Hochhäuser Sihlweid – Schlussbericht Zielerreichung 2000

Hochhäuser Sihlweid – Schlussbericht Zielerreichung 2000-Watt-Gesellschaft
basierend auf SIA-Effizienzpfad Energie
Bauherrschaft: Baugenossenschaft Zurlinden, Zürich
Architektur: Harder Haas Architekten, Eglisau
Bauphysik: mühlebach partner ag, Wiesendangen
Gebäudetechnik: RMB Engineering AG, Zürich
Elektroplaner: Kälin+Müller AG, Zürich
Bauingenieur: Henauer Gugler, Zürich
Baumanagement: Caretta Weidmann, Zürich
Ausgangslage
Die Baugenossenschaft Zurlinden besitzt in Zürich Leimbach zwei Wohnhochhäuser aus den 70er
Jahren. Die beiden Wohntürme mit einer Sichtbetonfassade waren baulich in gutem Zustand. Es
drängte sich aber eine energetische Sanierung auf, insbesondere die Metallfenster mit noch nicht
getrennten Profilen mussten dringend ersetzt werden. Gleichzeitig sollte soweit wie möglich der bestehende Wohnraum erweitert werden.
Die Sanierung verfolgt die Ziele der '2000-Watt-Gesellschaft' gemäss SIA-Effizienzpfad Energie. In
einer Machbarkeitsstudie wurde nach einer Prüfung festgestellt, dass die Gebäude mit entsprechenden Massnahmen 2000 Watt-kompatibel saniert werden können. Die folgenden Berechnungen werden am kleineren der beiden Hochhäuser durchgeführt, Sihlweidstrasse 1.
Zielerreichung
Im Projekt wurden nach der Machbarkeitsstudie in den nachfolgenden Planungsphasen einige wichtige Weichen gestellt. Aus Brandschutzgründen wurden die neuen Bauteile in den Eckpositionen (Küchen) in konventioneller Massivbauweise ausgeführt. Der Erdbebenschutz musste verbessert werden.
Die Sanitärverteilung konnte belassen werden, da eine Probeöffnung einen sehr guten Zustand der
mehr als 40jährigen Leitungen zeigte. Die Fassaden wurden gut gedämmt. Statt einer üblichen hinterlüfteten Bekleidung wurden Photovoltaikmodule als Wetterschutz eingesetzt, welche zugleich Strom
produzieren.
Die Zielerreichung ist mit dem Projekt gelungen. Sowohl bei der nicht erneuerbaren Primärenergie wie
auch bei den Treibhausgasemissionen werden die Zielwerte sehr gut erreicht. Dass es möglich wurde,
diese markanten Hochhäuser aus den 70er Jahren in bewohntem Zustand zu sanieren, ihnen ein
neues Kleid zu geben und die anspruchsvollen Zielwerte der 2000-Watt-Gesellschaft zu erfüllen, ist
ein höchst erfreuliches Ergebnis.
Hochhaus Sihlweidstrasse 1
Gesamtbilanz
Primärenergie nicht erneuerbar
2
MJ/m a
Treibhausgasemissionen
2
kg/m a
Projektwert Erstellung
90
6.3
Projektwert Betrieb
128
3.1
Projektwert Mobilität
105
5.5
Projektwert TOTAL
323
73%
14.9
96%
Zielwert (Wohnen / Umbau)
440
100%
15.5
100%
Architekturbüro Preisig Pfäffli
Katrin Pfäffli, dipl. Arch. ETH/SIA
8006 Zürich, www.hansruedipreisig.ch
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Bilanz der Bereiche Erstellung, Betrieb und Mobilität
2
•SIA
Primärenergie
nicht
erneuerbar
in MJ/m a (amortisiert und bezogen auf dieWohnen,
Energiebezugsfläche)
Effizienzpfad
Energie:
Fallbeispiele
Umbau
2
• Treibhausgasemissionen in kg/m a (amortisiert und bezogen auf die Energiebezugsfläche)
Wohnhochhaus Sihlweidstrasse 1, Zürich
Gebäudekategorie
Bauherrschaft
Baujahr
Bauabschluss
AE
GF
Ath/AE
harder haas Architekten, Eglisau
Wohnen / Umbau
Baugenossenschaft Zurlinden, Zürich
1978
2012
8434 m2
9000 m2
0.77
Systemgrenzen
ganzes Gebäude
Erstellung
Bezugsgrösse
Gebäude unter Terrain
Aussenwand ü.Terrain
Fenster, Balkone
Decken, Stützen, Innenwände
Dächer
Innenausbau
Haustechnik
Fotovoltaik
Total Erstellung
m3 Volumen Aushub
39 m2 Bodenplatte
2
m neu gedämmt
1064 m2 ganz neu erstellt
2
m Fenster
1122 m2 Balkon
2
m neue Decken
100 m2 neue Wände
2
m neu gedämmt
42 m2 unter Terrain
2
m neue Bodenbeläge
3110 m2 neuer Wandputz
2
m EBF (für Wärmeerzeugung, WW, Lüftung)
kWp (für Fassade ü. Terrain)
0
25
28
2
3
3
17
13
90
60
0.0
1.8
2.0
0.2
0.2
0.2
1.0
0.9
6.3
5.0
Endenergie
MJ/m2a
kg/m2a
65
100
2
10
18
25
20
14
21
5
26
48
68
-54
128
250
0.7
1.0
0.1
0.4
0.7
1.1
-0.8
3.1
5.0
MJ/m2a
kg/m2a
105
130
5.5
5.5
MJ/m2a
kg/m2a
Projektwert
323
14.9
Zielwert
440
73%
15.5
96%
Betrieb
Raumwärme
Warmwasser
Hilfsenergien
Lüftung
Beleuchtung
Betriebsenergien
Eigenproduktion
Total Betrieb
Mobilität
Siedlungstyp
öV-Güte am Standort
Streckenabo öV
Personenwagenbesitz
Anzahl Parkplätze
Distanz zum Einkauf (in km)
Total Mobilität
39
2487
2165
1224
440
1224
8434
112
PE n.ern. CO2.Äqui
MJ/m2a
kg/m2a
Nutzenergie
η
49 Pellets
0.75
50 Pellets
0.50
CH-Verbrauchermix
Umbau > +4MJ/m2
allg. Bel.+Küchen/Bäder erneuert
neue Apparate, 2 Liftanlagen
48'000 kWh Photovoltaik an Fassade
bei Annahme PW-Flotte 2050
Einflussgrössen
Kernstadt
mittelmässige Erschliessung: C
CH-Durchschnitt
Stadt ZH: 360PW/1000Einw.
151 PP/167 Haushalte (2 Häuser)
in km
Total Projektwert
Architekturbüro H.R. Preisig
Datenerhebung: Architekturbüro H.R.Preisig
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
1.00
3.00
0.25
0.36
0.90
0.10
22.09.2011, ka
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Bereich Erstellung
Die Primärstruktur des Gebäudes und auch ein grosser Teil des Innenausbaus konnte erhalten werden. Die Graue Energie und die Treibhausgasemissionen für diese Bauteile sind bereits amortisiert.
Die grössten Investitionen in diesem Projekt betreffen die Fassaden. Diese wurden aussenseitig sehr
gut gedämmt und mit Fotovoltaikmodulen bekleidet. Sie übernehmen als hinterlüftete Bekleidung auch
den Witterungsschutz der Fassaden. Um die Module in einheitlicher Grösse einsetzen zu können,
mussten aufwendige Passstücke entwickelt werden. Zudem zeigte sich im Verlauf der Ausführung,
dass aus Brandschutzgründen auch horizontale Abschottungen bei jedem Geschoss nötig werden.
43% aller investierten Grauen Energie und Treibhausgasemissionen gehen auf das Konto dieser
Massnahmen an den Fassaden.
Die orientierenden Richtwerte im Bereich Erstellung (Umbau) werden insbesondere aus diesem
Grund sehr deutlich überschritten.
Hochhaus Sihlweidstrasse 1
Erstellung
Primärenergie nicht erneuerbar
2
MJ/m a
Treibhausgasemissionen
2
kg/m a
Projektwert Erstellung
90
150%
6.3
126%
Richtwert (Wohnen/Umbau)
60
100%
5.0
100%
Die Berechnung der Grauen Energie wurde mit der software Grisli (www.grisli.net) am 26. Januar
2011 nachgeführt. Grundlage waren die Flächenauszüge aus dem Bauprojekt, die Dimensionierung
und Materialisierung gemäss Bauteilliste des Bauphysikers und der Ergänzungen, welche während
der Realisierung vorgenommen wurden.
Die Berechnung wird nur am kleineren der beiden Hochhäuser, Sihlweidstrasse 1 gemacht. Die bestehende Tiefgarage ist im Bereich Erstellung nicht berücksichtigt: Es wurden im Bereich der bestehenden Tiefgarage keine Bauarbeiten ausgeführt.
Zusammenfassung Berechnung nach Grisli (www.grisli.net):
Primärenergie nicht erneuerbar sowie Treibhausgasemissionen, amortisiert und auf die Energiebe2
zugsfläche (8'434 m ) bezogen, aufgeteilt in 7 Kategorien. Die Photovoltaikmodule sind hier in der
Kategorie Haustechnik enthalten.
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Detaileingaben, Berechnung nach Grisli (www.grisli.net):
Detaillierte Berechnung der Primärenergie nicht erneuerbar und der Treibhausgasemissionen mit total
26 Positionen bzw. Bauteilen. Aus der ersten Spalte (mit K bezeichnet) ist die Zuordnung zu den in
der Zusammenstellung genannten 7 Kategorien ersichtlich. Die Resultate in den letzten beiden Spalten sind absolute Werte, also nicht amortisiert und nicht auf die Energiebezugsfläche bezogen.
Für die Graue Energie und die Treibhausgasemissionen der Fassadenbekleidung und Dämmung
wurden die Brandschutz-Abschottungen als verzinkte Stahlprofile eingegeben und auf der gesamten
Aussenwand eine mit 24cm Steinwolle gedämmte und hinterlüftete Kassettenblech-Bekleidung eingesetzt inklusive der entsprechenden Unterkonstruktion. Zusätzlich werden die Photovoltaikmodule (in
der Kategorie 7 Haustechnik) eingegeben.
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Bereich Betrieb
Das Gebäude wird gut gedämmt mit durchschnittlich 20cm Mineralwolle an den Fassaden, 26cm EPS
auf dem Dach und es wird mit neuen Holzmetallfenstern (3-fach-IV) ausgerüstet. Der Heizwärmebedarf kann damit um Faktor 5 gesenkt werden. Zu diesem sehr guten Wert verhilft auch der Einbau von
Einzelraumlüftern mit Wärmerückgewinnung. Die allgemeine Beleuchtung in den Treppenhäusern und
im Erdgeschoss sowie die Beleuchtung in den Küchen und Nasszellen wurden erneuert. Ebenso wurden sämtliche Haushaltgeräte erneuert und energieeffiziente Geräten eingesetzt. Der Strombedarf
kann dadurch im Vergleich zu vor der Sanierung deutlich gesenkt werden. Mit dem Ertrag der Fotovoltaikanlage wird zudem ein grosser Teil des Allgemeinstroms am Gebäude selber produziert.
Die orientierenden Richtwerte für den Betrieb werden dank all dieser Massnahmen sehr deutlich unterboten.
Hochhaus Sihlweidstrasse 1
Betrieb
Primärenergie nicht erneuerbar
2
MJ/m a
Treibhausgasemissionen
2
kg/m a
Projektwert Betrieb
128
51%
3.1
62%
Richtwert (Wohnen/Neubau)
250
100%
5.0
100%
Wärmebedarf und Deckung des Wärmebedarfs
2
Der Heizwärmebedarf liegt gemäss Bauphysiker bei 49 MJ/m a (optimiert, d.h. inkl. kleinerer Lüf2
tungsverluste dank der Lüftung; Systemanforderung 76 MJ/m a). Vor dem Umbau lag der Bedarf bei
2
rund 300 MJ/m a. Die U-Werte von Dach, Fassaden und Fenstern nach Sanierung liegen im Bereich
der Zielwerte für Einzelbauteile nach SIA380/1 für Umbauten. Es handelt sich bei diesen Werten damit
nahezu um den Standard eines Minergie-P Gebäudes für Umbauten.
2
Der Wärmebedarf für Warmwasser wurde mit 50 MJ/m a (entspricht default-Wert nach SIA2040). Die
Wärmeerzeugung soll in Zukunft mit einer Pelletsheizung erfolgen. Der Nutzungsgrad für die Pelletsheizung von 0.75 für die Heizung und 0.5 für die Erwärmung des Warmwassers enthält sämtliche
Speicher- und Verteilverluste des Systems. Es handelt sich um eine eher vorsichtige Annahme, in der
Praxis dürfte der Nutzungsgrad der Pelletsfeuerung eher besser ausfallen.
Strombedarf und Deckung des Strombedarfs
Der Strombedarf der rund 300 Einzelraumlüfter und der Abluftanlagen in den Nasszellen wurde auf 10
2
MJ/m a angesetzt (default-Wert SIA 2040 für Umbauten). Der Strombedarf für die Beleuchtung liegt
2
mit 18 MJ/m a in der Mitte zwischen effizienten und nicht erneuerten uneffizienten Beleuchtungssystemen. Sämtliche Haushaltgeräte sind effiziente Geräte mit mindestens der Effizienzklasse A+. Es
kann im Gerätebetrieb mit der Einhaltung der default-Werte nach SIA 2040 gerechnet werden (25
2
MJ/m a ).
Die Fotovoltaikanlagen an den Fassaden – es handelt sich um rund 882 Module und insgesamt 1234
2
m Fläche – dürften einen Ertrag von rund 48'000 kWh jährlich erbringen. Diese Ertragsschätzung
wurde von der Fachhochschule Bern und dem Elektroplaner prognostiziert. Das erste Betriebsjahr hat
die Erwartungen übertroffen. Damit kann rund die Hälfte des gesamten Strombedarfs mit der Fotovoltaikanlage gedeckt werden.
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
01.04.2014
1
2
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Energieflussdiagramm
Fotovoltaikanlage 1234 m
ca. 48'000 kWh/a
2
Allg. Strom
Raumwärme
Warmwasser
Privatstrom
85% Abluft
WRG
Mieterstrom:
CH-Verbrauchermix
ca. 80'800 kWh/a
Pellets ca.
390'000kWh/a
Berechnungsgrundlage Ertrag Fotovoltaikanlage im Detail
Aus städtebaulichen und architektonischen Gründen wurden die Fotovoltaikmodule auf allen vier Fassaden eingesetzt, also auch auf der Nordfassade. Es erstaunt, wie gross die Erträge auch auf dieser
Fassade sind (Leistungsberechnung durch Fachhochschule Bern, Berechnung spez. Ertrag durch
Elektroplaner):
Hochhaus Sihlweidstrasse 1
Ertrag Fotovoltaikanlage
Leistung in
kWp
spez. Ertrag in
kWh/kWp
Ertrag in kWh
Nordfassade
Ostfassade
Südfassade
Westfassade
36.9
20.7
27.6
27.6
250
520
630
380
9'220
10'790
17'420
10'500
Alle Fassaden
112.8
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
47'930
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
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Bereich Mobilität
Die Hochhäuser Sihlweid liegen in der Kernstadt Zürich in Leimbach. Das Gebiet liegt gemäss
WEBGIS-Karte des are (http://map.are.admin.ch) in der öV-Güteklasse C und ist damit mit dem öffentlichen Verkehr nur mittelmässig erschlossen.
In der bestehenden Tiefgarage stehen für die beiden Wohntürme 151 Garagenplätze für die insgesamt 167 Wohnungen zur Verfügung. Für die Stadt Zürich ist das ein sehr grosszügiges Angebot,
welches heute wohl nicht mehr bewilligt würde.
Ein Pluspunkt im Bereich Mobilität ist die unmittelbare Nähe des Gebäudestandorts zum Einkaufszentrum Leimbach: Einkäufe können problemlos zu Fuss gemacht werden.
Die unverbindlichen Richtwerte im Bereich Mobilität werden erfüllt.
Sihlweidstrasse 1
Mobilität
Primärenergie nicht erneuerbar
2
MJ/m a
Treibhausgasemissionen
2
kg/m a
Projektwert Mobilität
105
81%
5.5
100%
Richtwert (Wohnen/Neubau)
130
100%
5.5
100%
Die Berechnung wurde mit der Rechenhilfe SIA 2039 (www.energytools.ch) gemacht. Entsprechend
der Vorgabe in Merkblatt SIA 2040, SIA-Effizienzpfad Energie wird von einer gegenüber dem heutigen
Stand deutlich energieeffizienteren Autoflotte ausgegangen (Autoflotte 2050, entspricht einem Treibstoffverbrauch von 3-Liter pro 100 km oder einer äquivalenten Leistung).
Den Berechnungen in der Mobilität liegen folgende Eingabegrössen zugrunde:
Sihlweidstrasse 1 - Mobilität
Eingabegrösse SIA 2039
Quelle
Siedlungstyp
öV-Güteklasse
Distanz zum Einkauf
Parkplätze pro Haushalt
Personenwagenverfügbarkeit
Verfügbarkeit Dauerabo öV
Kernstadt
C (mittelmässig erschlossen)
100 m
151 PP / 167 Wohnungen
0.36
0.25
map.are.admin.ch
Zentrum Leimbach
Angabe BGZ
www.statistik.zh.ch, Stand 2013
CH-Durchschnitt
öV-Güteklasse am Gebäudestandort gemäss map.are.admin.ch:
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
01.04.2014
Hochhäuser Sihlweid, Zürich-Leimbach. BG Zurlinden, Zürich
Schlussbericht SIA-Effizienzpfad Energie / Bauen im Sinne der 2000-Watt-Gesellschaft
Seite 8/8
Fazit
Dass es gelungen ist, mit diesen Bauten aus den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts die Zielwerte
für das Jahr 2050 heute schon zu realisieren ist erfreulich. Der ursprüngliche Bau in Sichtbeton mit
einer minimalen Innenwärmedämmung erreicht heute einen Heizwärmebedarf, welcher der Primäranforderung eines Umbaus des Standards Minergie-P entspricht. Dass ein guter Teil der Mieterschaft
nach dem Umbau weiterhin in den Hochhäusern wohnen können, spricht auch für die soziale Nachhaltigkeit dieser aufwendigen energetischen Sanierung. Die Hochhäuser wurden denn auch ausgezeichnet im Wettbewerb "Nachhaltiges Sanieren" der Stadt Zürich.
Das Bauen gemäss SIA-Effizienzpfad Energie setzt sich als Standard für die Zukunft durch, insbesondere auch weil die klimarelevanten Treibhausgasemissionen mit berücksichtigt werden.
Es ist erfreulich, dass die Hochhäuser in Leimbach sowohl den Zielwert für die nicht erneuerbare Primärenergie als auch den ungleich anspruchsvolleren Zielwert für die Treibhausgasemissionen sehr
deutlich einhalten können. Die Hochhäuser verantworten damit über ihren ganzen Lebenszyklus rund
4mal weniger Treibhausgasemissionen als konventionelle Bauten. Sie leisten einen wertvollen Beitrag
dazu, die schweizerischen Klimaziele zu erreichen.
In der Gegenüberstellung zu den Energie- und Klimawerten vor dem Umbau wird deutlich, wie gross
die Einsparungen sind. Genau genommen sind sie sogar noch grösser: nach dem Umbau wohnen
1
2
159 Personen im Hochhaus . Der Flächenbedarf pro Person liegt mit 52 m Energiebezugsfläche pro
2
Person rund 14% unter dem gesamtschweizerischen Durchschnitt von 60 m / Person, welcher allen
Rechnungen gemäss SIA-Effizienzpfad Energie (SIA 2040) zugrunde liegt. Unter Berücksichtigung
dieses kleinen Flächenbedarfs wäre die Zielerreichung des Bauens für die 2000-Watt-Gesellschaft
2
gemäss SIA-Effizienzpfad Energie noch einmal deutlich einfacher.
Sihlweid 1
Vor Umbau
Nach Umbau
Zielwerte gemäss
SIA-Effizienzpfad Energie
Nicht erneuerb.
Primärenergie
Treibhausgasemissionen
Nicht erneuerb.
Primärenergie
Treibhausgasemissionen
Nicht erneuerb.
Primärenergie
Treibhausgasemissionen
MJ/m2a
kg/m2a
MJ/m2a
kg/m2a
MJ/m2a
kg/m2a
0
0
90
6.3
60
5.0
Betrieb
660
30.2
128
3.1
250
5.0
Mobilität
120
6.2
105
5.5
130
5.5
Summe
780
36.4
323
14.9
440
15.5
Erstellung
1
Aus: Erfolgskontrolle 2000-Watt-Gebäude, econcept, treeze, Amstein+Walthert im Auftrag von EFZ Energieforschung Zürich,
Februar 2014
2
Vgl. dazu: Grundlagen zu einem Suffizienzpfad Energie – Das Beispiel Wohnen. Architekturbüro H.R. Preisig, ARENA, Planungsbüro Jud i.A. Amt für Hochbauten 2012. Download unter www.stadt-zuerich.ch/nachhaltiges-bauen > Fachinformation
Architekturbüro Preisig Pfäffli, CH-8006 Zürich
01.04.2014