Energieeffizienz im Wohnungsbau

Energieeffizienz
im Wohnungsbau
Impressum
Herausgeber:
BetonMarketing Deutschland GmbH
Steinhof 39; 40699 Erkrath
www.beton.org
Autoren:
Prof. Dr. Matthias M. Middel
Rainer Büchel
Redaktionsteam:
Rainer Büchel
Torsten Förster
Elisabeth Hierlein
Thomas Kaczmarek
Holger Kotzan
Prof. Dr. Matthias M. Middel
Ulrich Nolting
Gesamtproduktion: Verlag Bau+Technik GmbH,
Postfach 12 01 10, 40601 Düsseldorf, 2013
www.verlagbt.de
2
Inhaltsverzeichnis
Energieeffizienz im Wohnungsbau
Vorwort___________________________________________ 4
1
Energieeffizientes Bauen ist Umweltschutz_______ 5
2
Planung energieeffizienter Wohngebäude________ 9
2.1 Planen als gesamtheitliche Aufgabe_____________ 9
2.2 Wahl der Bauform___________________________ 10
2.3 Begrenzung der Transmissionswärmeverluste___ 10
2.4 Vermeidung von Wärmebrücken_______________ 11
2.5 Hochgedämmte Fassadenelemente
und Außenwände____________________________ 13
2.6 Der Keller in der thermischen Hülle_____________ 14
2.7 Dichtheit der Gebäudehülle___________________ 16
2.8 Auswahl und Anordnung von Fenstern_________ 18
2.9 Heizungs- und Lüftungsanlagen_______________ 19
3
Wärme speichern und Energie nutzen
in massiven Betonbauteilen___________________ 21
4
Betonbauteile für energieeffizientes Bauen______ 25
4.1 Wärme aus Beton____________________________ 25
4.2 Massivdächer: Wärmespeicher und Absorber___ 27
5
Energetische Anforderungen an Wohngebäude__ 31
5.1 Öffentlich-rechtliche Anforderungen _____________ an Wohngebäude____________________________ 31
5.2 Anforderungen der
Energieeinsparverordnung (EnEV)______________ 31
5.2.1Das Nachweisverfahren im
Monatsbilanzverfahren_______________________ 33
5.2.2Heizwärmebedarf versus Heizwärmeverbrauch__ 34
5.2.3Ermittlung des Heizwärmebedarfs_____________ 34
5.2.4Monatliche Wärmegewinne___________________ 35
5.3 Sommerlicher Wärmeschutz__________________ 36
5.3.1Bauliche Maßnahmen________________________ 36
5.3.2Erfordernis der Nachweisführung______________ 37
5.3.3Vereinfachtes Verfahren nach DIN 4108-2
mittels Sonneneintragswerten_________________ 38
3
Inhaltsverzeichnis
5.4 Weitere Energiestandards für Wohngebäude____ 36
5.4.1KfW-Effizienzhaus___________________________ 42
5.4.2Modellprojekte im Effizienzhaus Plus Standard__ 43
5.4.3Passivhaus-Standard_________________________ 43
Literatur_________________________________________ 44
Bildquellennachweis______________________________ 45
Projektteil________________________________________ 46
4
Wohnhaus in Hörbranz / Architekt: Christoph Manahl
5
1 Energieeffizientes Bauen ist Umweltschutz
Der Mensch konnte sich (fast) alle Regionen der Erde nur
deswegen als Lebensraum erschließen, weil es ihm gelang, wirksame Maßnahmen zum Schutz vor Kälte, Hitze und Sturm zu ergreifen. Jede Landschaft entwickelte
so eine auf die vorgefundenen klimatischen Verhältnisse
optimierte Bauweise. Neben atmen, trinken, essen und
schlafen zählen „Unterkunft und Wohnung“ gemäß der
allgemein anerkannten Maslowschen Definition zu den
Grundbedürfnissen des Menschen.
Bauwerke sollen Menschen und Sachen gegen alle Einwirkungen von außen schützen. Hierzu gehören neben
den natürlichen Einwirkungen wie Wärme, Kälte, Regen,
Schnee und Wind auch die durch den Menschen hervorgerufenen Einwirkungen wie z. B. Lärm aus Industrie und
Gewerbe, Lärm aus Straßen-, Schienen-, Luft- und Wasserverkehr, Luftverschmutzung.
Angesichts begrenzter Ressourcen und unter den Aspekten des Landschafts- und Umweltschutzes müssen
diese Ziele mit einem möglichst niedrigen Einsatz an Energie erreicht werden. Nach Zahlen des Statistischen Bundesamts für 2010 sind die deutschen Haushalte zu 34 %
am Primärenergieverbrauch (alle Produktionsbereiche
und private Haushalte) in Deutschland beteiligt. Die Statistik sagt weiter aus, dass 71 % der benötigten Energie
in einem Durchschnittshaushalt für die Raumheizung und
12 % für die Warmwasserbereitung eingesetzt wird.
Den Verbrauch an Heizenergie zu reduzieren, ist demgemäß ein effektiver Ansatz, die Energieeffizienz von Bauwerken zu optimieren. Bauwerke und Bauteile müssen
entsprechende positive bauphysikalische Eigenschaften
aufweisen. Die Verwendung eines Baustoffs mit günstigen
bauphysikalischen Kennwerten allein aber stellt noch
nicht sicher, dass sich das aus diesem Baustoff hergestellte Gebäude auch bauphysikalisch bewährt. Erst die
baustoffgerechte Konstruktion sowohl des einzelnen
Bauteils als auch die Verbindung aller Bauteile untereinander führt zu ausreichenden physikalischen Rahmenbedingungen für energieeffizientes Bauen.
Die Wirkung der in den letzten Jahrzehnten verschärften Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden
lässt sich an den Zahlen des Statistischen Bundesamts
ablesen, das einen weiter rückläufigen Energieverbrauch
der privaten Haushalte für Wohnen in Deutschland vermeldet. Der Verbrauch von Haushaltsenergie verringerte
sich - bereinigt um Temperaturschwankungen - 2010 im
Vergleich zum Vorjahr um 5,5 %. Zwischen 2005 und 2010
sank der Energieverbrauch um insgesamt 7,0 %, im Vergleich zu 2000 sogar um 14,6 %. Besonders wird auf die
Bild 1.1: Energiegewinnung über Erdsonden und Betonkernaktivierung gehören zum energetischen Konzept des Planungsbüros Casa
Nova für dieses Einfamilienhauses in Ulm.
6
Energieeffizientes Bauen ist Umweltschutz 1
Reduzierung des Energieverbrauchs für Raumwärme hingewiesen, der 2010 um 9,7% geringer war als noch 2005.
Der Anstoß zu den weiteren Verschärfungen kommt aus
Brüssel über die Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen
Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. Diese EU-Richtlinie
erlaubt im Artikel 9 „Fast-Nullenergiegebäude“ ab dem
31.12.2020 nur noch Passiv- und Nullenergie-Neubauten,
bei öffentlichen Gebäuden sogar schon ab 31.12.2018.
Gleichzeitig fordert sie energieeffiziente Sanierungen im
Bestand.
Enthalten ist auch die Vorgabe, den verbleibenden Energiebedarf eines Gebäudes möglichst aus erneuerbaren
Energiequellen – auch am Standort oder in der Nähe des
Gebäudes erzeugt – zu decken.
Die EU-Mitgliedsstaaten müssen ihre nationalen Regelungen innerhalb von zwei bis drei Jahren nach Inkrafttreten der Richtlinie auf das geforderte Niveau anpassen und
der EU-Kommission alle fünf Jahre berichten, ob sie das
angestrebte Energieeffizienz-Niveau erreichen.
Im ersten Schritt novelliert die Bundesrepublik Deutschland die Energieeinsparverordnung EnEV 2009 [R01] zur
EnEV 2014 [R02], die entsprechend der europäischen
Gebäuderichtlinie (EPBD 2010) [R03] bis spätestens zum
9.1.2013 hätte bereits in Kraft treten müssen.
Mit Bauteilen aus Beton lassen sich diese bauphysikalischen Anforderungen leicht und dauerhaft erfüllen. So
bieten z. B. mehrschichtige Betonaußenwände mit Trennung der Trag- und Wärmedämmfunktion die Möglichkeit
einer Optimierung des Wärmeschutzes, ohne den Schalloder Brandschutz zu beeinträchtigen. Hier wird einfach
nur die Wärmedämmschicht dicker. Verbindungen von
Betonbauteilen lassen sich sauber konstruieren und bezüglich Wärmebrücken optimieren. Ein weiterer Grund dafür, dass der Baustoff Beton die besten Voraussetzungen
für energieeffizientes Bauen bietet, liegt in der hohen Wär-
mespeicherfähigkeit des Baustoffs. Über die Betonkernaktivierung von Bauteilen, Massivabsorbersysteme und
Energiepfähle lassen sich Niedrigstenergiehäuser wirtschaftlich realisieren.
Doch Beton kann noch weitaus mehr. Viele gebaute Beispiele belegen, dass beim Bau von EnergiePlus-Häusern
– also Häusern, in denen mehr Energie bereit gestellt als
zum Betrieb genutzt wird – Beton eine entscheidende Rolle spielt. Die zu erwartenden Verschärfungen der Anforderungen in den kommenden Energieeinsparverordnungen
werden sich so sicher erfüllen lassen.
EnEV 2014!
In der neuen EnEV 2014 [R02] werden die Anforderungen zur Reduktion des Energieeinsatzes beim Betreiben von Gebäuden weiter verschärft. So wird der
an dem Referenzgebäude ermittelte Grenzwert des
Jahresprimärenergiebedarfs um 12,5 % gesenkt werden; für Neubauvorhaben ab dem 1.1.2016 sogar um
25 %. Die Anforderungen an die Wärmedämmung der
Gebäudehülle werden ab dem 1.1.2016 um durchschnittlich 20 % angehoben werden.
Insgesamt wird die bauphysikalische Optimierung eines
Gebäudes für den Planer eine anspruchsvolle Aufgabe
bleiben. Die Zement- und Betonindustrie wird ihm aber
die Bauweisen, Baustoffe und Arbeitshilfen zur Verfügung
stellen, die ihm die Aufgabe wesentlich erleichtern werden.
So wurden im Planungsatlas für den Hochbau [R00] für
den genauen Nachweis der Wärmebrücken z. B., der auf
der einen Seite günstige Werte liefert, aber auch sehr aufwendig ist, über Detailberechnungen Werte für 900 Konstruktionsdetails des Hochbaus mit mehr als 10.000.000
Variationen ermittelt. Mit diesen Werten wird es den Planern ermöglicht, mit geringem Arbeitsaufwand die Dämmschichtdicken erheblich zu reduzieren und bei gleichen
Außenabmessungen nicht nur kostengünstig zu planen,
sondern zudem noch wertvollen Wohnraum zu gewinnen.
7
Einfamilienhaus im Bergischen Land / Architekt: Oxen architekten, Köln
8
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
2.1 Planen als gesamtheitliche Aufgabe
Die Planung von Wohngebäuden ist ein komplexer Vorgang, der eine Vielzahl von Anforderungen in einen Gebäudeentwurf zusammenführen muss:
Funktionalität
Von entscheidender Bedeutung für die Akzeptanz eines
Wohngebäudes ist dessen Funktionalität. Das heißt, dass
Nutzer ihre individuellen Gewohnheiten des täglichen Lebens möglichst angenehm und einfach umsetzen können.
Hierbei sollte nicht nur die Lebenssituation zum Zeitpunkt
der Gebäudeerstellung berücksichtigt werden, sondern
mögliche spätere persönliche Entwicklungen abgeschätzt
werden. Dies erfordert in aller Regel eine möglichst hohe
Grundrissflexibilität. So lassen sich mit weit gespannten
Betondeckensystemen bauliche Lösungen erzielen, die
kaum unterstützende Innenwände benötigen und somit
Freiheit für spätere Umgestaltungen lassen.
Weit spannende Betondeckensysteme gewähren gestalterische Freiheiten.
Standsicherheit
Die Standsicherheit ist eine der öffentlich-rechtlichen
Grundanforderungen an Bauteile und Bauwerke. Bauwerke aus Betonbauteilen werden nach DIN EN 1992-1-1
(Eurocode 2) [R04] berechnet und konstruiert.
Beton wirkt positiv auf die thermische Behaglichkeit.
Ästhetik
Unsere Wohngebäude gestalten für mehrere Jahrzehnte
unsere Umwelt mit und wirken durch die äußere und innere Gestaltung auf Mitmenschen und Nutzer. Daher ist
es ein besonderes Anliegen eines jeden Planers die neu
zu schaffenden Gebäude ästhetisch attraktiv zu gestalten.
Mit Betonbauteilen – egal, ob es sich um Ortbeton-, Fertigteil- oder Mischkonstruktionen handelt - hat der Planer
eine nahezu unbegrenzte Gestaltungsfreiheit zur Verfügung. Dies gilt nicht nur für Gebäude- und Bauteilformen
sondern auch für die Oberflächen von Betonbauteilen.
Sollen diese nicht hinter einem Putz oder einer Tapete verschwinden, bieten sich vielfältige Möglichkeiten der Sichtbetongestaltung – vom glatten Sichtbeton über gesäuerte
Oberflächen bis hin zu handwerklich gestalteten Flächen.
Behaglichkeit
Neben der geometrischen und ästhetischen Raumgestaltung tragen insbesondere die Oberflächentemperaturen
der raumbildenden Bauteile wie Decken, Wände und Böden zur thermischen Behaglichkeit von Wohngebäuden
bei. Betonbauteile sind aufgrund ihrer Massivität und der
damit verbundenen Wärmespeicherkapazität besonders
geeignet, positive Beiträge zur thermischen Behaglichkeit
zu leisten. Die Wärmespeicherkapazität führt zu einem
nur geringen Temperaturunterschied zwischen Luft- und
Bauteiloberflächentemperatur, was der Mensch als angenehm und behaglich empfindet. Darüber hinaus können
Flächenheizungen bzw. Kühlsysteme in die Betonbauteile
integriert werden.
Schallschutz
Nicht nur der Schutz vor Außenlärm sondern auch der
Schutz vor Geräuschbelästigungen innerhalb eines Gebäudes oder sogar einzelner Wohnbereiche stellt eine
fundamentale Forderung an zeitgemäße Wohngebäude
dar. Dauerhafte Lärmbelastungen in Gebäuden können
zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen der Nutzer und
Bewohner führen. Auch hier sorgen schwere Bauteile aus
Beton aufgrund ihres hohen Flächengewichtes für die Sicherstellung des erforderlichen erhöhten Schallschutz.
Die hohe Rohdichte von Beton ermöglicht einen hohen Schallschutz.
Brandschutz
Bei der Planung eines neuen Wohngebäudes werden Gedanken an zerstörerische Kräfte wie Brandeinwirkungen
vielfach verdrängt. Dabei zeichnet sich in solchen Ausnahmesituationen die Qualität eines Gebäudes ab. Die bauordnungsrechtlichen Anforderungen an unsere Gebäude
sind daher in Deutschland berechtigter Weise hoch. Die
Zeiten, denen die wesentlichen Gebäudeteile einer Brandeinwirkung widerstehen können, sind so hoch gewählt,
dass eine gefahrlose Evakuierung erfolgen kann. Beton ist
ein nichtbrennbarer Baustoff, der auch unter dem Aspekt
des Brandschutzes den Anforderungen mit geringen Bauteilabmessungen entspricht.
Bild 2.1: Beton leistet positive Beiträge zur thermischen Behaglichkeit.
Beton ist nicht brennbar, hemmt die Ausbreitung
von Bränden und ist auch im Brandfall tragfähig.
9
2 Planung energieeffizienter Wohngebäude
2.2 Wahl der Bauform
Für den Planer gibt es eine Vielzahl von Gestaltungs- und
Konstruktionsmöglichkeiten, mit denen er den Energiebedarf für das Betreiben eines Wohngebäudes maßgeblich
beeinflussen kann.
Beton ist ein ökologischer Baustoff.
10
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
III
III
IV
Einfamilienhaus
II
A/V
Reihenendhaus/Doppelhaus
Betonbauteile werden in aller Regel aus regionalen Rohstoffen hergestellt. Aufgrund ihrer guten mechanischen
Eigenschaften lassen sich aus ihnen dünne Bauteile mit
geringem Flächenverbrauch herstellen. Das Verhältnis
der Bruttogrundfläche zur nutzbaren Fläche ist bei dieser
Bauweise daher besonders günstig. Hierzu trägt auch die
Möglichkeit bei, durch große Spannweiten der Deckenkonstruktionen sehr flexible Grundrisse zu realisieren.
Reihenendhaus/Doppelhaus
der Baustoffherstellung sondern umfasst auch die Aspekte der Wartung, des flächensparenden Bauens, der
Umnutzbarkeit und des Rückbaus.
 Außenwände (inklusive Fenster und Türen)
 Wände von Aufenthaltsräumen gegen Bodenräume,
Durchfahrten, offene Hausflure, Garagen, Erdreich
 Wände zwischen fremdgenutzten Räumen und Decken zwischen fremden Arbeitsräumen
Reihenmittelhaus
Ökologie
Die ökologischen Aspekte im Hinblick auf Erstellung, Betrieb und Rückbau eines Gebäudes nehmen bei Bauentscheidungen einen zunehmend höheren Stellenwert ein.
Ressourcen schonendes Bauen beschränkt sich in diesem Zusammenhang nicht nur auf energetische Fragen
Während der Heizperiode finden Wärmeverluste zwischen
beheiztem Gebäudebereich und unbeheiztem Gebäudebereich oder der Außenluft oder dem Erdreich über die
Bauteile, die die beheizte Zone bilden, statt. Zur Minimierung dieser Wärmeverluste (Transmissionswärmeverluste)
sollten die betreffenden Bauteile mit einem möglichst hohen Wärmedurchlasswiderstand versehen werden. Solche Bauteile sind:
Reihenmittelhaus
Die Betonbauweise ermöglicht kostengünstigen Wohnungsbau.
2.3 Begrenzung der Transmissionswärmeverluste
Mehrfamilienhaus
Wirtschaftlichkeit
Bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zu einem Wohngebäude rücken schnell die Herstellungskosten in den Vordergrund. Diese sind für Bauentscheidungen sicherlich
wichtig, sollten jedoch den Blick auf die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zum Betreiben und Instandhalten des
Wohngebäudes nicht verschließen. Mit Betonbauteilen
lassen sich sowohl mit Blick auf die Herstellungskosten
als auch im Hinblick auf das Bewirtschaften und die Wartung und Instandhaltung sehr wirtschaftliche Wohngebäude realisieren.
Mehrfamilienhaus
Bild 2.2: Kompakte Baukörper sind energetisch günstiger als stark
gegliederte. Wohnhaus in Hörbranz / Architekt: Christoph Manahl
Die Wärmemenge, die ein temperiertes Gebäude an die
kältere Außenluft abgibt, wird im Wesentlichen über die
Umgebungsflächen des beheizten Gebäudevolumens abgegeben. Folgerichtig sollten diese Flächen nicht nur sehr
gute Wärmedämmeigenschaften aufweisen, sondern sie
sollten auch möglichst gering gehalten werden. Demnach
sind kompakte Baukörper energetisch günstiger als stark
gegliederte Baukörper. Ein Maß für die Kompaktheit eines
Gebäudes ist das Verhältnis von der Fläche A der Wärme
übertragenden Gebäudehülle zum beheizten Gebäudevolumen V. Große gedrungene Gebäude weisen ein niedriges A/V-Verhältnis auf, während kleine Einfamilienhäuser
vielfach höhere A/V-Verhältnisse von etwa 0,8 bis 1,0 m-1
besitzen (Bild 2.3). Versprünge, Erker oder Gauben erhöhen das A/V-Verhältnis, während zusammenhängende
Baukörper wie Reihen- oder Doppelhäuser bei an sonst
gleichen Randbedingungen energetisch günstiger sind.
I+D
II
III
0,3
Bild 2.3: Baukörper unterschiedlicher Kompaktheit (Anzahl der
Vollgeschosse) und A/V-Verhältnisse
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
 Wohnungstrennwände, Wohnungstrenndecken
 Treppenraumwände
 Decken unter Räumen zwischen gedämmten Dachschrägen und Abseitenwänden bei ausgebauten
Dachräumen
 Unterer Abschluss nicht unterkellerter Aufenthaltsräume
 Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen
 Decken unter bekriechbaren oder noch niedrigeren
Räumen
 Decken unter belüfteten Räumen zwischen Dachschrägen und Abseitenwänden bei ausgebauten
Dachräumen, wärmegedämmte Dachschrägen
 Kellerdecken
 Decke gegen abgeschlossene, unbeheizte Hausflure
u. ä.
 Decken (auch Dächer), die Aufenthaltsräume gegen
die Außenluft abgrenzen
Da diese Bauteile in aller Regel auch statische Funktionen haben und zum Lastabtrag beitragen, bieten sich
Lösungen aus Beton an. Allein oder in Kombination mit
Wärmedämmstoffen können sie hohe Anforderungen an
den Wärmeschutz erfüllen.
Maßgeblich für den Beitrag eines Bauteils zum winterlichen Wärmeschutz ist der Wärmedurchgangskoeffizient
U des betrachteten Bauteils. Dieser Wert gibt an, welcher
Wärmestrom in Watt pro Quadratmeter Bauteilfläche zwischen Innenraum und der Bauteilaußenseite übertragen
wird, wenn der Temperaturunterschied in Richtung des
Wärmestroms ein Kelvin beträgt.
Der Wärmedurchgangskoeffizient ergibt sich aus dem
Wärmedurchlasswiderstand des Bauteils bzw. der Bauteilschichten – der wiederum durch die Dicke der Bauteilschichten und deren Wärmeleitfähigkeiten bestimmt
wird – sowie den Wärmeübergangswiderständen an der
Raumseite und der Gebäudeaußenseite. Hierbei wird z. B.
Stoffliche Wärmebrücke
berücksichtigt, ob die an das Bauteil angrenzenden Luftschichten ruhen oder sich entlang der Bauteiloberflächen
Luftbewegungen einstellen, oder aber die Bauteile waagerecht bzw. senkrecht angeordnet sind, oder aber das
Bauteil außen unmittelbar an den Baugrund angrenzt.
2.4 Vermeidung von Wärmebrücken
Die Transmissionswärmeverluste über die das beheizte
Gebäudevolumen begrenzenden Bauteile werden im Wesentlichen über die Wärmedurchgangskoeffizienten der
entsprechenden Bauteile bestimmt. Diese Wärmeverluste
gelten aufgrund des physikalischen Ansatzes jedoch nur
für ein unendlich ausgedehntes Bauteil der betrachteten Bauweise. Diese Verhältnisse liegen jedoch in realen
Gebäuden nicht vor. Vielmehr sind reale Bauwerke des
Hochbaus durch eine Vielzahl von Bauwerksecken, Anschlüssen verschiedener Bauteile und vielfach von Materialkombinationen gekennzeichnet. All diese Situationen
führen zu einem gegenüber dem „ungestörten“ Bauteil
veränderten – meist erhöhten – Wärmestrom und damit
veränderten energetischen Eigenschaften. Im Bereich von
Wärmebrücken ist daher die raumseitige Oberflächentemperatur niedriger als in den umgebenden Bauteilbereichen. Sinkt die Oberflächentemperatur über einen Zeitraum von mehreren Tagen zu stark ab (unterhalb von ca.
12,6 °C), kondensiert an diesen Oberflächenbereichen die
in der Raumluft enthaltende Feuchtigkeit, mit der Folge,
dass dort die Gefahr einer Schimmelpilzbildung besteht.
Eine sachgerechte Planung ist daher an diesen konstruktiv anspruchsvollen Punkten auch aus gesundheitlichen
Gründen besonders wichtig.
Im Falle von Gebäudeecken etc. spricht man von geometrischen Wärmebrücken, während man Bereiche mit gegenüber dem „ungestörten“ Bereich veränderten Materialeigenschaften als physikalische Wärmebrücken bezeichnet.
Geometrische Wärmebrücke
Konstruktive Wärmebrücke
Kellersockel
Unterschiedliche
Wärmeleitfähigkeit
in einem Bauteil
Große Abkühlungsfläche außen –
kleine erwärmte Fläche innen
Bauteile unterschiedlicher
Wärmeleitfähigkeit
Bild 2.4: Prinzipskizzen von Wärmebrücken [R23]
11
2 Planung energieeffizienter Wohngebäude
innen
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
Entwässerung
außen θe = -5 °C
Bild 2.5: Auskragender Balkon – Konstruktive Wärmebrücke minimiert [R00]
In der Baupraxis liegen in einem Anschlussdetail oft Kombinationen aus geometrischen und physikalischen Wärmebrücken vor. Man spricht dann von konstruktiven
Wärmebrücken. Mit zunehmendem Dämmniveau der Einzelbauteile nimmt der Einfluss dieser Wärmebrücken auf
die Gesamtwärmeverluste der Gebäudehülle zu. Typische
konstruktive Wärmebrücken findet man im Wohnungsbau:
 an Bauwerkskanten,
 in Bereichen in denen Innenwände und Geschossdecken in Außenwände anschließen,
 in den Anschlussbereichen von Fenstern und Türen,
 im Bereich auskragender Balkone,
 …
Die Energieeinsparverordnung [R01] fordert daher zu
Recht, dass zu errichtende Gebäude so auszuführen sind,
dass der Einfluss konstruktiver Wärmebrücken auf den
Jahres-Heizwärmebedarf mit wirtschaftlich vertretbaren
Maßnahmen so gering wie möglich gehalten wird.
Die Energieeinsparverordnung (EnEV) bietet mehrere
Möglichkeiten zur Berücksichtigung von Transmissionswärmeverlusten infolge Wärmebrücken HWB. So können
mögliche Wärmebrücken zum einen über einen pauschalen Zuschlag im energetischen Nachweisverfahren berücksichtigt werden. Dies kann im Wohnungsbau z. B. mit
einem pauschalen Zuschlag ΔUWB = 0,05 W/(m²·K) auf die
gesamte Wärme übertragende Umfassungsfläche A geschehen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Bauteilanschlüsse des betrachteten Gebäudes nach Beiblatt 2 zur
12
Bild 2.6: Die Betonbauweise bietet zahlreiche Möglichkeiten für
wärmebrückenfreie Konstruktionen von Kragplatten für Balkone.
Einfamilienhaus in Ulm / Planungsbüro Casa Nova.
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
DIN 4108 [R05] geplant und ausgeführt werden. Wenn z. B.
eine Wand einen U-Wert von 0,25 W/(m²·K) aufweist, ist
für den Wärmeschutznachweis der U-Wert von 0,25 W/
(m²·K) um 0,05 W/(m²·K) auf 0,30 W/(m²·K) zu erhöhen.
Dies kann beträchtliche Mehrausgaben für Dämmmaßnahmen verursachen.
Die Energieeinsparverordnung (EnEV) bietet jedoch auch
die Möglichkeit, einen genauen Nachweis der Wärmebrücken nach DIN V 4108-6: 2003-06 [R06] zu führen. Ermittelt wird dabei ein längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient als ψ-Wert. Dieser genaue Nachweis ergibt in
aller Regel deutlich günstigere Werte, erfordert jedoch einen sehr hohen Zeitaufwand. Für mehr als 900 Konstruktionsdetails des Wohnungsbaus mit mehr als 10,8 Millionen
Variationen hat die deutsche Zement- und Betonindustrie
solche Detailberechnungen durchgeführt und in einem
Planungsatlas für den Hochbau [R00] aufbereitet.
Mit diesen Werten können der Zeitaufwand des Planers
für den Nachweis und die Dämmschichtdicken erheblich reduziert werden, so dass bei gleichen Außenabmessungen wertvoller Wohnraum für Bauherren gewonnen
werden kann.
ihre energetische Qualität in der Energiebilanz. Wichtige
Parameter zur Abschätzung der Transmissionswärmeverluste sind der Wärmedurchgangskoeffizient U der opaken
Bauteile sowie der Wärmedurchgangskoeffizient Uw der
Fenster. Niedrige Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenwände können mit unterschiedlichen Konstruktionsarten zementgebundener Baustoffe hergestellt werden.
Durch die Verwendung von Leichtbetonen mit geringer
Rohdichte und geringer Wärmeleitfähigkeit werden energetisch leistungsfähige monolithische Außenwandkonstruktionen hergestellt. Diese können aus Leichtbetonmauersteinen oder auch vorgefertigten raumhohen
Wandtafeln bestehen (Bild 2.7).
Außenwände aus Leichtbeton erfüllen ohne zusätzliche Dämmschicht
die Anforderungen der EnEV.
Durch Anordnung von zusätzlichen Dämmschichten kann
der Wärmedurchgangskoeffizient noch weiter gesenkt
werden bzw. kann der gleiche Wärmedurchgangskoeffizient bei geringerer Gesamtwanddicke und damit geringerem Flächenverbrauch erreicht werden. Diese zusätzlichen Wärmedämmschichten können in unterschiedlicher
Konstruktionsweise angeordnet werden als:
2.5 Hochgedämmte Fassadenelemente und Außenwände
 äußere Wärmedämmung (Wärmedämmverbundsystem) vor einer Betonwandscheibe (Bild 2.8)
 äußere Wärmedämmung mit Vorsatzschale vor einer
Betonwandscheibe (Bild 2.9)
 Kerndämmung zwischen zwei Betonwandscheiben
mit gestalteten Ansichtsflächen (Bild 2.11)
Bei üblichen Wohngebäuden stellen die Außenwände in
aller Regel die größte Gebäudefläche dar, die an die Außenluft grenzt. Dementsprechend bedeutsam ist auch
Die genannten Konstruktionsarten können grundsätzlich
in Ortbetonbauweise oder als Fertigteilbauweise ausgeführt werden. Elementwände kombinieren die Vorteile von
Der Planungsatlas für den Hochbau bietet bauphysikalisch günstige
Konstruktionsdetails und die dazugehörigen genauen Nachweise der
Wärmebrücken.
außen θe = -5 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.7: Monolithische Außenwand aus Leichtbeton.
Detail: Unterer Fensteranschluss in Wandebene [R00]
außen θe = -5 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.8: Betonaußenwand mit Wärmedämmverbundsystem.
Detail: Unterer Fensteranschluss in Wandebene [R00]
13
2 Planung energieeffizienter Wohngebäude
außen θe = -5 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.9: Betonaußenwand mit Kerndämmung und Vorsatzschale.
Detail: Unterer Fensteranschluss in Wandebene [R00]
außen θe = -5 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.11: Betonaußenwand mit Kerndämmung (Sandwichkonstruktion). Detail: Unterer Fensteranschluss in Wandebene [R00]
vorgefertigten Wandelementen und Ortbetonwänden.
Anmerkung: Die Anordnung einer Innendämmung ist
grundsätzlich auch möglich, aber im Neubaubereich eher
unüblich.
2.6 Der Keller in der thermischen Hülle
Bei der Beurteilung der Wertbeständigkeit von Wohngebäuden schneiden Wohnhäuser mit Keller besser ab als
solche ohne Keller. Während Wohnhäuser auf Hanggrundstücken fast immer aufgrund des Reliefs sowieso ein
Kellergeschoss aufweisen, ergibt sich in den übrigen Fällen die Entscheidung für einen Keller meistens aufgrund
einer effizienten Nutzung des kostbaren Baugrunds.
Kellergeschosse werden heute in den Wohngebäuden in aller Regel hochwertig
zu wohnähnlichen Zwecken genutzt. Dies erfordert, dass diese Gebäudebereiche
auch unter energetischen Gesichtspunkten geplant, konstruiert und ausgeführt
werden sollten. Es ist daher sinnvoll bzw. erforderlich das Kellergeschoss in die
beheizte Gebäudezone zu integrieren. In ähnlicher Weise wie die Gebäude- und
Bauteilanschlüsse in den Obergeschossen sorgfältig mit möglichst geringen
Wärmebrückeneinflüssen ausgeführt werden sollten, sind auch die Anschlusssituationen in den Kellergeschossen zu betrachten.
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang M. Willems, TU Dortmund
Bild 2.10: Die hochgedämmte Thermowand des Mehrfamilienhauses in Seemoos am Bodensee sorgt für beste bauphysikalische
Werte. (Architekt: Tobias Conrad, Riederau)
14
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
außen
θe = -5 °C
θbw = 5 °C
innen
θmin
y
θi = 20 °C
außen
θg = 10 °C
θbf = 5 °C
θmin
y
Bild 2.12: Streifenfundament mit außenseitiger Dämmung (Exemplarische Darstellung der Temperaturverteilung)
außen
θe = -5 °C
θbw = 5 °C
innen
θmin
y
θi = 20 °C
außen
θg = 10 °C
θbf = 5 °C
θmin
y
Bild 2.13: Streifenfundament mit beidseitiger Dämmung [R00]
außen
θe = -5 °C
θbw = 5 °C
innen
θmin
y
θi = 20 °C
außen θg = 10 °C
θbf = 5 °C
θmin
y
Bild 2.14: Flachgründung mit Perimeterdämmung
15
2 Planung energieeffizienter Wohngebäude
Die Bilder 2.12 bis 2.14 zeigen, welchen Einfluss die Anordnung der Dämmschicht auf die Temperaturverteilung
im Gründungsbereich eines Wohnhauses hat. Möglichst
einfache Konstruktionen, wie durchgehende tragende Bodenplatten ermöglichen mit geringem Aufwand auch eine
sehr wirksame Wärmedämmung.
Mit Beton ist es einfach, bauphysikalisch einwandfreie Konstruktionsdetails für alle Anwendungsfälle zu entwickeln.
Weiße Wannen
Neben den energetischen Anforderungen sind Kellergeschosse insbesondere Feuchtebeanspruchungen durch
das angrenzende Erdreich ausgesetzt. Je nach vorliegenden Baugrundverhältnissen muss mit Erdfeuchte, Sickerwasser, zeitweilig aufstauendem Sickerwasser oder
drückendem Wasser gerechnet werden. Als weiße Wanne ausgebildet, können Keller aus entsprechend dimensionierten Betonbauteilen und Fugensicherungen die
tragende und dichtende Funktion gleichzeitig sehr wirtschaftlich übernehmen, ohne dass es zusätzlicher aufwendiger Dichtungsmaßnahmen bedarf.
Außenwände von weißen Wannen können aus Betonfertigteilen, Elementwänden oder Ortbeton hergestellt werden.
2.7 Dichtheit der Gebäudehülle
Mit ansteigendem Dämmniveau übt die Gebäudedichtheit
einen zunehmenden Einfluss auf den Wärmeverlust eines
Gebäudes aus. Die Energieeinsparverordnung fordert daher, dass bei Neubauten – unabhängig vom Gebäudetyp –
die Wärme übertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dem Stand der Technik entsprechend dauerhaft luftundurchlässig abgedichtet werden muss.
In der Regel ist diese Luftdichtheitsschicht raumseitig der
Dämmebene und möglichst auch raumseitig der Tragkonstruktion anzuordnen. Hierdurch wird unter anderem ein
Einströmen von Raumluft in die Konstruktion verhindert.
Zur materialgerechten Planung von Luftdichtheitsschichten und deren Anschlüssen liegt mit DIN 4108 in Teil 7
„Luftdichtheit von Gebäuden, Anforderungen, Planungsund Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele“ [R07]
ein dem Stand der Technik angepasstes Regelwerk vor.
Betonbauteile nach DIN EN 1992-1-1 [R01] und Mauerwerk mit mindestens einlagiger Putzschicht gelten als luftdicht. Im Besonderen können daher die zahlreichen Prinzipskizzen der DIN 4108-7 dem Planer bei der luftdichten
Ausführung im Bereich von Anschlüssen und Stößen helfen, wo luftdichte Bahnen an Mauerwerk oder Beton anschließen.
Betonbauteile gelten als luftdicht.
16
Bild 2.15: Außenwände einer weißen Wanne aus Elementwänden
mit außen liegender Wärmedämmung
Besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich Planung und Ausführung ist den Bauwerksanschlüssen zu Fenstern und Türen geboten. Zur ausreichenden Dichtheit der Fugen zu diesen Bauteilen müssen außenliegende Fensterflächen sowie
Fenstertüren und Dachflächenfenster in Abhängigkeit der
Anzahl an Vollgeschossen bestimmte Klassen der Fugendurchlässigkeit nach DIN EN 12207 [R08] erfüllen. Für Gebäude mit bis zu zwei Vollgeschossen genügt die Klasse 2
der Fugendurchlässigkeit, bei mehr als zwei Vollgeschossen wird die Klasse 3 nach DIN EN 12207 gefordert.
Klasse 2 lässt hiernach bei einem Prüfdruck von 100 Pa
eine Luftdurchlässigkeit - bezogen auf die Fugenlänge zu, die höchstens 6,75 m3 je Stunde und Meter Fuge betragen darf. In Klasse 3 dürfen bei gleichem Prüfdruck die
Luftverluste maximal 2,25 m3 je Stunde und Meter Fuge
betragen.
Eine Überprüfung der Luftdichtheit der Wärme übertragenden Umfassungsfläche einschließlich der Fugen
kann am Bauwerk mit dem Differenzdruckverfahren nach
DIN EN 13829 [R09] (z. B. Blower-Door-Verfahren) durchgeführt werden. Bei einer Messung mit einer Druckdifferenz von 50 Pa zwischen innen und außen darf nach Energieeinsparverordnung der gemessene Volumenstrom
(n50), bezogen auf das beheizte Luftvolumen, 3 h-1 nicht
überschreiten, sofern keine raumlufttechnischen Anlagen
im Gebäude eingesetzt werden (freie Lüftung). Bei Einbau
und Betrieb von raumlufttechnischen Anlagen wird der
höchstzulässige Volumenstrom unter gleichen Prüfbedingungen auf 1,5 h-1 begrenzt. Nach den Richtwerten für die
Luftdichtheit von Gebäuden bei einer Druckprüfung mit 50
Pa Druckdifferenz führen diese Anforderungen bei freier
Lüftung zu einer mitteldichten (n50 = 2,0 bis 8,0 h-1) bzw.
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
bei maschineller Lüftung zu einer sehr dichten Gebäudehülle (n50 = 0,5 bis 3,0 h-1).
Transparente, lichte
und flexible Formen
lassen sich in
Betonbauweise im
Einklang mit den
Anforderungen energieeffizienten Bauens
vereinbaren.
Neubauten sind darüber hinaus so zu errichten, dass der
aus Gründen der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel gewährleistet wird. Hierzu dienen Fenster oder Lüftungseinrichtungen. Letztere müssen
bestimmungsgemäß regulierbar sein und im geschlossenen Zustand den Dichtheitsanforderungen für Fenster
entsprechen.
Einfamilienhaus in
Hörbranz / Architekt:
Christoph Manahl,
Hörbranz, Österreich
außen θe = -5 °C
außen θe = -5 °C
innen
innen
θi = 20 °C
Bild 2.17: Betonwand mit Wärmedämmverbundsystem
Fensteranschluss in der Wandebene [R00]
Bild 2.18: Betonwand mit Wärmedämmverbundsystem
Fensteranschluss in der Dämmebene [R00]
außen θe = -5 °C
innen
Bild 2.19: Betonwand mit Vorsatzschale
Fensteranschluss in der Wandebene [R00]
θi = 20 °C
außen θe = -5 °C
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.20:Betonwand mit Vorsatzschale
Fensteranschluss in der Dämmebene [R00]
17
2 Planung energieeffizienter Wohngebäude
2.8 Auswahl und Anordnung von Fenstern
Wenngleich bei der Weiterentwicklung von Fensterrahmen und Scheiben große Fortschritte erzielt wurden,
haben auch moderne Fenster einen deutlich schlechteren U-Wert als die übrigen lichtundurchlässigen (opaken) Bauteile. Der Auswahl der Fenster und Fenstertüren
kommt daher bei der energetischen Qualität eines Wohngebäudes große Bedeutung zu.
Aber auch die Einbindung der Fenster in die Dämm- und
Luftdichtheitsebene erfordert sorgsame Planung und
Ausführung und beeinflusst die energetische Qualität des
Gebäudes.
Die Bilder 2.17 bis 2.20 zeigen als Horizontalschnitte exemplarische Anschlüsse von Fenstern in der Dämmebene.
Durch eine geeignete Anordnung der Fenster kann die
Sonnenenergie zur Beheizung der Gebäude herangezogen werden. Diese solaren Wärmeeinträge stellen Wärmegewinne dar und reduzieren den Heizwärmebedarf
während der Heizperiode. Die Größe der solaren Wärmeeinträge hängt ab von den vom Planer festlegbaren
Parametern:
 Fensterflächengröße
 Orientierung der Fensterflächen
 Neigung der Fensterflächen
 Gesamtenergiedurchlassgrad gi des Fensterglases
 Standort des Gebäudes
Nach Süden orientierte Fenster können je nach Standort etwa 170 % höhere solare Wärmeeinträge erzielen
als Nordfenster und ca. 75 % höhere solare Einträge als
West- oder Ostfenster aufweisen.
Bild 2.21 zeigt für den Standort Potsdam die monatlichen
Strahlungsintensitäten auf vertikale Flächen unterschiedlicher Orientierung.
Die solaren Einträge, die während der Heizperiode zur
Reduzierung des Heizwärmebedarfs und damit der Heizkosten beitragen, können ohne entsprechende baustoffliche oder planerische Maßnahmen im Sommer leicht zur
Überhitzung der zugehörigen Räume führen.
Der Einsatz massiver Betonbauteile führt aufgrund der
hohen Wärmespeicherkapazität zu deutlich reduzierten
Raumtemperaturen im Sommer (siehe Sommerlicher
Wärmeschutz). Darüber hinaus sollten zur Vermeidung zu
hoher Raumtemperaturen wirksame Verschattungsmöglichkeiten an den betroffenen Fensterflächen vorgesehen werden. Besonders wirksam sind außen angeordnete
Verschattungsmöglichkeiten wie Rollläden (Bilder 2.22 bis
2.24) oder Lamellen. Diese sind so in die Fassaden zu in-
160
Süd
Mittlere monatliche Strahlungsintensität Is [W/m2]
140
Ost
West
120
Nord
100
80
60
40
20
0
Januar
Februar
März
April
Mai
Juni
Juli
August September Oktober NovemberDezember
Bild 2.21: Mittlere monatliche Strahlungsintensitäten auf vertikale Flächen am Standort Potsdam, nach [R10]
18
Planung energieeffizienter Wohngebäude 2
Seitlicher Wandaufbau
außen θe = -5 °C
außen θe = -5 °C
Seitlicher Wandaufbau
Absturzsicherung
innen
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
Bild 2.22: Wärmebrückenarme Anordnung eines Rollladenkastens
in eine Betonaußenwand mit Wärmedämmverbundsystem [R00]
Bild 2.23: Wärmebrückenarme Anordnung eines Rollladenkastens
in eine Betonaußenwand mit Kerndämmung und Verblendmauerwerk [R00]
außen θe = -5 °C
Wandlagerung
(z.B. als Mörtelbett)
Bodenaufbau
innen
θi = 20 °C
innen
θi = 20 °C
Abdichtung
Deckenaufbau
Bild 2.24: Wärmebrückenarme Anordnung eines Rollladenkastens
in eine Stahlbeton-Sandwichkonstruktion mit Kerndämmung [R00]
Bild 2.25: Moderne Anlage zur energieeffizienten Beheizung eines
Wohnhauses.
tegrieren, dass die Wärmeverluste infolge von Wärmebrückeneffekten während der Heizperiode möglichst gering
sind.
neuen Wohngebäuden gegenüber dem Gebäudebestand
deutlich reduzieren. Hierbei stellen sich Flächenheizungen
als besonders effizient dar, da sie aufgrund der großen
Wärme übertragenden Flächen nur eine vergleichsweise
geringe Betriebstemperatur benötigen (siehe hierzu Kapitel 3). Diese Flächenheizungen lassen sich in Betonbauteilen als Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen integrieren.
2.9 Heizungs- und Lüftungsanlagen
Durch das Zusammenspiel von hochgedämmten Gebäudehüllen und effizienten Heizungs- und Lüftungsanlagen lässt sich der Energiebedarf zum Bewirtschaften von
19
Einfamilienhaus in Wippingen / Architekturbüro Dieter Mühlebach, Neu-Ulm
20
Wärme speichern und Energie nutzen in massiven Betonbauteilen 3
Energieeffizient zu planen und zu bauen bedeutet, die in
den Wohngebäuden für die hygienischen und das Wohlbefinden erforderlichen Energien so auszulegen, dass
möglichst wenig Energie aus Heizungs- und Kühlungssystemen dem Gebäude zugeführt werden muss. Durch
Standort bezogene Gebäudeausrichtung können die Wärmeeinträge in das Gebäude so ausgelegt werden, dass
ein erheblicher Anteil der benötigten Energie durch die
Sonnenenergie bereits abgedeckt wird. Über den Tagesverlauf und über die Jahreszeiten ändern sich der
scheinbare Sonnenstand und damit der Einfallwinkel der
Sonnenstrahlen. Dementsprechend ist auch der solare
Wärmeeintrag in Wohngebäude keinesfalls eine konstante sondern eine zeitlich sich verändernde Größe.
Beton stellt über den gesamten Tagesverlauf ein gleichmäßig
angenehmes Wohnklima sicher.
Für das energieeffiziente Bewirtschaften von Gebäuden stellt sich die Aufgabe, die kostenlos zur Verfügung
stehende solare Wärme möglichst vollständig nutzen zu
können. Das bedeutet einerseits, die einmal im Gebäude
befindliche Energie dort zu belassen, was eine entsprechende Wärmedämmung der Gebäudehülle erfordert,
und andererseits das Wärmeenergieangebot so dem Nutzer zur Verfügung zu stellen, dass das Gebäude bei solarem Überangebot nicht überhitzt und bei Ausbleiben der
solaren Einträge nicht zu stark auskühlt. Hierzu bedarf es
einer guten Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes. Um
dies zu erreichen, ist die Auswahl der Baustoffe von entscheidender Bedeutung. Schwere Bauteile aus massiven
Baustoffen können deutlich mehr Wärme speichern als
leichte Baustoffe.
Der Beton zeigt in seiner sichtbaren Form der durchlaufenden Deckenplatten zweierlei
Eigenschaften: Zum einen wird er der ökonomischen Absicht der Planer gerecht, den
Rohbau als fertigen Raum zu verwenden, zum anderen ist er Teil eines energetischen
Konzeptes. Die Masse dient als Kälte- und Wärmespeicher und unterstützt die Idee eines
geringen Energieverbrauchs.
Architekt Prof. Günter Pfeifer
aus: Sichtbeton – Technologie und Gestalt. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2006
Die wirksame Wärmespeicherkapazität Cwirk eines Bauteils
bestimmt sich aus dem Produkt aus spezifischer Wärmekapazität c des verwendeten Baustoffs, der Rohdichte ρ
des verwendeten Baustoffs, der Bauteildicke d und der
Bauteiloberfläche A.
Cwirk = c · ρ · d · A
Hohe Rohdichte = hohe Wärmespeicherfähigkeit
Man erkennt bereits an dieser Gleichung, dass bei sonst
gleichen Randbedingungen ein Bauteil aus schweren
Baustoffen wie Beton (hohe Rohdichte) viel mehr Wärmeenergie speichern kann, als ein Bauteil aus leichten
Baustoffen (geringe Rohdichte).
Die hohe Wärmespeicherfähigkeit massiver Baustoffe und
Bauteile trägt maßgeblich zu einem behaglichen Raumklima bei. Wir kennen dieses Phänomen von massiven
Kachelöfen. Die Wärme wird in den massiven Bauteilen
gespeichert und noch über lange Zeit an die Raumluft
abgegeben. Diesen Effekt nutzen massive Bauteile z. B.
auch im Sommer. Bei intensiver Sonneneinstrahlung wird
die Wärmeenergie, die bei leichten Bauweisen schnell zur
Überhitzung der Räume führen kann und ungenutzt abgeführt werden muss, in den massiven Bauteilen, z. B. aus
Beton, gespeichert und damit die Raumlufttemperatur auf
angenehme Werte begrenzt. In den kühlen Nachtstunden
hingegen wird diese Wärmeenergie von den massiven
Bauteilen wieder an die kühle Raumluft abgegeben. Somit ist über den gesamten Tagesverlauf ein gleichmäßig
angenehmes Wohnklima sichergestellt.
Zwischen Stoffen unterschiedlicher Temperaturen, wie
zum Beispiel Raumluft und umfassenden Bauteilen, findet ein Wärmetransport solange statt, bis alle Stoffe nahezu gleiche Potenziale und damit in etwa gleiche Temperaturen aufweisen. Dieser Wärmetransport findet statt:
 über die Bauteiloberflächen in Form von Wärmestrahlung,
 über die Raumluftbewegung als Wärmeströmung
(Konvektion)
 und in bzw. zwischen den Stoffen als Wärmeleitung.
Aufgrund der Materialeigenschaften der beteiligten Stoffe
(Raumluft und Baustoffe) sind all diese Vorgänge zeitabhängig. Ebenso hängt die Wärmespeicherfähigkeit wesentlich von den Materialeigenschaften ab.
Stoffe mit hoher Rohdichte, wie Beton, haben eine hohe Wärmespeicherfähigkeit und erwärmen sich langsam
bzw. kühlen auch nur langsam bei entsprechenden Umgebungstemperaturen ab. Das heißt, Beton ist ein idealer Baustoff, um die tageszeitlichen Schwankungen der
Raumlufttemperatur, die im Wesentlichen durch solare
Einträge entstehen, zu dämpfen und in den Räumen eine
deutlich gleichmäßigere Temperaturverteilung über den
Tag zu erzielen. Dies geschieht selbstregulierend, d. h. ohne aufwendige zusätzliche Regeltechnik, in dem die hohen solaren Einträge zu einem Teil die umfassenden massiven Bauteile erwärmen und somit eine Überhitzung des
Raums verhindern. In den Abendstunden geben die war21
3 Wärme speichern und Energie nutzen in massiven Betonbauteilen
Heizen
Kühlen
Thermoaktive Bauteile
Thermoaktive Bauteile
Wärmepumpe
Wärmepumpe
Absorber oder Erdwärmesonden
Absorber oder Erdwärmesonden
Bild 3.1: Nutzung von thermoaktiven Bauteilsystemen.
men Bauteile die Wärme an die abkühlende Raumluft ab,
so dass auch dann eine angenehme Temperierung (Kühlung) erfolgt.
oder diese geringer dimensioniert werden, wenn die thermisch aktivierten Bauteile zur Abdeckung der Grundlast
herangezogen werden.
Diese Bauteileigenschaften können zusätzlich zur Gebäudetemperierung genutzt werden, wenn in die massiven
Betonbauteile noch zusätzliche Heiz- und Kühlsysteme
integriert werden, wie man sie z. B. von Fußbodenheizungen kennt. Im Gegensatz zur klassischen Fußbodenheizung liegen die Leitungssysteme jedoch direkt in der
Betondecke. Der Abstand der Leitungen untereinander
beträgt etwa 10 cm bis 15 cm. Z.B. über Wasser gefüllte
Leitungssysteme wird die tagsüber nicht benötigte Wärmemenge abgeführt (Kühlfall) und einem Zwischenspeicher zugeführt. Im Heizfall wird die gespeicherte Wärmemenge über die selben Leitungen in die massiven
Betonbauteile eingetragen und über diese an die abgekühlte Raumluft weitergegeben. Wichtig hierbei ist, dass
die thermisch aktivierten Außenbauteile eine gute Wärmedämmung aufweisen, so dass die gespeicherten Energien
im Bauteil verbleiben und nicht ungenutzt an die Außenluft
abgegeben werden.
Werden die aktivierten Bauteile auch planmäßig zur Kühlung der Räume eingesetzt, ist eine mögliche Kondensatbildung auf der kühlen Bauteiloberfläche zu berücksichtigen und durch projektbezogene Planung auszuschließen.
Hierbei wird in aller Regel eine kontrollierte Raumlüftung
erforderlich.
Ein wesentlicher Vorteil der Flächenheizung bzw. Flächenkühlung besteht darin, dass aufgrund der großen Übertragungsfläche der aktivierten Bauteile deren Temperatur nur
geringfügig höher (Heizfall) bzw. niedriger (Kühlfall) als die
Raumtemperatur sein muss.
In vielen Fällen, insbesondere bei gleichmäßig anfallenden
geringen internen Wärmelasten, wie z. B. in Wohn- und
Bürobereichen, kann auf Klimaanlagen verzichtet werden
22
Die Vorzüge thermisch aktivierter Deckenkonstruktionen
sind zusammengefasst:
 die Gebäudemasse nutzbar als thermischer Speicher
 erneuerbare Energien sind nutzbar
 kein Verlust der Geschosshöhe
 geringe Investitionskosten
 ein System zum Heizen und Kühlen
 geringe Temperaturdifferenz zwischen Betonoberfläche und Luft
 geringer Temperaturgradient im Raum und in der Konstruktion
 Heizen und Kühlen erfolgt über Strahlung (Kachelofeneffekt)
 geringere Luftbewegung gegenüber klimatisierten
Räumen
Einige Hersteller bieten Fertigteildecken (Thermoaktive
Decke) an, in die Heiz- bzw. Kühlrohre integriert sind. Der
Heizungsbauer muss vor Ort nur noch den Anschluss der
Rohre in der Decke an den Verteiler herstellen.
Wärme speichern und Energie nutzen in massiven Betonbauteilen 3
Die auf der Deckenunterseite eingebauten Rohre sorgen
für eine gleichmäßige und angenehme Wärmeabstrahlung von der Decke in den Raum. Da die Betondecke die
Wärme über ihre gesamte Fläche auf- oder abgibt, können die Systemtemperaturdifferenzen niedrig bleiben.
Das System ist daher besonders für Heizungsanlagen mit
niedriger Vorlauftemperatur, z. B. mit Wärmepumpen, geeignet. Die Reaktionszeit der Anlage ist geringer als bei
Fußbodenheizungen.
Als Deckensysteme kommen zum Einsatz:
 Hohlplattendecken, in denen im unteren Bereich Mehrschicht-Aluminium-Verbundrohre einbetoniert werden. In den Hohlräumen können zusätzlich Installationsrohre für Kommunikation, Lüftung und Strom untergebracht werden.
 Zweischalige Elementdecken – ähnlich der Doppelwand – mit einer Schale oben und einer unten. Wärmedämmung und die erforderlichen Leitungen für Heizung, Kühlung, Kommunikation, Lüftung und Strom
werden in dem Raum zwischen den Schalen verlegt.
 Ortbetondecken
Die einzelnen Deckenbereiche bilden in sich geschlossene
Kreisläufe, die über separate Ansteuerung die individuelle
Temperierung von Einzelräumen ermöglichen.
Tafel 3.1: Anhaltswerte für die Auslegung der Betonkernaktivierung
Kühlen
Heizen
Raumtemperatur
ca. 26°C
ca. 20°C
Wassereintrittstemperatur
ca. 18°C
ca. 26°C
Wasseraustrittstemperatur
ca. 22°C
ca. 23°C
Leistung
ca. 40 W/m²
ca. 20 W/m²
23
„Energiestern“ als Massivabsorber
24
Betonbauteile für energieeffizientes Bauen 4
Die beschriebene Wärmespeicherfähigkeit von Beton
lässt sich im Wohnungsbau vielfältig nutzen. Im Massivdach wird die damit verbundenen „Wärmeträgheit“ genutzt, die Temperatur über den Tagesverlauf zu vergleichmäßigen und Temperaturspitzen in Zeiten der höchsten
Außentemperatur (Barackenklima) zu vermeiden.
Innovative Systeme ermöglichen darüber hinaus, mit der
in massiven Betonbauteilen gewonnenen Wärmeenergie
aktiv und energieeffizient zu heizen oder zu kühlen.
4.1 Wärme aus Beton
Erneuerbare Energien auf dem Vormarsch
Die meisten deutschen Privathaushalte werden heute
noch konventionell beheizt. Die alle vier Jahre vom Statistischen Bundesamt durchgeführte Haushaltsbefragung
(Mikrozensus) zeichnet ein deutliches Bild (Tafel 4.1).
Wie in Kapitel 1 beschrieben, fordert die Richtlinie
2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz
von Gebäuden ab dem 31.12.2020 nur noch Passiv- und
Nullenergie-Neubauten. Der verbleibende Energiebedarf
eines Gebäudes soll möglichst durch Energie aus erneuerbaren Energiequellen – auch am Standort oder in der
Nähe des Gebäudes erzeugt – gedeckt werden.
Die in Tafel 4.1 aufgeführte Aufteilung der Beheizungsarten wird sich also in den nächsten Jahren stark verschieben müssen zugunsten der Gewinnung der Heizenergie z. B. aus Erd- und anderer Umweltwärme.
Schon Mitte der 1980er Jahre existierten die wissenschaftlichen Grundlagen, wie sich mit Absorbersystemen
aus Beton effizient Umweltwärme gewinnen lässt. Die Zement- und Betonindustrie hat entsprechende Systeme
entwickelt, die sich schon seit vielen Jahren in der Praxis
bewähren.
Tafel 4.1: Bewohnte Wohneinheiten in Wohngebäuden nach
überwiegender Beheizungs- und Energieart (ohne Wohnheime).
Quelle: Statistisches Bundesamt 2010
Energieart
Gas
Heizöl
Fernwärme
Elektrizität/Strom
Holz/Holzpellets
Steinkohle/Braunkohle
Erd- und andere Umweltwärme,
Abluftwärme
Biomasse (außer Holz)
Sonnenenergie
Anteil in %
2010
48,6
28,1
13,1
4
3,5
0,8
0,8
Anteil in %
2002
50
31,8
13,7
4,1
1,0
1,6
-
< 0,1
< 0,1
-
Energiequellen und Nutzung
Zu den erneuerbaren Energiequellen, die zu Heiz- und
Kühlzwecke in Gebäuden eingesetzt werden können, gehören natürliche und künstliche Energiequellen. Zu den
Kriterien, die eine effiziente Nutzung ermöglichen, zählen:
 ausreichende Verfügbarkeit,
 möglichst hohe Wärmespeicherkapazität,
 günstiges Temperaturniveau,
 ausreichende Regenerationsphasen,
 kostengünstige Erschließung und
 niedrige Betriebskosten.
Künstliche Quellen für erneuerbare Energien wie z. B.
Bio-Kraftstoffe haben oftmals hohe Energiepotenziale,
lassen sich aber in aller Regel für die Beheizung von Gebäuden nicht wirtschaftlich nutzen.
Die natürlichen Energiequellen Wasser, Erdreich und Luft
werden durch Sonnenenergie und das Erdinnere mit Wärmeenergie versorgt. Diese Wärmeenergie hat in der Regel
ein für den Kühlbetrieb günstiges, sehr niedriges Temperaturniveau. Für den Heizbetrieb muss das Niveau jedoch
angehoben werden. In modernen Heizanlagen geschieht
dies in der Wärmepumpe, die über den Solekreis der Energiequelle die Wärmeenergie entzieht und dem Heizkreis
zur Verfügung stellt.
Die Wärmepumpenheizanlage arbeitet umso effektiver, je
geringer die Temperaturdifferenz zwischen dem Heizkreis
und dem Solekreis ist. Unter diesem Gesichtspunkt sind
die möglichen natürlichen Wärmequellen zu beurteilen.
Grundwasser
Das Grundwasser steht ab einer Tiefe von 15 m mit einer über das Jahr konstanten Temperatur von 8 °C bis
12 °C zur Verfügung. Grundsätzlich ist das Grundwasser
als Wärmequelle sehr gut geeignet, steht aber nicht überall zur Verfügung. Der stündliche Wasserbedarf bei einem
Einfamilienhaus liegt bei 1.000 l bis 2.000 I, die über Förderbrunnen entnommen werden und nach dem Durchlauf der Wärmepumpe über Schluckbrunnen wieder in
das Grundwasser versickert werden. Die Entnahmemenge und die Nutzung in einem nicht geschlossenen Kreislauf führt nicht nur in Grundwasserschutzgebieten infolge
wasserrechtlicher Vorgaben zu starken Einschränkungen
[R19].
Erdreich
Zur Nutzung der im Erdreich vorhandenen Wärme kann
der Solekreis durch horizontal verlegte Wärmetauscherrohre oder vertikale Erdwärmesonden bzw. Energiepfähle
geführt werden.
25
4 Betonbauteile für energieeffizientes Bauen
Bei den horizontal verlegten Wärmetauscherrohren wird
in erster Linie die Erwärmung des Bodens durch Sonneneinstrahlung im oberflächennahen Bereich genutzt. Liegen die Rohre nicht im fließenden Grundwasser, kann der
Boden um die Rohre durch den Wärmeentzug in der Heizperiode schnell vereisen. Um eine permanente Frostbildung und Vegetationsstörungen zu vermeiden, sollte der
Wärmeentzug im Jahresdurchschnitt nicht über 20 W/m²
liegen. Der Volumenschwund des aufgetauten Erdreichs
im Sommer verursacht Hohlräume um die Rohre, welche
die Wärmeübertragung beeinträchtigen. Eine Verlegung in
Sand ist daher ratsam. Zu bedenken ist bei horizontal verlegten Wärmetauscherrohren der hohe Flächenverbrauch.
Bei Erdwärmesonden ist dagegen der Platzbedarf und
die Gesamtoberfläche wesentlich geringer. Hier werden
Rohrpaare, am unteren Ende U-förmig verbunden, über
im Normalfall 50 m bis 300 m tiefe Bohrlöcher in das Erdreich eingebracht und mit Bentonit oder Mörtel umgeben. Bei Energiepfählen handelt es sich letztendlich um
eine geothermisch aktivierte Tiefgründung. Hier werden in
Bohrpfähle oder Rammpfähle aus Beton, die für die Tiefgründung von Bauwerken auf schwierigem Baugrund erforderlich sind, Rohrleitungen für den Sole- bzw. Glykolkreislauf einbetoniert. Energiepfähle reichen im Normalfall
in Tiefen von 20 m bis 35 m.
Energiepfähle und Erdwärmesonden treffen in diesen Tiefen auf eine über das Jahr konstante Temperatur und können so sehr effektiv je nach Jahreszeit Wärme aus dem
Erdreich entziehen (Heizperiode) oder in diesen einspei-
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Bild 4.1: Funktionsprinzip einer vertikalen Erdwärmesonde [R20]
26
Bild 4.2: Massivabsorber auf Garagendächern in OberhausenRheinhausen
sen (Sommer). Die Kühlleistung während der Sommermonate wird erheblich gesteigert, wenn die Pfähle mit
Grundwasser umspült sind. Dann wird auch eine konstante Erwärmung des Erdreichs bei dauerndem Kühlbetrieb
wirksam verhindert, da die abgegebene Wärme durch das
Grundwasser weiter verteilt wird.
Massivabsorber
Massivabsorber sind Betonbauteile, die aufgrund ihrer
Masse und Exposition Sonnenenergie, Wärme der Außenluft oder Erdwärme in großer Menge aufnehmen bzw.
an die Außenluft oder das Erdreich abgeben können. Der
Transport der Wärmeenergie erfolgt über den Solekreis
lauf in einbetonierten Rohrleitungssystemen
und eine
Wärmepumpe.
waren die AbIn der traditionellen Massivabsorbertechnik
sorber meist Außenbauteile ohne konstruktive
Funktion,
sondern wurden gebäudenah und lageoptimiert an geeig
neten Stellen allein zum Zweck der thermischen Nutzung
errichtet (Bild 4.2).
Die aktuelle Massivabsorbertechnologie arbeitet mit Be
meist auch eine
tonbauteilen, die neben der thermischen
bautechnische Funktion haben. Dabei wird auch die hohe
Wärmespeicherfähigkeit massiger Betonbauteile genutzt.
Ein typischer unterirdischer Massivspeicher
ist die Bo
denplatte eines Gebäudes, bei der der
Wärmetransport
über ein einbetoniertes Rohrsystem erfolgt.
einge Die speicherte Wärmeenergie aus diesem Bauteil wird immer
dann benötigt, wenn die aus oberirdischen Absorbern gewonnene Wärmenergie ein zu niedriges Niveau erreicht.
Dadurch kann ein gleichmäßig hohes Energieniveau ge-
Betonbauteile für energieeffizientes Bauen 4
halten und die Leistungszahl der angeschlossenen Wärmepumpe verbessert werden. Auch alle Gründungselemente und erdüberschüttete Bauteile aus Beton können
als Massivspeicher bzw. -absorber eingesetzt werden.
Oberirdische Massivabsorber sind vorzugsweise flächige
Betonelemente mit Kontakt zur Außenluft, die im Tagesverlauf möglichst lange der Sonnenstrahlung ausgesetzt
sind [R20]. Dazu zählen im Wohnungsneubau vor allem:
 Schall- und Sichtschutzwände
 Brüstungselemente
 Fassadenplatten
 Tiefgaragen
 geneigte Massivdächer und Flachdächer aus Beton
 Gebäudeaußenwände
Die Produktion von Absorbern ist kostengünstig, qualitativ hochwertig und von einem hohen Vorfertigungsgrad
geprägt. Zudem sind Absorber in der Regel wartungsfrei,
da jedes Bauteil ein geschlossenes System bildet. Die als
Massivabsorber genutzten Betonbauteile lassen sich in
Form und Geometrie an nahezu alle gestalterischen oder
konstruktiven Anforderungen anpassen [R20].
4.2 Massivdächer: Wärmespeicher und Absorber
Das menschliche Grundbedürfnis, ein festes Dach über
dem Kopf zu haben, wird erst mit dem Massivdach aus
Beton sprichwörtlich erfüllt. Dabei wird es nicht nur seiner
Schutzfunktion vor Sturm und Regen gerecht, es erfüllt
auch aufgrund seines Wärmespeichervermögens wichtige Aufgaben beim energieeffizienten Bauen.
Massivdachkonstruktionen
Das klassische Flachdach aus Beton wird heute meist
nur noch bei größeren Wohnhäusern eingesetzt. Neben
den wärmetechnischen Anforderungen der EnEV stellen
die Abführung des Wassers und die Abdichtung Anforderungen an Planung, Konstruktion und Ausführung.
Im Wohnungsbau kommt bei Flachdächern meist das
nicht belüftete Dach, auch Warmdach genannt, zur Ausführung. Der Aufbau sieht hier von unten nach oben vor:
 Decke aus Transportbeton, Betonfertigteilen oder
Halbfertigteilen (mit Aufbeton)
 Auffüllung im Gefälle (zum Wasserabfluss)
 Dampfsperre
 Wärmedämmschicht
 Trennschicht
 Dichtungsbahn (Kunststoff oder Bitumenbahnen)
 Schüttung aus Kies
Die Schüttung aus Kies dient als Wärme- und Feuchtepuffer. Sie hilft, Temperaturspitzen und daraus folgende Beanspruchungen in der Konstruktion zu vermindern.
Diese Dachkonstruktionen lassen sich auch einfach als
begrünte Dächer ausführen.
Bei geneigten Dächern setzen sich moderne Massivdach-Systeme immer mehr durch. Aufgrund der positiven bauphysikalischen Eigenschaften machen sie auch
im Hochsommer das Wohnen unter dem Dach angenehm
und schützen vor Außenlärm. Betonplatten mit Dämmung
bzw. Leichtbetonplatten treten an die Stelle der Holzsparren mit Zwischendämmung. Diese massive Dachkonstruktion wird mit normalen Dachsteinen gedeckt. Auch
wenn bei sehr starken Stürmen die Dachsteine vom Dach
geweht würden, ist das Massivdach aus Beton immer
noch winddicht. Mit dem Massivdach aus Beton lassen
sich alle traditionellen Dachformen realisieren: vom Satteldach über das Krüppelwalmdach bis hin zum Pult- und
Flachdach.
Folgende Systeme für das geneigte Massivdach haben
sich bewährt:
 das geneigte Massivdach aus Normalbeton
 das geneigte Massivdach aus Leichtbeton
Bild 4.3: Massivdach aus Beton.
Auf die Konstruktion mit Tragplatte aus Beton und Wärmedämmung wird bei den meisten Systemen eine Holzlattung aufgebracht, in die abschließend die Dachsteine
eingehängt werden können. Dachsteine aus Beton sind
in vielen Formen und Farben lieferbar und haben sich seit
27
4 Betonbauteile für energieeffizientes Bauen
mehr als 150 Jahren als besonders frostbeständig und
dauerhaft erwiesen.
Das geneigte Massivdach aus Transportbeton
Das Herstellen eines geneigten Massivdachs aus Transportbeton bietet die Möglichkeit individueller Dachgestaltung bei unregelmäßigen Grundrissen und unterschiedlichen Dachneigungen. Die tragende Konstruktion wird
auf bzw. in einer Schalung betoniert. Bereiche geringer
Neigung werden mit einem relativ steifen Beton z. B. der
Konsistenzklasse F1 nur auf einer unteren Schalung betoniert. Bei Neigungen über 75° ist dagegen immer eine geschlossene Schalung vorzusehen. Abdichtung und Wärmedämmung erfolgen wie beim Flachdach.
Das geneigte Massivdach aus Betonfertigteilen
Die Tragkonstruktion eines Massivdachs aus Normalbeton ist mit einer Elementdecke (siehe „Decken aus Beton“) vergleichbar. Allerdings erhalten hier die Elemente
keinen Aufbeton. Bei den Elementen für ein Massivdach
werden außerdem spezielle Gitterträger eingesetzt, die
ein einfaches Befestigen der Trägerlattung am Obergurt
ermöglichen. Die Elemente werden werkseitig mit der
erforderlichen Wärmedämmung, mit Unterspannbahn,
Dachlattung, Traufgang, Ortgang und Firstausbildung versehen. Vorgesehene Einbau- und Befestigungselemente
wie z. B. Dachgauben, Dachflächenfenster und Kehldecke
werden ebenfalls im Werk eingebaut bzw. vorgerichtet.
Das geneigte Massivdach aus Leichtbeton
Bei diesem System werden großformatige Dachplatten
aus gefügedichtem Leichtbeton im Werk mit einer Konterlattung versehen, auf der Baustelle montiert und vor Ort
zwischen der Konterlattung mit einer Wärmedämmung
versehen. Ein spezieller Träger bildet meist die Firstkonstruktion, über die dann die verlegten Dachplatten miteinander zugfest verspannt werden. Am Traufpunkt müssen
dann keine Horizontallasten aufgenommen werden. Die
Platten sind an den Längsseiten mit Fugen versehen, die
ebenso wie die kopfseitigen Fugen bei der Montage von
oben mit Zementmörtel vergossen werden.
Die bauphysikalischen Vorzüge von Beton habe ich letzten Sommer hier (Anm. der Redaktion: Interview 2006
im Schöner-Wohnen-Haus in Sittensen) selber kennen
gelernt: Bei hohen Außentemperaturen bin ich die Treppe
vom Erdgeschoss ins Dachgeschoss gegangen. Ich habe
keinen Temperaturunterschied gespürt. Die Speichermasse der massiven Decken, Wände und des Dachs aus
Beton speichert Wärme (Kachelofeneffekt), verhindert
aber durch ihre Temperaturträgheit ein Barackenklima
im Dach.
Architekt Jürgen Lohmann, Lohmann Architekten BDA,
Rotenburg
Energieeffiziente Dächer
Die guten bauphysikalischen Eigenschaften des massiven
Dachs kommen besonders beim sommerlichen Wärmeschutz zum Tragen. Unter Dächern herkömmlicher Bauart
entsteht an heißen Sommertagen leicht das berüchtigte
„Barackenklima“. Das heißt, dass der Temperaturverlauf
der Dachinnenseite dem der Dachaußenseite folgt. Mit
dem Temperaturanstieg außen steigt auch sofort innen die
Temperatur. Umgekehrt läuft es genauso. Unter massiven
Dächern ist dies aufgrund der großen Masse der Konstruktion und der damit verbundenen Temperaturträgheit
nicht der Fall. Das Raumklima ist auch bei längeren Hitzeperioden wesentlich angenehmer. Messungen an einem
Massivdach an einem Apriltag haben ergeben [R21]:
 an der Dachoberfläche tagsüber +30°C und nachts
-2°C (Temperaturschwankung 32°C)
 an der Dachinnenfläche eine Temperatur von ungefähr
20°C mit maximalen Temperaturschwankungen von
nur 2°C
en
θi
=
°
20
Berechnungen in [R22] zeigen, dass die wirksame Wärmespeicherfähigkeit Cwirk massiver Dächer der zimmermannsmäßiger Dachkonstruktionen deutlich überlegen
ist:
C
n
in
innen
θi = 20 °C
außen θe = -5 °C
Bild 4.4: Konstruktion eines Massivdachs aus Betonfertigteilen
(nach [R00])
28
Massivdachkonstruktion aus Porenbeton:
cwirk = Massivdachkonstruktion aus
Leichtbeton und Normalbeton: cwirk = zimmermannsmäßige
Dachkonstruktion:cwirk < 15 Wh/(m²K)
30 Wh/(m²K)
5 Wh/(m²K)
Betonbauteile für energieeffizientes Bauen 4
Bild 4.5: Thermoaktivierung und Wärmespeicherfähigkeit der Wände waren Kernpunkte im energetischen Konzept dieser Wohnanlage in Grabs.
Weiter wird in [R22] ausgeführt, dass leichte Konstruktionen nur bis zu einem Fensterflächenanteil von 20 % ohne Sonnenschutzvorrichtung realisierbar sind, schwere
dagegen bis zu einem Fensterflächenanteil von 30 %.
Eine luftdichte Gebäudehülle kann sich sehr günstig auf
den energetischen Nachweis auswirken. Hierbei ist zu beachten, dass die für den Nachweis Verantwortlichen nicht
nur die fachgerechte Planung sondern die fachgerechte
Ausführung sicherstellen müssen. Eine Massivdachkonstruktion hat aufgrund der großformatigen Bauteile
systembedingt sehr viel weniger abzudichtende Stoßstellen und dient damit der Ausführungssicherheit. Massive
Betondächer bilden somit einen homogenen und dauerhaft winddichten Raumabschluss.
Innovationen und das geneigte Massivdach
Dachflächen aus Beton eignen sich besonders zur Befestigung von Solaranlagen und bieten genügend Raum für
einen schnellen und kostengünstigen Einbau der Installation und der Leitungen. Eine besondere Art der Gewinnung von Heizenergie ist das Massivabsorbersystem. Hier
wird mit Wärmepumpen über Massivbauteile der Umwelt
Wärme entzogen. Aufgrund der hohen Sonneneinstrahldauer und des günstigen Winkels ist hierfür das geneigte
Massivdach besonders gut geeignet.
29
Einfamilienhaus in Barsinghausen / Architekt: hm-architektur, Barsinghausen
30
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
5.1 Öffentlich-rechtliche Anforderungen
an Wohngebäude
EEWärmeG ist es, bis 2020 mindestens 14 % des Wärmeenergie- und Kältebedarfs von Gebäuden durch Erneuerbare Energien abzudecken.
Energieeinsparung, Ressourcenschonung und Umweltschutz sind umweltpolitisch relevante Themen und von
öffentlichem Interesse. Spätestens seit der ersten Energiekrise in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts ist
dieser Themenkomplex in den Fokus nationaler und europäischer öffentlich-rechtlicher und technischer Verordnungen, Gesetze, Bestimmungen und Regelwerke
gerückt. In diesem Kontext nehmen – nicht zuletzt aufgrund ihrer langen technischen Nutzungsdauer - Gebäude eine besondere Rolle ein, sind doch die Haushalte zu
34 % am Primärenergieverbrauch in Deutschland beteiligt, wobei davon 71 % für die Raumheizung verwendet
werden. Beim Neubau von Gebäuden festgelegte energetische Standards werden für einen langen Zeitraum die
Energieeffizienz der Gebäude bestimmen. Daher stellt der
Gesetzgeber gerade bei der Errichtung neuer Gebäude
bereits heute sehr hohe Anforderungen an die Energieeinsparung beim Betreiben dieser Gebäude.
Rechtliche Basis für die energetische Planung und Errichtung von Gebäuden sind zunehmend Vorgaben aus
dem Europäischen Recht, die durch nationale Gesetze
und Verordnungen national umgesetzt werden. Die europäische Gebäuderichtlinie (EPBD 2010) [R03] verlangt
für alle Gebäude ab dem 1. Januar 2021 die Ausführung
als Niedrigstenergiegebäude. Hierunter werden Gebäude
verstanden, deren fast bei Null liegender Energiebedarf zu
einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen gedeckt wird. Diesem mittelfristigen Standard wird durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz
(EEWärmeG) [R11] mit dem politischen Ziel einer erhöhten
Verwendung von Erneuerbaren Energien bei der energetischen Gebäudeversorgung der Weg geebnet. Ziel des
Lüftungswärmeverluste HV
interne
Speicher
Lüftungsverluste HV
GEWINNE
passiv
Qr
interne
Wärmequelle
Qi
Planer können sich bereits heute bei der Gebäudekonzeptionierung auf technische Regelwerke stützen, die Bilanzierungsmodelle hierfür bereitstellen. In der DIN V 18599
„Energetische Bewertung von Gebäuden“ [R12] wird Planern ein umfassendes Regelwerk an die Hand gegeben,
mit dem sie eine ganzheitliche energetische Beurteilung
eines Gebäudes vornehmen können. Dieses Normenwerk
stellt auch den wesentlichen Teil der energetischen Nachweisführung der Energieeinsparverordnung dar.
5.2 Anforderungen der Energieeinsparverordnung
(EnEV)
Zentrales Ziel der Energieeinsparverordnung ist es und
wird es auch weiterhin bleiben, den Energieeinsatz zum
Heizen, Kühlen, Lüften, Bereiten des Warmwassers sowie
zum Beleuchten noch weiter zu reduzieren. Hierzu wird
der Jahres-Primärenergiebedarf Qp des zu errichtenden
Gebäudes oder Gebäudeteils berechnet. Unter Primärenergiebedarf ist gemäß DIN V 18599 die berechnete Energiemenge zu verstehen, die zusätzlich zum Energieinhalt
des notwendigen Brennstoffs und der Hilfsenergien für die
Anlagentechnik auch die Energiemengen einbezieht, die
durch vorgelagerte Prozessketten außerhalb des Gebäudes bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung der
jeweils eingesetzten Brennstoffe bzw. Stoffe entstehen.
Der Endenergiebedarf ist dagegen die berechnete Energiemenge, die der Anlagentechnik (Heizungsanlage,
raumlufttechnische Anlage, Warmwasserbereitungsanlage, Beleuchtungsanlage) zur Verfügung gestellt wird, um
die festgelegte Rauminnentemperatur, die Erwärmung des
Warmwassers und die gewünschte Beleuchtungsqualität
über das ganze Jahr sicherzustellen. Der Endenergieverbrauch ist letztendlich der Verbrauch, der dem Betreiber
eines Gebäudes vom Energielieferanten in Rechnung gestellt wird.
Der Jahres-Primärenergiebedarf Qp eines Wohngebäudes
wird beeinflusst durch:
VERLUSTE
Transmission
HT
 die gewählte Anlagentechnik. Hierbei insbesondere
durch den Nutzenergiebedarf für die Warmwasserbereitung QW
Bild 5.1: Einflussfaktoren auf die Ermittlung des Jahres-Heizwärmebedarfs
 energetische Bewertung verschiedener Heizungsanlagen und Energieträger in der Aufwandszahl eP
 den baulichen Wärmeschutz, insbesondere durch
den Jahres-Heizwärmebedarf (Qh), der bestimmt wird
durch:
Qh
Qw
Heizanlage
31
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
– die Transmissionswärmeverluste HT unter Berück sichtigung der Wärmebrückenverluste (HWB)
– die Lüftungswärmeverluste (Hv)
– die solaren Wärmegewinne (Qs)
– die internen Wärmegewinne (Qi)
Um der gestalterischen Vielfalt von Gebäuden Rechnung
zu tragen, gibt die Energieeinsparverordnung keinen festen
Wert eines einzuhaltenden Jahres-Primärenergiebedarfs
vor, sondern einen energetischen Mindeststandard, der
sich an der Kubatur des geplanten Wohngebäudes orien-
tiert. Hierzu wird der vorliegende Gebäudeentwurf des Architekten mit definierten energetischen Eigenschaften der
Bauteile und der Anlagentechnik versehen (siehe nachfolgende Tafel 5.1). Dieses fiktive Gebäude stellt das energetische Referenzgebäude und damit das einzuhaltende
energetische Niveau des zu realisierenden Gebäudes dar.
Hierzu wird zunächst der Jahres-Primärenergiebedarf des
fiktiven Referenzgebäudes berechnet. Dabei werden die
in Tafel 5.1 aufgeführten Eigenschaften der Gebäudeteile
und der Anlagentechnik angenommen.
Tafel 5.1: Eigenschaften der Gebäudeteile und der Anlagentechnik des Referenzgebäudes
• Außenwand (einschließlich Einbauten,
wie Rollladenkästen), Geschossdecke
gegen Außenluft
Wärmedurchgangskoeffizient U = 0,28 W/(m² · K)
• Außenwand gegen Erdreich, Bodenplatte, Wände und Decken zu unbeheizten
Räumen
Wärmedurchgangskoeffizient U = 0,35 W/(m² · K)
• Dach, oberste Geschossdecke, Wände
zu Abseiten
Wärmedurchgangskoeffizient U = 0,20 W/(m² · K)
• Fenster, Fenstertüren
Wärmedurchgangskoeffizient Uw = 1,3 W/(m² · K)
• Dachflächenfenster
Wärmedurchgangskoeffizient Uw = 1,4 W/(m² · K)
Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g⊥ = 0,60
• Lichtkuppeln
Wärmedurchgangskoeffizient Uw = 2,7 W/(m² · K)
Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g⊥ = 0,64
• Außentüren
Wärmedurchgangskoeffizient U = 1,8 W/(m² · K)
• Wärmebrückenzuschlag
ΔUWB = 0,05 W/(m² · K)
• Luftdichtheit der Gebäudehülle
Bemessungswert n50
Bei Berechnung nach
· DIN V 4108-6: 2003-06 [R13]: mit Dichtheitsprüfung
· DIN V 18599-2: 2011-12 [R14]: nach Kategorie I
• Sonnenschutzvorrichtung
keine anzurechnende Sonnenschutzvorrichtung
• Heizungsanlage
· Wärmeerzeugung durch Brennwertkessel (verbessert), Heizöl EL,
Aufstellung:
- für Gebäude bis zu 500 m² Gebäudenutzfläche innerhalb der thermischen Hülle
- für Gebäude mit mehr als 500 m² Gebäudenutzfläche außerhalb der thermischen Hülle
· Auslegungstemperatur 55/45 °C, zentrales Verteilsystem innerhalb der Wärme übertragenden Umfassungsfläche, innen liegende Stränge und Anbindeleitungen, Standard-Leitungslängen nach DIN V 4701-10: 2003-08 [R15] Tabelle 5.3-2, Pumpe auf Bedarf ausgelegt (geregelt, Δp konstant), Rohrnetz hydraulisch abgeglichen
· Wärmeübergabe mit freien statischen Heizflächen, Anordnung an normaler Außen-
wand, Thermostatventile mit Proportionalbereich 1 K
• Anlage zur Warmwasserbereitung
· zentrale Warmwasserbereitung
· gemeinsame Wärmebereitung mit oben beschriebener Heizungsanlage
· bei Berechnung nach DIN V 18599
· Solaranlage mit Flachkollektor sowie Speicher ausgelegt gemäß
DIN V 18599-8: 2011-12 [R16] Tabelle 15
· bei Berechnung nach DIN V 4108-6 und DIN V 4701-10
· Solaranlage mit Flachkollektor zur ausschließlichen Trinkwassererwärmung
entsprechend den Vorgaben nach DIN V 4701-10: 2003-08 [R15] Tabelle 5.1-10 mit Speicher, indirekt beheizt (stehend), gleiche Aufstellung wie Wärmeerzeuger,
- kleine Solaranlage bei AN ≤ 500 m² (bivalenter Solarspeicher)
- große Solaranlage bei AN > 500 m²
· Verteilsystem innerhalb der Wärme übertragenden Umfassungsfläche, innen liegende Stränge, gemeinsame Installationswand, Standard-Leitungslängen nach
DIN V 4701-10: 2003-08 [R15], Tabelle 5.1-2, mit Zirkulation
• Kühlung
Keine
• Lüftung
zentrale Abluftanlage, bedarfsgeführt mit geregeltem DC-Ventilator
Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g⊥ = 0,60
32
EnEV 2014!
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Das Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarf Qp ist DIN V 18599:2011-02 [R14] zu
entnehmen. Alternativ kann für nicht gekühlte Wohnhäuser auch das Berechnungsverfahren nach DIN V 4108-6
[R06] und DIN V 4701 (Monatsbilanzverfahren) [R15, R17]
angewendet werden.
Der errechnete Wert für den Jahres-Primärenergiebedarf
Qp des zu errichtenden Gebäudes oder Gebäudeteils darf
den Jahres-Primärenergiebedarf eines in der EnEV definierten fiktiven Referenzgebäudes gleicher Kubatur und
Geometrie, jedoch festgelegter thermischer Qualität, nicht
überschreiten.
5.2.1 Das Nachweisverfahren im Monatsbilanzverfahren
Im Rahmen dieser Broschüre wird auf das für Wohngebäude, die nicht gekühlt werden, erlaubte und in der Praxis gängige Berechnungsverfahren nach DIN V 4108-6 :
2003-06 [R15] und DIN V 4701-10 : 2003-08 [R17] eingegangen.
Der Jahres-Primärenergiebedarf Qp ergibt sich aus folgender Gleichung:
Qp = ep · (Qh + Qw)
Qw bezeichnet den Nutzwärmebedarf für die Warmwasserbereitung und wird pauschal mit 12,5 kWh/(m²·a) berücksichtigt.
Die primärenergiebezogene Gesamt-Anlagenaufwandszahl eP dient der Berücksichtigung der Effizienz von Heizung, Warmwasserbereitung und raumlufttechnische
Anlagen und beschreibt das Verhältnis von Aufwand an
Primärenergie zum erwünschten Nutzen.
Die Bewertung der Effizienz der Anlagentechnik betrachtet die komplexe Kette vom Wärmeerzeuger über die Regelung und Verteilleitungen bis zu den Heizflächen in den
Räumen. Auch die Trinkwassererwärmung wird bei der
Bewertung der Verteilverluste einbezogen.
Die Berechnung der primärenergetischen Effizienzkennzahl, der sogenannten Anlagen-Aufwandszahl ep, ist in
DIN V 4701-10 [R15] geregelt. Sie ist der Kehrwert des
Wirkungsgrads des Heiz-, Trinkwassererwärmungs- und
Wärmeverteilsystems. Das heißt, je niedriger die AnlagenAufwandszahl ist, desto effizienter arbeitet das System.
Die Effizienz einer Heizungsanlage hängt ganz wesentlich
vom Anlagentyp ab. Für die Planung eines Gebäudes ist
die Tatsache interessant, dass die Anlagen-Aufwandszahl
eines Brennwertkessels mit gebäudezentraler Trinkwassererwärmung bei Lage des Kessels außerhalb der thermischen Hülle (z. B. in einem ungedämmten Keller) größer ist als bei Lage des Kessels innerhalb der thermischen
Hülle (z. B. in einem wärmegedämmten Keller).
Die Lage des Heizkessels in einem wärmegedämmten Keller wirkt sich
positiv auf die Anlagen-Aufwandszahl ep aus.
Zur Bestimmung von ep bietet DIN V 4701-10 [R15] drei
Verfahren an, die sich hinsichtlich Detaillierungsgrad und
Aufwand unterscheiden.
Das Diagrammverfahren (Bild 5.3) ist die einfachste Methode, die Aufwandszahlen zu ermitteln. Im Beiblatt 1 zur
DIN V 4701-10 [R17] findet der Planer 78 beispielhafte Anlagetechnikkonfigurationen. Der Planer ist mit den so ermittelten Werten immer auf der sicheren Seite, nimmt aber
weniger günstige und damit weniger wirtschaftliche Aufwandszahlen in Kauf.
Das detaillierte Verfahren berücksichtigt die tatsächlichen
Komponenten-Kennwerte. Der Planer erhält deshalb niedrigere Aufwandszahlen als nach dem Tabellenverfahren. Die
Gerätehersteller bieten für ihre Wärmeerzeugungssysteme
entsprechende Diagramme an, die aus spezifischen Kennwerten entwickelt werden und die gegenüber der Norm zu
günstigeren Aufwandszahlen führen.
Bild 5.2: Wände und Decken wirken bei diesem Wohnhaus gemeinsam als Speichermassen für Heizung und Kühlung. Einfamilienhaus in Hörbranz / Architekt: Christoph Manahl.
Die Ermittlung der wichtigsten Eingangsgröße, des Jahres-Heizwärmebedarf Qh, wird im folgenden Abschnitt
ausführlich dargestellt.
33
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
1,60
qh = 40 kWh/(m2a)
1,55
qh = 50 kWh/(m2a)
Anlagenaufwandszahl ep
1,50
qh = 60 kWh/(m2a)
qh = 70 kWh/(m2a)
1,45
qh = 80 kWh/(m2a)
qh = 90 kWh/(m2a)
1,40
1,35
1,30
1,25
1,20
1,15
1,10
100 150 200250
300
350400450 500450
AN [m2]
Bild 5.3: Beispielhafter Zusammenhang zwischen Anlagenaufwandszahl, Jahresheizenergiebedarf und beheizter Fläche, nach [R17]
Ermittlung des Jahres-Heizwärmebedarf Qh
In der Energieeinsparverordnung 2014 ist für die Ermittlung des Jahres-Heizwärmebedarfs das Monatsbilanzverfahren vorgesehen. Diesem Verfahren liegt der Ansatz zu
Grunde, dass der Heizwärmebedarf zur Aufrechterhaltung
eines vorgegebenen Temperaturniveaus (Innentemperatur
+19°C) in einem Gebäude sich ergibt aus der Summe der
Wärmeverluste (Transmission und Lüftung) abzüglich der
nutzbaren Wärmegewinne (Sonneneinstrahlung, Geräte,
Personen etc.).
5.2.2 Heizwärmebedarf versus Heizwärmeverbrauch
Für den Nutzer ist die Unterscheidung zwischen Heizwärmebedarf und Heizwärmeverbrauch nicht immer offensichtlich, aber im Nachweis von entscheidender Bedeutung.
Während der Heizwärmeverbrauch eine individuell beeinflusste Größe ist, die bei einem bestimmten Gebäude in
einem bestimmten Zeitraum unter individuellen Nutzungsgewohnheiten (z. B. Standort des Gebäudes, Innenraumtemperatur, Lüftungsverhalten, Nachtabsenkung, Länge
der Heizperiode) die benötigte Wärmemenge repräsentiert, objektiviert der rechnerische Heizwärmebedarf die
Betrachtung.
Der Heizwärmebedarf wird unter definierten Randbedingungen errechnet, um die energetische Vergleichbarkeit von Gebäuden zu ermöglichen. Der rechnerische
Heizwärmebedarf kann sich damit durchaus deutlich von
dem tatsächlichen Heizwärmeverbrauch unterscheiden.
34
5.2.3 Ermittlung des Heizwärmebedarfs
Als Formel ergibt sich für den monatlichen Heizwärmebedarf:
Qh,M = Ql,M - ηM Qg,M
Darin bedeuten:
Qh,M:monatlicher Heizwärmebedarf
Ql,M: monatliche Wärmeverluste
Qg,M:monatliche Wärmegewinne
ηM: monatlicher Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne
Die Randbedingungen, mit denen die einzelnen Eingangsgrößen zur Berechnung des Heizwärmebedarfs ermittelt
werden, sind aus Gründen der Vergleichbarkeit durch
die Energieeinsparverordnung 2014 vorgegeben. Diese
Randbedingungen weichen teilweise von den Gewohnheiten der Nutzer ab. Insofern können die ermittelten Werte des Heizwärmebedarfs zum Teil deutlich von den Verbrauchswerten abweichen.
Der Jahres-Heizwärmebedarf ergibt sich dann aus der
Summe der monatlichen Bilanzen aus:
Qh =
∑
Qh,Mpos
M
wobei der Index „pos“ darauf verweist, dass nur die Werte mit positiver Wärmebilanz Qh,M > 0 in die Berechnung
eingehen. Das bedeutet, dass rechnerische Wärmeenergieüberschüsse nicht in der Bilanz berücksichtigt werden.
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Monatliche Wärmeverluste
Die monatlichen Wärmeverluste Qi,M eines Gebäudes berechnen sich aus:
Ql,M = 0,024 · HM · (θi - θe,M) · tM
mit
Ql,M:monatliche Wärmeverluste [kWh]
HM: spezifischer Wärmeverlust; bei Berechnung der Wärmeverluste über das Erdreich nach DIN EN ISO 13370 monatsabhängig; HM = (HT + HV) mit:
HT: Transmissionswärmeverluste [W/K]
HV: Lüftungswärmeverluste [W/K]
θi: Innentemperatur (+19°C)
θe,M: mittlere Außenlufttemperatur des betrachteten Monats
tM: Anzahl der Tage des betrachteten Monats [d]
Im Rahmen der Nachweisführung der Energieeinsparverordnung werden die Transmissionswärmeverluste HT
eines Gebäudes durch einen vereinfachten Ansatz mittels
Temperatur-Korrekturfaktoren erfasst:
HT = ∑ (Fx,i · Ui · Ai) + HWB + ΔHT,FG
i
Hierbei sind:
Fx,i: der Temperatur-Korrekturfaktor für die Fläche i
Ui:
der Wärmedurchgangskoeffizient der Fläche i
Ai:
eine Wärme übertragende Fläche i zur Außen-
luft, zu unbeheizten Räumen oder zum Erdreich
HWB: die Transmissionswärmeverluste infolge Wär-
mebrücken
ΔHT,FG:die Wärmeverluste an Bauteilen mit integrierten Heizflächen
Lüftungswärmeverluste HV
In jedem zu Wohnzwecken genutztem Gebäude ist eine
gewisse Luftwechselrate erforderlich, um verbrauchte
Luft gegen Frischluft auszutauschen. Mit dem Luftaustausch geht aber auch Wärmeenergie verloren, da warme
Innenluft mit kühlerer Außenluft vermischt wird. Unplanmäßige Luftwechsel durch Undichtigkeiten in der Konstruktion müssen daher möglichst vermieden werden.
Die Lüftungswärmeverluste HV eines Gebäudes mit freier
Lüftung (über Fenster) berechnen sich aus:
HV = 0,34 Wh/(m³·K) · n · V
Hierbei sind:
n:Luftwechselrate
V: Netto-Volumen des Gebäudes, das nähe-
rungsweise aus dem Bruttovolumen (Außenab-
messungen) berechnet werden kann.
Den Nachweis der Luftdichtheit von Gebäuden (z. B. mit
dem Blower-Door-Verfahren) belohnt die EnEV mit einem
günstigeren Ansatz der Luftwechselrate n. Ohne Nach-
Bild 5.4: Der einfache, rechteckige Baukörper dieses Wohnhauses
ist nach Norden, Osten und Westenweitestgehend geschlossen
und öffnet sich in beiden Ebenen mit großzügigen Glasflächen
nach Süden. Architekt Dieter Mühlebach, Neu-Ulm.
weis ist gemäß DIN 4108-6 [R06] mit einer Luftwechselrate n = 0,70 h-1 zu rechnen. Das bedeutet, dass 70 %
des Luftvolumens in einer Stunde durch planmäßige und
unplanmäßige Luftwechsel ausgetauscht wird. Bei freier
Lüftung bzw. Fensterlüftung kann diese Luftwechselrate
im Falle des Nachweises der ausreichenden Dichtheit der
Gebäudehülle abgemindert werden auf n = 0,60 h-1.
Bei einer Überprüfung der Anforderungen nach § 6 Abs. 1
der EnEV können die Lüftungswärmeverluste HV im Nachweisverfahren deutlich reduziert werden. Die Überprüfung
gilt als bestanden, wenn der nach DIN EN 13829 [R09]
bei einer Druckdifferenz zwischen innen und außen von 50
Pa gemessene Volumenstrom – bezogen auf das beheizte
Luftvolumen – bei Gebäuden:
 ohne raumlufttechnische Anlagen 3 h-1
und
 mit raumlufttechnischen Anlagen 1,5 h-1
nicht überschreitet.
5.2.4 Monatliche Wärmegewinne
Für das Beheizen von Wohngebäuden stehen einige Wärmequellen kostenlos zur Verfügung. Aufgabe des Planers ist es, diese effizient einzusetzen. Die energetischen
Nachweise berücksichtigen diese Wärmegewinne. Zum
einen sind dies Wärmemengen, die sich durch die in den
Gebäuden aufhaltenden Personen und den dort befindlichen Geräten und Installationen ergeben. Andererseits
sind dies Wärmeeinträge durch Sonneneinstrahlung, die
im Wesentlichen über die Fenster und Fenstertüren erfolgen. Diese Wärmeeinträge sind stark vom Sonnenstand
und deshalb von den Jahreszeiten und der Himmelsrich35
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
tung und damit von der jeweiligen Raumausrichtung abhängig. Durch geschickte Gebäudeplanung können diese
Wärmeeinträge einen wesentlichen Beitrag zur Deckung
des Heizwärmebedarfs leisten.
In die monatlichen Wärmegewinne Qg,M eines Gebäudes
fließen die monatlichen solaren Wärmegewinne Φs,M und
die monatlichen internen Wärmegewinne Φi,M ein:
Qg,M = 0,024 · (Φs,M + Φi,M) · tM
mit:
Qg,M:monatliche Wärmegewinne [kWh]
Φs,M:monatsbezogene solaren Wärmegewinne [W]
Φi,M: monatsbezogene internen Wärmegewinne [W]
tM: Anzahl der Tage des betrachteten Monats [d]
Wärmemengen, die durch transparente Bauteile (Fenster,
Fenstertüren) in Räume der beheizten Zone gelangen,
können wesentlich zur Heizenergieeinsparung beitragen
und in der energetischen Bilanzierung genutzt werden.
Die Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung (solare Gewinne) sind stark abhängig vom Standort des Gebäudes,
von den Fensterflächen des Gebäudes und deren Neigung und Ausrichtung. Ebenso beeinflussen die energetische Qualität des Fensterglases (Energiedurchlassgrad)
und eventuelle Sonnenschutzvorrichtungen die Höhe der
nutzbaren Wärmeeinträge während der Heizperiode.
Die monatsbezogenen solaren Wärmeströme werden
in der Nachweisführung nach EnEV 2014 durch den numerischen Ansatz der DIN V 4108-6 [R06] wie folgt erfasst:
n
Φs = ∑ Is,j ·∑ As,ji
(
)
j
i
Hierbei sind:
monatliche
Mittelwerte
der
StrahlungsIs:
intensitäten
für
das
betrachtete
Bauteil
(orientierungs- und neigungsabhängig) [W/m2]
As: effektive Kollektorfläche [m2]
i:
Index für die Bauteile
j:
Index für die Orientierung
Die zur Berechnung des solaren Wärmestroms Φs erforderlichen Strahlungsintensitäten Is sind orientierungs- und
neigungsabhängig. Monatswerte für verschiedene Standorte in Deutschland sind in [R06] angegeben.
Für den energetischen Nachweis nach der Energieeinsparverordnung 2014 wird die effektive Kollektorfläche As
eines transparenten Bauteils (z. B. Fenster), durch die der
Wärmestrom in die beheizte Zone eindringen kann, benötigt. Sie errechnet sich wie folgt:
36
As = A · FS · FC · FF · g
Hierbei sind:
As: effektive Kollektorfläche
A: Bruttofläche des transparenten Bauteils (lichte Rohbaumaße)
FS: Abminderungsfaktor für Verschattung (für übliche Fälle FS = 0,9; sofern aufgrund baulicher Bedin ungen Verschattung vorliegt, können abweichende Werte verwendet werden)
FC: Abminderungsfaktor für Sonnenschutzeinrichtungen
(FC = 1,0)
FF: Abminderungsfaktor für den Rahmenanteil
(FF = 0,7)
g: Gesamtenergiedurchlassgrad des transparenten
Bauteils (g = 0,9 · g⊥);
Exakte Werte sollten den entsprechenden Produktinformationen entnommen werden.
Beim Nutzen der Wohngebäude entstehen durch den Aufenthalt von Personen und das Nutzen von (elektrischen)
Geräten Wärmeeinträge, die in der energetischen Bilanzierung der Energieeinsparverordnung berücksichtigt
werden. Die monatlichen Wärmegewinne Φi,M hängen
stark von der Gebäudenutzung ab. Im Rahmen der EnEV
2014 werden diese Wärmegewinne für Wohngebäude unverändert gegenüber der ENEV 2009 pauschal mit 5 W/m²
Nutzfläche angesetzt.
Somit ergeben sich die internen Wärmegewinne zu:
Φi,M = qi,M · AN
Hierbei sind:
Φi,M: mittlere monatliche interne Wärmegewinne [W]
qi,M: mittlere monatliche intene Wärmegewinne (flächenbezogen)
 für Wohngebäude und übrige Gebäude: qi,M = 5 W/m2
 für Büro- und Verwaltungsgebäude: qi,M = 6 W/m2
AN: Nutzfläche in m2
AN = 0,32 · Ve
5.3 Sommerlicher Wärmeschutz
5.3.1 Bauliche Maßnahmen
Bei Wärmeschutzmaßnahmen denkt man in Deutschland
zumeist nur an den Schutz vor winterlicher Kälte. Doch
auch in heißen Sommern, von denen es auch in Deutschland in Zukunft immer mehr geben soll, muss die Behaglichkeit in Wohnräumen gewährleistet bleiben. Auch hier
ist aus Gründen der Energieeffizienz möglichst auf den
Einsatz von Klimaanlagen zu verzichten und durch bauliche Maßnahmen Vorsorge zu treffen.
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Wohnräume heizen sich im Sommer in erster Linie durch
die Sonneneinstrahlung über die Fensterflächen auf. Hier
greifen auch die baulichen Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes:
 Eigenverschattung der Fensterflächen eines Gebäudes z. B. durch auskragende Balkone
 außen liegende Sonnenschutzelemente wie Rollos,
Jalousien, Markisen und Fensterläden unmittelbar an
den Fenstern
 infrarotreflektierende Fensterscheiben oder Fensterscheiben mit nachträglich aufgebrachten Sonnenschutzfolien
 Abführen der eingebrachten Wärmeenergie in kühleren Stunden des Tages durch Lüften
Besonders effektiv sind Bauteilkonstruktionen aus massiven Baustoffen, die den Energieeintrag in Gebäude
kompensieren und die solaren Gewinne durch ihre hohe
Masse speichern können, um sie dann in den kühleren
Nachtstunden abgeben zu können. In Kapitel 3 wird im
Rahmen der energetischen Eigenschaften von Beton die
hervorragende Wärmespeicherfähigkeit erwähnt, die im
Sommer ein gleichmäßig behagliches Raumklima gewährleistet, z. B. beim Einsatz von Massivdächern aus
Beton auch in Dachräumen. In Kapitel 4 werden Betonbauteile beschrieben, über die sich die eingetragene Energie aktiv im Gebäude nutzen lässt.
Bauteile aus Beton sind effektiv, da sie solare Gewinne durch ihre hohe
Masse speichern können.
5.3.2 Erfordernis der Nachweisführung
Grundsätzlich ist der sommerliche Wärmeeintrag abhängig
von folgenden Faktoren:
 Standort des Gebäudes
 Gesamtenergiedurchlassgrad der Fenster und festen
Verglasungen
 Sonnenschutz
 Anteil an der Fläche der Außenbauteile
 Orientierung nach der Himmelsrichtung und ihrer Neigung in Dachschrägen
 interne Wärmegewinne und Lüftung in den Räumen
 Wärmeleiteigenschaften der nicht transparenten Außenbauteile bei instationären Randbedingungen (tageszeitlicher Temperaturgang und Sonneneinstrahlung)
 Wärmespeicherfähigkeit angrenzender Bauteile.
Bei letztgenanntem ist die Erwärmung der Räume umso
geringer, je größer die speicherfähige Masse der Bauteile
ist, die mit der Raumluft in Verbindung stehen. Wirksam
sind dabei nur Bauteilschichten raumseits vor Wärmedämmschichten. Betonbauteile sind demnach beim sommerlichen Wärmeschutz besonders wirksam.
Betonbauteile sind beim sommerlichen Wärmeschutz
besonders wirksam.
Grundsätzlich ist nach der Energieeinsparverordnung der
Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes zu führen
und zu erbringen. Der Nachweis wird raumbezogen geführt, wobei Planer dies nicht für jeden Raum des Gebäudes durchführen müssen, sondern den sommerlichen
Wärmeschutz auf den „kritischen Raum“ beschränken
können.
Die Nachweisführung kann entweder über thermische
Gebäudesimulationen oder über die Begrenzung der Sonneneintragskennwerte erfolgen. Beide Verfahren sind in
DIN 4108-2 [R18] beschrieben, wobei die Begrenzung des
Sonneneintrags im Wohnungsbau wohl überwiegend zum
Einsatz kommt.
Für bestimmte Wohngebäude sieht die Energieeinsparverordnung 2014 die Möglichkeit vor, auf einen Nachweis
des sommerlichen Wärmeschutzes zu verzichten. Dies
sind Wohngebäude, bei denen der kritische Raum einen
grundflächenbezogenen Fensterflächenanteil von nicht
mehr als 35 % besitzt. Gleichzeitig müssen die ost-, südund westorientierten Fenster des Gebäudes mit hochwirksamen außen liegenden Sonnenschutzvorrichtungen
versehen sein.
Der für die Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes im kritischen Raum nach DIN 4108-2 [R18] erforderliche Fensterflächenanteil fWG ergibt sich aus dem
Verhältnis der Fensterfläche AW (lichte Rohbaumaße) zu
der Nettogrundfläche AG des zugehörigen Raums bzw.
Raumbereichs.
Bild 5.5: Bauen mit Beton sorgt für ein behagliches Raumklima,
das auch dauerhaft konzentriertes Arbeiten im heimischen
Arbeitszimmer ermöglicht.
fWG =
AW
AG
37
EnEV 2014!
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
Die Nettogrundfläche AG wird mit Hilfe der lichten Raummaße bestimmt, wobei die größte anzusetzende Raumtiefe durch den dreifachen Wert der lichten Raumhöhe
begrenzt wird (sechsfacher Wert bei gegenüberliegenden
Fassaden in einem Raum). Ist bei sehr tiefen Räumen der
Fassadenabstand größer als die sechsfache lichte Raumhöhe, muss der Nachweis für die beiden der jeweiligen
sich ergebenden fassadenorientierten Raumbereiche separat durchgeführt werden.
Für Räume und Raumbereiche, deren so ermittelter grundflächenbezogener Fensterflächenanteil die Werte der Tafel
5.2 nicht überschreitet, darf ebenfalls auf einen Nachweis
des sommerlichen Wärmeschutzes verzichtet werden.
Tafel 5.2: Grundflächenbezogener Fensterflächenanteil von
Räumen und Raumbereichen, unterhalb dessen auf einen sommerlichen Wärmeschutznachweis verzichtet werden kann ([R18],
Tabelle 6)
Spalte
1
2
3
Zeile
Neigung
der Fenster
gegenüber
der Horizontalen
Orientierung
der Fenster
Grundflächen
bezogener
Fensterflächenanteil
fWG
1
über 60°
bis 90°
Nord-West- über
Süd bis Nord-Ost
10 %
2
15 %
Alle anderen
Nordorientierungen
3
von 0°
bis 60°
Alle Orientierungen
7%
Anm.: Sind beim betrachteten Raum mehrere Orientierungen mit Fenstern vorhanden, ist der kleinere Grenzwert
für fWG bestimmend. fWG ist hierbei aus der Summe aller
Fensterflächen zur Grundfläche zu berechnen.
5.3.3 Vereinfachtes Verfahren nach DIN 4108-2 mittels
Sonneneintragskennwerten
Für Räume, für die ein Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes erforderlich ist, beschreibt die
DIN 4108-2 ein vereinfachtes Verfahren, durch das Sonneneintragskennwerte ermittelt werden. Der Sonneneintragskennwert stellt dabei eine rechnerisch ermittelte
Größe zur Bewertung des Sonnenenergie-Eintrags von
transparenten Außenbauteilen im Hinblick auf die Vermeidung von Überhitzung im Sommer dar. Der Sonneneintragskennwert darf in dem Nachweisverfahren einen
Höchstwert nicht überschreiten. In Gebäuden, die danach
ausgeführt sind, werden die sommerlichen Raumtemperaturen im Regelfall das erträgliche Maß auch ohne Klimatisierung nicht überschreiten.
38
Bild 5.6: Gebäude in Betonbauweise ermöglichen aufgrund ihres
großen Wärmespeichervermögens auch im Sommer erträgliche
Raumtemperaturen – ohne Klimatisierung. So auch bei diesem
Einfamilienhaus in Barsinghausen (Architekt: hm-architektur,
Barsinghausen).
Anwendungsbereiche
Der Nachweis für die Begrenzung der solaren Wärmeeinträge ist für „kritische” Räume bzw. Raumbereiche an der
Außenfassade, die der Sonneneinstrahlung besonders
ausgesetzt sind, durchzuführen. Auch bei Verwendung
einer Raumkühlung sind die Sonneneintragskennwerte –
soweit unter Ausschöpfung aller baulichen Möglichkeiten
machbar – einzuhalten.
Bezüglich
der
Soll-Raumtemperaturen,
Klimazonen, Luftwechselraten im Sommer, internen Wärmegewinne, Nettogrundflächen und Raumtiefen sowie
Fensterrahmenanteile
werden
vereinfachend
einheitliche Randbedingungen zugrunde gelegt. Dieser vereinfachte Nachweis mit dem Verfahren nach
DIN 4108-2 kann daher nicht für Doppelfassaden oder
Transparente Wärmedämmung (TWD) geführt werden.
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Hierzu sind genauere, ingenieurmäßige Berechnungsverfahren einzusetzen. Die Anwendung genauerer Verfahren
ist generell zulässig.
Für Räume, die nur über einen unbeheizten Glasvorbau
(Wintergarten) belüftet werden, gilt der Nachweis des
sommerlichen Wärmeschutzes als erbracht, wenn der unbeheizte Glasvorbau einen Sonnenschutz mit einem Abminderungsfaktor Fc ≤ 0,35 aufweist. Weiterhin müssen im
obersten und untersten Glasbereich Lüftungsöffnungen
vorhanden sein, die mindestens 10 % der Glasfläche entsprechen. In allen anderen Fällen muss für die entsprechenden Räume ein genauerer Nachweis (Simulation) geführt werden.
Abminderungsfaktor für SonnenschutzvorrichtunFC:
gen gemäß Tafel 5.3 bzw. zugesicherten Herstellerangaben.
FS:Einfluss einer baulichen Verschattung für den Som merfall nach DIN V 18588-2
Tafel 5.3: Anhaltswerte für Abminderungsfaktoren FC von fest
installierten Sonnenschutzvorrichtungen [R18]
Anforderungen und Nachweisführung
Zum Nachweis eines ausreichenden sommerlichen Wärmeschutzes darf der ermittelte Sonneneintragskennwert
Svorh den zulässigen Sonneneintragskennwert Szul nach
folgender Gleichung nicht überschreiten:
Svorh ≤ Szul =
Bestimmung des Sonneneintragskennwerts
Der sommerliche Wärmeeintrag wird durch die Sonneneintragskennwerte transparenter Außenbauteile beschrieben. Diese werden im vereinfachten Nachweisverfahren
von folgenden Größen abgeleitet:
 Wirksamkeit von Sonnenschutzvorrichtungen
 Verhältnis Fensterfläche zur Grundfläche des Raumes
 Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung
Aus diesen drei Einflussgrößen berechnet sich der Sonneneintragskennwert S für den zu untersuchenden Raum
oder Raumbereich wie folgt:
∑J (AW,j · gtotal,j)
S=
AG
Hierbei sind:
Aw,j: zugehörige Fensterflächen des betrachteten Raums in m², ermittelt nach den Maßen der lichten
Rohbauöffnungen,
gtotal:
Gesamtenergiedurchlassgrad der einzelnen Ver
glasungen j einschließlich eines möglichen Son
nenschutzes und,
AG:zugehörige Nettogrundfläche des Raums bzw.
bei tiefen Räumen des Raumbereichs in m².
Es wird über alle Fenster j eines Raums oder Raumbereichs aufsummiert.
Der Einfluss eines fest installierten Sonnenschutzes oder
von Verschattungen auf den Wärmeeintrag einer Verglasung kann vereinfachend durch Abminderungsfaktoren FC
erfasst werden, womit sich gtotal errechnet zu:
gtotal = g · FC · FS
Hierbei sind:
g:Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung nach
DIN EN 410 und
∑S
x
Der zulässige Höchstwert des Sonneneintragskennwerts Szul wird als Summe der anteiligen Sonneneintragskennwerte Sx ermittelt. Die anteiligen Sonneneintragskennwerte Sx zur Ermittlung von Szul sind in der Tafel
5.3 tabellarisch zusammengestellt. So werden auf den
sommerlichen Wärmeeintrag günstig wie auch ungünstig wirkende Faktoren berücksichtigt und der zulässige
Höchstwert des Sonneneintragskennwerts entsprechend
angepasst. Den Wärmeeintrag begünstigende Fenster mit
einer flachen Neigung gegen die Horizontale (unter 60°),
z. B. Dachflächenfenster, werden mit einem Abschlag
versehen (- 0,035 · AW,neig/AG), so dass sich der zulässige
Sonneneintragskennwert vermindert. Eine Sonnenschutzverglasung oder auch eine schwere Bauart wirken einer
sommerlichen Überhitzung entgegen und lassen jeweils
einen höheren Sonneneintragskennwert zu. Der begünstigende Einfluss massiver Bauweisen (z. B. mit Beton) auf
den sommerlichen Wärmeschutz kommt hierbei besonders zum Ausdruck.
In den zulässigen Höchstwert des Sonneneintragskennwerts Szul gehen zusammengefasst folgende Einflüsse ein:
 unterschiedliche Klimaregionen
 erhöhte Nachtlüftungen (insbesondere bei Ein- und
Zweifamilienhäusern)
 Sonnenschutzverglasungen
 (ungünstige) Fensterneigungen
 (günstige) Fensterorientierungen.
 Bauarten/passive Kühlung (leicht, mittel und schwer)
Leichte Bauarten liegen z. B. in Kombinationen von Holzständerkonstruktionen mit leichten Trennwänden oder untergehängten Decken vor (Cwirk/AG < 50 Wh/(K·m²)).
39
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
Tafel 5.3: Anhaltswerte für Abminderungsfaktoren FC von fest installierten Sonnenschutzvorrichtungen [R18]
FC
Zeile
Sonnenschutzvorrichtunga
g ≤ 0,40
(Sonnenschutzglas)
zweifach
dreifach
zweifach
1,00
1,00
1,00
g > 0,40
1
ohne Sonnenschutzvorrichtung
2
Innenliegend oder zwischen den Scheibenb
2.1
weiß oder hoch reflektierende Oberflächen mit geringer Transparenzc
0,65
0,70
0,65
2.2
helle Farben oder geringe Transparenzd
0,75
0,80
0,75
2.3
dunkle Farben oder höhere ransparenz
0,90
0,90
0,85
3
Außenliegend
3.1
Fensterläden, Rollläden
3.1.1
Fensterläden, Rollläden, ¾ geschlossen
0,35
0,30
0,30
3.1.2
Fensterläden, Rollläden, geschlossen
0,15e
0,10e
0,10e
3.2
Jalousie und Raffstore, drehbare Lamellen
3.2.1
Jalousie und Raffstore, drehbare Lamellen, 45° Lamellenstellung
0,30
0,25
0,25
3.2.2
Jalousie und Raffstore, drehbare Lamellen, 10° Lamellenstellunge
0,20e
0,15e
0,15e
3.3
Markise, parallel zur Verglasungd
0,30
0,25
0,25
3.4
Vordächer, Markisen allgemein, freistehende Lamellenf
0,55
0,50
0,50
Die Sonnenschutzvorrichtung muss fest installiert sein. Übliche dekorative Vorhänge gelten nicht als Sonnenschutzvorrichtung.
Für innen- und zwischen den Scheiben liegende Sonnenschutzvorrichtungen ist eine genaue Ermittlung zu empfehlen.
Hoch reflektierende Oberflächen mit geringer Transparenz, Transparenz ≤ 10 %, Reflexion ≥ 60 %.
d
Geringe Transparenz, Transparenz < 15 %.
e
FC-Werte für geschlossenen Sonnenschutz dienen der Information und sollten für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nicht verwendet werden. Ein geschlossener Sonnenschutz verdunkelt den dahinterliegenden Raum stark und kann zu einem erhöhten Energiebedarf für Kunstlicht führen, da nur ein sehr geringer bis kein Einfall des natürlichen Tageslichts vorhanden ist.
f
Dabei muss sichergestellt sein, dass keine direkte Besonnung des Fensters erfolgt. Dies ist näherungsweise der Fall, wenn
– bei Südorientierung der Abdeckwinkel b ≥ 50° ist;
– bei Ost- und Westorientierung der Abdeckwinkel b ≥ 85° ist und γ ≥ 115° ist.
Der FC-Wert darf auch für beschattete Teilflächen des Fensters angesetzt werden. Dabei darf FS nach DIN V 18599-2:2011-12, A.2, nicht angesetzt
werden.
Zu den jeweiligen Orientierungen gehören Winkelbereiche von 22,5°. Bei Zwischenorientierungen ist der Abdeckwinkel b ≥ 80°
erforderlich.
a
b
c
Vertikalschnitt durch Fassade
Ohne Nachweis der wirksamen Wärmekapazität kann
von einer mittleren Bauart ausgegangen werden wenn die
Räume folgende Eigenschaften aufweisen:
 Stahlbetondecken,
 massive Innen- und Außenbauteile mit einer flächenanteilig gemittelten Rohdichte von mindestens 600 kg/m³,
 keine innen liegenden Wärmedämmungen an den Außenbauteilen,
 keine abgehängten oder thermisch abgedeckten
Decken und
40
Horizontalschnitt durch Fassade
 keine Raumhöhen von mehr als 4,50 m
Wird die wirksame Wärmekapazität nachgewiesen, so
sind Räume der mittleren Bauart zuzuordnen, wenn für sie
50 Wh/(K·m²) ≤ Cwirk/AG ≤ 130 Wh/(K·m²) gilt.
Schwere Bauarten haben gegenüber mittleren Bauarten
eine flächenanteilig gemittelte Rohdichte von mindestens
1.600 kg/m³. Dies ist nur mit massiven Baustoffen zu erreichen. Bei der Ermittlung der wirksamen Wärmekapazität müssen die Werte Cwirk/AG > 130 Wh/(K·m²) aufwei-
die Bauart wird das gewichtete Verhältnis von Außenwand-,
Dach- und Fensterflächen zur Grundfläche des Raums
durch den Faktor fgew berücksichtigt (siehe Tafel 5.3).
Sommer-Klimaregionen
Ebenso wie im Winter, stellt sich die klimatische Situation in Deutschland während der Sommermonate aufgrund
unterschiedlicher Lufttemperaturen und solarer Einstrahlungen sehr unterschiedlich dar. Diese Standorteigenschaften werden in der Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes berücksichtigt, indem das Gebiet
Deutschlands in drei Sommerklimaregionen A, B und C
eingeteilt wird.
Eine unterschiedliche Festlegung der Grenzwerte der Innentemperaturen für unterschiedliche Regionen ist wegen
der Adaption des Menschen an das jeweilige Klima gerechtfertigt. Würden in allen Regionen dieselben Anforderungen an das sommerliche Raumklima gestellt, könnten
in den wärmeren Regionen keine
die TageslichtbeDINfür
4108-2:2013-02
leuchtung ausreichenden Fenstergrößen zugelassen werden.
sches Institut
© DIN Deutsches
für Normung
Institut
e.V., Technische
für NormungBaubestimmungen,
e.V., Technische Baubestimmungen,
2013
2013
sen. Sollte die wirksame Speicherfähigkeit Cwirk nach DIN
V 4108-6 berechnet werden, um die Bauart exakter zuzuordnen, finden sich hierzu dort entsprechende Hinweise. Zur
Bestimmung des anteiligen Sonneneintragskennwerts Sx für
DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Technische Baubestimmungen, 2013
tsches Institut für Normung e.V., Technische Baubestimmungen, 2013
DIN 4108-2:2013Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Bild 1 — Sommerklima
Bild 1 — Sommerklimaregionen
Bild 1 — Sommerklimaregionen
Bild 1 — Sommerklima
Bild 5.7: Sommerklimaregionen zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes [R18]
41
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
Tafel 5.4: Anteilige Sonneneintragskennwerte Sx zur Bestimmung des Höchstwerts des Sonneneintragskennwerts [R18]
Anteiliger Sonneneintragskennwert SX
Nutzung
Wohngebäude
Klimaregion
Nichtwohngebäude
A
B
C
A
B
C
leicht
0,071
0,056
0,041
0,013
0,007
0,000
mittel
0,080
0,067
0,054
0,020
0,013
0,006
Nachtlüftung und Bauart
Nachtlüftung
Bauartb
ohne
S1
erhöhte Nachtlüftungc
mit n ≥ 2 h-1
hohe Nachtlüftungd mit
n ≥ 5 h-1
schwer
0,087
0,074
0,061
0,025
0,018
0,011
leicht
0,098
0,088
0,078
0,071
0,060
0,048
mittel
0,114
0,103
0,092
0,089
0,081
0,072
schwer
0,125
0,113
0,101
0,101
0,092
0,083
leicht
0,128
0,117
0,105
0,090
0,082
0,074
mittel
0,160
0,152
0,143
0,135
0,124
0,113
schwer
0,181
0,171
0,160
0,170
0,158
0,145
Grundflächenbezogener Fensterflächenanteil fWG
S2
S3
S4
S2 = a - (b · fWG)
a
0,060
0,030
b
0,231
0,115
Sonnenschutzglasf
Fenster mit Sonnenschutzglasf mit g ≤ 0,4
0,03
Fensterneigung
0° ≤ Neigung ≤ 60° (gegenüber der Horizontalen)
-0,035 fneig
Orientierung
S5
Nord-, Nordost- und Nordwest-orientierte Fenster soweit die
Neigung gegenüber der Horizontalen > 60° ist sowie Fenster,
die dauernd vom Gebäude selbst verschattet sind
-0,10 fnord
Einsatz passiver Kühlung
Bauart
S6
leicht
0,02
mittel
0,04
schwer
0,06
5.4 Weitere Energiestandards für Wohngebäude
Neben den durch die Energieeinsparverordnung definierten Anforderungen an Gebäude haben sich in der Praxis weitere Standards etabliert, zum Teil über besondere
Förderbedingungen. Diese erhöhten energetischen Standards basieren im Wesentlichen auf den Nachweisverfahren der Energieeinsparverordnung und führen den Weg
zur weiteren Reduzierung des Heizwärmebedarfs konsequent weiter, bis hin zum rechnerischen Verzicht auf Heizsysteme. Maßnahmen hierzu sind:
Planerische Maßnahmen:
 Möglichst konsequente Ausrichtung des Gebäudes
nach Süden
Anlagentechnische Maßnahmen:
 Reduzierung der Lüftungsverluste durch kontrollierte
Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
 Nutzung regenerativer Energien (Fotovoltaik etc.)
42
Bauliche Maßnahmen:
 Weitere Verbesserung der Wärmedämmeigen schaften der Außenbauteile (Wände, Fenster,
Türen, Decken, Dächer, Bodenplatte)
 Weitere Reduzierung der Wärmebrückeneinflüsse
 Weitere Erhöhung der Dichtigkeit der Gebäudehülle
Die baulichen Maßnahmen lassen sich mit Betonbauteilen
besonders leicht realisieren. Durch ihre homogene Massivität bringen sie beste Voraussetzungen für eine hohe Gebäudedichtigkeit mit. Im Planungsatlas für den Hochbau
[R00] sind mehr als 900 Gebäudeanschlüsse mit mehr als
10 Millionen Varianten aufgezeigt, mit denen sich die Wärmebrückeneinflüsse mit geringstem Planungsaufwand
minimieren lassen.
5.4.1 KfW-Effizienzhaus
Die KfW-Bankengruppe (Kreditanstalt für Wiederaufbau)
ist eine Anstalt öffentlichen Rechts. Als Bank des Bundes
und der Länder ist die KfW Förderbank der deutschen
Wirtschaft und Entwicklungsbank für die Transformationsund Entwicklungsländer.
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Zu den Fördermaßnahmen zählt unter anderem das energieeffiziente Bauen. Bauherren werden finanziell gefördert,
wenn sie ein besonders energieeffizientes Wohngebäude
(neues KfW-Effizienzhaus 70, 55, 40 bzw. vergleichbares
Passivhaus) bauen bzw. erwerben. Die Förderung kann
über Kredite mit einem effektiven Jahreszins ab 1,26%
mit bis zu 50.000 Euro Darlehenssumme und bis zu 5.000
Euro Tilgungszuschuss, jeweils pro Wohneinheit erfolgen.
Es werden auf Grundlage der geltenden Energieeinsparverordnung drei unterschiedliche KfW-Effizienzhaus-Niveaus gefördert:
 KfW-Effizienzhaus 40
 KfW-Effizienzhaus 55
 KfW-Effizienzhaus 70
KfW-Effizienzhaus 40
Bei diesen Gebäuden darf der Jahres-Primärenergiebedarf QP maximal 40 % des Werts für das entsprechende
Referenzgebäude nach Tabelle 1, Anlage 1 der Energieeinsparverordnung EnEV betragen. Gleichzeitig darf der
Transmissionswärmeverlust HT’ des geplanten Gebäudes
maximal 55 % des Werts für das Referenzgebäude nach
Tabelle 1, Anlage 1 der Energieiensparverordnung EnEV
betragen.
KfW-Effizienzhaus 55
Bei diesen Gebäuden darf der Jahres-Primärenergiebedarf QP maximal 55 % des Werts für das Referenzgebäude nach Tabelle 1, Anlage 1 der Energieeinsparverordnung
EnEV betragen. Gleichzeitig darf der Transmissionswärmeverlust HT’ maximal 70 % des Werts für das Referenzgebäude nach Tabelle 1, Anlage 1 der Energieeinsparverordnung EnEV betragen.
KfW-Effizienzhaus 70
Bei diesen Gebäuden darf der Jahres-Primärenergiebedarf QP maximal 70 % des Werts für das Referenzgebäude nach Tabelle 1, Anlage 1 der Energieeinsparverordnung
EnEV betragen. Gleichzeitig darf der Transmissionswärmeverlust H’T maximal 85 % des Werts für das Referenzgebäude nach Tabelle 1, Anlage 1 der Energieeinsparverordnung EnEV. betragen.
Gefördert werden im KfW-Programm 40 und 55 auch
Gebäude, deren Jahres-Primärenergiebedarf und Jahres-Heizwärmebedarf nach dem Passivhaus Projektierungspaket (PHPP) durch einen Sachverständigen nachgewiesen werden.
Beim KfW-Effizienzhaus 40 darf dann der Jahres-Primärenergiebedarf QP nicht mehr als 30 kWh/(m² Gebäudenutzfläche AN) und der Jahres-Heizwärmebedarf QH nach PHPP
nicht mehr als 15 kWh/m² Wohnfläche betragen.
Beim KfW-Effizienzhaus 55 darf in diesem Fall der Jahres-Primärenergiebedarf QP 40 kWh/(m² Gebäudenutzfläche AN) und der Jahres-Heizwärmebedarf QH nach PHPP
nicht 15 kWh/m² Wohnfläche übersteigen.
5.4.2 Modellprojekte im Effizienzhaus Plus Standard
Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) unterstützt seit 2011 mit einem speziellen Programm Bauherren, die Gebäude errichten, aus
denen deutlich mehr Energie bereit gestellt werden kann,
als bei der Nutzung benötigt wird. Bei den Modellprojekten werden sowohl der Einsatz innovativer Techniken
(erneuerbare Energien wie Fotovoltaik, Windkraft, Biofassade) als auch die wissenschaftliche Begleitung gefördert.
Mit den so gewonnenen Forschungsergebnissen soll das
Energiemanagement moderner Gebäuden verbessert und
die eingesetzten Komponenten fortentwickelt werden.
Beispiel ist ein vom BMVBS 2011 selbst errichtetes Effizienzhaus Plus in Berlin.
Das Plus-Energie-Haus-Niveau ist gemäß Förderbedingungen erreicht, wenn sowohl ein negativer Jahres-Primärenergiebedarf Qp < 0 kWh/(m²a) als auch ein negativer
Jahres-Endenergiebedarf Qe < 0 kWh/(m²a) vorliegen. Ansonsten sind alle Bedingungen der Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV) einzuhalten.
Die Nachweise sind in Anlehnung an die Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV) gemäß DIN V 18599 zu führen, wobei aber ergänzend die End- und Primärenergiebedarfswerte für die Wohnungsbeleuchtung und für die
Haushaltsgeräte und -prozesse in die Berechnung einfließen müssen. Dafür ist ein pauschaler Wert von 20 kWh/
(m²a) anzusetzen, jedoch maximal 2.500 kWh/a je Wohneinheit.
Die Primärenergiefaktoren sind abweichend von der EnEV
in Anlehnung an DIN V 18599 gemäß einer besonderen
Tabelle zu wählen. Der netzeingespeiste Strom ist analog
dem Verdrängungsstrommix zu bewerten.
Die Bilanzgrenze ist abweichend von der EnEV (unmittelbarer räumlicher Zusammenhang mit dem Gebäude)
die Grenze des Grundstücks, auf dem das Haus errichtet wird.
Darüber hinaus dürfen im zu fördernden Gebäude durchgängig nur Geräte des höchsten Energieeffizienzlabels (in
der Regel Label A++ oder besser) und intelligente Zähler
eingesetzt werden.
5.4.3 Passivhaus-Standard
Definiert sind Passivhäuser als Gebäude, in denen ein hoher Wohnkomfort im Winter ohne aktives separates Heiz43
5 Energetische Anforderungen an Wohngebäude
Im PHPP werden der Energieaufwand für die Heizung,
Warmwasserbereitung, Kühlung, Beleuchtung, Hilfsenergie und Haushaltsstrom bilanziert.
Das Berechnungsverfahren nach PHPP beruht auf Simulationsmodellen, die mit gemessenen Werten an ausgeführten Passivhäusern abgeglichen wurden. Das im PHPP
für die Berechnung des Heizwärmebedarfs angewendete Bilanzverfahren weicht in einigen Punkten vom Verfahren der EnEV ab, so dass ein unmittelbarer Vergleich einer
PHPP-Berechnung mit einer EnEV-Bedarfsrechnung nicht
möglich ist.
Bild 5.8: Das Wärmedämmverbundsystem, die Vermeidung von
Wärmebrücken sowie die gewünschte Luftdichtigkeit reduzieren
bei diesem Einfamilienhaus in Ulm den Heizwärmebedarf auf die
geforderten 15 kWh/(m²a) (Architekt: Planungsbüro Casa Nova).
system und im Sommer ohne Klimaanlage gewährleistet
ist. Laut Passivhaus Institut muss ein Passivhaus folgende Anforderungen erfüllen:
 Heizwärmebedarf < 15 kWh/(m²a) bezogen auf die
Wohnfläche oder Heizlast < 10 W/m²
 Primärenergiebedarf ≤ 120 kWh/(m²a)
 Luftwechselrate n50 ≥ 0,6/h
Das Haus heizt und kühlt sich mit rein passiven Techniken, zu denen gehören:
 kompakte Bauweise,
 hochwärmegedämmt und luftdichte Gebäudehülle mit
geringen Wärmebrückenverlusten,
 passive Nutzung der Solarenergie, z. B. der Sonneneinstrahlung durch die Fenster,
 Nutzung der Wärme von Geräten und Bewohnern,
 kontrollierte Be- und Entlüftung mit wirksamer Rückgewinnung von Wärme aus der verbrauchten Luft zur
Vorwärmung der zugeführten Frischluft.
Die mechanische Lüftung reicht damit für die Raumheizung aus und stellt gleichzeitig den hygienisch erforderlichen Luftwechsel sicher.
Die für die Erzeugung von warmem Wasser und das
Nachheizen an kalten Tagen erforderliche Energie wird
aus regenerativen Energiequellen (z. B. thermische Solaranlage für die Warmwasserbereitung und Heizen über
eine Wärmepumpe mit Wärme aus der Abluft) bezogen.
Der Jahres-Primärenergiebedarf und der Jahres-Heizwärmebedarf sind mit dem Passivhaus-Projektierungs-Paket
(PHPP) oder einem gleichwertigen Verfahren nachzuweisen.
44
So wird für die Wärmegewinne durch innere Wärmequellen bei Wohngebäuden mit effizienten Hausgeräten in der
Heizperiode ein Wert um 2.1 W/m² (±0.3) angenommen
statt 5 W/m² (EnEV). Das PHPP ermöglicht auch die genaue Ermittlung der Gewinne durch innere Wärmequellen für das spezifische Bauprojekt. Für die mittlere Raumtemperatur wird im PHPP statt 19°C ein Wert von 20°C
angenommen. Ebenso werden für die Berechnung der
Transmissionswärmeverluste andere pauschale Temperaturkorrekturfaktoren angesetzt.
Weiterhin werden für die Ermittlung der Solargewinne andere Verschattungsfaktoren und Ansätze für die immer
vorhandene Verschmutzung berücksichtigt.
Im PHPP wird bezüglich der Luftwechselrate grundsätzlich von an Passivhäusern gemessenen n50-Werten ausgegangen und nicht wie in der EnEV ein Pauschalwert angesetzt.
Energetische Anforderungen an Wohngebäude 5
Literatur:
[R21] InformationsZenrum Beton GmbH: Das massive Dach im
Wohnungsbau
[R00] Willems, W.M.; Schild, K.; Hellinger, G.: Planungsatlas für
den Hochbau www.planungsatlas-hochbau.de
[R22] Willems, Wolfgang; Schild, Kai; Hellinger, Georg: Das massive geneigte Dach unter bauphysikalischen Gesichtspunkten. Beton+Fertigteil Jahrbuch 2005
[R01] Verordnung über energieeinsparenden Wärmeschutz und
energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV)*) vom 24. Juli 2007; Änderung
vom 29. April 2009 (Bundesgesetzblatt Teil I 2004 Seite
1519; 2009 Seite 954)
[R02]Der Deutsche Bundesrat. Drucksache 113/13 vom
08.02.2013. Zweite Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung
[R03] Europäische Gebäuderichtlinie (EPBD) 2010
[R04] DIN EN 1992-1-1:2011-01: Eurocode 2: Bemessung und
Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit DIN EN 1992-1-1/NA:2011-01:
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter zu
DIN EN 1992-1-1
[R05]DIN 4108 Beiblatt 2:2006-03 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungsund Ausführungsbeispiele
[R23]BetonMarketing Deutschland GmbH (Hrsg.): Beton-Bauteile für den Wohnungsbau
[R24]Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V.
(Hrsg.): Bauphysik nach Maß. Verlag Bau+Technik, Düsseldorf 2003
[R25]Bundesverband Leichtbeton e.V. (Hrsg.): Energie einsparen mit Leichtbeton
[R26] Schwarz, Bernhard: Wärme aus Beton - Systeme zur Nutzung der Sonnenenergie. Beton-Verlag, Düsseldorf 1987
[R27]Hellinger, Georg; Hierlein, Elisabeth; Middel, Matthias:
„Einfach und schnell: Die konstruktive und energetische
Planung von Stahlbeton-Sandwichfassaden“. Betonwerk
+ Fertigteiltechnik 12/2012
[R28] Lohmeyer, G.: Flachdächer – einfach und sicher aus Beton
ohne besondere Dichtungsschicht. Verlag Bau+Technik,
Düsseldorf 1993
[R06]DIN V 4108-6:2003-06 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs
[R07] DIN 4108-7:2011-01 - Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden,
Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen
sowie –beispiele
[R08] DIN EN 12207: 06-2000. Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung
[R09] DIN EN 13829: 02-2001: Wärmetechnisches Verhalten von
Gebäuden – Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruckverfahren
[R10]DIN V 18599-10:2011-12 „Energetische Bewertung von
Gebäuden“ – Berechnung des Nutz, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und
Beleuchtung – Teil 10: Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten
[R11] Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG)
Bildquellennachweis:
Titelbild:
Wohnhaus in Rheinfelden, Baujahr 2007
Primärenergiebedarf: 34,36 kWh/m²a
Architekt: Lietzow Architekten
Foto: Thomas Dix/archenova
[R12] DIN V 18599:2011-12 „Energetische Bewertung von Gebäuden“
Seite 5: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
[R13] DIN V 4108-6: 2003-06 - Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs
Seite 8: Stefan Schilling Fotografie / Betonbild
[R14] DIN V 18599-2:2011-12 „Energetische Bewertung von Gebäuden“ – Berechnung des Nutz, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und
Beleuchtung – Teil 2: Nutzenergiebedarf für Heizen und
Kühlen von Gebäudezonen[R15]DIN V 4701-10:2003-08 – Energetische Bewertung heizund raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung
[R16]DIN V 18599-8:2011-12 „Energetische Bewertung von
Gebäuden“ – Berechnung des Nutz, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser
und Beleuchtung – Teil 8: Nutz- und Endenergiebedarf von
Warmwasseraufbereitungsanlagen
[R17] DIN V 4701-10 Beiblatt 1:2007-02 – Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung; Beiblatt 1: Anlagenbeispiele
Seite 6, Bild 1.1: Harald Marka
Seite 10, Bild 2.2: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 12, Bild 2.6: Harald Marka
Seite 16, Bild 2.15: Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf
Seite 17, oben: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 19, Bild 2.25: Betonbild
Seite 20: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 22, Bild 3.1: Geothermiezentrum der Hochschule Bochum
Seite 24: Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf
Seite 26, Bild 4.2: Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf
Seite 27, Bild 4.3: Dennert Massivhaus GmbH
Seite 29, Bild 4.5: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 30: Markus Pietrek
Seite 33, Bild 5.2: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 35, Bild 5.4: Hermann Rudolph Baustoffwerk GmbH
Seite 37, Bild 5.5: Betonbild
Seite 38: Bild 5.6: Markus Pietrek
[R18] DIN 4108-2:2013-02 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen
Seite 44, Bild 5.8: Harald Marka
[R19] Primus, Illo-Frank: Massivabsorber – Die Energiequelle für
die Wärmepumpe. Beton-Verlag, Düsseldorf 1995
Seite 47 oben: Harald Marka
[R20] BetonMarketing Deutschland GmbH (Hrsg.): Energieeffizienz im Hochbau – Wirtschaftshochbau
Seite 52 oben: Markus Pietrek
Seite 45: Harald Marka
Seite 51 oben: Stefan Schilling Fotografie / Betonbild
Seite 54: Runkel Fertigteilbau GmbH
45
5
Einfamilienhaus in Ulm / Architekt: Casa Nova GmbH
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„Casa Nova“: Einfamilienhaus in Ulm
Objektdaten
Objektart
Freistehendes Einfamilienhaus
Standort
89075 Ulm (Baden-Württemberg)
Planer
Casa Nova GmbH, Ulm
Baujahr2005
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 213,5 m²
Beheiztes Volumen
= 667,2 m³
Energieeffizienzstandard
: Zertifiziertes Passivhaus
Jahresheizwärmebedarf
= 15 kWh/(m²∙a)
Jahres-Primärenergiebedarf = 113 kWh/(m²∙a)
Das Wärmedämmverbundsystem, die Vermeidung von
Wärmebrücken sowie die gewünschte Luftdichtigkeit
durch eine intelligente Detailplanung reduzieren bei diesem Wohnhaus den Heizwärmebedarf auf die gewünschten 15 kWh/(m²a). Dieser wird zum einen über die Nutzung
der solaren Energien durch die großzügige 3-fach-Verglasung zur Südseite gedeckt. Weiterhin kommen Erdsonden
mit der dazugehörigen Wärmepumpe zum Einsatz, die
in Verbindung mit der Betonkernaktivierung ein angenehmes Raumklima erzeugen. Neben dem Heizen übernehmen die Decken im Sommer gleichzeitig die Funktion
des Kühlens. Die kontrollierte Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung minimiert die Lüftungswärmeverluste.
Eine Solaranlage dient der Brauchwassererwärmung.
Betonkernaktivierung
Die thermisch aktivierten Decken aus Stahlbeton übernehmen neben dem Heizen gleichzeitig die Funktion des
Kühlens.
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Leichtbetonmauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem
Unterer Gebäudeabschluss Wärmedämmung d = 240 mm unter der Bodenplatte
Dach
Flachdach aus Beton mit oberer Wärmedämmung d = 300 mm
47
Passivhäuser Klarenberg-Ost
Objektdaten
Objektart
Kettenhausbebauung (2 Einfa-
milienhäuser, freistehend)
Standort
Schwäbisch Gmünd (Baden-Württemberg)
Planer
Architekturbüro Herwig Ruch, Heubach
Baujahr2006
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 225 m²
Beheiztes Volumen
= 703 m³
Energieeffizienzstandard
:Passivhausstandard
Jahresheizwärmebedarf
= 15 kWh/(m²∙a)
Die kompakte Bauweise mit einem A/V-Verhältnis von
0,67 sowie Beton als Speichermasse für Wärmeenergien
sind maßgebende Faktoren für eine Bauweise nach Passivhausstandard. Eine Wärmepumpe versorgt das Haus
mit der benötigten Wärmeenergie zum Heizen und für die
Warmwasseraufbereitung. Lüftungswärmeverluste werden
durch eine Lüftungsanlage reduziert. Die Außenluft wird
hygienisch über einen Sole-Erdwärmetauscher erwärmt,
der Abluft wird mittels Wärmepumpe Wärme entzogen und
dem Kreislauf wieder hinzugefügt.
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonwände wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Jahres-Primärenergiebedarf = 108 kWh/(m²∙a)
Hinweise zur Konstruktion
48
Außenwände
Wände als Stahlbetonfertigteile mit Wärmedämmverbundsystem.
Wanddicke Beton d = 14 cm
Wärmedämmung (EPS) d = 30 cm (WLG 035) und Außenputz
U = 0,112 W/(m2∙K)
Unterer Gebäudeabschluss
Stahlbeton-Bodenplatte d = 25 cm auf Blähton-Schüttung d = 60 cm
U = 0,13 W/(m2∙K)
Zeltdachkonstruktion als Kaltdach
Oberste Betondecke mit oberer Wärmedämmung (EPS) d = 40 cm
U = 0,085 W/(m2∙K)
Freistehendes Dreifamilienhaus in Seemoos am Bodensee
Objektdaten
Objektart
Dreifamilienhaus, freistehend, mit Tiefgarage
Standort
Friedrichshafen-Seemoos (Baden-Württemberg)
Planer
Architekturbüro Conrad Riederau, Diessen am Ammersee
Baujahr2010
Der Bauherr hatte ganz besondere Ansprüche an die Umsetzung seiner formalen und funktionalen Vorstellungen.
Nach der Besichtigung von Referenzprojekten in Fertigteilbauweise und dem Gespräch mit den Bewohnern von
Sichtbeton-Gebäuden war die Entscheidung für das Konzept mit thermisch aktivierten Betonbauteilen schnell gefallen. Das sehr gute Raumklima, die besonderen energetischen und bauphysikalischen Eigenschaften, aber auch
die Materialanmutung und die Oberflächenqualität machten diese Entscheidung leicht.
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 501,6 m²
Beheiztes Volumen
= 1567,40 m³
Energieeffizienzstandard:
Jahresheizwärmebedarf
= 59,08 kWh/(m²∙a)
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonwände wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Jahres-Primärenergiebedarf = 66,80 kWh/(m²∙a)
Hinweise zur Konstruktion
AußenwändeSandwich-Stahlbetonfertigteile
U = 0,233 W/(m2∙K)
KellerStahlbetonwände
Unterer Gebäudeabschluss Stahlbeton-Bodenplatte
Dach
Sparrendach, Zwischen- und Aufdachdämmung
U = 0,177 W/(m2∙K)
49
Freistehendes Einfamilienhaus in Ober-Ramstadt
Objektdaten
Objektart Einfamilienhaus, freistehend
Standort Ober-Ramstadt, Stadtteil Rohrbach (Hessen)
Planer
Dipl.-Ing. Arch. (FH) Patricia Inhofer
LP 1-4: transformarchitekten BDA Andreas M. Herschel
LP 5-8: Planungsbüro Gruppe Sieben GmbH & Co. KG
Baujahr2012
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 183 m²
(Energiebezugsfläche nach PHPP)
Beheiztes Volumen
= 625 m³
Energieeffizienzstandard
:Passivhausstandard
Jahresheizwärmebedarf
= 14 kWh/(m²∙a)
Jahres-Primärenergiebedarf = 112 kWh/(m²∙a)
Dipl.-Ing. Arch. (FH) Patricia Inhofer: Wir haben uns für ein
Passivhaus entschieden, weil es sich „rechnet und rentiert“. Passivhäuser bieten einen wirkungsvollen Beitrag
zur Energiewende und zum Klimaschutz. Das Passivhaus
ist ein konsequent weiterentwickeltes Niedrigenergiehaus, die Basis für die Energiekonzepte der Zukunft. Sie
zeichnen sich durch besondere Behaglichkeit bei sehr
niedrigem Energieverbrauch aus. Entscheidend ist eine
gute Planung sowie sorgfältige Bauausführung. Die Energieeinsparung eines Passivhauses beim Heizen beträgt
mehr als 80 % gegenüber den gesetzlich vorgeschriebenen Neubau-Standards. Daraus resultieren dauerhaft
niedrige Energiekosten. Wird das Passivhaus noch durch
eine Photovoltaikanlage ergänzt, kann das Wohngebäude
mehr Energie erzeugen, als es selbst verbraucht. Damit
ergeben sich enorme Vorteile für jeden Bauherrn und das
bei einer wesentlich höherer Wohnbehaglichkeit: „Eben
rundum ein gutes Gefühl“.
Betonkernaktivierung
Die Geschossdecke in der Ebene - 1/ +1 wird zum Heizen
und Kühlen über den Kreislauf der Wärmepumpe genutzt.
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Stahlbetonwand mit Wärmedämmverbundsystem, Außenputz: 6 cm EPS (WLG 035): 30 cm, Stahlbeton: 17,5 cm, Innenputz: 1 cm, U = 0,11 W/(m2∙K)
KellerStahlbetonwände
Unterer Gebäudeabschluss Zementestrich d = 5 cm, Trittschalldämmung (WLG 045) d = 6 cm, Stahlbeton-Boden
platte d = 25 cm, Wärmedämmung XPS (WLG 035) d = 24 cm, U = 0,116W/(m2∙K)
50
Dach
Gipskartonplatte d = 1 cm, Wärmedämmung (WLG 035) d = 10 cm, Systemträger mit zweilagiger Dämmung (Mineralfaser WLG 035) d = 48 cm, Luftschicht d = 2 cm
Dampfsperre, U = 0,063 W/(m2∙K)
Modernes Haus am Berg
Objektdaten
Objektart
Einfamilienhaus in Hanglage, freistehend
Standort
Hoffnungsthal / Bergisches Land (Nordrhein-Westfalen)
Planer
Oxen architekten, Köln
Baujahr2007
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 360 m²
Beheiztes Volumen
= 290 m³
Energieeffizienzstandard:
Passivhausstandard
Jahresheizwärmebedarf
= 14,2 kWh/(m²∙a)
Jahres-Primärenergiebedarf = 33,3 kWh/(m²∙a)
Die Bauherren wünschten ein besonders energiesparendes und nachhaltiges Wohnhaus. Der Architekt stand
vor der Aufgabe, in seinem Entwurf die energetischen und
technischen Anforderungen in ein ästhetisch überzeugendes Gebäude übertragen und dabei vor allem die individuellen Wohn- und Qualitätswünsche der Bauherren zu
berücksichtigen. Der Entwurf basiert auf einer kompakten
Form ohne Vor.- und Rücksprünge, so dass ein energetisch günstiges A/V-Verhältnis gegeben ist. Der Entwurf
verfolgt eine konsequente Nord-Süd Ausrichtung inklusive Fensteranordnung und Größe. Der Wärmebedarf wird
über Geothermie gedeckt. Heizen und Kühlen erfolgt über
eine Fußbodenheizung. Zusätzlich verfügt das Haus über
einen Sonnenschutz.
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonbauteile wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Stahlbetonwand d = 20 cm mit Wärmedämmverbundsystem WDVS 0,35 d = 30cm Unterer Gebäudeabschluss Stahlbetonbodenplatte d = 30 cm, Wärmedämmung unter Bodenplatte
(WLG 30) d = 30 cm
Dach
Flachdach Stahlbeton d = 22 cm, Wärmedämmung (WLG 035) d = 30 cm
51
Black Box auf dem Lande
Objektdaten
Objektart
Einfamilienhaus, freistehend
(mit Architekturbüro)
Standort
Barsinghausen (Niedersachsen)
Planer
hm-architektur, Barsinghausen
Bauherr
Henrieke und Holger Meyer, Barsinghausen
Baujahr2010
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 218,8 m²
Beheiztes Volumen
= 683,6 m³
Energieeffizienzstandard
: KfW 55
Jahresheizwärmebedarf
= 21,28 kWh/(m²∙a)
Jahres-Primärenergiebedarf = 33,9 kWh/(m²∙a)
Das Gebäude sollte mit einer einfachen Grundform mit
wenigen geometrischen Wärmebrücken realisiert werden.
Die Vordachkonstruktion steht freitragend davor. Eine
sehr gut gedämmte Gebäudehülle war bereits zu Beginn
der Planung eine der wichtigsten Anforderungen.
In Herbst und Winter tragen die großen Fensteröffnungen
nach Süden und Westen mit passivsolaren Gewinnen zum
Wohnklima bei. Beton für die Fassade, die Tragkonstruktion und die Decken sorgt als Speichermasse für ausgeglichene Temperaturen. Eine Vordachkonstruktion wirkt als
konstruktiver Sonnenschutz für die Wohnräume im Erdgeschoss und als Wetterschutz für die südliche Terrasse.
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonbauteile wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Stahlbetonfertigteilwand d = 18 cm PUR Hartschaumstoff-Dämmung (WLG 023) d = 20 cm Luftschicht d = 3 cm, Vorgehängte Betonfertigteil-Fassade d = 10 cm
U = 0,111 W/(m2∙K)
Unterer Gebäudeabschluss Stahlbetonbodenplatte mit Wärmedämmung über Bodenplatte (tragende Innen-
wände auf Schaumglassteinen
52
U = 0,104 W/(m2∙K)
Dach
Flachdach aus Stahlbeton mit Wärmedämmung
U = 0,133 W/(m2∙K)
Passivhaus in Weinheim
Objektdaten
Objektart
Einfamilienhaus, freistehend
Standort
Weinheim (Baden-Württemberg)
Planer
r-m-p architekten und ingenieure, Mannheim
Baujahr2009
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 225 m²
(Energiebezugsfläche nach PHPP)
Beheiztes Volumen
= 413,03 m³
Energieeffizienzstandard
:Passivhausstandard
Heizwärmebedarf
(berechnet nach PHPP)
= 14 kWh/(m²∙a)
Die Bauherren wünschten ein energiesparendes und nachhaltiges Wohnhaus. Der Planer stand hier vor der Aufgabe, in energetischen und ästhetische Anforderungen in
einen überzeugenden Entwurf umzusetzen. Die Stahlbetonbauteile mit ihrer hohen Wärmespeicherfähigkeit tragen zu einer bauphysikalisch günstigen Gebäudehülle
und zu einem gleichmäßigen Raumklima bei. Zum energetischen Konzept gehören auch ein Lüftungszentralgerät mit Wärmerückgewinnung und integrierter Luft-Wasser-Wärmepumpe und eine thermische Solaranlage.
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonbauteile wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Jahres-Primärenergiebedarf = 72 kWh/(m²∙a)
(berechnet nach PHPP)
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Außenputz d= 1 cm, Wärmedämmung (WLG 035): 20 cm, Stahlbetonwand d = 20 cm,
Innenputz d = 1 cm, Wand/Außenluft: U = 0,104 W/(m2∙K)
Keller
Außenputz d= 1 cm, Wärmedämmung (WLG 035): 20 cm, Stahlbetonwand d = 20 cm, Innenputz d = 1 cm, Wand/Erdreich: U = 0,167 W/(m2∙K)
Unterer Gebäudeabschluss Parkett d= 2 cm, Estrich d = 5 cm, Trittschalldämmung d = 9 cm, Stahlbetonboden
platte d = 18 cm, Wärmedämmung (WLG 035) d = 20 cm, U = 0,114 W/(m2∙K)
Dach
Unterdachdämmung d = 10 cm, Wärmedämmung (ZKF, WLG 032) d = 20 cm, Grobspan-OSB-Platte d = 1,5 cm, Gipskartonplatte d = 2,5 cm, U = 0,110 W/(m2∙K)
53
Mehrfamilienwohnhaus mit Tiefgarage in Siegen
Objektdaten
Objektart
Standort
Mehrfamilienhaus, freistehend
Siegen (Nordrhein-Westfalen)
Planer
2doubleyou Winold Wijnholds, NL-Veenendaal
Almasi und Stein GbR, DE-Siegen
Bauherr
Wohnen am Giersberg GbR
Bauausführung Runkel-Fertigteilbau / Wilnsdorf-
Niederdielfen
Baujahr2012
Technische Angaben zur Energieeffizienz
Gebäudenutzfläche AN
= 718,8 m²
Beheiztes Volumen
= 2246 m³
Planungsziel war, ein Wohngebäude mit komfortablem
Wohnklima mit niedrigen Heiztemperaturen und einem
weitgehend gleichen Temperaturniveau zu schaffen.
Das Gebäude wird mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe
über eine Fußbodenheizung beheizt. Das Projekt beweist,
dass mit „ganz normalen“ Bauteilen, in diesem Fall Stahlbeton-Sandwichelementen mit 14 cm hochwertiger Dämmung und Minimierung der Wärmebrücken, energieeffizient
gebaut werden kann.
Betonkernaktivierung
Die Wärmespeicherfähigkeit der Betonbauteile wird in der
Nachweisführung berücksichtigt und trägt zur Behaglichkeit bei.
Energieeffizienzstandard:
Jahresheizwärmebedarf
= 49,9 kWh/(m²∙a)
Jahres-Primärenergiebedarf = 54,4 kWh/(m²∙a)
Hinweise zur Konstruktion
Außenwände
Keller
Dach
54
Stahlbeton-Sandwichelemente 18 cm/14 cm/8 cm
U = 0,169 W/(m²∙K)
Wärmedämmung Kellerdecke d = 12 cm
U = 0,245 W/(m²∙K)
Wärmedämmung Dachdecke d = 20 cm
U = 0,189 W/(m²∙K)
BetonMarketing Deutschland
BetonMarketing Deutschland GmbH
Steinhof 39, 40699 Erkrath
[email protected]
Kontakt und Beratung vor Ort
BetonMarketing Nordost
BetonMarketing Nordost
Gesellschaft für Bauberatung und Marktförderung mbH
Anderter Straße 99D
30559 Hannover
Telefon 0511 554707-0
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Teltower Damm 155
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BetonMarketing Süd
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Gerhard-Koch-Straße 2 + 4
73760 Ostfildern
Telefon 0711 32732-200
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Beethovenstraße 8
80336 München
Telefon 089 450984-0
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BetonMarketing West
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Neustraße 1
59269 Beckum
Telefon 02521 8730-0
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Es kommt drauf an,
was man draus macht.
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