Erklärung des Bauträgers / der Wohnungsbaugesellschaft zur Umsetzung einer Klimaschutzsiedlung in Bremen/Bremerhaven Bauträger/Wohnungsbaugesellschaft Name Stadt/Stadtteil/Lage Ich beabsichtige, benanntes Projekt als Klimaschutzsiedlung zu planen und umzusetzen. Um den Status „Klimaschutzsiedlung“ verliehen zu bekommen, müssen die energetischen Anforderungen an eine Klimaschutzsiedlung erfüllt sein. Weiterhin müssen die Empfehlungen an Klimaschutzsiedlungen im Rahmen des Planungsprozesses analysiert und deren Umsetzung abgewogen worden sein. Datum / Unterschrift Projekt Neubauvorhaben Bezeichnung Sanierungsvorhaben Sollten zu einem späteren Zeitpunkt weitere Institutionen/ Akteure ganz oder in Teilen als Verantwortliche in das Projekt einsteigen, werde ich entsprechende Verpflichtungen mit diesen Akteuren treffen. Mir ist bewusst, dass der Status „Klimaschutzsiedlung“ erst mit erfolgreicher Prüfung der vollständig eingereichten Unterlagen verliehen werden kann. Firmenstempel Die hier erklärten Tatsachen sind wesentliche Fördervoraussetzungen. Bei unrichtigen Angaben behält sich die Bremer Energie-Konsens GmbH entsprechende Maßnahmen – einschließlich nachträglichem Widerruf der Finanzierungszusage – vor. 40 r u t a r e t i L e t e d n e w r Ve Grundlagen der Bausteinsammlung Dieser Leitfaden fasst die aktuellen Entwicklung und Studien zum Thema energieoptimierter Neubausiedlungen zusammen. Hierbei sind folgende Studien eingeflossen: Verwendete Litaratur [Energiekonzept] Energiekonzept Neubaugebiet „Grohner Grün“; BEKS EnergieEffizienz GmbH im Auftrag von energiekonsens, Bremen 2014 [100KSSNRW] 100 Klimaschutzsiedlungen in Nordrhein-Westfalen / Planungsleitfaden, Energieagentur NRW, Düsseldorf 2009 [zero:e:park] Bauherrenhandbuch zero:e:park, Hannover-Wettbergen, Energieleitstelle Landeshauptstadt Hannover 2011 [Solarfibel] Solarfibel, Städtebauliche Maßnahmen, energetische Wirkungs-Zusammenhänge und Anforderungen / Land Baden-Württemberg 2007 [CO2-MindBrem] CO2-Minderungspotenzial und Wirtschaftlichkeit erhöhter energetischer Standards im Wohnungsneubau, Passivhaus-Studie, der Senator für Umwelt, Bau und Verkehr, Land Bremen, 2014 [future:solar] Systemanalyse zur solaren Energieversorgung / N. Fisch; IGS Inst. für Gebäude- und Solartechnik, TU Braunschweig; gefördert durch BMU / PTJ / Zwischenbericht Aug. 2014 [UBA] Umweltbundesamt, http://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/energieverbrauch-privater-haushalte, aufgerufen am 21.7.2016 [SUBV] Der Senator für Umwelt, Bau und Verkehr, Freie Hansestadt Bremen, Bremer Häuser im Klimawandel, Schutz vor Starkregen und Hitze, 2013, Dr. Karin Kreutzer, Dipl. Ing Bernd Schneider [GBE] Gebäude Begrünung Energie. Potenziale und Wechselwirkungen. Abschlussbericht, Pfoser, Nicole u.a., Darmstadt 2013, pdf Abbildungsverzeichnis Abbildung 1, 2, 4, 7, 8: BEKS EnergieEffizienz GmbH, Dipl. Phys. Ulrich Imkeller-Benjes Abbildung 5: BEKS Energieeffizienz in Anlehnung an [zero:e:park] Abbildung 3: Eigene Darstellung nach Planungsleitfaden 100 Klimaschutzsiedlungen NRW, Ing. Büro Wortmann/Scheerer Abbildung 6: Eigene Darstellung nach Solarfibel, Ministerium fur Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg 2007 Vewendete Literatur 41 42 Notizen 0062/1016-1 ausgezeichnet von