ENERGIEBERATUNGSBERICHT (VOR-ORT
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Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ V 1 und 2 RESSOURCENVERBRAUCH ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 1 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Inhaltsverzeichnis Grundlagen Seite 03 - 18 Energie und Bau Seite 19 - 27 Konditionierung des Gebäudes Seite 28 – 33 Nachhaltigkeit Seite 33 Links Seite 34 – 36 Fragen Seite 37 Hinweis: Die Inhalte können auch nachgelesen im Buch: Richarz/Schulz Energetische Sanierung Detail Green Books ISBN 978 – 3 – 920034-51-5 Seiten 8 – 29 für Modul 1.1 ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 2 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Grundlagen Endlichkeit der Ressourcen [Jahre] Mit dem schnellen Verbrauch der Ressourcen durch zunehmenden Energieverbrauch und durch ungebremstes Bevölkerungswachstum ist auch die Endlichkeit der Ressourcen ein aktuelles Thema. So betrug beispielsweise das weltweite Energiewachstum 2004 im Vergleich zum Jahr 2003 4,3 %. Es war dies das höchste Wachstum seit 1984. Bezogen auf den Ölverbrauch erhöhte sich der Verbrauch in China um 8,2 %, in den USA um 4,9 % und in Deutschland um 1,2 %. Diese Entwicklung geht eindeutig hin zu einer Verdoppelung des Ressourcenverbrauches bis zum Jahr 2050, was natürlich auch verheerende Folgen hinsichtlich des CO²-Ausstoßes hat. In absehbarer Zeit wird also der Energiebedarf nur durch regenerative also erneuerbare Energiequellen gedeckt werden können. 200 200 160 150 100 62 50 50 37 0 Uran Erdöl Erdgas Steinkohle Braunkohle Abb. 1 Statische Reichweiten konventioneller Energieträger. Quelle: Solvis Einige Daten zum Energieverbrauch: - Die gesicherten Energiereserven betragen 7.000.000 TWh - Die Energiereserven einschließlich der nur aufwändig erschließbarer Lagerstätten umfassen 60.000.000 TWh - Der weltweite Primärenergieverbrauch betrug 2005 130.000 TWh bei einem Wachstum von 3 % im Jahr Am Beispiel Erdöl heißt das: konventionelle Ressourcen: nicht konventionelle Ressourcen: Förderung 2005: Verbrauch 2006: Verbrauch 2012: - Verbrauch 2030 (geschätzt): 82 Mrd.t 250 Mrd. t 3000 Mrd. Liter (=3,9 Mrd. t) 86 Millionen Barrel/Tag / 2030 116 Millionen Barrel / Tag 90 Millionen Barrel/Tag d.h. ca. 15 Milliarden Liter am Tag Oder ca. 5500 Milliardenm Liter im Jahr 116 Millionen Barrel / Tag ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 3 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Die zunehmende Verknappung durch reduzierte Förderung bei steigender Nachfrage führt zwangsläufig zu einer Preissteigerung. Es ist durchaus richtig von einer mittleren Preissteigerung von 8% betrachtet auf einen Zeitraum von 20 Jahren auszugehen. Im Jahre 2005 lag der Durchschnittspreis bei ca. 65 Dollar pro Barrel , 2008 stieg der Preis wegen starker Nachfrage auf über 140 Dollar Barrel, danach fiel der Preis wieder auf ca. 80 Euro. Im Februar 2012 liegt der Preis bei ca. 120 Dollar. Bei der Beschreibung von Preisentwicklungen ist immer der inflationsbereinigte Preis zu bewerten und nicht der absolute Preis. Abb. 2 Inflationsbereinigter Ölpreis Basis 2004 Abb. 3 Absoluter Ölpreis Basis 2010 ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 4 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ CO² - Ausstoß Die zu schnelle Verbrennung der CO²-haltigen Ressourcen Öl, Gas und Kohle setzt in kurzer Zeit große Mengen an CO² frei. Durch CO² wird die Luftschicht verändert, die den Wärmeaustausch zwischen Erde und Weltall reguliert. Die Wärmeabgabe wird durch zunehmende Konzentration von CO² nicht mehr in dem Masse möglich wie bisher, sodass eine Temperaturerhöhung auf der Erde unvermeidlich wird. WELTRAUM 1 ATMOSPHÄRE 3 2 4 5 ERDE Abb. 4 Schematische Darstellung der Klimaveränderung. Quelle: Pistohl, Handbuch der Gebäudetechnik Durch die Verbrennung von Ressourcen wird CO² freigesetzt. Die Berechnung des CO²-Ausstoßes basiert auf der vom Ökoinstitut in Freiburg ermittelten Zahlen. Man spricht vom CO²-äquivalenten Wert, weil in der jeweilig auf den Rohstoff bezogenen Zahl alle Schadstoffe, die die gleiche Wirkung haben wie das CO² in ihrer Schädlichkeit auf das CO² selbst bezogen sind. Hierbei spielt vor allem das Gas Methan (CH4) eine Rolle, dessen Klimaschädlichkeit im Vergleich zu CO² deutlich höher liegt. Der Wert wird berechnet, indem die Endenergie (Wärmeerzeugung und Hilfsenergie) mit dem jeweiligen Kennwert multipliziert werden. Besonders die Stromerzeugung ist mit einem hohen CO²-Ausstoß verbunden, da bei der Stromerzeugung in Dampfkraftwerken große Wärmeverluste entstehen. Wird die Abwärme in Form von Fernwärme genutzt ist die Effizienz bei der Rohstoffverwertung deutlich besser. Eine Abwärmenutzung ist allerdings nur im Winter möglich. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 5 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. 5 CO2-Äquivalente Werte nach Gemis 4.5 (Quelle: www.iwu.de) ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 6 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Mit der Verbrennung von Rohstoffen ist immer ein Schadstoffausstoß verbunden. Neben dem schon beschriebenen CO² werden noch die Schadstoffe SO2 und NO2 emittiert. SO2 entsteht bei Verbrennungsvorgängen durch Oxidation des im Brennstoff enthaltenen Schwefels. Ursache des Ausstoßes von Schwefeldioxid sind eher industrielle Prozesse und weniger die Gebäudeheizung. Schwefeldioxid führt zur Versauerung des Bodens. Deutschland hat sich verpflichtet, bis 2010 die Emissionen auf 550 kt zu reduzieren. Dieses Ziel wird erreicht werden. NO2 ist ein indirekt wirkendes Treibhausgas. Abb. 6 Darstellung der Anteile CO² und CO²-äquivalenten CO² Der CO²- Ausstoß lässt sich direkt mit dem Rohstoff in Verbindung bringen. Die von Gemis (www.gemis.de) ermittelten Werte beschreiben den CO² äquivalenten CO²-Aussto0 der mit der Verbrennung des Rohstoffes (= Primärenergie) zusammenhängt. Es ist also der CO²-Ausstoß selbst sowie die Menge der anderen Gase in ihrer Klimaschädlichkeit bezogen auf CO² beschrieb. Auch der bei der Erzeugung und dem Transport des Rohstoffes entstehende CO²-Ausstoß ist in dem Wert enthalten. Abb. 8 Energieinhalt, Heizwert und Primärenergiefaktor ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 7 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Bis zum Beginn der industriellen Revolution ist kein nennenswerter CO²-Ausstoß zu verzeichnen. In den letzten 150 Jahren dagegen wurden in großem Umfang die Rohstoffvorräte verbraucht, was einen entsprechenden CO²- Ausstoß zur Folge hatte. Es ist zu erwarten, dass der CO²- Ausstoß weiter in noch größerem Maße zunehmen wird. Der CO²-Ausstoß ist nicht alleine durch die Verbrennung von Ressourcen verursacht. Die sogenannten anthropogenen – d.h. vom Menschen verursachten Treibhausgase werden wie folgt verursacht: - Nutzung fossiler Energie 50 % - Chemie (z.B. FCKW) 20 % - Abholzung Regenwälder 15 % (Brandrodung) - Landwirtschaft 15 % Abb. 9 Entwicklung des CO²-Ausstoßes bis 2010 in Milliarden Tonnen Abb. Entwicklung des CO²-Ausstoßes 2001 bis 2007 in Millionen Tonnen Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 8 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Politisch-soziale Problematik 20% der Weltbevölkerung verbrauchen 80 % der Ressourcen. Somit ist der Ressourcenverbrauch bzw. die Verteilung des Ressourcenverbrauches auch eine politische Frage, da alle Menschen grundsätzlich das Recht auf den gleichen Ressourcenverbrauch haben (sollten). Die ungleiche Verteilung der Ressourcennutzung führt deshalb zu politischen Spannungen. Abb. 11 Ölverbrauch je Kopf in verschiedenen Ländern Die Problematik des Ressourcenverbrauches verschärft sich mit zunehmender Bevölkerungszahl. Zwischen den schnell wachsenden Schwellen- und Entwicklungsländern und den hinsichtlich Bevölkerungswachstums stagnierenden Industrieländern muss deshalb die Frage des Verbrauches bzw. der Verteilung von Ressourcen geklärt werden, wenn Konflikte über diese Frage vermieden werden sollen. Die ungleiche Verteilung der Ressourcen führt dazu, dass der Abstand zwischen den reichen Ländern und armen Ländern immer größer wird. Das daraus sich entwickelnde soziale Konfliktpotential ist unabschätzbar, wenn nicht Anstrengungen unternommen werden, Rohstoffe und Rohstoffverbrauch gerechter zu verteilen Abb. 12 Energiebedingte Pro-Kopf-CO²-Emissionen in t CO² je Einwohner Quelle: Volker Quaschning Regenerative Energiesysteme Hanser-Verlag, 2006 Die aufgeführten Länder haben folgende Einwohnerzahlen (2007): USA 0.304 Mio Australien 0.021 Mio Deutschland 0.082 Mio Japan 0.128 Mio Österreich 0.008 Mio GUS 0.142 Mio Spanien 0.047 Mio Schweiz 0.007 Mio China 1.324 Mio Lateinamerika 0.550 Mio Asien (ohne China) 2.700 Mio Indien 1.150 Mio Afrika 0.970 Mio Bangladesh 0.147 Mio Welt (Durchschnitt) 6.700 Mio ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 9 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Es können unterschiedliche Szenarien hinsichtlich der Entwicklung des Ressourcenverbrauches bis zum Jahre 2050 entwickelt werden. - Szenario 1 geht von einem ungebremsten Wachstum aus, was aufgrund des Nachholbedarfes der Schwellenländer zu enormen Zuwächsen beim Ressourcenverbrauch führt. - Szenario 2 geht davon aus dass alle Menschen das Recht auf einen gleichen Ressourcenverbrauch haben, was dazu führt, dass die Industrieländer ihren Ressourcenverbrauch halbieren und die Schwellenländer ihn nur moderat erhöhen. Gekoppelt ist diese Zielsetzung mit einer Kontrolle des Bevölkerungswachstums. - Szenario 3 erreicht den Zielwert, dessen Einhaltung Voraussetzung für eine nachhaltige Entwicklung ist. Erforderlich sind eine Reduktion des Ressourcenverbrauches um den Faktor 4 bei den Industrieländern und ein Einfrieren des Ressourcenverbrauches bei den übrigen Ländern. Auch bei diesem Szenario ist eine Kontrolle des Bevölkerungswachstums unerlässlich. CO2-Ausstoß [Mrd. t/a] Wie direkt Bevölkerungswachstum und Energieverbrauch zusammenhängen wird auch daran deutlich, dass bis zum Jahr 2030 bezogen auf das Jahr 2000 ein mittleres jährliches Bevölkerungswachstum von 0,9 % und ein mittleres Wachstum der Nachfrage nach Energie um 1,6 % prognostiziert wird. 160 140 120 100 10 to/K 80 60 40 5 to/K 3 to/K 20 Zielwert 10 to/K 10 to/K 2,5 to/K 5 to/K 0 2000 2050 / 1 2050 / 2 2,5 to/K 2050 / 3 Abb. 13 Unterschiedliche Szenarien zur Entwicklung des CO²-Ausstoßes (s. Text) Abb. Bevölkerungswachstum ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 10 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Wie schwer die Forderung Reduktion des CO²-Ausstoßßes um 75 % ist, zeigt sich dann wenn Versucht den eigenen CO²-Ausstoß durch Verhaltensänderung um den genannten Faktor zu reduzieren. Am Beispiel einer typischen vierköpfigen Familie könnte die Bilanz wie folgt aussehen: Allgemeine Angaben Konditionierte Fläche (Wohnfläche, beheizt): 160 qm Personen, die die Fläche bewohnen : 4 Personen Heizung: Raumtemperatur im Mittel : Heizkessel (Baujahr): Heizenergieverbrauch (Endenergie) : CO²- Wert Brennstoffe: CO² – Heizung 22 C Gasbrennwertkessel Bj. 2001 2.000 cbm Erdgas 1 cbm = 2,47 kg CO² - Ausstoß 4940 kg Warmwasser: cbm Warmwasser: Heizenergieverbrauch WW CO²- Wert Brennstoffe: CO² – Warmwasser 38 400 cbm Erdgas 1 cbm = 2,47 kg CO² - Ausstoß 988 kg Lüftung: natürliche Belüftung über Fenster Strom: Stromverbrauch (Endenergie/Stromzähler) : CO² - Wert Ressource: CO² Strom: 3500 kWh 1 kWh Strom = 0,683 kg CO² - Ausstoß 2390 kg Verkehr (alle Bewohner des Haushaltes) Autos : Öff. Verkehr (MVV; DB; Mittelwert): Flugreisen: Gesamt: 10.000 km x 0,220 kg/km = 2.200 kg 10.000 km x 0,070 kg/km = 700 kg entfällt 2900 kg Zusammenfassung: Gesamt: Pro Person: 11218 kg = ca. 12 Tonnen 2804 kg = ca. 3 Tonnen Massnahmen: Heizung / Warmwasser – 60 % (Dämmung / Solar) -3500 kg Stromoptimierung / Ökostrom 2400 kg Gesamt: 5800 kg CO² nach Reduktion: 6 Tonnen oder 1,5 Tonnen /Person ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 11 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Kyoto- Protokoll Das Kyoto – Protokoll, das auf der Klimaschutzkonferenz in Kyoto (1997) verabschiedet wurde, sollte nur dann in Kraft treten, wenn - mindestens 55 Staaten das Protokoll unterzeichnen - die Unterzeichner für mindestens 55 % des globalen CO²-Ausstoßes im Jahre 1990 verantwortlich sind. Mit dem Beitritt Islands wurde am 23. Mai 2002 die erste Bedingung erfüllt. Mit dem Beitritt Russlands im Jahre 2004 die zweite Bedingung. Das Protokoll trat am 16.2.2005 in Kraft. Zu diesem Zeitpunkt hatten 141 Staaten das Protokoll unterzeichnet. Die Staaten repräsentieren 80 % der Weltbevölkerung und sind für 62 % des globalen CO²- Ausstoßes verantwortlich (Stand 1990). Die Staaten haben sich verpflichtet bis zum Jahre 2012 den CO²- Ausstoß bezogen auf das Jahr 1990 um 5,2 % zu reduzieren. Die Reduktionsziele sind bezogen auf die Länder unterschiedlich. Die EU verpflichtet sich zu einer Reduktion um 8 %, Deutschland trägt dazu durch eine nationale Reduktion um 21 % den Löwenanteil bei. Bis zum Jahre 2005 wurde der CO²-Ausstoß um 4 % reduziert. Abb. 14 CO²- Emissionen 1990 und Reduktionsziele bis 2012 in Europa Abb. 15 Reduktionsziele und deren Umsetzung (Quelle Süddeutsche Zeitung) ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 12 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ In Deutschland wurde zu Beginn der 90iger Jahre durch Abschaltung von Kohlekraftwerken eine relativ große Einsparung im CO²-Ausstoß realisiert. Danach ist kaum mehr eine CO²-Reduktion zu beobachten. Ob das Reduktionsziel von 996 Millionen Tonnen im Jahre 2012 erreicht wird ist ungewiss. Die Abschaltung der Atomkraftwerke macht das Erreichen des Zieles noch schwieriger, da die dort erzeugte Strommenge an anderer Stelle z.B. durch Kohlekraftwerke – mit höherem CO²-Ausstoß erzeugt werden muss. Nichtsdestotrotz ist das Abschalten der Atomkraftwerke wegen der hohen Risiken eine sinnvolle Maßnahme, an der trotz Bestrebungen der Atomlobby festgehalten werden muss. Abb. 16 Entwicklung des CO²-Ausstoßes in Deutschland gegliedert nach CO² und CO²-äquivaltenten Anteilen (Quelle: Umweltbundesamt) ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 13 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ CO2- Ausstoß durch Ernährung Der Zusammenhang, der zwischen Ernährung und Nachhaltigkeit besteht. wird häufig nicht seiner Bedeutung entsprechend wahr genommen. Folgende Fakten sind dem Artikel „Der Wahnsinn mit den Rindern“ von Jeremy Rifkin (Präsident der Foundation on Economic Trends vom 4.8.2008 erschienen in der Süddeutschen Zeitung)entnommen. - Die Fleischindustrie benötigt ein Drittel der weltweiten Landwirtschaftsflächen, nur um einen kleinen Teil der Weltbevölkerung mit Fleisch zu versorgen. - Die Kluft zwischen übersättigten Reichen und hungernden Armen wird global gesehen dadurch verschärft. - Die Fleischproduktion ist eine nicht unwesentliche Ursache für den Klimawandel, (Lachgas aus Stallmist, Methanausstoß direkt durch die Tiere) - Im Jahre 2002 wurde ein Drittel der weltweiten Getreideernte an Vieh verfüttert. - die weltweite Fleischproduktion wird sich bis zum Jahre 2030 verdoppeln Zitate aus: Nicht Fisch ! Nicht Fleisch ! (Süddeutsche Zeitung 9./10. Januar 2010) „Heute wwerden laut Studie der Welternährungsorganisation FAO rund 30 % des eisfreien Landes Auf der Erde direkt oder indirekt für Viehzucht genutzt; ein Großteil der weltweiten Getreide- und Sojaernte wird zu Viehfutter verarbeitet.“ „Die Nachfrage nach Fleisch wird sich in den nächsten 40 Jahren verdoppeln.“ „Die Tiere, aus denen wir unser Fleisch gewinnen, werden um 2050 so viel pflanzliche Nahrung zu sich nehmen wie vier Milliarden Menschen.“ „Jetzt hat das renomierte „world watch institut“ eine neue Zahl veröffentlicht: Für mindestens 51 % Des CO2-Ausstoßes ist der von Menschen für den menschlichen Konsum geschaffene Tierbestand Verantwortlich – wenn man neben dem von der UN unterschätzten Methan auch Abholzung (zur Schaffung neuer Weideflächen) und Atmung einberechnet.“ Berücksichtigt man, dass man mit Getreideanbau fünfmal mehr, mit Hülsenfrüchten 10-mal mehr und mit Blattgemüse 15 mal mehr Eiweiß produzieren kann als mit über Viehzucht erzeugtes Fleisch so wird klar, dass die Ernährungsfrage plötzlich zu einer globalen Frage mit hoch politischem Inhalt wird. Rifkin schreibt: „Im Interesse der Mitmenschen und unseres Planeten müssen die wohlhabenden Konsumenten ihre Essgewohnheiten gründlich überdenken“. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 14 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Ökologischer Rucksack Jedes Nahrungsmittel hat aufgrund der Art und Weise wie es hergestellt wird einen ökologischen Rucksack. Folgende Parameter bestimmen den Ressourcenaufwand, den ein Nahrungsmittel zu seiner Herstellung benötigt: - Transport - Herstellung - Verpackung Sehr anschaulich lässt sich dieser Sachverhalt am Beispiel von Gemüse darstellen. Eine Tomate, die in einem argentinischen Gewächshaus gezüchtet wurde, die aufwändig verpackt und anschließend nach Europa verschickt wurde hat ein vierzigfach höheren Ressourcenaufwand zu ihrer Herstellung benötigt – das ist dann der sogenannte ökologische Rucksack – im Vergleich zu einer Freilandtomate, die im Direktverkauf also ohne Verpackung und ohne hohen Transportaufwand vom Verbraucher erworben wird. Würde die Tomate in gleicher Weise wie in Argentinien in Holland hergestellt, so reduziert sich der Aufwand für den Transport deutlich, so dass dann der Ressourcenaufwand für die Herstellung nur viermal so hoch ist im Vergleich zur direkt vermarkteten Tomate. Abb. Umweltbelastung bewusster / unbewusster Einkauf ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 15 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Perspektiven Grundsätzlich ist eine ausreichende Energiemenge in Form regenerativer Energiequellen vorhanden. Darauf wird in den Kapiteln (Stromerzeugung und regenerative Energiequellen) näher eingegangen. Ein Vielfaches der jetzt und künftig benötigten Energie steht zur Verfügung allerdings sind mit der Nutzung Regenerativer Energien folgende Probleme verbunden: - die Energie wird in der Regel in Form von Strom zur Verfügung stehen - die Verfügbarkeit auf Abruf (Speicherung) ist noch nicht gelöst - die Energieerzeugung ist aufwändig und deshalb teuer Abb. 17 Energiewürfel Quelle: www.bp-solar.de ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 16 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ In unterschiedlichen Gremien werden Strategien entwickelt, wie der Energieverbrauch selbst reduziert werden kann bzw. wie die die Energieform zur Deckung des Energieverbrauchs optimiert werden kann. Der grundlegende Gedankenfehler besteht darin, dass versucht wird mehr Wohlstand bei geringerem Energieverbrauch zu realisieren. So wird in Deutschland angestrebt – orientiert an globalen Zielsetzungen – den Energieverbrauch bezogen auf die Verwendung von Primärenergie – also auch bezogen auf den CO²-Ausstoß um 50 % zu reduzieren. Das größte Einsparpotential wird in verstärkter Effizienz der energieverbrauchenden Anlagen (z.B. Kompaktleuchtstofflampen statt Glühbirnen) gesehen und weniger in der Reduktion des Energieverbrauchs durch Verhaltensänderung. Abb. 18 Zielsetzungen hinsichtlich Reduktion des CO²-Ausstoßes in Deutschland Quelle: Umweltbundesamt ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 17 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. Denkbar ist eine globale Energieversorgung mittels regenerativer Energieerzeugung bis zum Jahre 2050. Hierfür müßen global gesehen 100 Billionen Dollar aufgewendet werden. Die Versorgungssicherheit wird durch unterschiedliche Erzeuger , intelligente Netze und Speicherung erreicht. (Quelle: Nachhaltigkeit in Einrichtungen der Jugendarbeit – BJR) ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 18 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Energie und Bau Ressourcenbedarf Konditionierung Über ein Drittel der in Deutschland verbrauchten Ressourcen wird für die Konditionierung von Gebäuden benötigt. Durch Optimierungsmaßnahmen – vor allem bei Bestandsgebäuden – könnte dieser Ressourcenverbrauch halbiert werden. Ein Schwerpunkt bei den Optimierungsmaßnahmen liegt im Ersatz alter Heizanlagen sowie bei der verstärkten Nutzung regenerativer Energiequellen bei der Wärmeerzeugung durch Solarkollektoren. Verbesserungen im baulichen Bereich (Wärmedämmung o.ä.) sind wirtschaftlich erst sinnvoll, wenn vorher oder auch synchron die Anlagentechnik erneuert wird. Abb. 19 Verteilung des Ressourceneinsatzes auf die Bereiche Verkehr, Wärme, sonstiger Verbrauch Übersicht Im Bauprozess werden in unterschiedlicher Form Ressourcen verbraucht. Der Energiebedarf lässt sich übergeordnet in drei Gruppen einteilen: Städtebau Von großer Bedeutung ist grundsätzlich die Standortwahl einer Immobilie. Sanierungen oder auch die Nutzung unsanierter aber gut erschlossener Immobilien ist in der Regel gesamtenergetisch gesehen sinnvoller als der Neubau von Gebäuden in Gebieten, die schlecht erschlossen sind und deshalb einen hohen Erschließungsaufwand zur Folge haben – auch wenn der Neubau auf energetisch höchstem Standard erfolgt Herstellungsenergie Jeder Neubau verursacht je nach baulicher Konzeption einen hohen Aufwand an Herstellungsenergie. Die Herstellungsenergie umgelegt auf die Lebensdauer ist häufig größer als der Energieaufwand für die Konditionierung des Gebäudes. Auch Wartungsaufwendungen (z.B. Sanierung eines Wärmedämmverbund-systemes) und der Abbruch- bzw. Entsorgungsaufwand müssen in dieser „Position“ einbilanziert werden. Energiebedarf Konditionierung Der Energiebedarf für die Konditionierung des Gebäudes – also zum Erreichen behaglicher Gebäudezustände - hängt wiederum ab von folgenden nach ihrer Bedeutung sortierten Einflußfaktoren: - Ansprüche der Nutzer an die Raumzustände - bauliche Ausbildung der Hüllfläche - Effizienz der Anlagentechnik ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 19 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ 3500 3300 2900 3000 2400 Liter Öl 2500 2000 2000 2000 1800 1500 1000 600 600 700 700 500 200 0 0 Altbau in der Stadt Neubau auf dem Land Herstellung Energiebedarf Abb.: Gesamtbilanzierung energetischer Aufwendungen bei Gebäuden Mobilität Passivhaus Gesamt ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 20 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Städtebau Der Ressourcenverbrauch, der durch die Mobilität verursacht wird, hängt zunächst von dem Ressourcenverbrauch des benutzten Verkehrsmittels ab. Daneben tragen natürlich auch städtebauliche Entscheidungen, also Fragen der Nutzungsverteilung der Nutzungsverdichtung, der Anordnung von Baukörpern und der damit verbundenen Planung der Verkehrswege in einem übergeordneten Sinn zur Ressourcenbilanz „Verkehr“ bei, weil durch diese Entscheidungen und Festlegungen die Quantität und Qualität der Verkehrsströme stark beeinflusst werden kann. So verringern flexible städtebauliche Strukturen (z.B. Nutzungsmischung statt Nutzungstrennung) das Verkehrsaufkommen ebenso wie die (Nach)Verdichtung vorhandener Strukturen. Der Energieverbrauch und damit der CO²-Ausstoß ist stark vom Fortbewegungsmittel abhängig. Er beträgt je Personenkilometer - beim Auto (1,7 Pers./ Kfz) - Bahn Nahverkehr (Auslastung 50%) - Bahn Fernverkehr (Auslastung 50%) - Flugzeug (Auslastung 65 %) - Bus Nahverkehr (Auslastung 50 %) - Bus Fernverkehr (Auslastung 80 %): Berücksichtigt man Energieaufwand für Mobilität iin die Bilanz so beantwortet sich die Frage, ob es nicht besser in einer Altbauwohnung zu bleiben, mit öffentlichen Verkehrsmitteln zur Arbeit zu fahren, anstatt weit außerhalb „im Grünen“ ein Passivhaus zu bauen und täglich 80 km mit dem Auto zur Arbeit zu fahren von selbst. Bei einer täglichen Fahrstrecke von 80 km zur Arbeitsstätte fährt man an 200 Tagen 16000 km im Jahr, was zu einem Benzinverbrauch von 1600 Litern Führt. Bei einem Energieinhalt von 10 kWh/Liter kann damit ein Einfamilienhaus von 160 qm mit einem Heizenergiebedarf von 100 kWh/qm ein Jahr beheizt werden. Abb. 20 Die Nachverdichtung vorhandener innerstädtischer Strukturen mit Baukörpern, die so entwickelt sind, dass sie vielfältige Nutzungsmöglichkeiten erlauben, ist eine Entscheidender übergeordneter Maßnahme zur Optimierung des Ressourcenverbrauches. Durch diese Maßnahme Wird einerseits natürlich das Verkehrsaufkommen reduziert, andererseits Können durch Nutzung vorhandener Infrastruktur Aufwendung für den Neubau Von Verkehrswegen reduziert werden. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 21 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. 21 Berlinmodell Industriekultur 1983 – Entwurf von Uwe Kiessler, München Ein großes Potential bei der Reduktion des Ressourcenverbrauches liegt in der Einbeziehung energetischer Kriterien bei der Entwicklung von Bebauungsplänen. Durch Simulationen kann relativ einfach festgestellt werden, wie und in welchem Umfang solare Energiegewinne bei unterschiedlichen Gebäudekonfigurationen realisiert werden können. Der solare Eintrag in der Heizperiode kann durch Festlegungen im Bebauungsplan optimiert werden: - Stellung der Baukörper / Firstrichtung - Orientierung der Hauptfassade - Verschattung durch topographische Gegebenheiten - Verschattung durch Nachbargebäude Auch die Nutzung solarer Energie für die Solarkollektoren kann durch entsprechende Vorgaben (z.B. Firstrichtung) erleichtert werden. Transmissionswärmeverluste können durch kompaktere Bauformen (z.B. Doppelhaus statt Einfamilienhaus) reduziert werden. Abb. 22. Entwicklung eines Bebauungsplans unter Einbeziehung energetischer Gesichtspunkte Architekt: Richarz und Stadtmüller ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 22 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Herstellungsenergie Herstellungsenergie im Zusammenhang mit der Erstellung und Nutzung von Gebäuden fällt in zweierlei Hinsicht an: - Jeder Baustoff hat einen bestimmten Herstellungsaufwand, der sich in Bezug auf die Lebensdauer des Bauteils quantifizieren und qualifizieren lässt. Darin einzurechnen sind auch Aufwendungen für den Unterhalt der Bauteile. - Unabhängig vom Baustoff ist generell zu beachten, dass eine möglichst geringe Baustoffmenge in übergeordnetem Sinne Herstellungsenergie einspart. Ressourcenverbrauch Konditionierung - Beheizung - Kühlung - Beleuchtung - Belüftung - Betrieb von Technischen Anlagen Ressourcenverbrauch Material - Herstellung - Gewinnung der Rohstoffe - Transport der Rohstoffe - Herstellung der Baustoffe - Transport der Baustoffe - Verarbeitung der Baustoffe - Bauunterhalt - Reparatur / Ersatz - Umbau / Nutzungsänderung - Abbruch - Abbrucharbeiten - Transport des Abbruchmateriales - Recycling / Endlagerung Die Herstellungsenergie eines Baustoffes ist nicht normiert. Folgende Faktoren werden bei der Ermittlung der Herstellungsenergie betrachtet: - Gewinnung der Rohstoffe - Verarbeitung der Rohstoffe - Transport auf der Baustelle - Verarbeitung auf der Baustelle (Maschinen) Eine umfassende vergleichbare Betrachtung aller relevanten Faktoren ist im Augenblick wegen der fehlenden Normierung noch nicht möglich. Faktoren wie Lebensdauer, Anpassungsfreundlichkeit, Art des Ressourceneinsatzes bei der Baustoffherstellung (Strom), Bewertung der Arbeitskraft des Menschen etc. sind besonders schwer zahlenmäßig zu erfassen. Die Herstellungsenergie wird baustoffabhängig in Relation zum Zweck des Baustoffes und in Relation zu seiner Lebensdauer gesehen. Daraus resultiert beispielsweise die Schwierigkeit, den Herstellungsaufwand für das Bauteil Fenster mit dem Herstellungsaufwand für das Bauteil Wand zu vergleichen. Vergleicht man verglaste Flächen mit gedämmten Flächen so muss neben der Herstellungsenergie für das Produkt bei Hüllflächen auch die energetische Wirksamkeit des Produktes quantifiziert werden. Die energetische Bilanz ergibt sich dann aus Aufwand und Nutzen. Gerade bei transparenten Bauteilen ist diese Bilanzierung schwierig, da Transparenz (Licht, Innen - Außenbezug) auch noch andere nicht direkt messbare Qualitäten besitzt Die Bewertung des Herstellungsaufwandes für ein Gebäude ist deshalb ein komplexes Unterfangen, für das bisher noch keine verbindlichen Regeln bestehen. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 23 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. 23 Herstellungsenergie verschiedener Baustoffe. Quelle: Pistohl, Handbuch der Gebäudetechnik 2 Der kumulierte Energieaufwand gibt an, wie viel Primärenergie für die Herstellung, Nutzung und Beseitigung einer Anlage anfällt. Die energetische Amortisationszeit versteht man den Zeitraum, der benötigt wird, um die Energie, die bei der Herstellung aufgewendet wird, im Betrieb wieder „einzuspielen“. Hierbei wird der kumulierte Energieaufwand durch die monatliche oder jährlich abgegebene Energiemenge dividiert. Bei elektrischer Energie ist jeweils der Wirkungsgrad der Kraftwerke zu berücksichtigen. Unter dem Erntefaktor wird dargestellt wie oft eine Anlage den kumulierten Energieaufwand an anderer Stelle wieder einspart. Auf eine Massivwand aus Ziegel von 36 cm Stärke (Lamda: 0,68 W/mK) wird eine Wärmedämmung aus Styropor in der Stärke von 10 cm aufgebracht. Der Wärmeverlust der ungedämmten Wand (U-Wert = 1,2 W/m2K) beträgt ca. 100 kWh/m2 im Jahr. Der Wärmeverlust der gedämmten Wand (U-Wert 0,3 W/m2K) beträgt ca. 25 kWh/m2 im Jahr. Die Einsparung beträgt also 75 kWh/m2 im Jahr. Die Herstellungsenergie von 0,1m³ Styropor beträgt 40 kWh. Die energetische Amortisationszeit ist also 0,54 Jahre. Während der rechnerischen Lebensdauer des Produktes von 20 Jahren wird eine Energiemenge von 1500 kWh eingespart. Der Erntefaktor ist demnach 37,5. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 24 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Eine wesentliche Entscheidung hinsichtlich Herstellungsenergie wird bei der Festlegung des konstruktiven Konzeptes und der Materialauswahl getroffen Beispielsweise kann die Entscheidung für das Tragskelett einer Industriehalle durchaus auch von Überlegungen beeinflusst werden, die eine Optimierung der Herstellungsenergie zum Inhalt haben. Neben dem Material der Tragkonstruktion also Holz, Stahl und Beton ist Natürlich auch die Frage der Spannweite von entscheidender Bedeutung. Der Stahlverbrauch für die unterschiedlichen Varianten der Konstruktion ist vollkommen unterschiedlich: - Gelenkige Konstruktion: Rahmenkonstruktion: Stützenfreie Konstruktion: 15 t 20 t 25 t Damit hängt auch der Schadstoffausstoß bei der Herstellung der Träger zusammen: - Gelenkige Konstruktion: Rahmenkonstruktion: Stützenfreie Konstruktion: 064 t 086 t 108 t Abb. Konstruktionsarten einer Halle mit Spannweite von 25 m (Ausschnitt) Von links nach rechts: Rahmenkonstruktion mit Mittelstützen, gelenkige Konstruktion mit Mittelstützen, Rahmenkonstruktion stützenfrei Wandaufbauten können energetisch bilanziert werden, indem für die jeweilige Schicht die Herstellungsenergie und die Lebensdauer ermittelt wird. Der dann aufaddierte Herstellungsaufwand kann dann mit der durch die Wandkonstruktion erzielten Energieeinsparung in Beziehung gesetzt werden. Unterschiedliche Wandaufbauten können so hinsichtlich ihrer energetischen Gesamtbilanz verglichen werden. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 25 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Voraussetzung für eine lang dauernde und damit nachhaltige Nutzung von Gebäuden ist die Anpassungsfähigkeit an neue immer schneller wechselnde Anforderungen. Gebäude, die leicht veränderbar sind, die Auf- und auch abrüstbar sind, haben deshalb eine längere Lebensdauer als Gebäude die diese Qualität nicht besitzen. Diese konzeptionelle Qualität führt zu einer deutlichen Optimierung bei der Herstellungsenergie. Aus derartigen gesamtenergetischen Überlegungen heraus erleben modulare Konzepte wie sie beispielsweise von Fritz Haller bereits in den sechziger Jahren entwickelt wurden, heute wieder eine Renaissance. Das System ist zerlegbar, veränderbar, auf- und abrüstbar. Die hohe Anpassungsfähigkeit des Systems ist Voraussetzung für eine lange Lebensdauer Abb.25 Möbelsystem USM – Fritz Haller Flexible veränderbare Gebäudekonzepte sind in verschiedener Hinsicht ressourcenoptimiert: - Sie lassen sich leicht verändern, der energetische Einsatz bei Umbauten ist gering. - Die Lebensdauer des Gebäudes ist durch seine Anpassbarkeit deutlich länger als die Lebensdauer nicht veränderbarer Gebäude - Sind Bauteile entsprechend ihrer Lebensdauer entflochten, so können Wartungs- und Unterhaltsarbeiten leicht d.h. mit geringem Material- und Energieverbrauch ausgeführt werden. Abb. 26 Multifunktionales Wohn- und Geschäftshaus, Stuttgart 1993, Architekt Clemens Richarz ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 26 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. 27 Nutzungsvariante: 4 Zimmer Wohnung Nutzungsvariante: 2 x 2-Zimmer-Wohnung Nutzungsvariante: Büro ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 27 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Konditionierung des Gebäudes Bauliche Maßnahmen / Passivkonzept Bei Gebäuden kann durch unterschiedliche bauliche Maßnahmen eine Reduktion des Energieverbrauches erreicht werden. Neubauten - Optimierung der Kompaktheit (Verhältnis beheiztes Volumen zu beheizter Nutzfläche) - Optimierung der Orientierung im Zusammenhang mit der Nutzung des Gebäudes - Verbesserung der Wärmedämmung - Reduktion der Lüftungswärmeverluste - Optimierung der Befensterung - Optimierung der Anlagentechnik / Einbeziehung regen. Energiequellen Bestandsgebäude - Verbesserung der Wärmedämmung (Wand und Fenster) und/oder - Reduktion der Lüftungswärmeverluste und / oder - Optimierung der Anlagentechnik / Einbeziehung regen. Energiequellen Abb. 28 Zielwerte für Transmissionswärmeverlust, Lüftungswärmeverlust, solare Gewinne und innere Wärmegewinne Sowie Heizwärmebedarf für ein Haus nach EnEV-Standard und ein Passivhaus. Ziel einer ressourcenschonenden Planung muss die Entwicklung eines Gebäudekonzeptes sein, bei dem zunächst alle baulichen Möglichkeiten zur ressourcensparenden Konditionierung ausgeschöpft werden. Der dann noch verbleibende Rest an Energie sollte soweit sinnvoll mit regenerativer Energie gedeckt werden. Da in der Regel nicht der gesamte Energiebedarf regenerativ gedeckt werden kann, verbleibt ein Rest an Energie, der möglichst effizient mittels Anlagentechnik erzeugt werden muss. Hierfür werden Ressourcen verbraucht, die wiederum einen CO²-Ausstoß zur Folge haben. Durch das Passivkonzept wird der Energiebedarf definiert, der dann durch das Aktivkonzept gedeckt wird. Der C02- Ausstoß sollte dabei möglichst gering sein. ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 28 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Anlagenkonzept / Aktivkonzept Der Zusammenhang zwischen baulichem Konzept und Energieaufwand für die aufgrund des baulichen Standards nötige Anlagentechnik ist bei allen Konditionierungsaufgaben gegeben. Folgende Anlagentechnik erfordert einen Ressourceneinsatz: - Heizung - Warmwasser - Kühlung - Lüftung - Befeuchtung - Entfeuchtung - Beleuchtung - Fördertechnik Abb. 29 Bau und Energie Heizung und Kühlung ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 29 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Abb. 30 Bau und Energie Beleuchtung und Lüftung ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 30 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Ein ressourcenoptimiertes Anlagenkonzept basiert auf folgenden Faktoren: - Minimierung des Primärenergieverbrauches durch optimierte Anlagentechnik (Energieträger, Ausnutzung der Energie) - Einsatz regenerativer Energiequellen Übersicht optimierte Anlagentechnik: Wärme - Biomasseverbrennung - Wärmepumpe - solare Energie (bis 50 %) Warmwasser - Solare Energie (80 %) - Wärmerückgewinnung Abwasser Lüftung: - drehzahlgeregelte Ventilatoren - Erdwärme / Erdkälte - Luftkollektoren Kühlung: - Grundwassernutzung - Erdkälte - Solar betriebene Kälteerzeugung Beleuchtung - Optimierte Anlagenkonzepte mit hohem Wirkungsgrad (bedarfsgerecht) Allein durch Verbesserung der Technologie bei der Wärmeerzeugung könnte der Energiebedarf bei der Wärmeerzeugung um 24 % gesenkt werden. Durch Nutzung regenerativer Energiequellen eröffnet sich ein weiteres Einsparpotential. Abb. 31 Einsparpotential durch Optimierung von Anlagentechnik bei der Wärmeerzeugung ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 31 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Bilanzierung Die nötige Energiezufuhr für ein Gebäude ist immer vom Einzelobjekt und seiner Nutzung abhängig. Während in der Regel bei Wohngebäuden hauptsächlich Energie zur Beheizung und Warmwassererzeugung zugeführt werden muss, ist zur Konditionierung eines Nichtwohngebäudes ein wesentlich höherer Energieaufwand nötig. Künftig wird bei Nichtwohngebäuden der Energiebedarf für Heizung Warmwasser Beleuchtung Kühlung Lüftung erfasst und primärenergetisch bewertet. Nicht zu vergessen ist aber, dass der Energiebedarf immer Folge eines baulichen Konzeptes ist und nicht von der Anlagentechnik als solcher verursacht wird. Hilfsenergie Bedarfsdeckung mit Hilfsenergie Abb. Energetische Bilanzierung nach DIN V 18599 ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 32 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Nachhaltigkeit Grundsatz Eine Diskussion des Ressourcenverbrauches macht nur dann Sinn, wenn ein Gebäude genutzt wird. Bevor Maßnahmen zur Reduktion des Ressourcenverbrauches durchgeführt werden, müssen Maßnahmen durchgeführt werden, die dazu führen, dass ein Gebäude nachhaltig also langfristig genutzt werden kann. Optimierungspotential im Bereich der Nachhaltigkeit ist in folgenden Bereichen gegeben: - Gesellschaft (Durchmischung, Partizipation, Anpassung an wechselnde Nutzungsanforderung) - Städtebau ( Räumliche Identität, Mischnutzung, Verdichtung, öff. Verkehr) Umgang mit der Ressource Wasser/ Abwasser (Versiegelung, Außenanlagen, Kreislauf) - Gebäudekonzept (Kompaktheit, Flexibilität, Herstellung, Nutzung vorhandener Substanz, Barrierefreiheit) - Rationelle Energieverwendung (Anlagentechnik, regenerative Energie) - Unterhalt (Reinigung, Wartung, Reparatur, Facility Management) - Behaglichkeit (Licht, Schall, Wärmeschutz Sommer und Winter) - Gesundheit (Baustoffe) - Ökonomische Nachhaltigkeit (Wirtschaftlichkeit) - Gestaltung (Reaktion auf Umgebung, Materialwahl, Fügung, Konzept) Zahlreiche Wohnungen werden aufgrund gravierender Mängel (Grundriss, Größe etc.) nur noch mit großen Abschlägen vermietet werden können – unabhängig davon, ob ihr Heizenergieverbrauch bereits heutigen Standards entspricht. Dies führt wiederum zu einem unerwünschten Segregationsprozess verbunden mit beträchtlichem gesellschaftlichem Konfliktpotential. Derartige Wohngebäude allein energetisch zu sanieren ohne den Wohnwert insgesamt zu verbessern erfüllt nicht die Ziele nachhaltigen, langfristig und ganzheitlich orientierten Handelns. Stefan Forster hat in der beschriebenen Denkweise Plattenbauten durch Rückbau so verändert, dass nun eine hohe Nutzerakzeptanz gegeben ist und somit eine nachhaltige Existenz der Gebäude erreicht wurde. Wären die Gebäude nur energetisch verbessert worden, so wäre diese Maßnahme nicht in obigem Sinne nachhaltig und somit auch volkswirtschaftlich gesehen unsinnig gewesen. Abb. 33 ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 33 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Links Wissensdatenbanken – Allgemein www.wikipedia.de Umfassende Wissensdatenbank, die auf fast alle Fragen (Stichwort eingeben) eine Antwort hat. www.weblexikon.de Umfassende Wissensdatenbank Umwelt allgemein Foodprint http://www.greenpeace.de/fileadmin/gpd/user_upload/themen/wirtschaft_und_umwelt/Footprint_Deutsc hland_2008.pdf Umweltbelastung durch konzentrierte Nutztierhaltung: Allgemeinwissen Energie www.buch-der-synergie.de Interessante private Zusammenstellung energetischer Fragen www.bmvbw.de Internetseite des Bundesbauministeriums. Hier werden Neuerungen im Bereich der Gesetze und Verordnungen aktuell dargestellt (z.B. Energiepass) www.energie-info.de Wissensdatenbank zum Thema Energie mit hervorragendem Glossar www.thema-energie.de Datenbank der dena mit gegliederten Themen www.bine.info Berichte über bauliche und anlagentechnische Maßnahmen mit innovativem Charakter (Forschungen, Evaluationen etc.) www.ea-nrw.de Homepage der Energieagentur Nordrhein-Westfalen mit vielen Informationen zum Thema Energie. www.umweltbundesamt.de Informationen zum Thema Umwelt www.greenpeace.at und www.footprint.at Ökologischer Fußabdruck / ganzheitliche Betrachtung Allgemeinwissen , sonstiges www.stmi.bayern.de/bauen/baurecht/vorschriften Liste der in Bayern eingeführten technischen Baubestimmungen (ETB) ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 34 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Vertiefung Ressourcenverbrauch www.wuppertal-institut.de Grundsätzliche Informationen zum Energie- und Ressourcenverbrauch. Ökologischer Rucksack von (Bau)stoffen. www.klimabuendniss.org Informationen zur Klimaveränderung www.weltbevoelkerung.de Statistiken zur Bevölkerungsentwicklung www.gemis.de Ermittlung und Bewertung des Schadstoffausstoßes, der beim Ressourcenverbrauch entsteht. www.energiekrise.de Tabellen und Grafiken zur Endlichkeit der Ressourcen www.deutschebp.de Grundlagenmaterial zum globalen Energieverbrauch www.energie-info.de Gute Stichwortsuche im Glossar www.intep.de Von Prof. Peter Steiger gegründetes Ingenieurbüro, das sich auf die Erfassung und Bewertung von Stoffkreisläufen und bauökologische Fragestellungen spezialisiert hat. www.atmosfair.de Verrechnung der Umweltschäden von Flugreisen durch Unterstützung von ökologischen Projekten www.CO²-Fussabdruck.de Persönlicher CO²-Rechner http://lfu.klima-aktiv.de Persönliche CO2-Bilanz vom Landesamt für Umweltschutz Bayern www.klima-sucht-schutz.de Viele konkrete Beispiele und Anregungen www.usgbc.org Nachhaltigkeitsstandard LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) aus den USA, der den Begriff Nachhaltigkeit umfassend definiert. www.architektur.tu-darmstadt.de/powerhouse Gute Seiten mit Begriffserklärungen und Projekten www.dgnb.de Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen – verleiht das „Nachhaltigkeitssiegel“ ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 35 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Ernährung www.esu-services.ch Erstellung von Umweltbilanzen für Nahrungsmittel www.ulme.ethz.ch/index.html?/umw_bel.htm Erstellung von Umweltbilanzen / vergleichende Betrachtung in komplexer Hinsicht http://www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/pdf_neu/Hintergrund_-_Methan_und_Lachgas__Die_vergessenen_Klimagase.pdf CO2-Ausstoß durch Tierhaltung http://de.wikipedia.org/wiki/Methan Klimaschädlichkeit von Methan ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur Seite: 36 Professor Clemens Richarz Architekt 21. u. 28. März 2012 Sommersemester 2012 / 2. Semester Modul 2.4. Konstruktion III / Teilmodul Klimadesign __________________________________________________________________________________ Fragen 1-01 Wie definieren Sie Nachhaltigkeit? 1-02 Zweitausend Liter Öl sollen durch solare Energieerzeugung substituiert werden. Bestimmen Sie die Kollektorfläche (Ausrichtung, Winkel, Speicher) 1-03 Welche Unterschiede sehen Sie zwischen solarer Wärmeerzeugung und solarer Stromerzeugung 1-04 Welchen Anteil hat die Herstellungsenergie im Vergleich zur Heizenergie? 1-05 Was versteht man unter Gesamtenergiebilanz beim Bauen? 1-06 Welcher Energieeintrag kann durch ein vertikales Südfenster bei einem g- Wert der Verglasung von 60% in den Monaten April bis September und Oktober bis März erzielt werden? 1-07 Welchen CO²-Ausstoß in Tonnen verursacht ein Amerikaner und vergleichsweise dazu ein Inder? 1-08 Welche Zielwerte hinsichtlich CO²- Ausstoß / Kopf müssen angestrebt werden, um eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten? 1-09 Was verstehen Sie unter Endenergie? 1-10 Welchen CO²- Ausstoß hat die Verbrennung von 10.000 Liter Heizöl zu Folge? 1-11 Welchen Energieinhalt haben 10.000 Liter Heizöl? 1-12 Welche Menge an Strom können Sie mit der gleichen Menge an CO² – Ausstoß erzeugen? 1-13 Wovon hängt der CO²- Wert von Strom ab? 1-14 Durch welche Parameter kann der Ressourcenverbrauch beim Bauen beschrieben werden? 1-15 Was verstehen Sie unter energetischer Amortisationszeit? 1-16 Was verstehen Sie unter dem Begriff Erntefaktor? 1-17 Bewerten Sie im Sinne einer Effizienzstrategie (Aufwand / Ertrag) hinsichtlich CO2- Strategie folgende Maßnahmen: - 20 m2 Solarkollektoren installieren - Umstellung der Ernährung auf regionale fleischlose Produkte - Umstellung der Mobilität (Vermeidung von Flugreisen, Reduktion und Optimierung des Fahrzeugeinsatzes) - Reduktion der Innenraumtemperatur um 2 Grad - Verkleinerung der beheizten Wohnfläche um 20 % - Umzug von Einfamilienhaus in eine Mehrfamilienhaus - Anschaffung eines Fahrzeuges mit CO2-Ausstoß 100 g / km. - ______________________________________________________________________________________________________ Hochschule München Fakultät Architektur 21. und 28. März 2012 Professor Clemens Richarz Architekt Seite: 37
