Gebäudetechnik im Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ - e
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Gebäudetechnik im Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ In diesem Lernbaustein wird das Lüftungskonzept im Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ gezeigt. Dargestellt wird zusätzlich eine Auslegung der Lüftungsanlage nach der ÖNORM H6038 (2014). Beschrieben wird des Weiteren die Wärmeversorgung des Gebäudes und auch hier wieder zum Vergleich die Vorgaben und Möglichkeiten für eine Umsetzung in Österreich. Der Lernbaustein ist ein Auszug aus der Gesamtdarstellung „Die Sanierung des Mehrfamiliengebäudes ‚Kollwitzstraße‘“, angereichert mit Aufgabenstellungen für den Unterricht und das Selbststudium. Hinweis … … zur Verwendung der Materialien Am Ende des Lernbausteins finden sich Aufgabenblätter. Diese enthalten sowohl Aufgabenstellungen für Gruppenarbeiten als auch Wissensfragen, die sich für das Selbststudium eignen. Der Lesetext in den Unterkapiteln ist Voraussetzung für die Lösung der Aufgaben. Lösungen bzw. Lösungsvorschläge finden sich in einem eigenen Lösungsheft oder im Online-Lernpfad unter http://www.e-genius.at/team-lernbausteine/sanierungmehrfamiliengebaeude/gebaeudetechnik. Alle Grafiken, Pläne und Bilder stehen in hoher Auflösung entsprechend den Nutzungsbedingungen zur freien Verfügung unter http://www.e-genius.at/teamlernbausteine/sanierung-mehrfamiliengebaeude/hilfsmittel. Die einzelnen Unterkapitel sind in sich abgeschlossen, was eine Integration von Teilaspekten in unterschiedliche Lehr- und Lernsituationen erleichtert. Lernziele - Die Grundprinzipien einer kontrollierten Wohnraumlüftung erklären - Kriterien der Auslegung der Lüftungsanlage nach ÖNORM H 6038 (2014) nennen - Die Vorgehensweise bei der Auslegung der Lüftungsanlage im Beispielgebäude nach ÖNORM H6038 (2014) erklären Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 1 Inhaltsverzeichnis 1. Lüftung ........................................................................................................................... 3 1.1 Lüftungszentralen .................................................................................................... 4 1.2 Auslegung der Lüftungsanlage nach ÖNORM H6038 (2014) .................................. 4 1.3 Wie wäre der Planungsablauf in der „Kollwitzstraße“ nach ÖNORM H6038 verlaufen? .......................................................................................................................... 5 2. 1.4 Verteilleitungen und Brandschutzkonzept................................................................ 8 1.5 Dimensionierung für Wohneinheiten in der „Kollwitzstraße“ nach ÖNORM H6038 .. 9 1.6 Wohnungsverteilung...............................................................................................10 Wärmeversorgung – Heizung und Warmwasserversorgung ..........................................12 2.1 Bestandsbeschreibung der „Kollwitzstraße“ ...........................................................12 2.2 Beschreibung des ausgeführten Heizsystems ........................................................12 Arbeitsblatt Lüftung ..............................................................................................................14 Aufgabe 1 Auslegung von kontrollierten Wohnraumlüftungsanlagen.................................14 Arbeitsblatt Auswahl und Planung eines Heizsystems ..........................................................17 Aufgabe 2 Auswahl eines Heizsystems.............................................................................17 Aufgabe 3 Auswahl eines Biomasseheizsystems am Beispiel „Kollwitzstraße“ .................18 Arbeitsblatt Beurteilung der CO2-Bilanz von Pelletsheizsystemen ........................................20 Aufgabe 4 Recherchen zu CO2-Bilanzen ..........................................................................20 Arbeitsblatt Kostenersparnis bei Umstieg auf ein Biomasseheizsystem ...............................21 Aufgabe 5 Kostenberechnungen für Heizsysteme ............................................................21 Arbeitsblatt Jahresnutzungsgrad ..........................................................................................22 Aufgabe 6 Effizienz von Biomasseheizsystemen ..............................................................22 Abbildungsverzeichnis ..........................................................................................................23 Tabellenverzeichnis ..............................................................................................................23 Impressum ...........................................................................................................................24 Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 2 1. Lüftung In Österreich sind die maßgebenden OIB-Richtlinien für die bautechnischen Vorschriften die OIB-Richtlinie 3 (Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz) und die OIB-Richtlinie 6 (Energieeinsparung und Wärmeschutz). Sie fordern, wenn in Aufenthaltsräumen eine natürliche Lüftung zur Gewährleistung eines gesunden Raumklimas nicht ausreichend ist, eine entsprechend bemessene mechanische Lüftung. Weiters sind nach OIB-Richtlinie 6 Lüftungsanlagen beim erstmaligen Einbau immer mit einer effizienten Wärmerückgewinnung auszustatten. Bezüglich Elektroenergieeffizienz schreibt die OIB-Richtlinie 6 vor, dass unter anderem auf eine genaue und überlegte Rohrführung geachtet werden muss, um die Druckverluste so gering wie möglich zu halten. Verschiedene Regelwerke (insbesondere OIB-Richtlinie 6, ÖNORM H 6038) fordern eine dichte Gebäudehülle und die Sicherstellung eines Mindestluftwechsels. Um eine hohe Luftqualität sicherzustellen, ist in jedem Fall ein Lüftungskonzept erforderlich: manuelle Fensterlüftung, Abluftanlage mit unkontrollierter Zuluft, kontrollierte mechanische Be- und Entlüftung von Wohnungen mit Wärmerückgewinnung. Aufgrund der heutigen luftdichten Bauweise von Wohnbauten ist es in den meisten Fällen erforderlich, um Feuchteschutz, hygienischen Standard und Energieeffizienz zu gewährleisten, entsprechende kontrollierte mechanische Zu- und Abluftanlagen mit effizienter Wärmerückgewinnung einzubauen. Maßgebend für die Auslegung des Außenluftvolumenstromes ist die ÖNORM H6038. Grundsätzliches … … zur Lüftung Der Lüftungs-Leitwert LV (W/K) = r * c * V * N Die spezifische Wärmekapazität der Luft ist mit c = 0,33 Wh/m3K anzusetzen. Undichtheiten bedeuten in der Heizperiode Exfiltration warmer Raumluft und Infiltration kalter Außenluft. Diese wird im Energieausweis berücksichtigt. In der „Kollwitzstraße“ wurden Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung ausgeführt. Sie stellen einen wesentlichen Bestandteil des Energiekonzeptes dar und bieten zugleich einen hohen Komfort für die NutzerInnen. Die ÖNORM B8110-6 weist bei natürlicher Lüftung auf einen energetisch wirksamen Luftwechsel von nL = 0,4 1/h hin. Tipp … … der Architekt im Interview Auf http://www.e-genius.at/fileadmin/user_upload/Interviewfrage_Lueftung.mp3 beantwortet Dr. Burkhard Schule Darup die Frage: „Welche Faktoren waren ausschlaggebend für die Wahl des Lüftungssystems?“ Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 3 1.1 Lüftungszentralen Die zentralen Lüftungsgeräte1 wurden pro Treppenaufgang im Keller des Gebäudes installiert. Das Lüftungsgerät wurde für ein Luftvolumen von 500 bis 800 m3 pro Stunde für jeweils acht Wohnungen dimensioniert. Die Wärmerückgewinnung des Gerätes ermöglicht einen Wärmebereitstellungsgrad2 von über 85 %. Dadurch reduzieren sich die Wärmeverluste infolge von Lüftung auf etwa 5 kWh/m2a. Vertiefung … … zum Luftwechsel In Deutschland muss ein 7-facher Luftwechsel sichergestellt werden (vgl dazu ÖNORM B8110-6, siehe oben) Das entspricht bei Fensterlüftung einem Wärmeverlust von etwa 50 kWh/m2a. Es muss allerdings beachtet werden, dass die meisten MieterInnen weniger lüften und nur einen – hygienisch unzureichenden – Luftwechsel von etwa 0,3 1/h durchführen. Der Frostschutz für den Wärmetauscher des Lüftungsgerätes wird durch ein Vorheizregister sichergestellt, das in der Außenluftzuführung vor dem Gerät montiert ist. Die Beheizung dieses Registers erfolgt über die Heizanlage des Gebäudes und wird nur zugeschaltet, wenn eine kritische Temperatur unter –4 °C in der Außenluftzuführung erreicht wird. Der Energiebedarf für dieses Vorheizregister beträgt circa 30 kWh im Jahr pro Wohneinheit. 1.2 Auslegung der Lüftungsanlage nach ÖNORM H6038 (2014) Für die Auslegung der Nennlüftung ist in Österreich die ÖNORM H6038 maßgeblich.3 Vertiefung … … zur Auslegung der Lüftungsanlage nach ÖNORM H 6038 (2014) Für die Projektierung sind erforderlich: 1) Festlegung der Zonengliederung für Zuluft-, Überström- und Ablufträume, 2) Festlegung der erforderlichen Zu- und Abluft-Volumenströme, 3) Festlegung der Zuluft-Einblastemperaturen, 4) Festlegung der maximal zulässigen Schallpegel in den Räumen, 5) Festlegung der Maßnahmen zur Erhaltung der Brandabschnitte, 6) Aufstellung und Funktion des Zu- und Abluftgerätes mit Wärmerückgewinnung einschließlich dessen Komponenten, 7) Festlegung der Funktionen der Automatisierungs- und Bedienungseinrichtung, Siehe dazu auch „dezentrale Lüftungssysteme“ unter http://www.e-genius.at/energieeffizientegebaeudekonzepte/kontrollierte-wohnraumlueftung-mit-waermerueckgewinnung. 2 Der Wärmebereitstellungsgrad ist die Temperaturdifferenz zwischen der Zu- und Außenluft in Bezug gesetzt zur Temperaturdifferenz zwischen Ab- und Außenluft. 3 Da das Beispielgebäude in Nürnberg steht, erfolgte im konkreten Fall die Auslegung nach DIN 1946-6. Diese ist im Text nur ansatzweise dargestellt. 1 Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 4 8) Anordnung der Außenluft- und der Fortluft-Durchlässe, 9) Anordnung der Zu-, Überström- und Abluft-Durchlässe, 10) Festlegung der Luftleitungsführung, 11) Wartung und Reinigung. 1.3 Wie wäre der Planungsablauf in der „Kollwitzstraße“ nach ÖNORM H6038 verlaufen? Zunächst werden in den Wohnungen die Räume folgenden Kategorien zugeordnet: Zulufträume: Schlaf-, Kinder-, Arbeits-, Wohn-, Gäste-, Esszimmer Ablufträume: Küche, Bad, WC, Abstellraum Überstromräume: Gang, Vorraum, Stiege Abbildung 1: Grundriss von zwei Dreizimmerwohnungen in der Kollwitzstraße nach der Sanierung Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 5 Abbildung 2: Grundriss einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung in der Kollwitzstraße nach der Sanierung Nach der Zuteilung der Räume werden die Luftvolumenströme bestimmt. Die Raumluftbelastung einer Wohnung ist von vielen Parametern abhängig, so z. B. von der Anzahl der Personen (CO2-Wert), Emissionen aus Baustoffen und Einrichtungsgegenständen usw. Im Wohnbereich sind die maßgebenden Größen für die Luftvolumenströme die Raumluftfeuchte sowie Kohlenstoffdioxid (CO2) und Volatile Organic Compounds (VOC). Die Qualität der Raumluft wird in verschiedenen Normen festgelegt und ist von dem/der Planenden entsprechend festzulegen. Kategorien für die Raumluftqualität findet man in der ÖNORM EN 15251:2007, der ÖNORM EN 13779:2008 und der EN ISO 7730. Für die entsprechenden Zuluftvolumenströme pro Person wurde eine maximale CO2-Konzentration im Raum von CO2max = 1000 ppmv festgelegt. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 6 Raumart Zuluftvolumenstrom Mindest-Abluftvolumenstrom [m3/h] Schlafraum (Eltern-, Kinder-, Gästezimmer) 25 [m3/hPers] a b Arbeitszimmer 30 [m3/hPers] b Wohnzimmer (Esszimmer, Wohn-Esszimmer) für 1- bis 2Personen-Haushalt c 30 [m3/h] b Wohnzimmer (Esszimmer, Wohn-Esszimmer) für >2Personen-Haushalt c 15 [m3/hPers] b Kochnische, Küche c 30 Badezimmer 30 WC-Raum 15 Tabelle 1: Zuluft- und Abluftvolumenstrom nach ÖNORM H6038 a. Dieser Wert ist für luftqualitätsabhängige Betriebsweise anzusetzen. Wenn keine luftqualitätsabhängige Betriebsweise realisiert wird, kann ein Wert von 𝑉̇ = 20m3/hPers verwendet werden. b. Verbleibende Abluftvolumenströme sind auf andere Ablufträume aufzuteilen. Ein MindestAbluftvolumenstrom von 10m 3/h je Raum ist einzuhalten. c. Bei Wohn- und Esszimmer mit integrierter Küche ist der Volumenstrom als Summe aus Zu- und Überstromvolumenstrom zu verstehen, d.h. der Abluftvolumenstrom im Küchenbereich muss mindestens so groß sein wie der Zuluftvolumenstrom im Wohn-Essbereich. Der Zuluftvolumenstrom je Wohneinheit in der „Kollwitzstraße“ kann unter folgenden Annahmen bestimmt werden: zeitabhängige Steuerung Überprüfung, ob Maßnahmen zur Beeinflussung der Raumluftfeuchte notwendig sind Aufgrund des vorgegebenen Grundrisses sind keine Überstromzonen möglich Zuluft und Abluft ausbalanciert Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 7 Raumart Zuluft Schlafraum (2 Personen) 40 Kinderzimmer (1 Person) 20 Wohnzimmer (> 2 Personen) 45 Überströmung Abluft Küche 45 Bad 40 WC 20 Summe 105 m3/h 105 m3/h Tabelle 2: Luftvolumenströme nach Raumart Dimensionierungs-Luftvolumenstrom geteilt durch Belegungszahl [m3/hPers] Maßnahmen zur Anhebung der Raumluftfeuchte < 30 keine 30 bis 40 empfohlen > 40 erforderlich Tabelle 3: Maßnahmen zur Anhebung der Raumluftfeuchte (Quelle: ÖNORM H6038 Entwurf 2013) Die Berechnung nach Tabelle 4 ergibt einen Wert von 35, das heißt, es werden Maßnahmen zur Anhebung der Raumluftfeuchte empfohlen. Eine Maßnahme könnte mit einem Zeitprogramm realisiert werden, mit welchem eine Bedarfs- und eine Grundlüftung eingestellt werden kann. 1.4 Verteilleitungen und Brandschutzkonzept Grundsätzliches … … zu Luftleitungssystemen Beim Luftleitungsprinzip bzw. der Verrohrung für Lüftungsanlagen unterscheidet man zwischen einer Luftführung mit Abzweigern und einer Sternverrohrung, die auch als „Spaghettiverrohrung“ bezeichnet wird. Luftführung mit Abzweigern: Bei der Verrohrung mit Abzweigern werden die Luftleitungen zu den Wohnungen bzw. den einzelnen Räumen ausgehend von einer Hauptluftleitung abgezweigt. Zwischen den Wohnungen bzw. den Räumen müssen jedoch Telefonieschalldämpfer installiert werden. Vorteil: - kurze Leitungslängen - meist geringere Kosten Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 8 Sternverrohrung: Bei der Sternverrohrung werden ausgehend von einem zentralen Verteiler die Luftleitungen sternförmig zu den Wohnungen bzw. Räumen geführt. Es ergeben sich wesentlich mehr Leitungen, die aber im Querschnitt deutlich geringer sein können (meist ca. 80 mm). Zwischen den Rohren ist ein Mindestabstand, der dem Durchmesser des Rohres entspricht, einzuhalten. Die Verlegung der Rohre ist im Bauplan einzuzeichnen, um Beschädigungen durch nachträgliche Bohrungen zu vermeiden. Vorteil: - einfachere Reinigung - einfachere Einregulierung - geringere Rohrquerschnitte - einfachere Umwandlung eines Abluftraumes in einen Zuluftraum - Telefonieschalldämpfer kann eventuell entfallen Grundsätzlich kann man nicht sagen, dass ein System besser ist als das andere. Letztendlich entscheidet das Gesamtkonzept. So kommt z. B. bei in die Betondecke eingelegten Luftleitungen aufgrund der Rohrquerschnitte fast ausschließlich die Sternverrohrung zur Anwendung. Bei Sanierungen bzw. der Rohrleitungsführung in der abgehängten Decke kommt meist das System mit Abzweigern zum Tragen. Beide Systeme können auch kombiniert werden. Möglich ist z. B. die Aufteilung auf die einzelnen Stockwerke mit Abzweigern und die Verteilung innerhalb des Stockwerkes mit einem Unterverteiler im Sternsystem. Oder es wird die Zuluft als Sternverrohrung und die Abluft mit Abzweigern ausgeführt. (Greml, 2010: Komfortlüftungsinfo Nr. 13 Sternverrohrung oder Abzweiger – Quell- oder Induktionslüftung; http://www.komfortlüftung.at/fileadmin/komfortlueftung/EFH/komfortlueftun g.at_-_Info_Nr._13_Sternverrohrung_oder_Abzweiger__Quell_oder_Induktionslueftung_V_1.0.pdf) Die Verteilleitungen der Lüftungsanlage führen in der „Kollwitzstraße“ als Steigstränge vertikal durch die Badbereiche und sind brandschutzmäßig als L-90-Leitungen ausgeführt. Je Wohnung wurde jeweils eine Zu- und Abluftleitung gewählt, um die geforderten Brandschutzklappen in der Lüftungszentrale anbringen zu können und die Wartung zentral ohne Begehen der Wohnungen ausführen zu können. 1.5 Dimensionierung für Wohneinheiten in der „Kollwitzstraße“ nach ÖNORM H6038 Eine Dimensionierung der Sammelleitungen erfolgt unter Berücksichtigung eines Abminderungsfaktors aufgrund der Anzahl der Wohneinheiten und der Volumenstromanpassung (Tabelle 4). Die Reduktion des Volumenstromes ergibt sich aufgrund der Annahme, dass nicht alle gleichzeitig die maximale Luftmenge brauchen; je mehr Wohneinheiten ein Gebäude hat, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass alle gleichzeitig die maximale Luftmenge brauchen. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 9 Art der Volumenstromanpassung in den Wohneinheiten Abminderungsfaktor 3–6 Wohneinheiten > 6 Wohneinheiten Manuell durch Nutzer 1,0 0,9 Unabhängig von Nutzer (z. B. über CO2-Konzentration) 0,9 0,75 Tabelle 4: Abminderungsfaktoren gemäß ÖNORM H6038 Die Volumenstromanpassung erfolgt unabhängig vom Nutzer. Laut Tabelle 4 ergibt sich für die „Kollwitzstraße“ ein Abminderungsfaktor von 0,9. In der „Kollwitzstraße“ gibt es vier Geschoße, das heißt, für einen Strang ergeben sich 4 x 105 m3/h x 0,9 = 378 m3/h Luftvolumenstrom. Bei einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit gem. ÖNORM H6038:2014 von v = 3,5 m/s ergibt dies einen Innendurchmesser von d = 195 mm. Wählen würde man daher ein Spirorohr DN4 200 mm. 1.6 Wohnungsverteilung Abbildung 3: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung 4 DN steht für Nennweite innerer Durchmesser. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 10 Die horizontale Verteilung innerhalb der Wohnungen erfolgt jeweils von einem Verteilerkasten für Zu- und Abluft mittels Kunststoffrohren. Die Verteiler dienen gleichzeitig zur Telefonieschalldämpfung und im Bedarfsfall für die Kontrolle und Reinigung der Leitungen. Zugleich konnte mit einer sehr geringen Aufbauhöhe für die Installation gearbeitet werden, sodass die Deckenabhängung in den Fluren, wo die Leitungsführung erfolgte, die Raumhöhe nur geringfügig vermindert. Die Luftdurchlasselemente (Luftauslässe) zu den Aufenthaltsräumen wurden als Weitwurfdüsen ausgeführt, sodass nur ein kurzes Verteilnetz Stromverbrauch für die Lüftungsanlage – Kollwitzstraße 5 pro Wohnung erforderlich ist. Abluftventile befinden sich in der „Kollwitzstraße“ in Bad, WC, Wh pro m³ Küche (denkbar wären in der österreichischen Ausführung auch Abluftventile im Gang). 0,5 Wh/m³ Anforderung 0,4 0,2 Filterwechsel Filterwechsel 0,3 0,1 0 Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Abbildung 4: Der Stromverbrauch für die Lüftung in einem Passivhaus sollte unter 0,45 Wh pro m 3 ausgetauschter Luft liegen. Der Stromverbrauch in der „Kollwitzstraße“ für die Lüftungsgeräte wurde gemessen und mit dem Luftvolumen verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass der Stromverbrauch für die Lüftungsgeräte im Zielbereich liegt. Zudem ist erkennbar, dass die Verbrauchswerte nach den Filterwechseln günstiger liegen und dass die Einstellung der Anlage ab November 2010 optimiert wurde. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 11 2. Wärmeversorgung – Heizung und Warmwasserversorgung Grundsätzliches … … zur Wärmeversorgung Wie hängen eine energetisch hocheffiziente Sanierung und die Wahl des Heizsystems zusammen? Wird ein Gebäude hochwertig energetisch saniert, so wird der Heizwärmebedarf bis zu 90 Prozent gesenkt. Auf Grund dessen ist es sehr günstig, wenn der Austausch des Heizsystems innerhalb des Gesamtsanierungskonzepts durchgeführt wird. Nur dann kann ein optimal angepasstes System gewählt werden. Alte Systeme führen auf Grund von Überdimensionierungen meist zu erhöhten Anlagenverlusten. Die Erneuerung des Heizsystems ist daher bereits bei der Planung einer hocheffizienten Sanierung mit einzubeziehen, um eine sinnvolle Integration zu ermöglichen. Im Zuge einer hocheffizienten Sanierung muss immer ein Höchstmaß an (Energie-)Effizienz angepeilt werden. Im Idealfall ist das Gebäude nach Abschluss der Sanierungsarbeiten auf EnerPHit (Zertifizierung für Bestandsgebäude nach Kriterien des Passivhaus Instituts Darmstadt, siehe: http://passiv.de/de/03_zertifizierung/02_zertifizierung_gebaeude/04_enerp hit/04_enerphit.htm) oder Passivhaus-Standard gebracht worden. In diesem Fall kann ein sehr kostengünstiges Heizsystem mit geringster Leistung in Verbindung mit einer kontrollierten Wohnraumlüftung (mit Wärmerückgewinnung) installiert werden. (Quelle: Modul Hocheffiziente Sanierung, www.e-genius.at) 2.1 Bestandsbeschreibung der „Kollwitzstraße“ Im Bestandsgebäude war im Zuge einer Modernisierungsmaßnahme in den 1980er-Jahren eine Gaszentralheizung eingebaut worden. Die Zentrale befand sich im Dachgeschoß des mittleren Baukörpers. Das Verteilsystem erfasste alle drei Gebäude mit den 54 Wohneinheiten. Die Wärmeübergabe erfolgte über Heizkörper mit Thermostatventil. Die Warmwasserbereitung erfolgte dezentral über Gas-Durchlauferhitzer in den Wohnungen. 2.2 Beschreibung des ausgeführten Heizsystems Die Heizung und Warmwasserversorgung des Gebäudes nach der Sanierung erfolgte durch den Anschluss an das Nürnberger Fernwärmenetz. Es ist sehr sinnvoll, Gebäude, die im Einzugsgebiet liegen, an ein Fernwärmesystem anzuschließen, um dadurch mittels der zentralen Fernwärmetechnik kontinuierlich eine möglichst effiziente und regenerative Lösung zu ermöglichen. Durch die hohe Effizienz macht der Anschluss auch langfristig Sinn, wobei der hohe Anteil der Warmwasserbereitung zu einer äußerst günstigen Konstellation hinsichtlich der Jahresdauerlinie führt. Eine zentrale Übergabestation im Gebäude „Kollwitzstraße“ im mittleren der drei Gebäude sorgt in Verbindung mit einem Warmwasser-Speicherladesystem für einen günstigen Anschlusswert. Die Leistungsauslegung erfolgte nach dem sommerlichen Warmwasserbedarf. Die erforderliche Heizleistung liegt deutlich niedriger. Die Verteilleitungen für das Heizsystem und für das Warmwasser verlaufen auf der Südseite des Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 12 Gebäudes unter der Kellerdecke innerhalb der Wärmedämmung und somit innerhalb der thermischen Hülle, also im konditionierten Bereich. Dadurch werden die Leitungsverluste sehr gering gehalten. Die Steigleitungen sind möglichst zentral angeordnet in den jeweiligen Badbereichen. Innerhalb der Wohnungen wurde jeweils ein Verteiler im Bad bzw. im Flurbereich installiert. Die Leitungen konnten kostengünstig unterhalb des Estrichs verzogen und die Heizkörper mit elektronischem Heizkostenverteiler ohne Platzverlust unter den Fenstern angebracht werden. Da es sich beim vorliegenden Objekt entsprechend der Definition in der OIB-Richtlinie 6 um eine größere Renovierung handelt, müsste in Österreich ein hocheffizientes alternatives Energiesystem in Betracht gezogen werden. Die Wahl für die Heizungs- und Warmwasserversorgung des Gebäudes nach der Sanierung hätte zum Beispiel auf ein Mikro-Biomassewerk fallen können, das mit einem Konversionsfaktor fCO2 = 51 g/kWh (Heizwerk erneuerbar Quelle OIB-Richtlinie 6 2011) einen hervorragenden Wert aufgewiesen hätte. Dieses wäre unmittelbar neben dem Objekt aufgestellt worden, um Energieverluste der Leitungen zu reduzieren. Die Warmwassererwärmung, wie sie oben beschrieben wurde, entspricht den Anforderungen Hilfsstrom für Sanitärsystem die Heizanlage – Kollwitzstraße – 17 der ÖNORM B5019. Da die Leitungen für das im Bestand bleiben, wäre1 auch kWh/m² ein zentrales Speicher-Ladesystem gewählt worden. 0,07 kWh/m² im Monat 0,06 0,05 0,04 2009/2010 0,68 kWh/(m²a) 2010/2011 0,61 kWh/(m²a) 0,03 0,02 0,01 0 Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Abbildung 5: Die spezifischen Kennwerte für den Heizungsstromverbrauch (für Heizzentrale, Regelung, Pumpen, Zirkulation Warmwasser) liegen bei gut 0,6 kWh/m 2a. Der höhere Anteil davon fällt auf den Warmwasserbereich, der auch im Sommer durchläuft Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 13 Arbeitsblatt Lüftung Aufgabe 1 Auslegung von kontrollierten Wohnraumlüftungsanlagen Notwendige Hilfsmittel: Internet, Abbildung 6 (Wohnungslösung 1) und Abbildung 7 (Wohnungslösung 2) Vorschlag zur Durchführung: Einzel- oder Gruppenarbeit Dauer Die Raumluftqualität ist ein entscheidender Faktor für das Wohlbefinden. Gebäude sind heute weitgehend luft- und winddicht, mit manuellem Lüften werden daher erfahrungsgemäß kaum optimale Luftwechselraten erzielt. Beim Lüften über Fenster geht Energie verloren. Führt man die Luft aber über einen Wärmetauscher, kann man die Wärme der „verbrauchten“ Luft zu einem großen Teil rückgewinnen. ca. 10 min a. Welche Mengen Frischluft braucht ein Mensch? b. Bei der Auslegung von kontrollierten Wohnraumlüftungsanlagen beginnt man mit der Zuteilung der Raumart und des Verwendungszwecks. Was versteht man darunter? ca. 30 min c. Kennzeichnen Sie im Grundriss Zuluft- und Ablufträume. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 14 Abbildung 6: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung Hinweis: Der Grundriss kann in hoher Auflösung unter http://www.egenius.at/fileadmin/user_upload/Wohnungsloesung_1.jpg heruntergeladen werden. d. Recherchieren Sie, auf welchen Parametern die Zuluftvolumenströme für die Zulufträume nach der ÖNORM H6038 basieren. ca. 30 min e. Welche Voraussetzungen bestehen bei der Verwendung der Zuluftvolumenströme von 25 m3/hPers und 20 m3/hPers? Hohe Nutzerakzeptanz zu erreichen, ist ein wesentlicher Aspekt bei der Planung einer Lüftungsanlage. Ein Kritikpunkt ist immer wieder eine zu trockene Raumluft. f. Welche Maßnahmen können getroffen werden, um einer Reduktion der Raumluftfeuchte entgegenzuwirken bzw. um diese anzuheben? ca. 30 min g. Welche Luftwechselraten sollten für die verschiedenen Räume jeweils erreicht werden? h. Zeichnen Sie das Leitungssystem der linken Wohnung in Abbildung 7 ein. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik ca. 25 min 15 Abbildung 7: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung Hinweis: Der Grundriss kann in hoher Auflösung unter http://www.egenius.at/fileadmin/user_upload/Wohnungsloesung_2.jpg heruntergeladen werden. i. Wenn Zeit bleibt, berechnen Sie Luftvolumenströme. ca. 30 min Durch die Optimierung der Lüftungsanlage kann viel Energie eingespart werden. Ein geringer Stromverbrauch ist auch wichtig hinsichtlich der Akzeptanz bei NutzerInnen. j. Wofür braucht eine Lüftungsanlage Energie, und welche Forderungen stellen die OIB-Richtlinien und die Normen bezüglich Effizienz der Motoren von kontrollierten Wohnraumlüftungsgeräten? Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik ca. 25 min 16 Arbeitsblatt Auswahl und Planung eines Heizsystems Wird ein Gebäude hochwertig energetisch saniert, so kann der Heizwärmebedarf um etwa 90 Prozent gesenkt werden. Alte Heizsysteme sind dann meist nicht mehr geeignet und führen zu hohen Anlagenverlusten. Die Erneuerung des Heizsystems ist daher bereits bei der Planung einer hocheffizienten Sanierung mit einzubeziehen. Aufgabe 2 Auswahl eines Heizsystems Notwendige Hilfsmittel: Internet Vorschlag zur Durchführung: Referat, Gruppenarbeit Dauer Im Bestandsgebäude wurde vor der Sanierung mittels Gaszentralheizung geheizt. Die Zentrale befand sich im Dachgeschoß des mittleren Baukörpers. Das Verteilsystem erfasste alle drei Gebäude mit den 54 Wohneinheiten. Die Wärmeübergabe erfolgte über Heizkörper mit Thermostatventil. Die Warmwasserbereitung erfolgte dezentral über Gas-Durchlauferhitzer in den Wohnungen. Im Zuge der Sanierung sollte ein effizientes Heizsystem eingebaut werden. ca. 20 min a. Welche Systeme kommen für Wärmeversorgung und Warmwasserbereitung in einem sanierten mehrgeschoßigen Wohngebäude entsprechend den rechtlichen Vorschriften infrage? Welche sind im Hinblick auf Klimaschutz und eine nachhaltige Energieversorgung vorteilhaft? b. Präsentieren Sie Ihre Auswahl und begründen Sie, warum Sie sich für dieses System entscheiden. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik ca. 15 min 17 Aufgabe 3 Auswahl eines Biomasseheizsystems am Beispiel „Kollwitzstraße“ Notwendige Hilfsmittel: Internet, Energieausweis Kollwitzstraße Vorschlag zur Durchführung: Gruppenarbeit, ggf. Planspiel Dauer Sie müssen sich auf ein erstes Gespräch mit den Vertretern des Bauträgers und dem planenden Architekten der „Kollwitzstraße“ vorbereiten. Da die Entscheidung des Heizsystems noch nicht getroffen ist, wird das Gesprächsthema in erster Linie der Vergleich zwischen Pellets- und Hackgutheizung sein. Bereiten Sie sich anhand der folgenden Punkte vor: ca. 15 min a. Recherchieren Sie den Heizwert von 1 Tonne Pellets sowie den Heizwert von einem Schüttraummeter (Srm) Holzhackgut mit 35 % Wassergehalt (Nadelholz/Weichholz). b. Berechnen Sie überschlägig den erforderlichen Jahresenergiebedarf für Raumwärme (in kWh) für das Beispielgebäude. c. Berechnen Sie auf der Basis des berechneten Jahresenergiebedarfs und des Heizwerts die benötigte Pelletsmenge in Tonnen und zum Vergleich die benötigte Hackgutmenge in Srm. d. Schätzen Sie, wie groß das Hackgutlager (Bruttovolumen) bei zweimaliger jährlicher Befüllung (Füllgrad 80 %) und wie groß das Pelletslager (Bruttovolumen) bei einmaliger jährlicher Befüllung (Füllgrad 70 %) sein muss. ca. 15 min ca. 5 min e. Wie unterscheiden sich prinzipiell die Investitionskosten für den Kessel und das Lagersystem (inkl. Austragssystem) bei Hackgutund Pelletskessel? f. Recherchieren und vergleichen Sie Brennstoffkosten in Cent je kWh … i. … für Pellets. ii. … für Hackgut. ca. 30 min Tipp: Informationen finden Sie im Modul Biomasseheizungen unter http://www.egenius.at/erneuerbare-energien/grundlagen-biomasseheizungen, auf der Webseite von Propellets: http://www.propellets.at und auf der Webseite von klima:aktiv: http://www.klimaaktiv.at/erneuerbare.html Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 18 g. Überlegen Sie, was aus Ihrer Sicht bei der Befüllung von Pellets bzw. Hackgutlagern bezüglich Staubentwicklung zu beachten ist, und recherchieren Sie die Vorschriften. ca. 30 min h. Bereiten Sie sich auch auf folgende Fragen des Kunden vor: Wie steht es mit der Ascheentstehung im Vergleich? Wie unterscheiden sich Hackgut- und Pelletsanlagen in Bezug auf Betreuung und Wartungsaufwand? ca. 15 min i. Bilden Sie ein Planungsteam (Bauherr, Planungsteam Architektenbüro, Haustechnikteam). Besprechen Sie im Team die oben angeführten Punkte und diskutieren Sie die jeweiligen Eigenschaften, Vor- und Nachteile von Pellets- und Hackgutheizsystemen. Entscheiden Sie sich für ein System für den mehrgeschoßigen Wohnbau mit 50 kW Heizlast. Begründen Sie Ihre Entscheidung. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik ca. 30 min 19 Arbeitsblatt Beurteilung der CO 2-Bilanz von Pelletsheizsystemen Aufgabe 4 Recherchen zu CO2-Bilanzen Notwendige Hilfsmittel: Internet Vorschlag zur Durchführung: Einzel- oder Gruppenarbeit Dauer Im Zuge der aktuellen Klimadiskussion wird immer wieder die Frage aufgeworfen, wie hoch die CO2-Emissionen einzelner Energieträger sind. Erneuerbare Energieträger ermöglichen CO2-freie und kostengünstige Versorgung mit Wärme. a. Recherchieren Sie CO2-Bilanzen (g CO2eq/kWh) für die Herstellung von Holzpellets aus Sägenebenprodukten. Die Prozesswärme zur Trocknung entsteht dabei durch die Verfeuerung von Holzhackgut. ca. 10 min b. Recherchieren Sie CO2-Vergleichswerte für fossile Brennstoffe (ohne Transport). c. Wie ist die CO2-Bilanz für den Transport von Holzpellets … i. … bis zu 500 km weit? ii. … über eine Distanz zwischen 500 und 10.000 km? iii. … über eine Distanz von mehr als 10.000 km? d. Wie ist die CO2-Summenbilanz für Produktion und Transport von Holzpellets mit einer Transportdistanz von mehr als 10.000 km? ca. 30 min e. Wie könnte man die CO2-Bilanz für den Transport berechnen, wenn diesbezüglich keine konkreten Daten zu finden sind? Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 20 Arbeitsblatt Kostenersparnis bei Umstieg auf ein Biomasseheizsystem Aufgabe 5 Kostenberechnungen für Heizsysteme Notwendige Hilfsmittel: Internet Vorschlag zur Durchführung: Einzelarbeit, Referat Dauer Ein alter Ölkessel soll durch einen neuen Pelletskessel ersetzt werden. Der bisherige Ölverbrauch war 4.000 Liter pro Jahr. Der geschätzte Jahresnutzungsgrad der alten Ölheizung ist 60 %. Der Jahresnutzungsgrad der neuen Pelletsheizung liegt bei 80 %. Ein passender Pelletskessel kostet inklusive Peripherie (z. B. Lageraustragssystem) und Montage ca. 18.000 Euro (ohne Berücksichtigung von Förderungen). Wie groß ist bei aktuellen Preisen die Ersparnis bei Umstieg auf den Pelletskessel im Zeitraum von 15 Jahren? Ermitteln Sie dafür zunächst in den folgenden Fragen die einzelnen Kennwerte und Kostenfaktoren. ca. 10 min a. Wie hoch sind Endenergiebedarf und Nutzenergiebedarf des alten Ölkessels und des neuen Pelletskessels? b. Wie hoch ist der Pelletsbedarf in Tonnen pro Jahr? c. Recherchieren Sie Brennstoffkosten in Euro pro Handelseinheit … i. … für Heizöl. ca. 15 min ii. … für Holzpellets. d. Berechnen Sie die Brennstoffverbrauchskosten für die gesamten 15 Jahre … i. … für Heizöl. ca. 15 min ii. … für Holzpellets. e. Welche Kostenersparnis im Zeitraum von 15 Jahren ergibt sich durch den neuen Pelletskessel (unter der Annahme, dass die jährlichen Wartungskosten etwa gleich hoch sind)? Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik ca. 15 min 21 Arbeitsblatt Jahresnutzungsgrad Biomassekleinfeuerungen verfügen mittlerweile über sehr hohe Wirkungsgrade5 am Prüfstand. Ein Kessel arbeitet aber über das Jahr gesehen in sehr unterschiedlichen Betriebszuständen, und es kommen weitere Verluste dazu (Bereitschafts- und Verteilungsverluste). In der Praxis ergibt sich über ein gesamtes Jahr ermittelt für das gesamte Heizsystem ein teilweise deutlich geringerer Wirkungsgrad (man spricht hier vom Jahresnutzungsgrad). Aufgabe 6 Effizienz von Biomasseheizsystemen Notwendige Hilfsmittel: Internet Vorschlag zur Durchführung: Einzelarbeit, Referat Dauer a. Recherchieren Sie durchschnittliche Wirkungsgrade von Kleinfeuerungen am Prüfstand (z. B. im Modul Grundlagen Biomasseheizungen auf www.e-genius.at) … i. … im Jahr 1985. ca. 15 min ii. … im Jahr 1990. iii. … im Jahr 2012. b. Vor Optimierungsmaßnahmen hat ein Biomasseheizsystem einen Jahresnutzungsgrad von 70 % und einen Verbrauch von 6 Tonnen Pellets pro Jahr. Nach Durchführung von Optimierungsmaßnahmen hat das Heizsystem einen Jahresnutzungsgrad von 80 %. Wie viel Brennstoff kann so pro Jahr eingespart werden, und welche Kosten erspart man sich im Laufe von zehn Jahren bei aktuellen Pelletspreisen? ca. 30 min 5 Der feuerungstechnische Wirkungsgrad gibt Auskunft über die Effektivität der Verbrennung im Kessel bei Nennleistung. Ein Pelletskessel weist einen feuerungstechnischen Wirkungsgrad von rund 85–95 % auf. Vergleiche auch Kesselwirkungsgrad und Jahresnutzungsgrad des Kessels. Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 22 Abbildungsverzeichnis Alle Abbildungen stammen, soweit nicht anders angegeben, von Burkhard Schulze Darup. Abbildung 1: Grundriss von zwei Dreizimmerwohnungen in der Kollwitzstraße nach der Sanierung .............................................................................................................................. 5 Abbildung 2: Grundriss einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung in der Kollwitzstraße nach der Sanierung ........................................................................................................................ 6 Abbildung 3: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung 10 Abbildung 4: Der Stromverbrauch für die Lüftung in einem Passivhaus sollte unter 0,45 Wh pro m3 ausgetauschter Luft liegen. Der Stromverbrauch in der „Kollwitzstraße“ für die Lüftungsgeräte wurde gemessen und mit dem Luftvolumen verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass der Stromverbrauch für die Lüftungsgeräte im Zielbereich liegt. Zudem ist erkennbar, dass die Verbrauchswerte nach den Filterwechseln günstiger liegen und dass die Einstellung der Anlage ab November 2010 optimiert wurde. ................................................11 Abbildung 5: Die spezifischen Kennwerte für den Heizungsstromverbrauch (für Heizzentrale, Regelung, Pumpen, Zirkulation Warmwasser) liegen bei gut 0,6 kWh/m2a. Der höhere Anteil davon fällt auf den Warmwasserbereich, der auch im Sommer durchläuft ............................13 Abbildung 6: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung 15 Abbildung 7: Grundriss nach der Sanierung mit einer Zwei- und einer Vierzimmerwohnung 16 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Zuluft- und Abluftvolumenstrom nach ÖNORM H6038 .......................................... 7 Tabelle 2: Luftvolumenströme nach Raumart ........................................................................ 8 Tabelle 3: Maßnahmen zur Anhebung der Raumluftfeuchte (Quelle: ÖNORM H6038 Entwurf 2013) ..................................................................................................................................... 8 Tabelle 4: Abminderungsfaktoren gemäß ÖNORM H6038 ...................................................10 Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 23 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 Autor: Dr. Burkhard Schulze Darup Fachdidaktik: Dr. Katharina Zwiauer Unter Mitwirkung von: DI (FH) Joachim Mathä, DI Dr. Christoph Strasser, Magdalena Burghardt MA, DI (FH) Sören Eikemeier, DI Karin Reisinger Fachliche Beratung: DI Johannes Fechner Lektorat, mediendidaktisches Design und technische Umsetzung: Magdalena Burghardt MA Finanziert durch: Nutzungsbedingungen: Alle Inhalte sind unter folgender Creative-Commons-Lizenz lizensiert: Fallbeispiel Sanierung Mehrfamiliengebäude „Kollwitzstraße“ – Lernbaustein Gebäudetechnik 24 e-genius steht unter einer Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Austria Lizenz. Das bedeutet: 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. Inhalte nur unter Verwendung von Lizenzbedingungen weitergeben, die mit denen dieses Lizenzvertrages identisch oder vergleichbar sind. Hinweise zur Namensnennung/Zitierweise: Texte: AutorInnen des Moduls, Titel des Moduls. 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