Was versteht man unter „Integraler Planung“? - e
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Grundlagen Passivhaus Abstract / Zusammenfassung des Lernfelds Ziel des Passivhausbaus ist es, Gebäude mit hohem Nutzungskomfort bei gleichzeitiger Optimierung des Primärenergiebedarfs zu erzielen. Wichtige Planungskriterien dafür sind eine optimierte Gebäudegeometrie und Ausrichtung sowie die Auswahl von Konstruktionen für die Gebäudehülle mit hervorragendem Wärmeschutz in Verbindung mit hochwertigen Fenstern. Die Errichtung des Gebäudes sollte sehr sorgfältig erfolgen mit Qualitätssicherung hinsichtlich der Komponenten, der Behaglichkeit und der hochwertigen Ausführung, z. B. in Bezug auf Luftdichtheit und Wärmebrückenminimierung. Ein Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung minimiert die winterlichen Lüftungswärmeverluste, und die Heizung kann in sehr einfacher und kostengünstiger Form ausgeführt werden. Wie all diese Faktoren zusammenspielen und wie überprüft werden kann, ob ein Gebäude schließlich dem Passivhaus-Standard entspricht, wird in diesem Lernfeld behandelt. 1 Inhaltsverzeichnis 1. LERNZIELE ..................................................................................................................................... 5 2. ZUM NACHDENKEN ... .................................................................................................................. 5 3. WAS VERSTEHT MAN UNTER DEM PASSIVHAUS-STANDARD? ............................................ 6 3.1. Passivhaus-Komponenten ....................................................................................... 6 3.2. Wichtige Aspekte der Passivhaus-Planung .............................................................. 7 3.3. Behaglichkeit und Komfort ....................................................................................... 8 3.4. Planungskriterien ..................................................................................................... 9 3.5. Zum Üben …...........................................................................................................10 4. WAS VERSTEHT MAN UNTER „INTEGRALER PLANUNG“? .................................................. 11 4.1. Interdisziplinäres Planungsteam..............................................................................11 4.2. Qualitätskontrollplan................................................................................................11 4.3. Zum Üben …...........................................................................................................12 5. WIE BEEINFLUSSEN DAS GRUNDSTÜCK, DESSEN LAGE UND DIE GEBÄUDEAUSRICHTUNG DEN GEBÄUDEENERGIEBEDARF?..................................................... 13 5.1. Lage auf dem Grundstück und Ausrichtung.............................................................13 5.2. Städtebauliche Anforderungen ................................................................................13 5.3. Windbelastung ........................................................................................................14 5.4. Zum Üben …...........................................................................................................14 6. WELCHE FORM IST BESONDERS GÜNSTIG FÜR EIN PASSIVHAUS? ................................. 15 6.1. A/V-Verhältnis .........................................................................................................15 6.2. Kompaktheit ............................................................................................................15 6.3. Auswirkung der Form auf die solaren Gewinne .......................................................16 6.4. Wie sollten die Räume in einem Passivhaus angeordnet sein? ...............................17 6.5. Zum Üben ... ...........................................................................................................18 7. GEBÄUDEHÜLLE ......................................................................................................................... 19 7.1. Wand ......................................................................................................................19 7.2. Dach .......................................................................................................................19 7.3. Bodenplatte und Kellerdecke ..................................................................................20 7.4. Zum Üben ... ...........................................................................................................20 2 FENSTER IM PASSIVHAUS – WIE DIMENSIONIERE ICH RICHTIG? ...................................... 21 8. 8.1. Zum Üben ... ...........................................................................................................23 9. SOMMERLICHER WÄRMESCHUTZ UND VERSCHATTUNGSSYSTEME ............................... 24 9.1. Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes ....................................................24 9.2. Natürlicher Sonnenschutz .......................................................................................24 9.3. Kontruktiver Sonnenschutz .....................................................................................25 9.4. Zum Üben ... ...........................................................................................................26 10. WAS IST EINE WÄRMEBRÜCKE?.......................................................................................... 27 10.1. Erfassung der Wärmebrücken bei der energetischen Berechnung ..........................27 10.2. Wärmebrückenarten................................................................................................28 10.3. Planungs- und Baupraxis ........................................................................................28 10.4. Planungshilfen – Wärmebrückenvermeidung ..........................................................29 10.5. Zum Üben ... ...........................................................................................................30 WIE PLANE ICH DIE „LUFTDICHTE EBENE“? ..................................................................... 31 11. 11.1. Vorteile hoher Luftdichtheit ......................................................................................31 11.2. Planungsgrundsätze für Luftdichtheit ......................................................................31 11.3. Problembereiche .....................................................................................................32 11.4. Blower-Door-Test ....................................................................................................33 11.5. Zum Üben ... ...........................................................................................................34 12. LÜFTUNG.................................................................................................................................. 35 13. GEBÄUDETECHNIK IM PASSIV- UND PLUS-ENERGIE-HAUS ............................................ 36 14. ES? WELCHE INSTRUMENTE ZUR BERECHNUNG DES PASSIVHAUS-STANDARDS GIBT 37 14.1. Passivhaus Projektierungs Paket ............................................................................37 14.2. Zum Üben ... ...........................................................................................................38 15. FAZIT ......................................................................................................................................... 39 16. AUSBLICK ................................................................................................................................ 40 17. QUELLEN .................................................................................................................................. 41 18. ÜBERSICHT AUFGABEN ........................................................................................................ 42 19. ABBILDUNGSVERZEICHNIS .................................................................................................. 44 3 20. TABELLENVERZEICHNIS ....................................................................................................... 45 21. IMPRESSUM ............................................................................................................................. 46 4 1. Lernziele Planungskriterien für Passivhäuser benennen Planungsgrundlagen für Passivhäuser von denen herkömmlicher Gebäude unterscheiden Wärmebrückenfreies Anschlussdetail zwischen einer massiven Außenwand und einer Geschoßdecke zeichnen Passivhaus-Planungen nach technischen Maßstäben analysieren Checkliste für die Planung von Passivhäusern zur Vermeidung häufiger Planungsfehler erstellen Qualität der ausgeführten Standards zweier unterschiedlicher Passivhäuser anhand der zugehörigen Planungsunterlagen bewerten 2. Zum Nachdenken ... Aufgabe 1: Die Planung eines Passivhauses umfasst zahlreiche Aspekte. Welche könnten das sein? Was muss bei der Planung berücksichtigt werden? Aufgabe 2: Wer ein Passivhaus bauen möchte, braucht ein interdisziplinäres Team. Was könnte das in der Praxis bedeuten? Wie kann man sich eine solche Zusammenarbeit vorstellen? Was muss dabei berücksichtigt werden? Abbildung 1: Passivhausbau – Integrale Planung (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) 5 3. Was versteht man unter dem Passivhaus-Standard? Schauen Sie nach auf YouTube! Dieses Video wurde von klima:aktiv erstellt und ist eine gute Einführung zu den Standards im Passivhausbau! Dauer: 2:03 min. Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=PZXjP2_hHJo Ziel des Passivhaus-Standards, der vom Passivhaus Institut in Darmstadt definiert wurde, ist es, ein Gebäude zu planen, das derart wenig Energie für die Heizung benötigt, dass man auf eine konventionelle Heizungsanlage verzichten kann. Um diesen Standard messbar zu machen, wurden folgende Werte festgelegt, die ein Gebäude erfüllen muss, um als Passivhaus bezeichnet zu werden: Jährlicher Heizwärmebedarf in Bezug auf die Wohnfläche von maximal 15 kWh/m²a oder Begrenzung der Heizlast auf ≤ 10 W/m² Gesamter Primärenergiebedarf von maximal 120 kWh/m²a 3.1. Passivhaus-Komponenten Vor allem geht es darum, Gebäude mit einer hohen Behaglichkeit zu erstellen und zudem ein wirtschaftlich sinnvolles und zukunftsfähiges Gebäudekonzept zu erstellen. Die Techniken zum Erreichen dieser Ziele werden in den Kapiteln dieses Lernfelds zusammengestellt und umfassen insbesondere folgende Aspekte: Sinnvolle städtebauliche Einbindung des Gebäudes mit günstiger solarorientierter Lage und Ausrichtung auf dem Grundstück Wahl einer sinnvollen Gebäudegeometrie und optimierte Anordnung und Orientierung der Räume Gebäudehülle mit hochwertiger Dämmung der opaken Bauteile und einem U-Wert ≤ 0,15 W/m²K für die Bauteile 6 Fenster mit hochwertiger Dreischeibenverglasung und gedämmten Rahmen mit einem Uw-Wert ≤ 0,80 W/m²K Sommerlicher Wärmeschutz mit einer geringen Übertemperaturhäufigkeit von unter 10 % im Sommer Minimierung der Wärmebrücken Luftdichtheit der Gebäudehülle mit einem n50-Wert ≤ 0,6 1/h Lüftungsanlage als Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung und einem Wärmebereitstellungsgrad von mindestens 75 %. Die Heizung kann bei einem Passivhaus über diese Lüftungsanlage erfolgen. Alternativ kann das Heizsystem aufgrund der niedrigen Heizlast sehr kostengünstig ausgeführt werden. Die energetische Berechnung erfolgt mit dem Passivhaus Projektierungs Paket, um ein reproduzierbares Ergebnis für den Gebäudebetrieb zu erzielen. 3.2. Wichtige Aspekte der Passivhaus-Planung Die wichtigsten Planungsparameter für ein Passivhaus in der Praxis sind: 1. Die sehr starke Dämmschicht für die gesamte Gebäudehülle 2. Angemessen große Fensteröffnungen in der Südfassade, nach Osten und Westen aus Gründen des sommerlichen Wärmeschutzes eher zurückhaltende Fenstergrößen 3. Nordseitig kleine Fenster mit Wärmeschutz-Verglasung oder gar keine Fenster 4. Die Gebäudehülle ist absolut luftdicht ausgeführt 5. Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz, wie z. B. Verschattung der Fenster 6. Massive Materialien wirken im Sommer günstig für die tägliche Wärme-Amplitude 7. Die Dämmschicht wird (nach Möglichkeit) überhaupt nicht durchstoßen und wird im Idealfall wärmebrückenfrei rund um das Gebäude gezogen 8. Lüftungsanlage als Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung und hohem Komfort für die BewohnerInnen Abbildung 2: Passivhaus mit Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung (Quelle: Schulze Darup) 7 Diese „Fundamente“ des Passivhaus-Standards werden im Folgenden genauer analysiert und dargestellt. Für die ausführenden PlanerInnen und ArchitektInnen bietet sich ein umfassendes Instrumentarium, um die „Gesamtperformance“ ihres Passivhaus-Entwurfs zu optimieren. Das bedeutet, mit kreativen Entwurfsansätzen und möglichst geringem Investitionsaufwand ein rundum gutes Ergebnis in Bezug auf Gestaltung, Wohnkomfort und den Energiebedarf zu erreichen. Zudem stellt das Passivhaus die sinnvolle Grundlage zum Einsatz erneuerbarer Energien und zum Erreichen des Plus-Energie-Standards dar. 3.3. Behaglichkeit und Komfort Passivhäuser zeichnen sich vor allem durch hohe Behaglichkeit und Komfort aus. Hoch wärmegedämmte Außenbauteile erfüllen die bauphysikalische Anforderung einer hohen inneren Oberflächentemperatur, die nahe an der Raumlufttemperatur liegt. Tauwasserniederschlag und mithin Schimmelprobleme treten bei solchen Konstruktionen nicht auf. Insbesondere für die Fenster mit einem U-Wert unterhalb 0,8 W/m²K gilt, dass hervorragende Behaglichkeitskriterien gegeben sind, ohne durch Heizflächen einen Ausgleich schaffen zu müssen. Strahlungs-Asymmetrien werden in Passivhäusern auf ein sehr komfortables Maß minimiert. Als Folge der geringen Thermik und der minimalen Heizlast liegen auftretende Luftgeschwindigkeiten deutlich unter der Anforderungsschwelle von 0,15 m/s, in den meisten Bereichen unter 0,05 m/s. Die Lüftungsanlage erzeugt nur in sehr kleinen Einblasbereichen eine erhöhte Luftgeschwindigkeit, die bei richtiger Planung aufgrund der geringen stündlichen Luftmengen keinerlei Zugempfinden aufkommen lässt. Sehr wesentlich für das Wohlbefinden ist die ständig erneuerte Frischluft. Dies hat nicht nur Vorteile für die Raumluftqualität. Es stellt sich auch eine kontinuierlich angemessene Raumluftfeuchte ein, da eine ständige Abfuhr der anfallenden (Wohn-)Feuchte im Gebäude sichergestellt ist. Aufgrund des relativ geringen erforderlichen Luftwechsels von etwa 30 m³/h pro Person fällt bei richtiger Planung an kalten Tagen die Raumluftfeuchte dennoch nicht in zu trockene Bereiche. Diese Planungsfaktoren führen zu Wohlbefinden und besten hygienischen und gesundheitlichen Raumklimabedingungen. Dies schlägt sich nicht nur beim Wohnen in positiven Kommentaren der BewohnerInnen nieder – gerade bei gewerblichen Objekten ist eine Betrachtung dieser „weichen“ Komfortfaktoren sinnvoll: Durch gute Arbeitsbedingungen aufgrund der hohen bauphysikalischen Behaglichkeit mit der Folge eines niedrigeren Krankenstandes amortisieren sich nicht nur die geringen Mehrinvestitionen sehr schnell. Obendrein stimuliert ein komfortables Arbeitsumfeld ein positives Arbeitsklima. 8 3.4. Planungskriterien Schauen Sie nach auf YouTube! Interview mit Ing. Günter Lang zum Thema „Was zeichnet ein Passivhaus aus?“ Dauer: 1:23 min. Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=ytEuw5UvjIU Einige Kriterien, die sich auf die bereits dargestellten Komponenten der Passivhaus-Planung beziehen und den Energiebedarf des Gebäudes wesentlich beeinflussen können, werden in folgender Auflistung vorgestellt: Planungskriterium Wichtige Stichworte Grundstücks- und Gebäudeausrichtung Südlage und südseitige Ausrichtung; Vermeiden von Verschattung Erreichen eines möglichst günstigen A/V-Verhältnisses; günstige Gebäudegeometrie, angemessene Gebäudetiefe Solare Gewinne, Überhitzung Raumtiefe, natürliche Belichtung, Schallschutz Natürlich / konstruktiv Wärmebrückenfreiheit Einfache Anschlusslösungen, wenige Bauteilübergänge, Detailplanung Kompaktheit Fensterausrichtung Raumaufteilung Sonnenschutz Bauteil-Konstruktion Luftdichtheit Tabelle 1: Planungskriterien für Passivhäuser (Quelle: GrAT) Diese Kriterien können und sollten als einflussnehmende Faktoren in der Planungsphase des Passivhauses möglichst intensiv genutzt werden, um a) die baulichen Maßnahmen möglichst wirtschaftlich durchführen zu können, b) den Komfort für die Nutzer des Gebäudes möglichst hoch zu gestalten, c) den Heizenergieverbrauch des Gebäudes dauerhaft niedrig zu halten. 9 3.5. Zum Üben … Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 3: Was ist denn eigentlich passiv am Passivhaus? Und warum ist das so erstrebenswert? Aufgabe 4: Nennen Sie die wichtigsten Eigenschaften eines Passivhauses. Aufgabe 5: Nennen Sie die wichtigsten Planungskriterien für ein Passivhaus. 10 4. Was versteht man unter „Integraler Planung“? Um ein möglichst gutes Ergebnis in der Ausführung eines Passivhauses zu erzielen, sollten die planenden ArchitektInnen zu Anfang der Vorentwurfsphase überprüfen, für welche Leistungen sie selbst qualifiziert sind und welche Aufgaben durch FachplanerInnen eingebracht werden müssen. Während bei einem Einfamilienhaus in den meisten Fällen nur für geringe Leistungsspektren externe Leistungen einbezogen werden, kann sich bei komplexen Bauvorhaben die Notwendigkeit für ein sehr umfangreiches Team aus interdisziplinären PlanerInnen ergeben. 4.1. Interdisziplinäres Planungsteam Die Einbindung der Fachleute muss zu Beginn des Planungsprozesses in Abstimmung mit dem Bauherrn/der Bauherrin erfolgen. Ein gezielt ausgewähltes Planungsteam, das alle beteiligten FachplanerInnen und IngenieurInnen umfasst, bringt viele Vorteile. Bei dieser Art von Planung spricht man von einer integralen Planung, quasi einem „runden Tisch“, an dem alle Planungsschritte mit allen ExpertInnen besprochen und entschieden werden können. Bei der Auswahl sollte einerseits bedacht werden, dass alle Kompetenzen verfügbar sind, auf der anderen Seite aber die Anzahl der Beteiligten möglichst niedrig gehalten wird. Vor allem muss sich das gesamte Team auf die gemeinsame Zielstellung einlassen und sollte bereits Erfahrungen im Bau von Passivhäusern besitzen. 4.2. Qualitätskontrollplan Ein integrales Planungsteam benötigt vor allem eine klare Struktur für die Zusammenarbeit und Arbeitsteilung. Dafür sind „Fahrpläne“ mit genau definierten Zwischenschritten sinnvoll, die einerseits die Pflichtleistungen festlegen (baubehördliche Vorgaben, NutzerInnenwünsche, Einschränkungen durch das Budget etc.) und die andererseits auch die speziellen Ziele des Konzepts (Heizungs- und Lüftungskonzept, Energiebereitstellung, Fensterlösungen etc.) berücksichtigen. Mithilfe sogenannter Qualitätskontrollpläne können diese einzelnen Anforderungen und Ziele für das Team übersichtlich dargestellt und überprüft werden. 11 Nummer Wichtige Stichworte Verantwortlich 1. Maximaler jährlicher Energieverbrauch Gesamtes Team 1.1 Heizwärmebedarf < 15 kWh/m²a Gesamtes Team 1.1 a) Kompakte Gebäudeform, keine zu großen Fensterflächen (v.a. an Nordseite) ArchitektIn 1.1 b) Einteilung in thermische Zonen (bzgl. Auslegung des Heizsystems) ArchitektIn / InstallateurIn 1.1 c) Gut isolierte und luftdichte Gebäudehülle, U-Werte < 0,15 W/m²K, minimierte Wärmebrücken, Luftdichtheit n50 < 0,6 1/h ArchitektIn / BauphysikerIn 1.4 Gebäuderegelung Gesamtes Team 1.4.1 Rahmenbedingungen: 12h belegt / 5 Tage die Woche / 52 Wochen im Jahr GebäudetechnikProjektantIn 1.4.2 Regelkonzept GebäudetechnikProjektantIn 1.5 Klimatisierung nicht erforderlich Gesamtes Team 1.5 a) Effiziente temporäre Verschattung, g-Wert < 0,2 ArchitektIn Tabelle 2: Beispiel für einen Qualitätskontrollplan (Quelle: klima-aktiv IED Leitfaden) Mit einem Planungsteam, das aus einer gezielten Auswahl von ExpertInnen verschiedener Fachrichtungen besteht, können sämtliche einflussnehmenden Planungskriterien effektiv analysiert und optimal umgesetzt werden. 4.3. Zum Üben … Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 6: Was versteht man unter „integraler Planung“, und wie kann eine Qualitätssicherung gewährleistet werden? 12 5. Wie beeinflussen das Grundstück, dessen Lage und die Gebäudeausrichtung den Gebäudeenergiebedarf? Jedes Gebäude steht auf einem Grundstück, welches möglicherweise eine Neigung aufweist und Vorgaben für die Ausrichtung des Baukörpers aufweist. In Alpentälern ist sehr deutlich erkennbar, dass auf Südhängen wesentlich mehr gebaut wurde als auf Nordhängen. Grund für das häufigere Bauen am Südhang ist, dass der Sonnenverlauf von Ost über Süd nach West geht und die Südseite eines Gebäudes länger von der Sonne angestrahlt wird. 5.1. Lage auf dem Grundstück und Ausrichtung In unserer Klimazone, dem gemäßigten Klima, ist die Herausforderung für PlanerInnen, das Gebäude so auszurichten, dass es möglichst viel an Sonnenenergie einfängt und speichert, um mit dieser passiven Solarnutzung einen bedeutenden Teil der Heizwärme bereitzustellen und ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten. In wärmeren Klimazonen müssen aufgrund der klimatischen Bedingungen andere Planungskriterien berücksichtigt werden. Was sollte also in jedem Fall bezüglich der Gebäudelage und -ausrichtung beachtet werden? Besondere Lage des Grundstücks auf Hügelkuppe, in Talsohle mit den daraus resultierenden topografischen Anforderungen Verlauf des Sonnenstands in Sommer und Winter auf dem Grundstück und Ausrichtung des Gebäudes wenn möglich in südlicher Richtung Einschränkungen durch bereits gegebene Verschattungen durch Bäume, Gebäude, topographische Gegebenheiten etc. mittels eines optimierten Entwurfs minimieren Berücksichtigt man diese Punkte in Bezug auf die Gebäudeausrichtung und -platzierung auf dem Grundstück, können bereits wichtige Einsparungspotenziale genutzt werden, die der Energiebilanz kostenlos zugutekommen. 5.2. Städtebauliche Anforderungen Im Allgemeinen sind es besonders die städtebaulichen Festsetzungen, die für die Ausrichtung und Positionierung sowie für die Gebäudeform Grenzen beinhalten. Die Festsetzungen der Bebauungspläne wie Baugrenzen und Baufelder, Ausrichtung des Baukörpers und Festlegungen zur Gebäudeform können starke Einschränkungen für einen energetisch sinnvollen Entwurf beinhalten. Grundsätzlich müssen beim Entwurf diese städtebaulichen Anforderungen sinnvoll einbezogen und mit der Planung das Stadtbild bzw. im ländlichen Bereich das Landschaftsbild positiv gestaltet werden. Dennoch gibt es nicht selten Einschränkungen im Bebauungsplan, bei denen es sich lohnt, sie zu hinterfragen und mit den zuständigen Amtsstellen Optimierungen herbeizuführen. Wenn dies auf konstruktive Weise geschieht, ist oft eine große Offenheit zur Änderung der Festsetzungen gegeben und es werden gemeinsam gestalterisch und energetisch sinnvolle Lösungen gefunden. 13 5.3. Windbelastung Windige Standorte haben in der kalten Jahreszeit eine negative Auswirkung auf die erforderliche Heizenergie, da das Gebäude durch die vorbeiströmende kalte Luft schneller auskühlt als an einem windgeschützten Standort. Der Unterschied ist für Standardgebäude beträchtlich, aber auch für Passivhäuser kann ein Mehrverbrauch von 2–3 kWh/m²a gegeben sein. In windreichen Gegenden kann durch einen (natürlichen oder gebauten) Windschutz die Luftströmung deutlich verringert und damit Heizenergie eingespart werden. Allerdings muss dabei berücksichtigt werden, dass solch ein baulicher Aufwand möglicherweise deutlich höher ist als eine einfache bauliche Lösung durch eine verbesserte Luftdichtheit des Gebäudes. Eine einigermaßen dichte Bepflanzung auf der windzugewandten Seite weist einen ähnlichen Effekt auf wie die Verbesserung des n50-Wertes von 0,6 auf 0,4 1/h. Abbildung 3: Windbarriere durch natürlichen Baum- und Strauchbestand (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) 5.4. Zum Üben … Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 7: In welcher Weise beeinflussen der Standort und die Gebäudeausrichtung den Energiebedarf eines Gebäudes? Aufgabe 8: Analysieren Sie die Lage und Ausrichtung eines ausgewählten Gebäudes (z. B. Ihres Wohnhauses) und zeichnen Sie den Sonnenverlauf auf. Diskutieren Sie die IstSituation und zeigen Sie Verbesserungsvorschläge auf. 14 6. Welche Form ist besonders günstig für ein Passivhaus? Neben der optimalen südseitigen Ausrichtung des Gebäudes muss auch die Gebäudeform berücksichtigt werden. Je weniger Oberfläche von der Sonne beschienen wird, desto schlechter ist der solare Ertrag des Gebäudes, also die Heizenergiemenge, die man durch Sonneneinstrahlung gewinnt. Neben der optimalen südseitigen Ausrichtung des Gebäudes hat auch die Gebäudeform Auswirkungen auf den Energiebedarf. 6.1. A/V-Verhältnis Das Flächen-Volumen-Verhältnis (abgekürzt A/V-Verhältnis) hat einen wichtigen Einfluss auf den Energiebedarf eines Gebäudes. Das A/V-Verhältnis gibt an, wie viel Fläche A (Wand-, Decken-, Dach- und Fensterfläche) im Verhältnis zum Gebäudevolumen V und mithin zur dabei erzielten Wohnfläche erreicht wird. Je größer im Verhältnis die Oberfläche ausfällt, also je höher der Wert für A/V ist, umso höher ist der Heizenergiebedarf pro m² Wohn-/ Nutzfläche bei gleichen Effizienzmaßnahmen. 6.2. Kompaktheit Beim A/V-Verhältnis spricht man auch von der „Kompaktheit“ eines Gebäudes. Baukörper mit einfacher geometrischer Form, z. B. Quader oder Würfel, haben weniger Fläche im Vergleich zum Volumen und weisen daher ein günstigeres A/V-Verhältnis auf als solche mit vielen Vorsprüngen, Erkern und Gaupen. Die Kugelform ermöglicht ein optimales A/VVerhältnis. Das ist der Grund dafür, dass diese Form z. B. bei den halbkugelförmigen Iglus der Inuit genutzt wird. Allerdings macht es wenig Sinn, diese gebäudegeometrische Idealform mit unseren Techniken zu bauen, da der konstruktive Aufwand deutlich erhöht ist. Einfacher und kostengünstiger sind andere Maßnahmen wie z. B. eine geringfügige Verbesserung der Dämmdicke. Größere Gebäude weisen ebenfalls eines geringeres und mithin günstigeres A/V-Verhältnis auf als kleinere Gebäude. Für Einfamilienhäuser liegen typische A/V-Werte zwischen 0,8 und 1,0, große Bauten erreichen niedrige Werte von bis zu 0,2. Für Passivhäuser sollten die Werte für Einfamilienhäuser unter 0,8 liegen. Ein höheres A/V-Verhältnis muss durch unnötig hohe Dämmdicken ausgeglichen werden, um den geforderten Heizenergiekennwert von 15 kWh/m²a zu erreichen. Die folgenden Skizzen zeigen unterschiedliche (Gebäude-)Formen und die jeweilige „Kompaktheit“ in Bezug auf das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (A/V-Verhältnis). 15 Abbildung 4: links: Kugelform (< 0,3); Mitte: Würfel (ca. 0,5), rechts: großer Oberflächenanteil (> 0,8) (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) Faustregel: 10 % mehr Gebäudeumfang erfordern 2 cm mehr Dämmung, 20 % mehr Gebäudeumfang erfordern 4 cm mehr Dämmung. Abbildung 5: S-HOUSE Böheimkirchen (Quelle: GrAT) Das S-HOUSE in Niederösterreich liegt auf einem Grundstück mit leicht nach Süden und nach Osten abfallendem Gelände. Das Gebäude ist mit der Längsseite nach Süden ausgerichtet. Im Querschnitt ist es annähernd quadratisch. Der Bruttorauminhalt (umbauter Raum) beträgt ca. 1.200 m³. Durch die einfache Formgebung sowie das große umbaute Volumen erreicht das S-HOUSE einen für den Passivhaus-Standard geeigneten A/V-Wert von 0,6. 6.3. Auswirkung der Form auf die solaren Gewinne Neben der Optimierung des A/V-Verhältnisses gilt es beim Entwurf eine Lösung zu finden, die zu einer günstigen solaren Nutzung führt. So kann ein Baukörper mit eher geringer 16 Gebäudetiefe durchaus einen Vorteil hinsichtlich des Gesamtkonzepts bieten, wenn alle relevanten Aufenthaltsräume direkt nach Süden ausgerichtet werden. Ein Vergleich mit einem Gebäude gleicher Kubatur und günstigerem A/V-Verhältnis hängt dann davon ab, wie die Fenster orientiert werden können. Das gilt sowohl für den Wohnungsbau als auch für Gewerbebauten wie z. B. bei Bürogebäuden. Besonders dort stellt die Beleuchtung eine weitere wichtige Kenngröße dar, die einen starken Einfluss auf die Primärenergiebilanz haben kann. 6.4. Wie sollten die Räume in einem Passivhaus angeordnet sein? Durch die Anordnung der Räume können energetische Optimierungen erzielt werden. Diese Aspekte müssen neben allen anderen Entwurfsanforderungen integral in den Planungsprozess einbezogen werden. Folgende Punkte können dabei von Bedeutung sein: Ausrichtung: Aufenthaltsräume sollten möglichst auf der Südseite positioniert werden, um direkte passive Solargewinne nutzen zu können. Zonierung: Da die Temperatur innerhalb der thermischen Hülle sehr ausgewogen ist, können in Passivhäusern keine großen Temperaturunterschiede erzielt werden. Wird die Restheizwärme jedoch gezielt in einen Raum geführt, z. B. am frühen Abend in das Wohnzimmer, stellt sich für einige Stunden eine erhöhte Temperatur ein, die sich während der folgenden Nacht zum Teil auf das Gesamtgebäude überträgt. Auf diesem Weg kann in abgetrennten Schlafzimmern auch in Passivhäusern eine Temperatur von 18 bis 19 °C gehalten werden, während im Wohnbereich 20 bis 21 °C herrschen. Belichtung: Durch die gezielte Anordnung von Räumen zur gewünschten Himmelsrichtung können tageszeitliche Nutzungen mit Sonnenlicht begünstigt werden. Wichtig dafür ist eine sinnvolle Ausbildung der Fenster mit möglichst hohem Einstrahlwinkel, d. h. die Fenster sollten möglichst bis unter die Decke reichen. Belüftung: Eine sinnvolle Zuordnung von Zulufträumen, Überströmbereichen und Ablufträumen führt zu einer sinnvollen Lüftungsauslegung mit möglichst geringen Luftvolumina. Belichtung von innenliegenden Räumen: Verglaste Trennwände oder Fenster zu innenliegenden Räumen mit geringem Lichtbedarf, wie z. B. Nebenräumen oder Fluren, ermöglichen direkte Beleuchtung von Bereichen, die sonst ausschließlich mit Kunstlicht beleuchtet werden können. 17 Abbildung 6: S-HOUSE – Innenverglasung (Quelle: GrAT) Verglaste Innenwände in der Nord-Süd-Achse eines Gebäudes lassen das natürliche Tageslicht weit ins Gebäudeinnere herein. Das Foto zeigt das Obergeschoß des S-HOUSE in Böheimkirchen, wo dieses Prinzip umgesetzt wurde. 6.5. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 9: Welche Gebäudeformen sind für ein Passivhaus besonders geeignet? Kann durch die Gebäudeform die Dämmstärke beeinflusst werden, und wenn ja, wie? Aufgabe 10: Berechnen Sie das A/V-Verhältnis verschiedener einfacher Gebäudeformen und vergleichen Sie es mit den angeführten Werten eines Quaders, eines Würfels und einer Kugel. Aufgabe 11: Berechnen Sie den Umfang verschiedener Grundrisse und geben Sie an, wie viel cm mehr an Dämmung zur Erreichung derselben Heizenergiekennzahl im Vergleich zu einem quadratischen oder rechteckigen Grundriss erforderlich sind. Aufgabe 12: Zählen Sie die wichtigsten Aspekte auf, die bei der Planung der Raumaufteilung in einem Passivhaus beachtet werden müssen. 18 7. Gebäudehülle Die Qualitätsanforderung erfordert für Passivhäuser einen U-Wert für opake (nichtlichtdurchlässige) Bauteile von U ≤ 0,15 W/m²K. Die gute Wärmedämmung ist Grundvoraussetzung für wirtschaftliche energieeffiziente Gebäude. Eine Prämisse für die Planung dieser Bauteile liegt darin, die erhöhte Dämmdicke möglichst ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand zu implementieren. Die erhöhte Dämmung allein ist in nahezu allen Fällen hoch wirtschaftlich, selbst bei recht hohen Dämmdicken. Die Kosten für eine eingesparte Kilowattstunde durch erhöhte Dämmstandards liegen somit bis weit hinein in den Passivhaus-Standard bei 0,01 bis 0,05 €/kWh und damit deutlich unterhalb der aktuellen und vor allem zukünftigen Energiegestehungskosten – egal ob auf fossiler oder erneuerbarer Basis bereitgestellt. Darüber hinaus ist der gute Wärmeschutz Grundvoraussetzung für eine hohe Behaglichkeit. 7.1. Wand Die Wahl des Wandsystems hat hohe Auswirkungen auf die energetische Qualität und die Kosten eines Gebäudes. Zudem steht eine hohe Auswahl an Ausführungsvarianten zur Verfügung. Außenwandkonstruktionen in Passivhaus-Qualität lassen sich in nahezu allen Konstruktionsformen erstellen: Außenwände aus Holzkonstruktionen o Holzständer- und Holzrahmenbau o Holzmassivbau mit außenliegender Dämmung Außenwände aus Massivbaustoffen o Außenwandkonstruktionen mit Wärmedämmverbundsystem o Außenwandkonstruktionen mit Vorhangfassade o Einschalige Außenwandkonstruktionen o Zweischalige Außenwandkonstruktionen Eine detaillierte Beschreibung zur Ausführung dieser Konstruktionen befindet sich im Lernfeld „Dämm- und Fassadensysteme“ auf www.e-genius.at. 7.2. Dach Im Dachbereich ist es im Allgemeinen besonders einfach, einen hervorragenden Wärmeschutz zu realisieren. Bei Holzkonstruktionen sollten die Sparren- bzw. Trägerhöhen mit einem schlanken und hohen Profil gewählt werden, sodass ein hoher Querschnitt für die Dämmung mit 30 bis über 40 cm Höhe gegeben ist. Das erzeugt etwas höhere Kosten bei diesen Profilen, kann in den meisten Fällen jedoch dadurch kompensiert werden, dass durch die hohe statische Wirksamkeit dieser Tragbalken an Zwischenauflagern gespart werden kann. Das führt oft zu Vereinfachungen, weil insbesondere Anschlussdetails von Pfetten etc. eher aufwendig auszuführen sind. 19 Bei Flachdächern gilt sinngemäß das Gleiche: Der erhöhte Dämmaufbau schlägt nur mit eher geringen Mehrinvestitionen zu Buche, sodass insbesondere im Dachbereich sehr wirtschaftliche Lösungen mit hervorragenden U-Werten realisierbar sind. 7.3. Bodenplatte und Kellerdecke Die Dämmung der Bodenplatte bzw. Kellerdecke kann verhältnismäßig aufwendig sein, sodass bereits in der Vorentwurfsplanung eine möglichst einfache Lösung für die Ausführung der thermischen Gebäudehülle nach unten gesucht werden sollte. Dabei ist zu bedenken, dass der Wärmeverlust nach unten mit einem Beiwert von 0,6 bis hinunter zu Werten um 0,2 bei sehr großflächigen Gebäuden gegeben ist. Entsprechend kann die Wärmedämmung konfiguriert werden. Konstruktiv am einfachsten auszuführen ist eine hochwärmegedämmte Bodenplatte. Idealtypisch ist eine tragende Bodenplatte, die vollflächig auf der gesamten Dämmlage liegt, die am Rand mit vollem Dämmquerschnitt in die Wanddämmung übergeht. Da diese Dämmung aufgrund der Feuchtebelastung als Perimeterdämmung ausgeführt und sie zudem für erhöhte Druckbelastungen geeignet sein muss, ist sie im Allgemeinen eher teurer. Deshalb kann als Alternative eine Splittung der Dämmung unterhalb und oberhalb der Bodenplatte als Dämmlage unter dem Estrich ausgeführt werden. Bei der letztgenannten Lösung sind allerdings die Wärmebrücken der aufgehenden Kellerwände bei der Planung zu beachten. Kellerdecken können sowohl unterhalb der Kellerdecke als auch oberhalb gedämmt werden. Beim Neubau ist die Dämmlage auf der Kellerdecke unter dem Estrich in den meisten Fällen die kostengünstigere Lösung. Wie bei der Bodenplattenlösung sind dabei die aufgehenden Wände hinsichtlich ihrer Wärmebrückenwirkung besonders genau zu beachten. 7.4. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 13: Welche Dämmstärken können beim Dach eines Passivhauses angestrebt werden? Aufgabe 14: Was ist zu beachten, wenn eine Bodenplatte oder eine Kellerdecke von oben gedämmt wird? 20 8. Fenster im Passivhaus – wie dimensioniere ich richtig? Fenster lassen Licht und Sonnenwärme ins Haus. Beim Passivhaus mit seiner hohen Effizienz liegt der wesentliche Effekt in der „passiven“ Nutzung der solaren Gewinne. Dieser Vorgang der Energiegewinnung funktioniert nach dem Glashausprinzip. Der jährliche Wärmeeintrag liegt bei 10 bis zu 20 kWh/m²a, bezogen auf die beheizte Fläche des Gebäudes. Das heißt, die solaren Gewinne liegen bei gut geplanten und ausgerichteten Gebäuden höher als die erforderliche Restheizwärme von 15 kWh/m²a. Von Vorteil ist ein möglichst hoher Energiedurchlassgrad. Dies gilt vor allem für die Südfenster, bei denen ein Wert von g ≥ 0,5 bis 0,6 anzustreben ist. Grundsätzlich stellen die Fenster – auch im Passivhaus – das thermisch schwächste Bauteil dar. Deshalb ist es wichtig, bei der Planung sehr genau zu analysieren, welche Fenstergröße und -positionierung am optimalsten wirkt. Das lässt sich mit dem Passivhaus Projektierungs Paket hervorragend berechnen. Nahezu alle Hersteller bieten Fenster mit PassivhausQualität an, ein großer Anteil dieser Fenster ist vom Passivhaus Institut zertifiziert. Folgende Aspekte sind bei den Fenstern zu beachten: Verglasung mit Ug ≤ 0,7 W/m²K Wärmebrückenminimierter Randverbund der Verglasung mit einem thermisch optimierten Abstandshalter aus Kunststoff oder Edelstahl (mit einer sehr geringen Wandstärke unter 0,2 mm) und einem daraus resultierenden Verlustkoeffizienten Ψg im Bereich von ≤ 0,035 W/mK Rahmenausführung mit einem möglichst niedrigen Fensterrandverbundkoeffizienten ΨF Hoher Glaseinstand des Randverbundes in den Rahmen Wärmebrückenreduzierung beim Einbau durch hohe Rahmenüberdeckung mit Dämmung Der resultierende UW-Wert soll unter 0,8 W/m²K liegen, im eingebauten Zustand unter 0,85 W/m²K. Fensterrahmen und Verglasungen werden sich in den nächsten Jahren weiter verbessern. Es gibt Dreischeibenverglasungen mit jeweils 2 mm dünnen Gläsern und einer Gesamtdicke von 18 mm. Vakuumverglasungen sind noch teuer, werden aber in absehbarer Zeit auf den Markt kommen. Passivhausfenster mit sehr schlanken Profilansichten führen zu einer vergrößerten Glasfläche mit daraus resultierenden erhöhten Solarerträgen in Verbindung mit verbesserten Uw-Werten zwischen 0,5 und 0,6 W/m²K. 21 Faustregel: Die Fensterqualität und der Fensteranteil haben einen wesentlichen Einfluss auf die energetische Qualität: Passivhausfenster auf der Südseite mit hochwertiger 3-fachWärmeschutzverglasung führen bei zunehmender Verglasungsfläche zu einem sinkenden Heizwärmebedarf. Ideal sind Fensterflächenanteile auf der Südseite zwischen 20 und 60 Prozent der Fassadenfläche. Wird die Fläche zu hoch, ergeben sich hohe Belastungen für den sommerlichen Wärmeschutz. Zudem sind Fensterflächenanteile kostenintensiver als die Ausführung einer opaken Fassade, sodass Gebäude mit hohen Fensterflächen eher kostenintensiver sind. Abbildung 7: Vergleich 3-fach Wärmeschutzverglasung mit 2-fach Isolierverglasung (Quelle: GrAT nach Inhalten des Passivhaus Instituts Darmstadt) 22 Abbildung 8: Glasfassade des S-HOUSE (Quelle: GrAT) Die Südseite des S-HOUSE wurde als großflächige Glasfassade ausgeführt. 8.1. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 15: Beschreiben Sie die unterschiedlichen Auswirkungen auf den Heizwärmebedarf, die eine südseitige Verglasung eines Passivhauses mit 3-fach-Wärmeschutzgläsern und a) 15 % Fensteranteil oder b) 100 % Fensteranteil hat. Aufgabe 16: Wie würden Sie argumentieren, wenn ein/-e AuftraggeberIn wünscht, das Gebäude auf der Süd-, Ost- und Westseite vollständig zu verglasen? 23 9. Sommerlicher Wärmeschutz und Verschattungssysteme Die Sonne liefert in unseren Breiten bis zu 1.000 W pro m2. Im Winter benötigt das Passivhaus eine Heizwärmeleistung von < 10 W/m2. Die Einstrahlungsleistung ist also bei entsprechenden Fensterdimensionierungen beträchtlich größer als die benötigte Heizleistung. Grundsätzlich verhalten sich Passivhäuser hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes günstiger als schlecht gedämmte Gebäude. Eine thermisch ungünstige Gebäudehülle ist nicht nur ungünstig für den Winter, sondern lässt auch im Sommer einen Teil der Wärme ins Haus. Besonders gut zu beobachten ist dies bei schlecht gedämmten Dachgeschoßen, z. B. in Einfamilienhäusern. 9.1. Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes Die Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Entwurfskonzept mit angemessenen Fenstergrößen; vor allem auf der Ost- und Westseite sollten die Fensterflächen eher gering dimensioniert werden, weil die flach stehende Sonne im Sommer die Räume auf diesen Seiten ansonsten sehr stark aufheizt. Hohe Masse des Gebäudes: Wirksam sind die Materialien der obersten 5 bis 10 cm der begrenzenden Raumflächen. Nachtlüftung: Senken der Raumlufttemperatur durch Nachtlüftung im Bereich eines drei- bis über fünffachen Luftwechsels. Verschattung gegenüber einstrahlender Sonne 9.2. Natürlicher Sonnenschutz Während im Winter die Wärmeenergie der Sonne einen wichtigen Beitrag zur Abdeckung der Heizlast liefert, ist ein besonders wichtiger Aspekt des sommerlichen Wärmeschutzes die sinnvoll angebrachte Verschattung, um die Räume vor hohen Raumtemperaturen zu schützen. Die planerische Aufgabe besteht daher darin, die Beschattung so zu gestalten, dass im Winterhalbjahr die Sonnenstrahlen so weit und so lange wie möglich durch die Glasflächen in das Gebäude gelangen und im Sommerhalbjahr daran gehindert werden. Bei der Auswahl eines geeigneten Sonnenschutzes kann man die Natur bedingt einbinden. Ein Laubbaum bietet in der warmen Jahreszeit durch seine Blätter Schatten. Im Herbst verliert er sie und lässt einen Teil der Solarstrahlung durchscheinen. Dieser Effekt kann bei bestehendem Baumbestand bzw. hinsichtlich einer langfristigen Betrachtung einbezogen werden. Es ist allerdings zu bedenken, dass diese Art der Verschattung nur begrenzte Einflussmöglichkeiten für die Nutzer beinhaltet. Zudem können Gebäude, die von einem starken Baumbewuchs umgeben sind, durch eine starke Verschattung im Sommer dazu neigen, so kühl zu bleiben, dass sie aufgrund der niedrigen Raumtemperatur eine erhöhte Feuchtigkeit aufweisen. 24 Abbildung 9: links: sommerliche Verschattung durch Laubbaum; rechts: Nutzung der tiefstehenden Wintersonne für Innenraumerwärmung durch fehlendes Laub (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) Abbildung 10: S-HOUSE – natürliche Verschattung (Quelle: GrAT) Die Bebauung im Südbereich um das S-HOUSE erfolgte unter Bedachtnahme und Schutz der am Grundstück stehenden Bäume. Dadurch kann die natürliche Beschattung durch die Laubbäume genutzt werden. 9.3. Kontruktiver Sonnenschutz Konstruktive Verschattungen erfüllen mehrere Anforderungen: a) Sie verhindern die Überhitzung des Innenraums durch direkte Sonneneinstrahlung. b) Die Verschattung kann nach Tages- und Nutzungsrhythmus geregelt werden. c) Sie kann eine indirekte Belichtung zur Aufhellung des Innenraums durch lichtlenkende Elemente vor allem im oberen Bereich des Lamellensystems ermöglichen. 25 Außenliegende Verschattungen wirken wesentlich effektiver als innen angebrachte Varianten. Das liegt vor allem daran, dass Sonnenstrahlen bei innen angebrachter Verschattung durch das Fensterglas treten können und danach zur Aufheizung des Innenraums beitragen, egal ob dort (innenseitig) noch zusätzlich eine Verschattung vorhanden ist. Regelbare Verschattungssysteme sind fest installierten Lösungen grundsätzlich vorzuziehen. Man unterscheidet insgesamt folgende Varianten der konstruktiven Verschattung: 1. Fixe Verschattung: Dachvorsprung Lamellen direkt vor Fenstern (vertikal/horizontal) Großflächige Vorhangfassade (Holz-/Metallgitter) 2. Bewegliche Verschattung: Jalousien (außen/innen) Jalousien zwischen den Fensterscheiben Markisen Steuerbare Fenstergläser Abbildung 11: Beispiele für außenseitige konstruktive Verschattungen (Quelle: PHS 4.2 Folie 14) 9.4. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 17: Erklären Sie, warum ein guter Sonnenschutz bei jedem Gebäude wichtig ist. Aufgabe 18: Beschreiben Sie die Problematik bei fehlendem konstruktiven Sonnenschutz. Aufgabe 19: Kann man durch natürliche Sonnenschutzmaßnahmen ganz auf konstruktiven Sonnenschutz verzichten? Wo liegen die Grenzen natürlicher Maßnahmen? 26 10. Was ist eine Wärmebrücke? Diejenigen Bereiche der Gebäudehülle sind als Wärmebrücken zu betrachten, an denen gegenüber der sonstigen Fläche erhöhte Transmissionswärmeverluste auftreten. Bei mäßiger Detailausbildung liegt ihr Verlustanteil bei 10 bis 20 % – in ungünstigen Fällen bei über 30 %. Die Folgen von Wärmebrücken sind vor allem ein erhöhter Bedarf an Heizenergie aufgrund der punktuellen Auskühlung, eine verringerte Oberflächentemperatur der Wandinnenseite, Kondensation (Tauwasserbildung) in diesem Bereich und infolgedessen Schimmelbildung. 10.1. Erfassung der Wärmebrücken bei der energetischen Berechnung Es ist eine Voraussetzung für die Passivhaus-Planung, Wärmebrücken zu erfassen und Details in möglichst optimierter Form auszuführen. Dazu werden die Wärmebrücken in der PHPP-Berechnung exakt bilanziert und in der Bilanzierung der Transmissionsverluste einbezogen. Bei der Heizwärmebedarfsberechnung werden alle wärmeübertragenden Flächen der Gebäudehülle mit Außenmaßbezug berechnet. Wird ein Detailanschluss im Vergleich dazu hinsichtlich des Wärmeverlustes betrachtet, ergibt sich als Differenzwert der Wärmebrückenverlustkoeffizient (Ψ) längenbezogen in W/mK. Wird die Dämmung in voller Dicke um eine Außenecke herumgeführt, ergibt sich aus dem geometrischen Vorteil ein negativer Wert für Ψ. Optimierte Detaillösungen können deshalb für ein Gebäude zu einem Bonus hinsichtlich der Wärmebrückensituation gegenüber dem aus den Flächen berechneten Heizwärmebedarf führen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass aus bauphysikalischer Sicht die Auswirkungen ungünstiger Anschlussdetails bei schlecht gedämmten Gebäuden am gravierendsten sind, während bei gut gedämmten Gebäuden die Folgen eher gering sind. Das liegt daran, dass bei hohen Dämmdicken die Oberflächentemperatur auf der Innenseite der Bauteile höher liegt. Dadurch entsteht zur Wärmebrücke hin ein Wärmestrom, der an der ungünstigsten Stelle ebenfalls zu einer höheren – also günstigeren – Temperatur führt als bei einer vergleichbaren Konstruktion mit geringerer Dämmung. Darin liegt auch die Begründung, dass bei Passivhäusern kein Schimmel aufgrund dieses Effektes auftritt. 27 Abbildung 12: links: Vordach in massiver Ausführung mit vollflächiger Wärmebrücke; rechts: wärmebrückenfreie Ausführung des Vordaches in leichter Stahlbauweise (Quelle: Manfred Büssem, demozentrum-bau.de, Folien S. 25, 26) 10.2. Wärmebrückenarten Man unterscheidet grundsätzlich zwischen mehreren Arten der Wärmebrücke: 1. Die sogenannte geometrische Wärmebrücke ergibt sich durch ein ungleichmäßiges Verhältnis von Innen- zu Außenwandfläche (z. B. an der Hausaußenecke) in einem ansonsten homogen ausgeführten Bauteil. 2. Die stoffbedingte Wärmebrücke entsteht bei der konstruktiven Anwendung unterschiedlicher Materialien innerhalb einer Konstruktion. Ein einfaches Beispiel ist der Einbau eines Brandriegels innerhalb eines Wärmedämmverbundsystems mit abweichender Wärmeleitfähigkeit. 3. Konstruktive Wärmebrücken ergeben sich z. B. durch statische Anforderungen an ein Bauteil, z. B. eine Stahlbetonstütze in einem einschaligen dämmenden Mauerwerk. Darüber hinaus ist zu beachten, dass Wärmebrücken im Wesentlichen längenbezogen an Kanten, Anschlüssen und Übergängen auftreten. Ebenso können jedoch punktförmige Schwachstellen, z. B. an Befestigungspunkten von Vordächern, Balkonen etc., gegeben sein. 10.3. Planungs- und Baupraxis Bereits in der Vorentwurfsphase sollten Planungslösungen angestrebt werden, die einfache Anschlüsse und Wärmebrückendetails ermöglichen. Das gilt besonders für die erdberührten Detailausbildungen. In der Entwurfs- und Werkplanung müssen die Wärmebrückeneffekte berechnet und Details gezeichnet werden, die möglichst geringe Wärmeverluste mit sich bringen und in der Praxis einfach durchführbar sind. Bei der Bauausführung muss von Anfang an eine Abstimmung zwischen Planenden und Ausführenden erfolgen, um die geplanten Details stimmig in die gebaute Form zu bringen. 28 Dabei können Qualitätssicherungsmaßnahmen wie Infrarotthermografie hilfreich sein, um den Erfolg der Maßnahme zu bestätigen bzw. Fehlstellen aufzudecken und nachzuarbeiten. Abbildung 13: Thermografie eines Passivhauses (Quelle: Schulze Darup) Abbildung 14: Fotografie des thermografierten Passivhauses (Quelle: Schulze Darup) 10.4. Planungshilfen – Wärmebrückenvermeidung Zusammengefasst können folgende Regeln in der Planungsphase zur Verringerung des Wärmebrückeneffekts dienen: Vermeidungsregel: Wo möglich, die dämmende Hülle nicht durchbrechen. Durchstoßungsregel: Wenn die Durchstoßung der Dämmschicht unvermeidbar ist, so sollte der Wärmedurchgangswiderstand in der Dämmebene möglichst hoch sein. Also z. B. Verwendung von dämmenden hochfesten Materialien, z. B. aus verfestigten Dämmschäumen. Alternativ kann der Querschnitt so klein wie möglich gehalten werden und in einem hochfesten, gering leitenden Material ausgeführt werden, z. B. Edelstahlbefestigungen statt Aluminium. Anschlussregel: Dämmlagen an Bauteilanschlüssen lückenlos ineinander überführen – Anschluss in der vollen Fläche. 29 Punktuelle Wärmebrücken sind in der Regel weniger relevant als lineare Wärmebrücken. Daher: Lineare Durchdringungen auf statisch notwendige punktuelle Durchdringungen reduzieren. Software zur Berechnung von Wärmebrücken WaeBru – Berechnung von Temperaturverteilungen und Wärmeströmen in Bauteilen und Baukonstruktionen HEAT2 / HEAT3 / HEAT2R – Software zur Berechnung zwei- oder dreidimensionaler Wärmebrücken MatLab/SIMULINK – Simulationssoftware zur dynamischen Berechnung der Gebäudeperformance TRNSYS – instationäre Simulation von Anlagen und Gebäuden 10.5. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 20: Beschreiben Sie die besondere Problematik von Wärmebrücken in PassivhausKonstruktionen Aufgabe 21: Erklären Sie, welche Arten von Wärmebrücken es gibt und wodurch sie sich unterscheiden. Aufgabe 22: Recherchieren und zeichnen Sie einen passivhaustauglichen Balkon-Anschluss für ein massiv errichtetes Passivhaus (freie Wahl, ob Holz- oder Stahlkonstruktion). 30 11. Wie plane ich die „luftdichte Ebene“? Die wärmeübertragende Umfassungsfläche eines Gebäudes muss dauerhaft luftundurchlässig abgedichtet werden. Die Mindestanforderung an die Luftdichtheit von Passivhäusern beträgt n50 ≤ 0,6 1/h. Das bedeutet, bei einer Druckdifferenz von 50 Pascal dürfen pro Stunde nur 60 Prozent der Luft eines Gebäudes ausgetauscht werden. 11.1. Vorteile hoher Luftdichtheit Eine luft- und winddichte Ausführung bewirkt für die NutzerInnen zahlreiche Vorteile: Vermeidung von baukonstruktiven Schäden: Werden undichte Bauteile von innen nach außen mit Luft durchströmt, kondensiert der Wasserdampf aufgrund der Abkühlung in der Konstruktion und fällt im Bauteil in Tröpfchenform an mit der Folge von Bauschäden. Funktion der Wärmedämmung: Bei Durchströmung der Dämmschicht wird die Wärmedämmfähigkeit der Konstruktion in der Praxis deutlich herabgesetzt. Luftschallschutz: Jede Leckage verschlechtert den Luftschallschutz. Gute Luftdichtheit ist daher Bestandteil des Schallschutzkonzepts. Optimierte Lüftung: Bei Undichtheiten erfolgt der Luftaustausch durch Winddruck oder Thermik, die sehr stark von der Wettersituation abhängig sind. Es stellen sich genau dann überhöhte Luftwechsel ein, wenn sie nicht erwünscht sind: bei starkem Wind und in sehr kalten Witterungsperioden. Während der üblichen austauscharmen Witterung weisen fast alle standardmäßigen Neubauten unabhängig von ihrer Dämmung und dem energetischen Standard nur einen Luftwechsel von etwa 0,10 1/h auf. Eine Lüftung über Undichtheiten ist also bei weitem nicht ausreichend. Für den sinnvollen Betrieb von Lüftungsanlagen muss das Gebäude luftdicht ausgeführt sein. Thermischer Komfort: Durch Undichtheiten einströmende Kaltluft führt zu Zugerscheinungen, Kaltluftseen mit der Folge von Fußkälte und zu einer unangenehmen vertikalen Temperaturschichtung in den einzelnen Räumen sowie dem gesamten Gebäude. Verringerter Heizenergieverbrauch: Aus den beschriebenen Gründen führt die Dichtheit eines Gebäudes zu einer deutlichen Energie- und Kosteneinsparung. Zum Vergleich: Die Verringerung der lüftungsbedingten Wärmeverluste, die durch die Verbesserung von 3 1/h auf 0,6 1/h erreicht wird, entspricht ca. der Dämmwirkung von 10 cm zusätzlicher Dämmschicht. 11.2. Planungsgrundsätze für Luftdichtheit Bei der Planung eines Gebäudes muss frühzeitig das Dichtheitskonzept erarbeitet werden. Stichpunktartig einige wichtige Aspekte dazu: Möglichst einfache Form der wärmeübertragenden Gebäudehülle mit wenig Materialwechseln wählen 31 Lage der wind- und luftdichten Ebene festlegen, klare Abtrennung zu unbeheizten Bereichen (z. B. Keller) Länge der Anschlüsse minimieren, möglichst homogene Flächen festlegen Einfache Konstruktionen wählen, Durchdringungen vermeiden (z. B. Zangen im Dachstuhl) Haustechnik-Durchdringungen minimieren; ggf. Installationsebene einplanen Flächen- und fugendichtende Materialien und Montagetechnik festlegen Präzise Detailplanung und Abstimmung mit den Handwerkern Faustregel: Je mehr Bauteilstöße (Stellen, an denen verschiedene Bauteile aufeinanderstoßen), desto mehr potenzielle Fehlstellen in der luftdichten Ebene! 11.3. Problembereiche Die folgende schematische Abbildung weist in einer Übersicht auf die möglichen Problemstellen für die luftdichte Ebene hin (Bauteilstöße und -durchbrüche): Abbildung 15: Schnitt eines Passivhauses mit Darstellung der Problembereiche innerhalb der luftdichten Ebene (Quelle: Schulze Darup, PHS 2.1 Folie S. 20) 32 11.4. Blower-Door-Test Ein Verfahren zum Nachweis der Dichtheit eines Gebäudes ist der Blower-Door-Test. Dazu wird ein Ventilator in der Haustür luftdicht eingebaut und eine Druckdifferenz erzeugt, die in Stufen auf 50 Pascal hochgefahren wird. Das entspricht einem Druck von 5 mm Wassersäule. Die gemessenen Werte werden aufgelistet und in ein Koordinatensystem (Volumenstrom/Druckdifferenz) abgetragen. Der Schnittpunkt bei 50 Pascal sowohl für die Unterdruck- als auch für die Überdruckmessung wird abgelesen. Gewöhnlich liegen die beiden Werte eng beieinander, sofern kein Klappenventil-Effekt einer Leckage vorliegt oder die Windeinflüsse zu hoch sind. Der Mittelwert ist der gemessene n50-Wert, der den Luftwechsel bei der Druckdifferenz von 50 Pascal angibt. Der Test muss ausgeführt werden, sobald alle luftdichtenden Bauteile eingebaut sind, jedoch bevor die darüberliegenden Verkleidungen ausgeführt werden, üblicherweise nach Fenstereinbau, Ausführung der Dampfbremse und des Innenputzes. Es ist empfehlenswert, die betroffenen Handwerker zur Messung einzuladen. Die Erfahrung zeigt, dass diese beim Feststellen von Leckagen gerne bereit sind, sofort nachzuarbeiten – die Abdichtungsmaterialien sollten sinnvollerweise auf der Baustelle sein! Die Leckagen können durch ein Anemometer geortet werden, mit dem die Luftgeschwindigkeit einströmender Luft an schadensträchtigen Stellen bei Unterdruck gemessen wird. Alternativ kann ein Rauchgenerator in Form eines kleinen Röhrchens genommen werden, mit dem Luftbewegungen sichtbar werden. Bei schwer zugänglichen Leckagen kann auch ein Nebelgenerator gewählt werden: In Verbindung mit Überdruck wird der Nebel an der Außenhülle an den Austrittsorten sichtbar. Sollen die Leckage-Stellen dauerhaft visualisiert werden, ist Infrarot-Thermografie ein aufwendigeres, aber wirkungsvolles Medium. Bei Unterdruck wird Außenluft angesaugt und thermografisch die Eintrittsstellen festgehalten. Je höher die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, desto wirkungsvoller ist diese Methode. Abbildung 16: Blower-Door-Messung: Das Gerät wurde hier in ein Fenster eingebaut, weil die Haustür eine hohe Wahrscheinlichkeit von Undichtheiten aufwies (Quelle: Schulze Darup) 33 11.5. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 23: Zählen Sie die wichtigsten konstruktiven Problembereiche auf, die in Bezug auf die gewünschte Luftdichtheit auftreten können. Aufgabe 24: Argumentieren Sie, wieso die Luftdichtheit in Bezug auf den Heizwärmebedarf im Passivhaus notwendig ist. 34 12. Lüftung Raumluftqualität hat oberste Priorität bei der Gebäudeplanung. Deshalb beinhaltet Passivhaus-Planung zugleich die Anforderungen des gesundheitsverträglichen Bauens. Ziel ist es, Schadstoffeinträge und gesundheitsbeeinträchtigende Einflüsse so gering zu halten, dass der Luftwechsel durch den Kohlendioxidgehalt bestimmt wird, der dem Atemvorgang der Nutzer entspricht. Der Pettenkofer-Wert von 0,1 Vol-% CO2 sollte nach Möglichkeit nicht überschritten werden. Daraus ergibt sich die Anforderung von 30 m³ Frischluft pro Stunde für jede Person bei normaler Betätigung. Ventilatorgestützte Lüftungsanlagen dienen einem erhöhten Komfort und sorgen für eine hygienisch einwandfreie Raumluft. Mittels Wärmerückgewinnung über einen Wärmeübertrager („Wärmetauscher“) kann zudem Energie eingespart werden. Folgende Parameter sind für eine passivhaustaugliche Lüftungsanlage Voraussetzung: Wärmebereitstellungsgrad ηWRG,eff ≥ 75 % Zulufttemperatur > 16,5 °C zur Erzielung von Behaglichkeit Stromeffizienz pel < 0,45 Wh/m³ Weitgehende Dichtheit des Lüftungsgeräts Schalldruckpegel in Wohnräumen < 25 dB(A) Für eine detaillierte Beschreibung passivhaustauglicher Lüftungssysteme siehe das Lernfeld „Kontrollierte Wohnraumlüftung“ auf www.e-genius.at. Abbildung 17: Lüftungsgerät einer Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung für einen viergruppigen Kindergarten (Arch. Olaf Reiter, Dresden) 35 13. Gebäudetechnik im Passiv- und Plus-Energie-Haus Der sehr geringe Restwärmebedarf, der im Passivhaus zum Heizen bereitgestellt werden muss, ermöglicht einen Kostensprung zur Reduzierung der Investitionskosten, wenn ein gesondertes Heizsystem überflüssig wird und das ohnehin vorhandene Zuluftsystem die erforderliche Heizwärme transportieren kann. Damit dies unter bauphysikalisch behaglichen Kriterien geschehen kann, muss die Auslegungs-Heizleistung unter 10 W/m² und die maximale Temperatur im Wärmetauscher bei 50 °C liegen. Ein deutlicher wirtschaftlicher Vorteil ist allerdings auch bei der Trennung von Lüftungs- und Heizungstechnik gegeben. Bei der Planung im Wohngebäudebereich ist zu beachten, dass der Bedarf für Warmwasserbereitung oftmals höher liegt als der Bedarf für die Raumwärme. Zahlreiche Heizsysteme ermöglichen eine weitestgehend regenerative (erneuerbare) Bereitstellung der Wärme. Die Stromnutzung im Passivhaus sollte ebenfalls auf möglichst effizientem Weg erfolgen. Wird dazu durch das Gebäude auf erneuerbarem Weg Strom generiert, z. B. durch Photovoltaik, so kann das Gebäude in der Bilanz mehr Energie erzeugen, als es verbraucht – und wird damit zum Plus-Energie-Gebäude (siehe Lernfeld „Plus-Energie-Gebäude“ auf www.e-genius.at). 36 14. Welche Instrumente zur Berechnung des PassivhausStandards gibt es? Die Anwendung der energetischen Gebäudesimulation bereits in der Vorentwurfsphase der Passivhaus-Planung ist Voraussetzung für eine wirtschaftliche Konzeption energieeffizienter Gebäude. Als Werkzeug dient das Passivhaus Projektierungs Paket (PHPP), mit dem die Besonderheiten hoch energieeffizienter Gebäude rechnerisch äußerst exakt abgebildet werden können. Zugleich dient das Programm als Qualitätsnachweis, in dem die konstruktiven und energetischen Kennwerte zusammengefasst sind. Der in Österreich vorgeschriebene Energieausweis für Gebäude ist eine einfache Möglichkeit, den Heizwärmebedarf eines Gebäudes zu berechnen. Er ist jeweils im Baurecht der einzelnen Bundesländer festgelegt. Die genauen Anforderungen und Berechnungsmethoden sind in der Richtlinie 6 „Energieeinsparung und Wärmeschutz“ des Österreichischen Institutes für Bautechnik sowie in den ÖNORMEN B 8110-5 und B 8110-6 definiert. Mit dem Energieausweis kann neben dem schon genannten Heizwärmebedarf auch der Primärenergiebedarf (also die gesamte benötigte Energiemenge) des Gebäudes pro Jahr und pro Quadratmeter bestimmt werden. Für die Planung eines Passivhauses ist allerdings die bauphysikalisch präzise Erfassung des Gebäudes über das Passivhaus Projektierungs Paket unabdingbar. 14.1. Passivhaus Projektierungs Paket Das Passivhaus Projektierungs Paket (kurz PHPP) wurde vom Passivhaus Institut (PHI) in Darmstadt unter der Leitung von Dr. Wolfgang Feist entwickelt und stellt ein äußerst realistisches, jahreszeitlich stationäres Nachweisverfahren dar, um zu bestimmen, ob ein Gebäude den Kriterien des Passivhaus-Standards entspricht. Der österreichische Standard „Klima-Aktiv-Haus“ basiert zu circa 60 % auf den Inhalten dieses Standards. Das PHPP ist ein auf Microsoft Excel basierendes Programm mit zahlreichen Eingabeblättern. Das Paket dient zur Berechnung der gebäudespezifischen Energiebilanz, der Ermittlung der Heizlast sowie der Erfassung des Primärenergiebedarfs des Gebäudes. 37 Abbildung 18: Screenshot aus PHPP Version 2007 (Quelle: Passivhaus Institut Darmstadt) Das Nachweisverfahren nach PHPP bildet Passivhaus-Planung präzise ab. Derzeit ist kein anderes Verfahren mit einem vertretbaren Aufwand in der Lage, die Ergebnisse im selben Detailgrad wiederzugeben. Das PHPP ist Voraussetzung, um ein Gebäude als Passivhaus gemäß dem Passivhaus-Standard berechnen und die Einhaltung der Kriterien nachweisen zu können. Ein wesentlicher Unterschied zwischen PHPP und den österreichischen Energieausweisberechnungen ist, dass unterschiedliche Bezugsgrößen herangezogen werden: Während sich das PHPP auf die Energiebezugsfläche eines Gebäudes bezieht, wird im Energieausweis die Bruttogeschoßfläche herangezogen, wodurch die Werte begünstigt werden. 14.2. Zum Üben ... Aufgaben zum Üben oder als Anregung für den Unterricht Aufgabe 25: Was sind die wichtigsten Kennwerte, die für die Passivhaus-Planung berechnet werden? Aufgabe 26: Stellen Sie einen möglichen Lösungsweg dar, um nachzuweisen, dass der Passivhaus-Standard eines neu geplanten Gebäudes eingehalten wird. Aufgabe 27: Argumentieren Sie, wieso es sinnvoll ist, die Simulationssoftware PHPP bei kleinen Einfamilienhäusern einzusetzen. 38 15. Fazit In der folgenden Checkliste sind noch einmal die im Detail aufgeführten Planungskriterien aufgelistet, die zum Erreichen des Passivhaus-Standards besonders beachtet werden müssen. Gleichzeitig wird angegeben, welche Ausführung sich vorteilhaft und welche sich nachteilig für ein Passivhaus auswirkt. Die Checkliste zeigt neben einer kompakten Übersicht auch, wie hoch jeweils der Einfluss (also der direkte Effekt) auf den jährlichen Energieverbrauch des Gebäudes in Form des sogenannten Heizwärmebedarfs (HWB) ist. Planungskriterium vorteilhaft nachteilig Einfluss auf HWB Grundstücks- und Gebäudeausrichtung südseitig nordseitig sehr hoch Gebäudeausrichtung windgeschützt windig mäßig A/V-Verhältnis (Kompaktheit) ≤ 0,8 > 0,8 hoch Fensterausrichtung südseitige Vollverglasung geringer südseitiger / hoher nordseitiger Fensteranteil hoch Raumaufteilung tiefe Räume in N-S-Achse viele, kleinteilige Räume sehr hoch Sonnenschutz außenliegender Sonnenschutz, möglichst regelbar innenliegender konstruktiver Schutz (Lamellen, Vorhänge etc.), dunkle Farben mäßig (nur im Sommer) Bauteilkonstruktion Möglichst alle Wärmebrücken planerisch im Detail vermeiden Mangelnde Absprache mit ausführenden Handwerkern kann Fehler verursachen hoch Luftdichtheit Sehr früh in Planungsphase integrieren für saubere Ausführbarkeit Nachträglich erstelltes Konzept bringt häufig Probleme sehr hoch Tabelle 3: Checkliste für PlanerInnen eines Passivhauses 39 16. Ausblick Der Passivhaus-Standard hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten zum sinnvollsten und wirtschaftlichsten Gebäudestandard entwickelt. Die Effizienz-Komponenten haben sich während dieser Zeit bewährt und sind zu Mainstream-Produkten in der Bauwirtschaft geworden. Der geringe Energieverbrauch im Passivhaus für Heizen, Warmwasser und Strom ist eine stimmige Grundlage, um unseren Gebäudebestand bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu gestalten. Dazu benötigen wir vor allem Weiterentwicklungen im Bereich der Gebäude- und Versorgungstechnik. Die Lösungen sind vorhanden, sie müssen in den kommenden Jahren allerdings noch kostengünstiger gestaltet werden. Die Techniken zur regenerativen Energiegewinnung ermöglichen es, mit unseren Gebäuden in der Bilanz mehr Energie zu erzeugen, als sie verbrauchen. Dazu gibt es zahlreiche umgesetzte Beispiele, die im Moment an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit stehen. Es ist also davon auszugehen, dass sich die Energieversorgung in der allernächsten Zeit in atemberaubender Form wandeln wird. Dabei spielen die Gebäude eine sehr aktive Rolle, weil ein großer Teil der Energieerzeugung innerhalb der Siedlungsstrukturen erfolgen wird. Für diese große Aufgabe benötigt es viele qualifizierte Fachleute im Bereich der PlusEnergie-Technik, die in den nächsten Jahrzehnten diese sanfte Energierevolution umsetzen werden. Abbildung 19: Reduktion des Endenergiebedarfs einer Stadt mit 500.000 EinwohnerInnen bis zum Jahr 2050 für die Bereiche Wohngebäude, Gewerbe/Handel/Dienstleistungen und Industrie sowie Verkehr; weitgehender Ersatz der fossilen Energieträger durch Effizienz und Erneuerbare Energien; der Gebäudebestand der Stadt ist in diesem Szenario klimaneutral (Quelle: Schulze Darup) 40 17. Quellen Büssem, M.: Erfahrungen aus der Passivhausplanung. URL: http://www.demozentrumbau.de/fileupload/42db54f43da7d31cf3674fd96fb04bf7.pdf (25.10.2010). Donau-Universität Krems, Energieinstitut Vorarlberg: Passivhausschulungsunterlagen. URL: http://www.donauuni.ac.at/de/department/bauenumwelt/forschung/projekte/architektur/id/02045/index.php (25.10.2010). Klima:aktiv (2009): Leitfaden Integrierte Planung. Passivhaus Institut. URL: http://www.passiv.de (25.10.2010). Schöberl, H. et al. (2009): Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise. Quelle: URL: http://www.schoeberlpoell.at/download/forschung/endbericht_handbuch_efh_ph_baumeister. pdf (25.10.2010). SWISSOLAR, Schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie: Solare Wandheizung. URL: http://www.swissolar.ch/de/solares-bauen/komponenten/solare-wandheizung/ (15.04.2014). Wimmer, R.; Bintinger, R. (2009): Strategieentwicklung für eine industrielle Serienfertigung ökologischer Passivhäuser aus nachwachsenden Rohstoffen (Development of a strategy for industrialized serial production of ecological passive houses made out of renewable resources), Nachhaltig Wirtschaften. Berichte aus Energie und Umweltforschung Nr. 24/2009. Wien: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie. Wimmer, R.; Hohensinner H., M. Drack (2006): S-HOUSE, Innovative Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen am Beispiel eines Büro- und Ausstellungsgebäudes, (Innovative utilization of renewable raw materials as in the example of an office and exhibition building for the project „building of tomorrow“). Nachhaltig Wirtschaften konkret. Berichte aus Energie und Umweltforschung Nr. 12/2006. Wien: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie. 41 18. Übersicht Aufgaben Aufgabe 1: Die Planung eines Passivhauses umfasst zahlreiche Aspekte. Welche könnten das sein? Was muss bei der Planung berücksichtigt werden?........................................ 5 Aufgabe 2: Wer ein Passivhaus bauen möchte, braucht ein interdisziplinäres Team. Was könnte das in der Praxis bedeuten? Wie kann man sich eine solche Zusammenarbeit vorstellen? Was muss dabei berücksichtigt werden? ...................................................... 5 Aufgabe 3: Was ist denn eigentlich passiv am Passivhaus? Und warum ist das so erstrebenswert?.............................................................................................................10 Aufgabe 4: Nennen Sie die wichtigsten Eigenschaften eines Passivhauses. ........................10 Aufgabe 5: Nennen Sie die wichtigsten Planungskriterien für ein Passivhaus. .....................10 Aufgabe 6: Was versteht man unter „integraler Planung“, und wie kann eine Qualitätssicherung gewährleistet werden? ....................................................................12 Aufgabe 7: In welcher Weise beeinflussen der Standort und die Gebäudeausrichtung den Energiebedarf eines Gebäudes? ...................................................................................14 Aufgabe 8: Analysieren Sie die Lage und Ausrichtung eines ausgewählten Gebäudes (z. B. Ihres Wohnhauses) und zeichnen Sie den Sonnenverlauf auf. Diskutieren Sie die IstSituation und zeigen Sie Verbesserungsvorschläge auf. ...............................................14 Aufgabe 9: Welche Gebäudeformen sind für ein Passivhaus besonders geeignet? Kann durch die Gebäudeform die Dämmstärke beeinflusst werden, und wenn ja, wie?..........18 Aufgabe 10: Berechnen Sie das A/V-Verhältnis verschiedener einfacher Gebäudeformen und vergleichen Sie es mit den angeführten Werten eines Quaders, eines Würfels und einer Kugel. ............................................................................................................................18 Aufgabe 11: Berechnen Sie den Umfang verschiedener Grundrisse und geben Sie an, wie viel cm mehr an Dämmung zur Erreichung derselben Heizenergiekennzahl im Vergleich zu einem quadratischen oder rechteckigen Grundriss erforderlich sind. ........................18 Aufgabe 12: Zählen Sie die wichtigsten Aspekte auf, die bei der Planung der Raumaufteilung in einem Passivhaus beachtet werden müssen. ............................................................18 Aufgabe 13: Welche Dämmstärken können beim Dach eines Passivhauses angestrebt werden? ........................................................................................................................20 Aufgabe 14: Was ist zu beachten, wenn eine Bodenplatte oder eine Kellerdecke von oben gedämmt wird? ..............................................................................................................20 Aufgabe 15: Beschreiben Sie die unterschiedlichen Auswirkungen auf den Heizwärmebedarf, die eine südseitige Verglasung eines Passivhauses mit 3-fach-Wärmeschutzgläsern und a) 15 % Fensteranteil oder b) 100 % Fensteranteil hat. .................................................23 42 Aufgabe 16: Wie würden Sie argumentieren, wenn ein/-e AuftraggeberIn wünscht, das Gebäude auf der Süd-, Ost- und Westseite vollständig zu verglasen? ..........................23 Aufgabe 17: Erklären Sie, warum ein guter Sonnenschutz bei jedem Gebäude wichtig ist. ..26 Aufgabe 18: Beschreiben Sie die Problematik bei fehlendem konstruktiven Sonnenschutz. .26 Aufgabe 19: Kann man durch natürliche Sonnenschutzmaßnahmen ganz auf konstruktiven Sonnenschutz verzichten? Wo liegen die Grenzen natürlicher Maßnahmen? ...............26 Aufgabe 20: Beschreiben Sie die besondere Problematik von Wärmebrücken in PassivhausKonstruktionen ..............................................................................................................30 Aufgabe 21: Erklären Sie, welche Arten von Wärmebrücken es gibt und wodurch sie sich unterscheiden. ...............................................................................................................30 Aufgabe 22: Recherchieren und zeichnen Sie einen passivhaustauglichen Balkon-Anschluss für ein massiv errichtetes Passivhaus (freie Wahl, ob Holz- oder Stahlkonstruktion). ....30 Aufgabe 23: Zählen Sie die wichtigsten konstruktiven Problembereiche auf, die in Bezug auf die gewünschte Luftdichtheit auftreten können. .............................................................34 Aufgabe 24: Argumentieren Sie, wieso die Luftdichtheit in Bezug auf den Heizwärmebedarf im Passivhaus notwendig ist..........................................................................................34 Aufgabe 25: Was sind die wichtigsten Kennwerte, die für die Passivhaus-Planung berechnet werden? ........................................................................................................................38 Aufgabe 26: Stellen Sie einen möglichen Lösungsweg dar, um nachzuweisen, dass der Passivhaus-Standard eines neu geplanten Gebäudes eingehalten wird. .......................38 Aufgabe 27: Argumentieren Sie, wieso es sinnvoll ist, die Simulationssoftware PHPP bei kleinen Einfamilienhäusern einzusetzen. .......................................................................38 43 19. Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Passivhausbau – Integrale Planung (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) .............. 5 Abbildung 2: Passivhaus mit Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung (Quelle: Schulze Darup) ............................................................................................................................ 7 Abbildung 3: Windbarriere durch natürlichen Baum- und Strauchbestand (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) ...........................................................................................................14 Abbildung 4: links: Kugelform (< 0,3); Mitte: Würfel (ca. 0,5), rechts: großer Oberflächenanteil (> 0,8) (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT)........................................................................16 Abbildung 5: S-HOUSE Böheimkirchen (Quelle: GrAT) ........................................................16 Abbildung 6: S-HOUSE – Innenverglasung (Quelle: GrAT) ..................................................18 Abbildung 7: Vergleich 3-fach Wärmeschutzverglasung mit 2-fach Isolierverglasung (Quelle: GrAT nach Inhalten des Passivhaus Instituts Darmstadt) ..............................................22 Abbildung 8: Glasfassade des S-HOUSE (Quelle: GrAT) .....................................................23 Abbildung 9: links: sommerliche Verschattung durch Laubbaum; rechts: Nutzung der tiefstehenden Wintersonne für Innenraumerwärmung durch fehlendes Laub (Quelle: Stefan Prokupek, GrAT) ................................................................................................25 Abbildung 10: S-HOUSE – natürliche Verschattung (Quelle: GrAT) .....................................25 Abbildung 11: Beispiele für außenseitige konstruktive Verschattungen (Quelle: PHS 4.2 Folie 14) .................................................................................................................................26 Abbildung 12: links: Vordach in massiver Ausführung mit vollflächiger Wärmebrücke; rechts: wärmebrückenfreie Ausführung des Vordaches in leichter Stahlbauweise (Quelle: Manfred Büssem, demozentrum-bau.de, Folien S. 25, 26) ............................................28 Abbildung 13: Thermografie eines Passivhauses (Quelle: Schulze Darup)...........................29 Abbildung 14: Fotografie des thermografierten Passivhauses (Quelle: Schulze Darup)........29 Abbildung 15: Schnitt eines Passivhauses mit Darstellung der Problembereiche innerhalb der luftdichten Ebene (Quelle: Schulze Darup, PHS 2.1 Folie S. 20) ...................................32 Abbildung 16: Blower-Door-Messung: Das Gerät wurde hier in ein Fenster eingebaut, weil die Haustür eine hohe Wahrscheinlichkeit von Undichtheiten aufwies (Quelle: Schulze Darup) ...........................................................................................................................33 Abbildung 17: Lüftungsgerät einer Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung für einen viergruppigen Kindergarten (Arch. Olaf Reiter, Dresden) ...............................................35 Abbildung 18: Screenshot aus PHPP Version 2007 (Quelle: Passivhaus Institut Darmstadt) ......................................................................................................................................38 44 Abbildung 19: Reduktion des Endenergiebedarfs einer Stadt mit 500.000 EinwohnerInnen bis zum Jahr 2050 für die Bereiche Wohngebäude, Gewerbe/Handel/Dienstleistungen und Industrie sowie Verkehr; weitgehender Ersatz der fossilen Energieträger durch Effizienz und Erneuerbare Energien; der Gebäudebestand der Stadt ist in diesem Szenario klimaneutral (Quelle: Schulze Darup) ............................................................................40 20. Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Planungskriterien für Passivhäuser (Quelle: GrAT) ............................................... 9 Tabelle 2: Beispiel für einen Qualitätskontrollplan (Quelle: klima-aktiv IED Leitfaden) ..........12 Tabelle 3: Checkliste für PlanerInnen eines Passivhauses ...................................................39 45 21. Impressum Herausgeber und für den Inhalt verantwortlich: GrAT - Gruppe Angepasste Technologie Technische Universität Wien Wiedner Hauptstraße 8-10 1040 Wien Austria T: ++43 1 58801-49523 F: ++43 1 58801-49533 E-Mail: contact(at)grat.at http://www.grat.at Projektleiterin und Ansprechperson: Dr. Katharina Zwiauer E-Mail: katharina.zwiauer(at)grat.at Autoren: Dr. Burkhard Schulze Darup, Dr. Robert Wimmer, Stefan Prokupek, DI Hannes Hohensinner Lektorat: Magdalena Burghardt MA, Mag. Silvia Grillitsch Finanziert durch: Nutzungsbedingungen: Alle Inhalte sind unter folgender Creative-Commons-Lizenz lizensiert: e-genius steht unter einer Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Austria Lizenz. Das bedeutet: 46 Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, Abwandlungen und Bearbeitungen des Werkes bzw. Inhaltes anfertigen. Zu den folgenden Bedingungen: Namensnennung — Sie müssen den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen. Keine kommerzielle Nutzung — Dieses Werk bzw. dieser Inhalt darf nicht für kommerzielle Zwecke verwendet werden. Weitergabe unter gleichen Bedingungen — Wenn Sie das lizenzierte Werk bzw. den lizenzierten Inhalt bearbeiten oder in anderer Weise erkennbar als Grundlage für eigenes Schaffen verwenden, dürfen Sie die daraufhin neu entstandenen Werke bzw. 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