von der Militärbrache zur Nullenergiestadt
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KONVERSION Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt Das B&O - Parkgelände Bad Aibling auf dem Weg in die Zukunft Schlussbericht Phase1: Konzeption KONVERSION Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt Das B&O - Parkgelände Bad Aibling auf dem Weg in die Zukunft Ein im Rahmen des BMWi-Förderkonzepts EnEff:Stadt gefördertes Modellvorhaben SCHLUSSBERICHT Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Referat IIIA6 Förderkennzeichen 0327400M Laufzeit: 01.12.2008 bis 31.03.2010 Projektabwicklung: Projektträger PTJ im Forschungszentrum Jülich Dipl.-Ing. Jürgen Gehrmann Berichtsstand April 2010 Projektleitung, Planung, Umsetzung: B&O Wohnungswirtschaft, München, Bad Aibling Projektleitung: Dr. Ernst Böhm Projektteam: Dr. Ernst Böhm, Dipl.-Ing. Wolfram Schroeder, Dipl.-Ing. Jens Eitner, Dipl.-Ing. Thorsten Kopp, Eva Hauck-Bauer Wärmenetz-Analysen, Wärmenetz-Simulationen: GEF Ingenieur AG, Leimen Dr. Stephan Richter, Dipl.-Ing. Susanne Ochse, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Simon Schad, Dipl.-Ing. Dieter Trapmann TGA-Planung, Umsetzung: EnWerk GmbH, Elsterheide Dipl.-Ing. Nico Petrick, Dipl.-Ing. Robin Petrick, Dipl.-Ing. Egbert Petrick Wissenschaftliche Beiträge Planung, Auslegung, Dimensionierung, Bauphysik Hochschule Rosenheim Prof. Dr. Harald Krause, Dipl.-Ing. (FH) Rafael Botsch, Dipl.-Ing (FH) Nina Groever, BA Johannes Zauner, Prof. Mathias Wambsganß Innovative Fassadensanierungselemente Huber und Sohn, Bachmehring Dipl.-Ing (FH) Johann Peteratzinger, Dipl.-Ing. Josef Huber Ausbau Wasserkraft Dipl.-Ing. Karl Molz, Ingenieurbüro Molz, Spitzingsee, Gottfrieding Koordination Modellvorhaben, Gesamtauswertung, Dokumentation: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Dr. Alfred Kerschberger, Dipl.-Ing. Astrid Kloos Zusammenstellung und Redaktion des Schlussberichts: RK-Stuttgart, Dr. Alfred Kerschberger, Astrid Kloos, Barbara Mayer Mit Beiträgen von Wolfram Schroeder, B&O Wohnungswirtschaft, Bad Aibling Jens Eitner, B&O Wohnungswirtschaft, Chemnitz Thorsten Kopp, B&O Wohnungswirtschaft, Bad Aibling Eva Hauck-Bauer, B&O Wohnungswirtschaft, Bad Aibling Karl Molz, Büro Molz, Spitzingsee, Gottfrieding Johann Peteratzinger, Huber und Sohn, Bachmehring Susanne Ochse, GEF Ingenieur AG, Leimen Dr. Stephan Richter, GEF Ingenieur AG, Leimen Simon Schad, GEF Ingenieur AG, Leimen Dieter Trapmann, GEF Ingenieur AG, Leimen Rafael Botsch, Hochschule Rosenheim Prof. Harald Krause, Hochschule Rosenheim Nina Groever, Hochschule Rosenheim Johannes Zauner, Hochschule Rosenheim Arthur Schankula, Schankula Architekten, München Sebastian Pint, Schankula Architekten, München Doris Kiesl, Schankula Architekten, München Dr. Alfred Kerschberger, RK-Stuttgart Astrid Kloos, RK-Stuttgart Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt – Das B&O-Parkgelände Bad Aibling auf dem Weg in die Zukunft Schlussbericht 1. 1.1 1.2 Einleitung (RK-S) Das Förderkonzept Energieeffiziente Stadt Die Bauaufgabe Konversion, RK-S 1 1 2 2. Projektbeschreibung (RK-S) 3 3. 3.1 3.2 Projektziele und Arbeitsplan (RK-S) Zielsetzungen des Projektes Systematischer Arbeitsplan 6 6 7 4. Bestandsaufnahme Förderprojekt-Gebäude (RK-S) 4.1 Typische Gebäudeeigenschaften 4.1.1 Typische Baukonstruktionen 4.1.2 Typische Haustechnik 8 8 8 9 4.2 Abriss-Gebäude 11 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9 4.3.10 4.3.11 4.3.12 4.3.13 4.3.14 4.3.15 4.3.16 4.3.17 4.3.18 4.3.19 4.3.20 Zur Sanierung kommender Gebäudebestand Gebäude 301 Landschaftspark Gebäude 302 Landschaftspark Gebäude 303 Landschaftspark Gebäude 305 Landschaftspark Gebäude 306 Landschaftspark Gebäude 320 A - B Technologiepark Gebäude 322 Technologiepark Gebäude 323 Technologiepark Gebäude 350 B Wohlfühlpark Gebäude 352 Wohlfühlpark Gebäude 353 A - C Wohlfühlpark Gebäude 354 A - B Wohlfühlpark Gebäude 355 A - B Wohlfühlpark Gebäude 356 A Wohlfühlpark Gebäude 356 B - C Wohlfühlpark Gebäude 358 A - H Wohlfühlpark Gebäude 359 Wohlfühlpark Gebäude 360 Wohlfühlpark Gebäude 361 Wohlfühlpark Gebäude 362 Wohlfühlpark 12 12 14 15 16 17 19 20 21 22 24 25 27 28 29 31 31 35 36 37 38 5. 5.1 5.1.1 5.1.2 Bestandsaufnahme Wärmenetz und Wärmeerzeugung (GEF) Wärmenetz Technischer Aufbau des Wärmenetzes in Bad Aibling Inaugenscheinnahme und Netzbegehung in Bad Aibling 39 39 39 41 5.2 Wärmeerzeugungsanlagen 45 6. 6.1 Städtebauliches Konzept und Nutzungskonzept Ursprünge des städtebaulichen Layouts (RK-S) 46 46 6.2 Entwicklung eines städtebaulichen Konzeptes (B&O) 47 6.3 Nutzungskonzept (RK-S) 48 6.4 Nutzungen außerhalb des Fördergebietes „Nullenergiestadt (B&O) 49 7. 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7 7.1.8 7.1.9 7.1.10 7.1.11 7.1.12 7.1.13 7.1.14 7.1.15 7.1.16 7.1.17 7.1.18 7.1.19 7.1.20 7.1.21 7.1.22 7.1.23 7.1.24 7.1.25 Energetische Standards und Kennwerte der Planung Energetische Kennwerte der Förderprojekt-Gebäude (RK-S) Gebäude 301 Landschaftspark Gebäude 302 Landschaftspark Gebäude 303 Landschaftspark Gebäude 305 Landschaftspark Gebäude 306 Landschaftspark Gebäude 320 A - B Technologiepark Gebäude 322 Technologiepark Gebäude 323 Technologiepark Gebäude 350 B Wohlfühlpark Gebäude 352 Wohlfühlpark Gebäude 353 A - C Wohlfühlpark Gebäude 354 A - B Wohlfühlpark Gebäude 355 A - B Wohlfühlpark Gebäude 356 A Wohlfühlpark Gebäude 356 B - C Wohlfühlpark Gebäude 358 A - H Wohlfühlpark Gebäude 359 Wohlfühlpark Gebäude 360 Wohlfühlpark Gebäude 361 Wohlfühlpark Gebäude 362 Wohlfühlpark Gebäude 611-613 Wohlfühlpark Neubau Gebäude 624-636 Wohlfühlpark Neubau Gebäude 701-709 Wohlfühlpark Neubau Gebäude 1001-1010 Wohlfühlpark Neubau Gebäude 1101-1104 Wohlfühlpark Neubau 51 51 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 63 65 66 68 70 72 74 75 77 78 79 80 82 82 7.2 Weitere, vom Nahwärmenetz versorgte Gebäude (RK-S) 83 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 Solarpotentiale, Flächen, Systeme, Kennwerte (B&O, ergänzt durch RK-S) Übersicht Aufgaben der Solarkollektoren, Integration in die Wärmeversorgung Systembeschreibung Solarerträge 85 85 85 86 87 7.4 Entwicklung von Lastgängen und Jahresdauerlinien (GEF) 90 8. 8.1 Entwicklung eines Energieversorgungskonzeptes Trennung in Nord- und Südnetz (RK-S) 94 94 8.2 Hydraulische Simulationen - Netzmodellierung, Bestimmung eines geeigneten Netzbetriebs (GEF) 95 8.3 Methodik der Simulation von Versorgungsalternativen mit POLIS (GEF) 109 8.4 Versorgungsalternativen Südnetz (GEF) 112 8.5 Versorgungsalternativen Nordnetz (GEF) 119 8.6 Entscheidung für die umzusetzenden Konzepte, Begründung (B&O) 131 8.7 Weiterentwicklung und Detaillierung des Nordnetz-Versorgungskonzeptes (EnWerk) 133 9. 9.1 9.1.1 9.1.2 Ergänzende regenerative Energieerzeugung 135 Wasserkraft (Molz) 135 Errichtung eines Wasserkraftwerkes auf dem Gelände der „Null-Energie-Stadt“ 135 Erweiterung auf das Wasserkraftwerk EW Valepp III 140 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 Fotovoltaik (B&O) Fotovoltaik Freiflächenanlage Fotovoltaik Dachanlagen Untersuchte Lösungen und Fazit 151 151 153 156 9.3 Biogas (B&O) 157 9.4 Energiebilanzen (RK-S) 157 9.5 Nullenergieziel erreicht ? (RK-S) 163 10. 10.1 10.1.1 10.1.2 Weitere innovative Projektinhalte Holz-MFH mit hohem Vorfertigungsgrad Mehrfamilienhäuser aus Holz (B&O) Energieeffiziente Neubauten mit hohem Vorfertigungsgrad (HS-Rosenheim) 164 164 164 169 10.2 Sanierungs-Fertigelemente mit integrierter Heizung 10.2.1 Optimierung von großflächigen Fassadenelementen aus Holz zum Einsatz in der Gebäudesanierung (Huber&Sohn) 173 173 10.2.2 Einsatz von Flächenheizungen mit innovativem Layout (HS-Rosenheim) 180 10.3 Porenlüftungsfassade mit nachwachsenden Rohstoffen (RK-S) 189 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 Innovative TGA (Lüftung, Warmwasser) Projektbeschreibung Lüftung (B&O) Innovative Lüftungsanlagen mit hohem Komfort (HS-Rosenheim) Innovationen im Bereich Warmwasserbereitung (EnWerk) 190 190 195 202 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.5.4 10.5.5 10.5.6 10.5.7 10.5.8 Tages- und Kunstlichtoptimierung (HS-Rosenheim) Notwendigkeit eines energieeffizienten Lichtkonzepts Zielsetzung des Berichts Analyse der bestehenden Situation Entwicklung einer flexiblen Konzeption Bewertung der Konzeption Bedarfsberechnungen Tages- und Kunstlichtoptimierte Konzepte Zusammenfassung 204 204 204 204 205 207 208 210 211 10.6 Passivhäuser mit verstärktem Einsatz von Holzbauweisen (HS Rosenheim) 10.6.1 Einleitung 10.6.2 Berechnungsgrundlagen 10.6.3 Betrachtung des 4-geschossigen Holzgebäudes 10.6.4 Betrachtung des 7-geschossigen Holzgebäudes 10.6.5 Betrachtung der Zweifamilienhäuser 10.6.6 Zusammenfassung 212 212 213 213 215 217 218 11. Aktueller Stand der Planung und Umsetzung (RK-S) 220 12. 12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3 12.1.4 12.1.5 Messungen Wärmemengenmessungen im Nordnetz, (B&O) Einspeisung Gesamtnetz Einspeisung Nordnetz Leitungsverluste Gebäudeverbrauch Vergleich mobiler WMZ mit installierten Messgeräten 222 222 222 223 224 225 226 12.2 Solarnetz 1 (EnWerk) 227 12.2 Gesamtmessprogramm (HS-Rosenheim) 231 13. 13.1 13.2 Innovationsgrad, Multiplikationsfähigkeit, Anschlussfähigkeit (RK-S) Innovatives Wärmenetz mit Zukunftsperspektive Anschlussfähigkeit, offene Fragen 237 237 237 14. Beteiligte 239 15. Referenzen 240 16. Bisherige Veröffentlichungen zum Projekt 241 Anlagen auf Daten-CD: Anlage A1: Teilschlussbericht Firma Huber&Sohn: Vorgefertigte Holz-Fassadensanierungselemente Anlage A2: Teilschlussberichte Büro Molz: Wasserkraft Moosbach und Valepp III Anlage A3: Teilschlussberichte Hochschule Rosenheim (Langfassungen) 1. Energieeffiziente Neubauten mit hohem Vorfertigungsgrad 2. Einsatz von Flächenheizungen mit innovativem Layout 3. Innovative Lüftungsanlagen mit hohem Komfort 4. Tages- und Kunstlichtoptimierung 5. Passivhäuser mit verstärktem Einsatz von Holzbauweisen Anlage A4: EnWerk: Energieversorgungskonzept Anlage A5: Architekturbüro Schankula: Schlussberichte Porenlüftung Anlage 6: Hochschule Rosenheim: Ergebnisse der PHPP- und Wärmebrückenberechnungen EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 1. Einleitung RK-S 1.1 Das Förderkonzept Energieeffiziente Stadt Das 2007 vom Projektträger PTJ des Forschungszentrums Jülich neu aufgelegte BMWiFörderkonzept „Energieeffiziente Stadt“, kurz EnEff:Stadt“ führt die langfristig angelegten Forschungsaktivitäten zur Verbesserung der Energieeffizienz im kommunalen und regionalen Bereich, die unter anderem auch in der bisherigen Fördermaßnahme „Lokale und regionale Energieversorgungskonzepte“ enthalten waren, fort. Die in den meisten Kommunen bestehenden Potenziale zur Energieeinsparung sind groß und liegen bei heutigen Energiepreisen und verfügbaren Technologien, bereits vielfach im wirtschaftlich darstellbaren Bereich. Allerdings wird die Realisierung ambitionierter Projekte durch eine Reihe von Hemmnissen behindert. Viele Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung beeinflussen sich gegenseitig, einerseits durch Synergieeffekte, andererseits als konkurrierende Investitionen. Die Wechselwirkungen sind komplex und nicht immer einfach zu analysieren. Der Betrachtungszeitraum der beteiligten Akteure differiert stark: Mieter haben beispielsweise einen anderen Blickwinkel als Eigentümer, Energieversorger einen anderen als Verwaltungen. Hemmnisse bei der Realisierung von Siedlungs- oder Quartiersprojekten zur Steigerung der Energieeffizienz können überwunden werden durch - den Einsatz innovativer Technologien - die Nutzung moderner Managementmethoden und Planungsinstrumente (integrale Planung) - die Vernetzung unterschiedlicher Bereiche und Akteure - ein methodisch überzeugendes Monitoring. Der Schlüssel zur Steigerung der Energieeffizienz im städtebaulichen Maßstab liegt in der Integration und Vernetzung neuer Technologien in Baukonstruktion, Haus- und Versorgungstechnik, wie - Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung - Niedrigexergie-Techniken - TGA-Innovationen (Regelung, Lichttechnik etc.) - Abwärmenutzung - Innovative Systeme zur Wärmedämmung und Energiebewahrung - Nutzung erneuerbarer Energien - Nahwämenetze, intelligente Regelungs- und Messtechnik. Schwerpunkt der Förderinitiative ist die Umsetzung von Pilotprojekten, in denen ein Maximum an Energieeffizienzsteigerung und damit CO2-Emissionsminimierung erreicht werden kann. FuE-Ergebnisse aus der BWMi-Energieforschung sollen dabei integriert werden. Die wissenschaftliche Konzeption, Koordination, Auswertung und Verbreitung der Ergebnisse wird über eine Begleitforschung sichergestellt. Die Förderung bezieht sich auf konkrete Projekte und erstreckt sich von intelligenten Planungskonzepten über den Einsatz innovativer Technologien bis zum Messprogramm zur Betriebsoptimierung. Drei Phasen der Vorhaben sind dabei zu unterscheiden: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 1 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 1. Planung, 2. Bauliche Realisierung, Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung, 3. Wissenschaftliches Messprogramm über 2 Jahre Die Projekte sollen Quartiere, die in ihrer Struktur typisch und übertragbar sind, betreffen. Die Konzepte sollen sowohl energetische Gebäudesanierung als auch effiziente Energieversorgung umfassen. Folgende Auswahlkriterien für eine Förderzusage gelten: - Piloteinsatz neuartiger Technologien und Verfahren - Reduzierung Primärenergieverbrauch um mindestens 30 % - Umsetzung eines Niedrig-Exergie-Ansatzes - Integraler Planungsprozess - Signalwirkung mit Verwertungs- und Multiplikationspotenzial Zuwendungsfähige Kosten im Bereich der Demovorhaben sind: - Mehraufwand für die integrale Planung - Aufwendungen für die externe wissenschaftlich – technische Begleitung - Investitionen für den Piloteinsatz neuartiger Techniken - Aufwendungen für forschungsbedingte Messtechnik - Aufwendungen für die Abwicklung des Förderprojektes 1.2 Die Bauaufgabe Konversion Seit den 90er Jahren sind infolge des internationalen Abrüstungsprozesses und der veränderten geopolitischen Lage zahlreiche Militärareale in Ost- und Westdeutschland der zivilen Nutzung zugeführt worden. Sie stehen als kommunale Entwicklungsflächen zur Verfügung. Ähnliche Entwicklungsrandbedingungen bringen viele Industriebrachen der Schwerindustrie, aber auch Großbrauereien und sonstige großflächigen Produktionsstandorte mit. Brachflächen sind entgegen landläufiger Meinung keine vernachlässigbare Größe im Flächenmanagement der Bundesrepublik Deutschland. Nach Angaben des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung existierten im Jahr 2001 rund 568.000 ha Brachflächen in Deutschland, dies entspricht rund 13 % der gesamten Verkehrs- und Siedlungsfläche. 400.000 ha davon sind Militärflächen, von denen sich etwa ein Viertel in innerstädtischen Lagen befindet. Etwa 128.000 ha an Brachflächen erfüllen die Voraussetzung der Wiedernutzbarkeit, stehen also für eine sofortige Wiedernutzung zur Verfügung. Diese setzen sich zusammen aus 15.000 ha brachliegenden Verkehrsflächen, 61.000 ha Industriebrachen und 52.000 ha ehemaligen militärischen Liegenschaften. Häufig werden diese Areale von den Gemeinden filetiert und unter dem Gesichtspunkt der Gewerbesteueroptimierung vermarktet. Energetische Gesichtspunkte spielen meist nur eine untergeordnete Rolle. Mit dem B&O-Parkgelände in Bad Aibling bot sich die Möglichkeit, mit einem ambitionierten Pilotprojekt die integrale, energieoptimierte Nullenergiestadt als Leuchtturmprojekt zur Realität werden zu lassen. Die Ausstrahlungskraft eines derartigen Vorhabens ist groß. Für andere Militär-, Industrie- und Infrastrukturbrachen, aber auch für alle Quartiere, wo verschiedene Nutzungen über eine Nahwärmekopplung Synergieeffekte ent- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 2 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht wickeln können. Hält man sich vor Augen, dass die Brachflächen im Bundesgebiet mehr als 10 % der gesamten Siedlungs- und Verkehrsflächen ausmachen, und dass die sofort wieder nutzbare Militärbrache in Deutschland rund 750 mal die Flächengröße des Standorts Bad Aibling umfasst , so wird das Multiplikationspotential dieses Projektes deutlich. Besonders interessant und politisch gewünscht ist die verstärkte Entwicklung dieser Flächen auch deshalb, weil der aktuell in Deutschland stattfindende Naturverbrauch von 117 ha/Tag auf einen raumplanerischen Zielwert von 30 ha/Tag reduziert werden soll. Um sich diesem Ziel anzunähern, muss eine verstärkte Nutzung von Industrie- und Militärbrachen ins Auge gefasst werden. Bild 1-1: Luftbild des Gesamtareals, unten rechts die ehemalige Hauptzufahrt, oben der Bereich Wohnen, in der Mitte entsteht der „Landschaftspark“. Unten rechts wird sich der „Sportpark“ entwickeln, im unteren, linken Bereich nach Westen der Technologiepark [B&O] 2. Projektbeschreibung RK-S Das B&O Parkgelände in Bad Aibling liegt in landschaftlich reizvoller Gegend in einer intakten Struktur von Dörfern und Kleinstädten mit traditionellem bayrischem Charakter. Die Alpenkette erscheint greifbar nahe in Sichtweite am Horizont, trotzdem sind es nur 50 km bis nach München. Die 70 Hektar große Gesamtanlage stammt ursprünglich aus den 1930er Jahren, sie beherbergte damals einen deutschen Fliegerhorst mit angeschlossenem Kasernengelände. Nach dem 2. Weltkrieg wurde der Standort von der U.S. Army übernommen, und zu einer elektronischen Abhörbasis ausgebaut, um den Funkverkehr hinter dem Eisernen Vorhang abzuhören. Rund 1.400 Militärs und ihre Angehörigen lebten und arbeiteten in den fünf Jahrzehnten amerikanischer Nutzung hier. Wie in den amerikanischen barracks RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 3 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht üblich, handelte es sich um eine autarke kleine Gartenstadt mit Wohngebäuden, eigener Kirche, Sporthallen und Sportplätzen, Kino, einem Hotel, einer Bowling-Bahn, einem großen Kindergarten-, Schul- und Klinikkomplex, Post, Einkaufszentrum, zahlreichen Garagen, Werkstätten und Hallen, und einem zentralen Dienstbereich mit Bunkern und Bürogebäuden, in denen die empfangenen Informationen gesammelt und ausgewertet wurden. Mit Wärme versorgt wurden die Gebäude durch eine gas- oder ölbefeuerte Nahwärmestation mit 3 Kesseln à 6500 kW, also insgesamt 19,5 MW. Nach Ende des Kalten Krieges und Verschiebung der Ost-West-Blockgrenzen sank die Bedeutung der Basis „Bad Aibling“ und der Stützpunkt wurde 2004 von den Amerikanern nahezu vollständig aufgelassen. Dadurch bot sich einem Investor die Chance, ein Quartier, ja eine kleine Stadt mit hoher Qualität in einer Spitzenlage zu schaffen, in der sowohl Wohnen, Gewerbe, Büros, wie auch Tourismus, gesundheitliche und medizinische Dienstleistungen ihren Platz finden. Die B&O Wohnungswirtschaft ergriff diese Chance und erwarb das Gelände 2006. Im Zustand, wie von den Amerikanern übernommen, betrug die gesamte Wohnfläche rund 23.500 m². An Büro- und Gewerbefläche waren 34.500 m² vorhanden. Hinzu kamen 9.000 m² im sozialen Bereich (Kindergarten, Schulen, medizinische Versorgung) sowie 5.000 m² Gastronomie (Hotel, Club, Casino). Insgesamt summierte sich die Wohn- und Nutzfläche damit auf etwa 72.000 m², verteilt auf 52 Gebäudekomplexe, bzw. Wohnanlagen. Ganz anders als in den aufgelassenen russischen Stützpunkten Ostdeutschlands zeigte sich die Gebäudesubstanz in gutem Zustand. Auch von der Architektur her wiesen die überwiegend zweigeschossigen Gebäude mit traditionellem Satteldach sowohl als Einzelgebäude wie auch in ihrer städtebaulichen Anordnung wohltuende Proportionen auf. Die wärmetechnische Qualität ließ allerdings trotz erkennbarer regelmäßiger Instandhaltung aufgrund der mangelnden Wärmedämmung sehr zu wünschen übrig. Die Nahwärmeversorgung des Areals war Mitte der 90er Jahre grundlegend saniert worden und befand sich in gutem Zustand, was die Wärmedämmung der Leitungen etc. betrifft. Genauso wie die Wärmeerzeugung insgesamt jedoch deutlich überdimensioniert erschien, waren die Haus- oder Blockübergabestationen mit überreichlich Technik in viel zu großen Leistungsklassen ausgestattet. B&O hat nach Übernahme des Areals kurzfristig erste Konsequenzen gezogen: Ein 6,5 MW-Kessel wurde stillgelegt und ein zweiter von 6,5 auf 3 MW umgebaut. Da einige Gebäude abgerissen werden sollten und für andere zu Beginn des Projektes die Weiterverwendung noch unklar war, bezieht sich das Fördervorhaben nicht auf das Gesamtareal, sondern auf die im Übersichtsplan auf der Folgeseite eingegrenzte Teilfläche. An Nutzungen finden sich hier: Wohnen, Hotelgebäude und Tagungsräume, Gastronomie, Bürogebäude, Gewerbe (Produktion), Kindergarten, Schulen, Sporthalle und Veranstaltungshalle. Die bestehenden größeren Wohnbebauungen sollen dabei ergänzt werden durch Niedrigenergie- bzw. Passivhäuser, voraussichtlich als 1 – 2 Familienhäuser und mehrere Hochhäuser in Holzkonstruktion. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 4 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 2-1: Übersichtsplan Fördergebiet „Nullenergiestadt“ mit farblicher Kennzeichnung der energetischen Standards. Neubauten (rot markiert) befinden sich im mittleren Teil des Geländes [Schankula] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 5 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 3. Projektziele und Arbeitsplan RK-S 3.1 Zielsetzungen des Projektes Als generelle Leitlinie geht es darum, für die Bauaufgabe „Konversion“ eine multiplikationsfähige Entwicklung in Richtung „Energieeffizienz“ anzustoßen, die in letzter Konsequenz bis zum Leitbild „Nullenergiestadt“ reichen kann. Folgende konkreten Projektziele sind dabei zu benennen: - Piloteinsatz neuartiger Technologien und Verfahren - Erfüllung der Anforderungen an die Exergie- bzw. Primärenergieeffizienz (Reduzierung um mehr als 30 %) - Umsetzung eines Niedrig-Exergie-Ansatzes - Integraler Planungsprozess - Signalwirkung mit Verwertungs- und Multiplikationspotential Die Zielsetzungen sollen erreicht werden durch: - Die Umsetzung hoher energetischer Standards und den Einsatz innovativer Technologien - Die Nutzung moderner Methoden für das Projektmanagement und den Einsatz moderner Planungsinstrumente innerhalb eines konsequenten integralen Planungsprozesses - Die Vernetzung der Energieerzeugungs- und Verbrauchsbereiche des Quartiers - Systematisches Monitoring des gesamten energetischen Systems des Stadtteils Dabei sollen insbesondere eingesetzt werden: - Systeme und Anlagen zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung - Systeme und Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung - Technologien zur Niedrigexergienutzung - Innovative Ansätze im Bereich Wärmedämmung, TGA - Hochwärmedämmende Fensterkonstruktionen und Nutzung passiver Solarenergiegewinne - Einsatz von Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung - Einbindung regenerativer Energien in ein effizientes Nahwärmenetz - Intelligente Mess- und Regelungstechnik Zwei besondere Vorteile erleichtern das Erreichen dieser Ziele: - Eine schnelle Umsetzbarkeit ist möglich, da nur ein Eigentümer für das gesamte Quartier gegeben ist und dieser Eigentümer über hohe eigene Sachkunde und Sanierungskraft verfügt. - B&O gilt als geeigneter Multiplikator, da die Firma als Marktführer bei Sanierungen in der deutschen Wohnungswirtschaft über etwa 100 Stammkunden verfügt, welche zusammen in den nächsten Jahren mehr als 1 Mio. Wohnungen zu sanieren haben. Das jährliche Sanierungsvolumen beträgt zur Zeit ca. 200 Mio. € verteilt auf etwa 5.000 Wohnungen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 6 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 3.2 Systematischer Arbeitsplan Das EnEff:Stadt-Modellvorhaben “Phase 1“ umfasst nur die Konzeptionsphase. Folglich beschränken sich auch die Projekt-Arbeitspakete auf diesen Bereich. In Anschlussprojekten soll voraussichtlich auch die Realisierung und das Monitoring gefördert und wissenschaftlich begleitet werden. Für das Modellprojekt „Konzeptionsphase“ wurden folgende Arbeitsschritte festgelegt: Ausgehend von einer Bestandserfassung der heutigen Gebäude wird ein städtebauliches Konzept erstellt, welches die kommenden Änderungen (Sanierungen, Rückbau, Neubau) erfasst. Die zum Projekt gehörenden Gebäude werden identifiziert und in ihren Flächen, ihrer Nutzung und ihren energetischen Standards beschrieben. Nutzungsarten und energetische Standards bestimmen die Bedarfskennzahlen der einzelnen Gebäude, welche im nächsten Schritt ermittelt werden. In der Summe ergeben sich Gesamtleistungen und Gesamtenergiebedarfswerte für das Projektgebiet, aus denen über die Gewichtung der Nutzungsanteile die Jahresdauerlinien des Wärmebedarfs erzeugt werden können. Parallel dazu werden die zu untersuchenden Versorgungskonzept-Alternativen abgestimmt, welche den Zielstellungen des Förderprogramms gleichermaßen gerecht werden sollen, wie den betriebs- und marktwirtschaftlichen Aspekten des Bauherrn. Eine Analyse der solaren Potentiale in Bezug auf die Vorabbeschreibungen der Konzepte liefert zusammen mit den Bedarfsprofilen (Dauerlinien) die Grundlage, um die Konzeptbeschreibungen noch einmal auf den Prüfstand zu stellen und hinsichtlich ihrer Machbarkeit und Sinnhaftigkeit zu prüfen, bzw. Kennwerte, Komponenten und Zusammenhänge entsprechend den zu erwartenden Randbedingungen anzupassen und zu optimieren. Auf der Basis dieser Festlegungen werden die Konzepte modelliert, dynamisch simuliert, optimiert und bewertet. Ergebnis ist eine Zusammenstellung der jeweiligen Vor- und Nachteile, eine Wirtschaftlichkeitsbewertung und CO2-bezogene Bewertung, ein ranking der Alternativen und die Zusammenstellung von Handlungsempfehlungen. Auf der Grundlage der Simulationen und Bewertungen erfolgt die Auswahl des weiter zu verfolgenden „Hauptkonzeptes“. Dies ist ein wichtiger Projektmeilenstein, denn ab Zeitpunkt der Auswahl können alle Gebäude im Fördergebiet zielgerichtet auf das nun festgelegte Versorgungskonzept hin ausgerichtet und optimiert werden. Bereits fertiggestellte Planungen bzw. umgesetzte Realisierungen können auf das Konzept hin modifiziert werden. Das gewählte Hauptkonzept durchläuft seinerseits nochmals eine Optimierungsphase. Begleitend zum Hauptthema Bedarfs- und Versorgungskonzept werden diverse gebäudespezifische Arbeitspakete zur Optimierung von Gebäudehüllen, Lüftung, Heizung und Beleuchtung in Angriff genommen. Weiterhin wird die Errichtung bzw. Erweiterung eines Wasserkraftwerks auf dem Gelände selbst und am nahegelegenen Spitzingsee untersucht und konzipiert. Auch für den Bereich der gebäudeinternen TGA-Ausstattung sollen innovative Lösungen zum Zug kommen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 7 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4. Bestandsaufnahme Förderprojekt-Gebäude RK-S 4.1 Typische Gebäudeeigenschaften Alle Bestandsgebäude im Fördergebiet wurden um 1936 errichtet. In der Regel besitzen sie zwei Geschosse und ein Satteldach. Die Anbauten und die Hallen sind jedoch eingeschossig errichtet worden. Die meisten Längsfassaden der zweigeschossigen Hauptgebäude haben eine Nord-Süd-Orientierung. Die ehemalige Nutzung als Kasernengebäude ist gut ablesbar: mittig angeordnete innenliegende Fluren, keine Balkone, große gemeinschaftliche Aufenthaltsräume, breite Treppenhäuser. Bild 4-1: Innenflur Bild 4-2: Dachstuhl mit 10 – 14 cm Zwischensparrendämmung 4.1.1 Typische Baukonstruktionen Die Außenwände bestehen zumeist aus 40 cm Hochlochziegeln (HLZ), beidseitig verputzt. Alle Wohngebäude und einige andere Gebäude besitzen ungenutzte und nicht ausgebaute Satteldächer, einige ein Walmdach. Die geneigten Dachflächen sind Mitte der achtziger Jahre mit alukaschierter Mineralwolle gedämmt und mit neuen Dachziegeln gedeckt worden. Handwerklich sauber ausgeführt, befinden sich die Dächer in einem guten Zustand. Allerdings führt das Heranziehen der Dachfläche statt der obersten Geschossdecke als thermische Grenze zu einem schlechten A/V- Verhältnis der Gebäude. Das bautypische Dach ist ein Satteldach mit Kehlbalken mit einer steilen Neigung von 42°. Abgesehen von einigen Ausnahmen, wie z. B. den Hallen, wurden die Decken aus Stahlbeton bzw. als Ziegeldecke ausgeführt. Die Bodenplatten und Kellerdecken setzen sich aus Belag, Estrich, Trittschalldämmung und Stahlbetondecke zusammen. Bis auf wenige Objekte wurden die Fenster im Zuge einer großangelegten Renovierung im Jahr 1986 ausgetauscht. Eingebaut wurden Fenster mit Aluminiumrahmen, thermisch noch nicht getrennt, oder auch Kunststofffenster mit Isolierverglasung. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 8 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-3: Außenwand mit Hochlochziegeln Bild 4-4: Alte Holzverbundfenster Bild 4-5: In den 80igern eingebaute Aluminiumrahmen-Fenster mit Isolierverglasung Bild 4-6: Alle Satteldächer wurden mit ca. 10 14 cm alukaschierter Mineralwolle gedämmt Bild 4-7: Bombensicheres Betondach, die sogenannte „Sargdeckel“ - Konstruktion Bild 4-8: Aufbau der Kellerdecke: eine Trittschalldämmung ist vorhanden RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 9 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.1.2 Typische Haustechnik Alle Gebäude werden vom Nahwärmenetz versorgt. Die Nahwärme wurde im Heizhaus mit ehemals drei Ölkesseln erzeugt. Das Heizhaus (Gebäude 342) steht zentral im Gelände. Die Warmwasserbereitung erfolgt bei den Wohngebäuden ebenfalls durch Nahwärme. Bei den Nichtwohngebäuden erfolgt die Warmwasserbereitung nur im Winter über Nahwärme, im Sommer mithilfe elektrischer Energie. Bei Nichtwohngebäuden mit geringem Warmwasserbedarf erhitzen elektrische Boiler im Durchfluss- oder Speicherprinzip das Warmwasser. Die Nahwärmeleitungen in den Gebäuden verlaufen im Keller, oder, falls keiner vorhanden ist, im Dachraum. Dies sind aber Ausnahmefälle. Die Übergabestationen befinden sich in Hauszentralen, die im Keller- oder im Erdgeschoß an der Gebäudeaußenwand untergebracht sind. Die Hausstationen sind mit einem Hauptabsperrventil, Temperaturanzeigen der Vor- und Rücklauftemperatur und Durchflussregler sowie den Wärmetauschern für Heizung und Warmwassererwärmung ausgestattet. Die Speicher für die Warmwasserversorgung sind gedämmt, befinden sich jedoch oft in einem schlechten Zustand. In allen Gebäuden ist eine Zweirohrheizung vorhanden. Die Wärmeübergabe erfolgt über Radiatoren als Guss- oder Stahlradiatoren, teilweise aber auch über Plattenheizkörper. In den großen Hallen sind zusätzlich noch Luftheizregister eingebaut. Die Vor- und Rücklauftemperatur des Heizwassers für die Beheizung des Gebäude liegt bei den unsanierten Gebäuden bei 90°/70°. Bild 4-9: Übergabestation mit Absperrventilen Bild 4-10: Nahwärmeleitungen an der Kellerdecke Bild 4-11: Heizkörper mit Thermostatventil Bild 4-12: Desolate Warmwasserspeicher RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 10 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.2 Abriss-Gebäude Insgesamt werden 9 Gebäude abgerissen, zwei davon nur zum Teil. Die gesamte Bruttogeschoßfläche, über die Außenmaße der zweigeschossigen Gebäude ermittelt, summiert sich auf 14.756 m². Mit einem Umrechnungsfaktor von 0,82 zur Ermittlung der Wohnfläche entspricht dies einer Wohnfläche von rund 12.100 m². Gebäude 310 311 313 314 315 2025 2025 2025 2025 2025 405 405 405 405 405 1953 1953 Baujahr Tab. 4-1: Übersicht der Abrissgebäude 1953 1953 1953 BGF Fläche in m² Anschlusswert in kW 316 350 a 2025 2028 405 1953 356 x 578 - 1936 1936 Die komplett zum Abriss kommenden Gebäude stammen alle aus den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts. Gebäude 350 und 356, die nur zum Teil abgerissen werden, sind dagegen 1936 errichtet worden. Bei Gebäude 314, 316 und 350 A ist der Abriss noch nicht durchgeführt worden. Bild 4-13: Teilabriss-Gebäude im Vordergrund 350 A, Abriss Gebäude 310 und 311 hat bereits stattgefunden Bild 4-14: Gebäude 350 Gebäudeabschnitt B hinten bleibt erhalten Bild 4-15: Nach Abriss: Erhaltene Keller der Gebäude 310 und 311 Bild 4-16: Gebäude 316, Baujahr 1953, dient zurzeit als „Lärmschutzwall“ RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 11 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-17: Teilabriss Gebäude 356, der Giebel wurde neu erstellt Bild 4-18: Bauschutt aus den Abrissmaßnahmen 4.3 Zur Sanierung kommender Gebäudebestand Die Bausubstanz ist insgesamt als gut zu bezeichnen. Die Dachhaut fast aller Bauten wurde Mitte bis Ende der achtziger Jahre erneuert. Stellenweise sind Risse im Putz und durch Hagelschlag verursachte Putzabplatzungen feststellbar, ebenso spröde und abblätternde Anstriche und Lackierungen einiger Fensterrahmen. Der Wärmeschutz der Gebäudehülle entspricht nicht den heutigen Maßstäben und muss verbessert werden. Da keine Verbrauchswerte für Wärme und Strom vorliegen, sind die spezifischen Energiekennwerte für Wohngebäude anhand von Erfahrungswerten baugleicher Gebäude geschätzt worden. Die spezifischen Energiekennwerte für Nichtwohngebäude stammen aus der BMVBS-Richtlinie „Energieverbrauchskennwerte - Benchmarks für die Energieeffizienz von Nichtwohngebäuden - Referenzwerte für Energieausweise“. Grundlagen der Bestandsaufnahme sind Vorort-Begehungen, Planunterlagen, Informationen der B&O-Wohnungswirtschaft, sowie Aussagen von Mietern einiger Objekte auf dem Parkgelände. 4.3.1 Gebäude 301 Landschaftspark Allgemeine Beschreibung Das Gebäude mit der ersten Gebäudenummer der Anlage ist auch das erste, welches beim Betreten des Parkgeländes rechter Hand wahrgenommen wird. Das ehemalige Wachhaus am Haupteingang wurde eingeschossig erstellt und hat keine Unterkellerung. Das zweigeschossige Hauptgebäude 301 als ehemaliges Unterkunftsgebäude mit zwei Eingängen und einem kleinen Balkon liegt etwas zurückgesetzt. Zwischen den zwei angrenzenden Gebäuden besteht kein Durchgang. Die Gebäude sollen zusammen mit zwei Nachbargebäuden an die Diakonie vermietet werden. Das Dachgeschoss im Hauptgebäude unter dem Satteldach mit einigen kleinen Gaupen wurde ausgebaut, was eher die Ausnahme als die Regel auf dem Gelände darstellt. Das Gebäude ist nur teilweise unterkellert, in diesem Bereich befindet sich auch die Übergabestation. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 12 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-19: Lage Gebäude 301 Bild 4-20: Straßenansicht Baukonstruktion Im Keller des Hauptgebäudes kann man die zur Betonierung verwendete Holzverschalung als Abdruck an der Betondecke erkennen. Das ausgebaute Dachgeschoss ist mit Mineralwolle gedämmt, teilweise gibt es eine abgehängte Decke mit Bekleidung aus GipskartonBauplatten, Holzverschalung oder Akustikplatten. Die Außenwand besteht aus Hochlochziegeln. Kellerdecke und Bodenplatte sind als trittschallgedämmte Betondecke ausgeführt. Für die Fenster im zweigeschossigen Gebäude wurden Kunststofffenster mit Isolierverglasung verwendet, die Fenster des ehemaligen Wachhauses sind weiß überstrichene Fenster mit Aluminium-Rahmen und Isolierverglasung. Bild 4-21: Ausgebautes Dachgeschoss Bild 4-22: Hausanschlussstation HAST Haustechnik, Komponenten, Zustand Heizung und Warmwasserbereitung erfolgen über Nahwärme. Die Nahwärmeleitungen sind an der Kellerdecke im Flur des Kellergeschosses sichtbar. Am Ende des Flures befindet sich die Übergabestation: Anschlusswert laut Planangaben für das Hauptgebäude 228 kW, für den Anbau nur 38 kW. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogrundfläche Wärmebedarf Strombedarf 2.288,00 m² 1.921,92 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 13 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.2 Gebäude 302 Landschaftspark Allgemeine Beschreibung Dieses Gebäude ist das kleinste auf dem Parkgelände. Es liegt „versteckt“ hinter Gebäude 301, ist eingeschossig und mit einem eher flachen Walmdach ausgestattet. Das nicht unterkellerte kompakte Gebäude wurde als Büro genutzt. Bild 4-23: Lage Gebäude 302 Bild 4-24: Süd-West-Fassade mit Eingang Baukonstruktion, Bauteile Zustand, Bauschäden Die Bauteile Außenwand, Dach und Bodenplatte sind baugleich mit dem Hauptgebäude 301. Als Fenster wurden ebenfalls weiße Kunststofffenster mit Isolierverglasung verwendet. In der Südostfassade befinden sich Glasbausteine. Haustechnik, Komponenten, Zustand Die Lüftung findet über die Fenster statt. Heizung und Warmwasserbereitung erfolgen über Nahwärme. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogrundfläche Wärmebedarf Strombedarf 329,34 m² 276,65 m² 105 kWh/m² a 24 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 14 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.3 Gebäude 303 Landschaftspark Allgemeine Beschreibung Der mit den Längsfassaden Richtung Nordost-Südwest orientierte eingeschossige Bau mit Satteldach wurde früher als Kirche genutzt. Er ist nicht unterkellert, die innere Verteilung der Heizleitungen erfolgt im nicht ausgebauten Dachgeschoss. Beim Umbau zur Nutzung des Gebäudes als Montessori-Kindergarten erhielt die Außenwand einen roten Anstrich und es wurden einige neue Terrassentüren aus Kunststoff mit Wärmeschutzverglasung eingebaut. Bild 4-25: Lage Gebäude 303 Bild 4-26: Kindergarten, Eingangsfassade Baukonstruktion Das Dach wurde mit 14 cm Mineralwolle als Zwischensparrendämmung gedämmt. Im ehemaligen Gottesdienstraum ist die oberste Geschoßdecke entfernt worden und eine Holzverschalung mit zusätzlichen sichtbaren Sparren angebracht worden. Die Wand zum unbeheizten restlichen Dachgeschoß wurde mit Holzwolleleichtbauplatten (HWL) provisorisch gedämmt. Die Außenwand ist aus Hochlochziegeln (HLZ) erstellt worden. Die Fenster sind Kunststofffenster mit Isolierverglasung, außer den bei der Nutzungsänderung neu eingebauten Balkontüren bzw. Terrassentüren mit Wärmeschutzverglasung. Haustechnik Da das Gebäude kein Kellergeschoss besitzt, befindet sich die Übergabestation im Erdgeschoss, die Nahwärmeleitungen im Dachstuhl. Das Gebäude wird mit Nahwärme beheizt, Warmwasser wird von einem Elektroboiler mit einer Nennleistung von 3 kW bereitgestellt. Der Anschlusswert der Übergabestation ist mit 110 kW angegeben. Die Belüftung der Räume erfolgt über die Fenster. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 908,38 m² 763,04 m² 160 kWh/m² a 40 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 15 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.4 Gebäude 305 Landschaftspark Allgemeine Beschreibung Das südlichste Gebäude des Fördergebietes ist ein ehemaliger Hangar. Um die 52 m lange und 29 m breite Halle herum sind einige niedrigere Anbauten als Werkstatt- und Büroräume erstellt worden. Wie die Halle selbst, besitzen auch die Anbauten keinen Keller. Das Gebäude wurde in den letzten Jahren als Mehrzweckhalle genutzt. Bild 4-27: Lage Gebäude 305 Bild 4-28: Süd-West-Fassade mit Eingang und Rolltoren Baukonstruktion Die Halle ist als Stahlskelettkonstruktion mit Stahlträgern T100 und mit einer Ausfachung aus Backsteinziegeln errichtet worden, ebenso wie die angrenzende Halle 306. In der Südwestfassade befinden sich große, undichte Rolltore und 3 Metalltüren. An den Fassaden sind stellenweise starke Risse und Putzabplatzungen feststellbar. Ebenfalls ist an den Fassaden der Fensteraustausch bzw. die Fenstererweiterungen oder der Neueinbau an den neuverputzen Stellen noch sichtbar. Der Anbau im Norden wurde mit weißen Kunststofffenstern mit Isolierverglasung ausgestattet. In den anderen Fassaden befinden sich braun beschichtete Aluminium-Rahmen-Fenster ebenfalls mit Isolierverglasung. Manche Fensteranschlüsse sind schadhaft. Die braune Beschichtung auf den Fensterrahmen löst sich teilweise stark ab. Das Dach wurde mit Holzwolleleichtbau-(HWL)-Platten gedämmt. Darauf befindet sich wahrscheinlich Leichtbeton. Die ursprüngliche Dachhaut wurde erneuert. Die Bodenplatte ist eine nicht gedämmte, schwer belastbare Betonplatte. Im Anbau mit den Büroräumlichkeiten setzt sich der Bodenaufbau wie folgt zusammen: Estrich mit Linoleum oder Teppichboden als Bodenbelag. Belichtet wird die Halle nur über die in der Giebelfläche eingebauten Glasbausteine. Es erfolgt eine natürliche Belüftung über die im Giebel vorhandenen Lüftungsschlitze aus Metall. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 16 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-29: Außenwand mit Ventilatoren Bild 4-30: Stillgelegte Tankstelle vor dem ehemaligen Hangar Haustechnik Die Beheizung der Halle und die Warmwasserbereitung im Winter erfolgt über Nahwärme. Im Sommer übernimmt ein Elektroboiler mit einem Speichervolumen von ca. 500 l die Warmwasserbereitung. Die Übergabestation mit einem Anschlusswert von 570 kW ist ebenerdig von innen und außen betretbar. Von hier aus werden über an der Decke bzw. Dach installierte Leitungen die Luftheizregister mit Gebläse in der Halle, sowie die Stahlguss-Heizkörper in den Anbauten bedient. Die Lüftungsanlage ist stillgelegt. In den Außenwänden befinden sich große Lüftungsventilatoren für etwaige Notfall-Belüftung, um hohe Abgaskonzentrationen in der Halle abzubauen. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 2.671,80 m² 1.335,90 m² 165 kWh/m² a 18 kWh/m²a 4.3.5 Gebäude 306 Landschaftspark Allgemeine Beschreibung Die Sporthalle ist an die Stadt Bad Aibling vermietet. Der Hallenbau grenzt an die fast baugleiche Mehrzweckhalle. Auch hier handelt es sich um eine mit Ziegeln ausgefachte Stahlskelettkonstruktion. Die Ausmaße der Halle entsprechen ebenfalls der Nachbarhalle. Bild 4-31: Lage Gebäude 306 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 4-32: Glasbausteine als Oberlichter Seite 17 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Baukonstruktion Die Außenwände der Halle sind, wie bei Geb. 305, als Stahlkonstruktion mit Backsteinausfachung konstruiert. An der Südwestfassade ist eine großflächige Putzabplatzung feststellbar. Das Dach wurde vor ca. 10 Jahren saniert und mit 10 cm Mineralwolle gedämmt. Außerdem wurde eine neue Dachhaut aufgebracht. Die Bodenplatte besteht aus einer Betondecke mit Estrich und Sporthallenbelag. Im Anbau, wo die Umkleideräume untergebracht sind, ist der Boden gefliest. Wie in der Mehrzweckhalle, dienen Glasbausteine im Giebel und auch in den Umkleideräumen zur Belichtung. Die restlichen Außenöffnungen sind Fenster mit weiß beschichteten Aluminiumrahmen mit einer Dichtungsebene und Isolierverglasung. Bild 4-34: Sporthalle innen Bild 4-33: Putzabplatzungen Haustechnik Im Anbau befindet sich die Übergabestation mit einem Anschlusswert von 780 kW. Die Halle wird über Luftheizregister mit Gebläse beheizt, die Umkleideräume und restlichen Räumlichkeiten werden über konventionelle Heizkörper mit Wärme beliefert. Sowohl Heizung als auch Warmwasserbereitung finden über Nahwärme statt. Die vielen Warmwasserspeicher, wie auf Bild 4-35 erkennbar, sind größtenteils außer Funktion. Es ist zurzeit nur ein Speicher mit einem Fassungsvermögen von ca. 500 l in Betrieb. Die Belüftung findet über die Fenster statt. In den zwei Umkleideräumen mit den Glasbausteinen sind zwei Ventilatoren im Einsatz. Bild 4-35: HAST mit Wärmetauschern Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf Bild 4-36: Luftheizregister 2.663,50 m² 1.331,75 m² 150 kWh/m² a 12 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 18 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.6 Gebäude 320 A - B Technologiepark Allgemeine Beschreibung Das ehemalige Feuerwehrgebäude, ein „L“-förmiger Bau, setzt sich zusammen aus einem zweigeschossigen Gebäude mit dreigeschossigem Turm (Abschnitt A) und einem eingeschossigem Gebäude (Abschnitt B). Die Längsfassaden des Hauptgebäudes sind nordsüdorientiert, die des Anbaus ostwestorientiert. Der Anbau diente ursprünglich als Abstellhalle für die Feuerwehrfahrzeuge. Das Hauptgebäude, welches jetzt als Büro und Callcenter genutzt wird, ist zu etwa 70 % unterkellert. Im Kellergeschoß befindet sich ein Serverraum und Archiv, sowie die Heizungs-Übergabestation. Bild 4-37: Lage Gebäude 320 Bild 4-38: Südfassade des Hauptgebäudes Baukonstruktion Das eher flache Satteldach des Hauptgebäudes ist mit 14 cm dicker Mineralwolle gedämmt. Den Zustand der Dachhaut kann man als gut bezeichnen. Das Dach des Anbaus wurde nicht gedämmt. Eine Belüftung des Dachraumes findet nicht statt. Die Außenwand gleicht der Konstruktion der meisten anderen Gebäude auf dem Gelände: 40 cm Hochlochziegel, beidseitig verputzt. Die Einbautiefe der Fenster beträgt innen 30 cm, außen 10 cm. An der Fassade des West-Giebels ist eine starke Algenbildung sichtbar. Alle Fenster wurden als weiße Kunststofffenster mit Isolierverglasung und einer Dichtungsebene ausgeführt. Es sind keine Schäden an den Fenstern sichtbar. An der Südfassade des Bürogebäudes befinden sich außenseitig angebrachte Jalousien. Die Kellerdecke und die Bodenplatte sind nicht gedämmt. An der Kellerdecke ist die Holzverschalung der Betonierung als Abdruck noch gut sichtbar. Bild 4-39: Nahwärmeleitung an der Kellerdecke RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 4-40: Westansicht des ehemaligen Feuerwehrgebäudes Seite 19 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Haustechnik, Komponenten, Zustand Nahwärme wird nur zur Beheizung genutzt. Der Anschlusswert beläuft sich auf 230 kW. Die Heizkörper im Bürogebäude sind mit Thermostatventilen ausgestattet. Der geringe Bedarf an Warmwasser wird über mehrere 5-Liter-Boiler gedeckt. Die Belüftung der Räume findet über Fensteröffnen statt. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf A: 1.635,04 m², B: 605,33 m² A: 1.373,43 m², B: 508,00 m² 120 kWh/m² a 16 kWh/m²a 4.3.7 Gebäude 322 Technologiepark Allgemeine Beschreibung Das zweigeschossige ehemalige Kontrollturmgebäude, heute gewerblich genutzt, stammt ebenfalls aus dem Jahre 1936. Es besitzt, wie das Nachbargebäude 320, einen dreigeschossigen Turm an der Südfassade. Die eingeschossigen Werkstattanbauten, die etwa die Hälfte der Grundfläche belegen, wurden später errichtet. Das Gebäude ist nicht unterkellert. Bild 4-41: Lage Gebäude 322 Bild 4-42: Süd- und Ostfassade Baukonstruktion Die Außenwand besteht aus Hochlochziegeln. Die Außenwand des „Turmes“ wurde nachträglich mit ca. 5 cm WDVS gedämmt. Die Fenster bestehen aus Aluminium-Rahmen, braun beschichtet, mit Isolierverglasung und einer Dichtungsebene. Stellenweise ist der nachträgliche Fensteraustausch an der Fassade sichtbar, zum Teil sind außen verbogene Metall-Fensterbänke vorhanden. Das Dach des Hauptgebäudes ist mit Zwischensparrendämmung ausgestattet. Auch im Bereich der Werkstatt (Anbau im Westen) wurde die Dachfläche nachträglich von innen gedämmt. Die Bodenplatte besteht aus einer Betondecke mit Trittschalldämmung. Haustechnik Die Übergabestation der Nahwärme für die Heizung befindet sich im Erdgeschoss. Sie ist von außen nicht direkt zugänglich. Die Warmwasserbereitung erfolgt im Winter ebenfalls über Nahwärme, im Sommer über 5l-Elektroboiler. Der Anschlusswert der Übergabestation ist in den Plänen mit 210 kW angegeben. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 20 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-43: Außendämmung des Turms Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf Bild 4-44: Blick in die HAST 2.184,16 m² 1.834,69 m² 160 kWh/m² a 18 kWh/m²a 4.3.8 Gebäude 323 Technologiepark Allgemeine Beschreibung Parallel gelegen zum Gebäude 322 befindet sich in Gebäude 323 eine Bowlingbahn mit Gastronomie und Büroräumlichkeiten. Das Gebäude ist bis auf den Heizungsraum nicht unterkellert und vorwiegend eingeschossig. Nur im Eingangsbereich sind etwa 15% der Grundfläche zweigeschossig. Hier kann man das Obergeschoß über eine zweiläufige Außentreppe erreichen, geschützt durch den großzügigen Dachüberstand bzw. eine Dachverlängerung. Die anderen zwei Eingänge befinden sich an der Nordfassade. Bild 4-45: Lage Gebäude 323 Bild 4-46: Ostansicht mit großzügig überdachtem Eingangsbereich Baukonstruktion Die beidseitig verputzte Außenwand wurde aus 40 cm starken Hochlochziegeln errichtet. Die Dachschrägen des Walmdaches sind im Zuge einer Modernisierung 1989 gedämmt worden. Hier ist aber auch die oberste Geschoßdecke, zumindest zu einem Drittel der Fläche über der Bowlingbahn, mit Holzwolle mit einer Stärke von 5 cm gedämmt worden. Diese Dämmmaßnahme wurde nach Unterlagen im Jahre 1962 ausgeführt. Die Fenster sind Kunststoff- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 21 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht fenster mit Holzmaserung-Optik, isolierverglast und mit einer Dichtungsebene. Auf die BetonBodenplatte wurde nur bereichsweise eine geringfügige Dämmschicht aufgebracht. Haustechnik Der Heizwärmebedarf wird über Nahwärme gedeckt. Die Übergabestation befindet sich in einem nur von außen zugänglichem Heizungsraum an der Westfassade. Für die Warmwasserbereitung werden Elektroboiler benutzt. Es ist eine Abluftanlage installiert. Diese wird nur bei Bedarf, z.B. bei großen Personenansammlungen, eingeschaltet. Bild 4-47: Zuluft-Außenluftdurchlässe ALD der Abluftanlage Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf Bild 4-48: Übergabestation mit Wärmetauscher 1.177,30 m² 1.012,48 m² 245 kWh/m² a 105 kWh/m²a 4.3.9 Gebäude 350 B Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Gebäude 350 ist einer der 4 L-Blöcke, freistehend und mit zwei zweigeschossigen Schenkeln. Früher war das gesamte Gebäude in 26 Wohneinheiten unterteilt. Der kurze Schenkel mit den ostwestorientierten Längsfassaden (Abschnitt B) soll erhalten bleiben. Der andere Schenkel wird abgerissen, wie im Lageplan Bild 4-49 bereits dargestellt. Bild 4-49: Lage Gebäude 350 B RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 4-50: Westfassade Gebäudeabschnitt B Seite 22 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Das Satteldach mit kleinen Gaupen und darunter erstelltem Betondeckel ist nicht ausgebaut. Abschnitt B wurde unterkellert und am südlichen Gebäudeende befindet sich ein 5 - 6 m hoher Kellerbereich, der früher als Heizzentrale diente. Insgesamt kann dem Gebäude ein guter Erhaltungszustand bescheinigt werden. Baukonstruktion Das Gebäude ist baugleich wie die benachbarten Gebäude 353, 354, 355. Es besitzt ein Satteldach mit 14 cm dicker Zwischensparrendämmung aus Mineralwolle und einer speziellen Betonkonstruktion, dem sogen. „Sargdeckel“, der als Bombardierungsschutz diente. Baukonstruktive Aufbauten: Außenwand: Außenputz 1,5 cm, HLZ 40 cm, Innenputz 1,5 cm, U-Wert: 1,15 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Estrich 3,5 cm, Dämmung 2,5 cm, Betondecke 18 cm, U-Wert: 1,24 W/m²K Kellerdecke: Linoleum 2 cm, Trittschalldämmung 2,5 cm, Estrich: 4,5 cm, Kiesschüttung 4 cm, Betondecke 29 cm, U-Wert: 0,987 W/m²K Fenster: Alu- Rahmen mit Isolierverglasung mit einer Dichtungsebene, Uw-Wert 3,20 W/m²K Bild 4-51: „Sargdeckel“-Konstruktion im Dachgeschoss Bild 4-52: Fenster: Isolierverglasung im AluRahmen Haustechnik Heizung und Warmwasser werden über Nahwärme bereitgestellt. Neben dem bereits erwähnten, hohen ehemaligen Heizungsraum befindet sich ein Raum mit der Übergabestation. Die Speicher machen einen veralteten und verschlissenen Eindruck. Bild 4-53: HAST mit Warmwasserspeichern und Wärmetauscher RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 4-54: Ehemalige Kohle-Heizzentrale aus den 30iger Jahren Seite 23 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 1.011,00 m² 889,68 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a 4.3.10 Gebäude 352 Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Überquert man den Moosbach Richtung Norden, dann befindet sich auf einer kleinen Anhöhe auf der linken Seite ein Gebäudekomplex, der von der US-Army als Gaststätte genutzt wurde. Vier Gebäude mit Satteldach gruppieren sich um einen fast quadratischen Innenhof. Drei Gebäude sind zweigeschossig. Das untere Geschoss liegt aber bis zur Hälfte im Erdreich. Die Giebel der Süd- und Ostfassade markieren die zwei Haupteingänge der Anlage. Das straßenseitige Gebäude, über eine Treppe und eine Terrasse erreichbar, wird zurzeit von einem Gastronomie-Betrieb genutzt, im südlichen Riegel zum Bach befindet sich ein Sonnenstudio. Im westlichen Gebäude liegt eine große, stillgelegte Gastronomie-Küche. Die Hälfte des Dachgeschoßes wurde als Wohneinheit ausgebaut. Das nördliche Gebäude ist nur eingeschossig und nicht beheizt. Es dient als Lagerraum. Die Gebäude sind nicht unterkellert. Der Heizungsraum befindet sich im Souterrain-Geschoß und ist über eine Außentreppe im Innenhof zu erreichen. Bild 4-55: Lage Gebäude 352 Bild 4-56: Straßenansicht Bild 4-57: Südfassade Bild 4-58: Innenhof RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 24 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Baukonstruktion Die Außenwände sind aus Hochlochziegeln errichtet worden, mit Dicken zwischen 24 cm und 45 cm. Das Satteldach wurde mit alukaschierter, 14 cm starker Mineralwolle in den Sparrenzwischenräumen gedämmt. Im Gastronomie- und Sonnenstudiobereich ist laut Planangaben die oberste Geschoßdecke zusätzlich von innen gedämmt. Drei Fenstertypen sind am Gebäude zu finden: Kunststofffenster mit Isolierverglasung und Holzfenster mit Isolierverglasung, jeweils mit einer Gummidichtung, sowie ältere Holz-Verbund-Fenster ganz ohne Abdichtung. Der Zustand einiger Fenster ist sehr schlecht. Anstriche blättern ab, die Beschläge sind verschlissen und die Rahmenprofile verzogen. Die Bodenplatte besteht aus einer Betondecke mit 3 cm Trittschalldämmung, 4 cm Estrich und dem jeweiligen Fußbodenbelag. Haustechnik Das Gebäude wird über Nahwärme beheizt. Auch die Warmwasserbereitung kann im Winter über Nahwärme realisiert werden. Zurzeit wird das Warmwasser jedoch auch im Winter über Elektroboiler erwärmt. Laut Planangaben ist das Gebäude mit 480 kW Nennleistung an das Nahwärmenetz angeschlossen. Im Sonnenstudio und in der Gaststätte sind dezentrale Abluftanlagen eingebaut. Sie werden manuell bedient. Die zentrale Abluftanlage über der nicht mehr benutzten Küche befindet sich im Dachgeschoss. In einigen Räumen wurden außerdem Ventilatoren im Fensterbereich angebracht. Diese sind veraltet und nicht mehr funktionsfähig. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 1.642,47 m² 1.428,94 m² 245 kWh/m²a 105 kWh/m²a 4.3.11 Gebäude 353 A - C Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Gebäude 353 ist eines der drei aneinandergesetzten „L“s. Es setzt sich zusammen aus einem zweigeschossigen Gebäude mit Unterkellerung und einem eingeschossigem ostwestorientierten Gebäude. Beide besitzen ein Satteldach. Erschlossen wird das Hauptgebäude über zwei Treppenhäuser und innenliegende Flure. Das Dachgeschoß des Hauptgebäudes ist nicht ausgebaut und mit einer „Sargdeckel“-Dachkonstruktion ausgestattet. Der Deckel aus Beton sollte vor der Zerstörung des Gebäudes durch Bombenangriffe schützen. Der andere Teil des „L“ ist ein rechtwinkliger Anbau, eingeschossig und nicht unterkellert. Der Anbau besitzt ein flacheres, unzugängliches Satteldach. Das „L“ ist nach Süd - Osten geöffnet. Insgesamt befindet sich das Gebäude in einem guten Zustand. Das Hauptgebäude wird mit dem Buchstaben „A“ bezeichnet, der Anbau mit „B“. Weiterhin gibt es als Abschnitt C noch einen kleinen Anbau, baugleich wie Abschnitt B. Im Jahr 2008 wurde das Gebäude durch B&O Wohnungswirtschaft saniert und als Mehrfamilienhaus wieder in Betrieb genommen. Im eingeschossigen Anbau B befinden sich nun Tagungsräume, er kann aber auch als Wohnung genutzt werden. In Abschnitt C befindet sich eine Hausmeisterwohnung. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 25 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-59: Lage Gebäude 353 A - C Bild 4-60: Westfassade Baukonstruktion Vor Sanierung setzten sich die Hüllflächen-Elemente wie folgt zusammen: Außenwand: Außenputz 1,5 cm, HLZ-Mauerwerk 30 cm, Innenputz 1,5 cm, U-Wert: 1,37 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Estrich 5 cm, Trittschalldämmung 2,5 m, Betondecke 18 cm, UWert: 1,24 W/m²K Kellerdecke/Bodenplatte: Belag 0,5 cm, Estrich 4 cm, Trittschalldämmung 2 cm, Betondecke 18 cm, U-Wert: 0,987 W/m²K Fenster: Metallrahmen mit Isolierverglasung, Uw-Wert 3,20 W/m²K Haustechnik Im Keller befindet sich ein Heizungsraum mit Übergabestation zur Beheizung und zur Warmwasserbereitung. Der Anschlusswert vor Sanierung lag bei 450 kW. Bild 4-61: Kellerflur mit Nahwärmeleitungen Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf Bild 4-62: Heizkörper A: 2.426,50 m², B: 356,40 m², C: 102,96 m² A: 1.941,20 m², B: 211,08 m², C: 93,60 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 26 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.12 Gebäude 354 A - B Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Gebäude 354 ist das mittlere Gebäude der drei „L“s, baugleich wie die Gebäude 353 und 355. Es wurde ebenfalls als Wohngebäude bzw. Gemeinschaftsunterkunft genutzt. Das eingeschossige Gebäude, Abschnitt B, diente als gemeinschaftlicher Aufenthaltsraum. Seit 2007 befinden sich an den Längswänden zwei größere Testeinheiten einer Porenlüftungsfassade (siehe auch Kapitel 10.3). Bild 4-63: Lage Gebäude 354 A - B Bild 4-64: Westgiebel, Straßenansicht Bild 4-65: Gebäudeabschnitt B Bild 4-66: Gemeinschaftsräume im eingeschossigen Gebäude Baukonstruktion Die Beschaffenheit und der Zustand der Bauteile gleichen den angrenzenden Nachbargebäuden 353 und 355 vor Sanierung. Haustechnik Im Keller befindet sich ein Heizungsraum mit der Übergabestation zur Beheizung und zur Warmwasserbereitung. Der Anschlusswert liegt, wie bei den angrenzenden Nachbargebäuden, bei 450 kW. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf A: 2.426,50 m², B: 356,40 m² A: 1.941,20 m², B: 211,08 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 27 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.13 Gebäude 355 A - B Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Baugleich und auch im Jahre 1936 erstellt, ist Gebäude 355 das nördlichste der drei „L“Gebäude. Bild 4-67: Lage Gebäude 355 A - B Bild 4-68: Südansicht des Hauptgebäudes Baukonstruktion Die Beschaffenheit und der Zustand der Bauteile gleichen den angrenzenden Nachbargebäuden 353 und 354. Haustechnik Wie bei den beiden baugleichen Nachbargebäuden befindet sich ein Heizungsraum mit der Nahwärme-Übergabestation im Keller. Der Anschlusswert für Beheizung und Warmwasserbereitung beträgt 450 kW. Im Unterschied zu den Nachbargebäuden gibt es im ungenutzten Dachgeschoß jedoch eine stillgelegte Zu- und Abluftanlage. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf A: 2.426,50 m², B: 356,40 m² A: 1.941,20 m², B: 211,08 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 28 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.14 Gebäude 356 A Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Vis-à-vis der drei „L“s befindet sich das lange Gebäude 356 mit einem rechtwinkligen Anbau am Südgiebel. Als Unterkunftsgebäude wurde es ebenfalls 1936 errichtet. Das Gebäude ist zweigeschossig, die Längsfassaden sind ostwestorientiert. Das Haus besitzt ein Satteldach mit innerem Betondeckel und kleinen Gaupen. Der Querriegel wurde aus städtebaulichen und nutzungstechnischen Gründen von der B&O Wohnungswirtschaft bereits 2008/2009 „verkürzt“, unter Beibehaltung des Kellers. Der südliche Teil, bestehend aus Querriegel sowie dem südlichen Drittel des Hauptgebäudes wird als Abschnitt „A“ bezeichnet. Abschnitt B und C werden unten separat dargestellt. Die Unterteilung erfolgte nicht aus bautypischen Gründen, sondern weil verschiedene Nutzungskonzepte und Lüftungsanlagen-Standards hier umgesetzt werden sollen. Teil „A“ ist unterkellert, in einem der Kellerräume wurde auch die Übergabestation für das gesamte Gebäude 356 untergebracht. Der Anschlusswert des gesamten Gebäudes liegt bei 705 kW. Bild 4-69: Lage Gebäude 356 A-C Bild 4-70: Blick von Westen nach Teilabbruch Baukonstruktion Die Bausubstanz des Gebäudes ist in einem schlechten Erhaltungszustand. Das Gebäude steht seit Jahrzehnten leer. Baukonstruktive Aufbauten: Außenwand: Außenputz 1,5 cm, HLZ-Mauerwerk 39 cm, Innenputz 1,5 cm, U-Wert: 1,13 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Betondecke 18 cm, U-Wert: 4,430 W/m²K Dachschräge: Dämmung 12 cm, U-Wert: 0,417 W/m²K Kellerdecke: Belag 0,5 cm, Estrich 4 cm, Trittschalldämmung 2 cm, Betondecke 18 cm, UWert: 1,108 W/m²K Fenster: Holzverbundfenster ohne Dichtungsebene: Uw-Wert 2,80 W/m²K RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 29 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-71: Holzfenster in schlechtem Zustand Bild 4-72: Dachgeschoss mit Betonkonstruktion Haustechnik Beheizung und Warmwasserbereitung erfolgen über Nahwärme. Die Leitungen und Übergabestationen befinden sich im Kellergeschoß. Die Heizkörper sind an den Fensterbrüstungen angebracht. Der Luftwechsel wird über die Fenster gewährleistet. Bild 4-73: Mittiger Innenflur Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf Bild 4-74: Übergabestation 1.700,29 m² 1.496,26 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a Hinweis: Gebäude 356 A befindet sich zur Zeit (April 2010) in Sanierung und ist bereits teilweise fertiggestellt. Näheres siehe Kapitel 7.1.14. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 30 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.15 Gebäude 356 B - C Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Nutzung und Bauteilaufbauten des Gebäudeabschnittes B und C sind gleich wie in Abschnitt A. Im Unterschied zu Abschnitt A besitzen die Abschnitte B und C jedoch kein Kellergeschoß. Die Längsfassaden mit drei Treppenhäusern orientieren sich Richtung Osten und Westen. Bild 4-76: Nordteil des langgestreckten Gebäudes Bild 4-75: Lage Gebäude 356 A - C Baukonstruktion Siehe dazu Abschnitt A. Haustechnik Die Beheizung und die Deckung des Warmwasserbedarfs erfolgt über die in Abschnitt A untergebrachte Übergabestation. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 2.288,00 m² 1.921,92 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a 4.3.16 Gebäude 358 A - H Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Ein langgestrecktes zweigeschossiges Gebäude bildet den Abschluss des Areals im Norden. Fast senkrecht zu dem zweigeschossigen kompakten Bau schließen sich in unregelmäßigen Abschnitten drei eingeschossige Anbauten (Querriegel) an der Südfassade an. Das Gebäude ist in 8 Abschnitte gegliedert. Die alphabetische Bezeichnung der Gebäudeteile A bis H erstreckt sich von West nach Ost. Das Hauptgebäude mit den Querriegeln wurde als Schule und Kindertagesstätte genutzt. Erschlossen wird das Haus über innenliegende Flure sowie drei Treppenhäuser. Es gibt zwei Haupteingänge und mehrere Nebenzugänge bzw. Fluchttüren. Schaut man von Norden auf das lange Gebäude, wird es nur durch einige zweigeschossige Erker gegliedert. Das Dachgeschoss, auch der Anbauten, ist nicht ausgebaut und das RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 31 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht langgestreckte Satteldach besitzt keine Gaupen. Nur das Hauptgebäude wurde unterkellert. Der Kellerbereich hat einen mittig innenliegenden Flur, der wie die anliegenden Gewölbekeller als Luftschutzraum diente. An die zwei äußeren Querriegel im Osten und im Westen sind wiederum Anbauten parallel zum Hauptgebäude errichtet worden. Der Anbau im Westen mutet durch das Walmdach und den runden Fenster eher historisch an. Das Gebäude im Osten, ein ehemaliges Krankenhaus - Abschnitt G und H - ist auf einem kleinen Hang errichtet worden. Es grenzt zwar an den eingeschossigen Anbau des Hauptgebäudes an, aber ein Zugang besteht nur über die Treppenanlage mit großer Terrasse. Bild 4-77: Lage Gebäude 358 Bild 4-78: Nordansicht Hauptgebäude Bild 4-79: Blick auf den östlichen Teil des Gebäudes: Gebäudeabschnitt F - H Bild 4-80: Klassenzimmer Baukonstruktion Die Umfassungswände bestehen aus beidseitig verputzten Hochlochziegeln. Am mittleren Querriegel gibt es starke Putzabplatzungen und Mauerwerkszerstörungen. Ansonsten befindet sich der Außenputz in gutem Zustand. Die Mitte der 80er Jahre eingebauten Aluminiumfenster mit brauner Lackierung sind isolierverglast und haben eine Dichtungsebene. Die Fenster befinden sich in einem guten Zustand, nur die an fast allen Fenstern angebrachten Insektenschutznetze sind stark zerstört. An den Erkern der Nordfassade befinden sich festverglaste Fensterelemente mit VSG-Verglasung und sichtbarem Maschendraht, ebenfalls in Alu-Rahmen eingebaut. In der ehemaligen Klinik wurden einige Fenster im Dachgeschoß durch weiße Kunststofffenster mit Wärmeschutzverglasung ersetzt. Die Satteldächer bzw. das Walmdach sind gedämmt und haben im Zuge der Modernisierung in den 80er Jahren eine neue Deckung erhalten. In einigen Dachabschnitten kann man zusätzlich zur 14 cm dicken Mineralwolle auch 3 - 4 cm dicke HWL-Platten aus früheren Zeiten feststellen. In der RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 32 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Regel ist der Dachraum nicht genutzt. Nur die Hälfte des Dachraumes über der Klinik, sowie der komplette Dachraum des mittleren Querriegels wurden ausgebaut und mit innerer Spanplattenverkleidung und Heizkörpern ausgestattet. Die oberste Geschoßdecke wurde nicht gedämmt. In den Klassenräumen und im Flur gibt es eine abgehängte Decke mit integrierter Beleuchtung und Akustikplatten. An den kleinen Erkern an der Nordfassade des Hauptgebäudes bestehen Feuchtigkeitsprobleme. Insgesamt kann dem Gebäude jedoch ein guter Erhaltungszustand bescheinigt werden. Baukonstruktive Aufbauten: Außenwand: Außenputz 1,5 cm, HLZ 40 cm, Innenputz 1,5 cm, U-Wert 1,154 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Dielen 2 cm, Kiesschüttung 4 cm, Betondecke 20 cm, Innenputz 2 cm, U-Wert 0,993 W/m²K Kellerdecke/ Bodenplatte: Belag 0,5 cm, Estrich 4 cm, Trittschalldämmung 2 cm, Betondecke 30-50 cm, U-Wert: 0,987 W/m²K Fenster: Metallrahmen mit Isolierverglasung, Uw-Wert 3,20 W/m²K Bild 4-81: Nicht ausgebautes Dachgeschoss Bild 4-82: Luftschutzraum im Kellergeschoss des Hauptgebäudes Haustechnik Beheizung und Warmwasserbereitung erfolgen über Nahwärme. Die gedämmten Leitungen mit Zinkblechverkleidung verlaufen an der Kellerdecke oder in Kellerräumen. Im unterkellerten Hauptgebäude gibt es drei Übergabestationen mit unterschiedlich dimensionierten Warmwasserspeichern. Die vierte Übergabestation befindet sich in Abschnitt G, in der ehemaligen Klinik. Laut Planangaben liegen die Nennwärmeleistungen der Übergabestationen im Hauptgebäude bei 230, 225 und 200 kW. Für die Übergabestation in der ehemaligen Klinik wird ein Anschlusswert von 270 kW angegeben. Die Dämmung der Speicher befindet sich zum Teil in einem desolaten Zustand. Vereinzelt gibt es einige dezentrale Klimageräte, die jedoch nicht mehr funktionsfähig sind. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 33 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 4-83: Flur im Keller Bild 4-84: Frühere Heizzentrale im UG Bild 4-85: Heizkörper Bild 4-86: Warmwasserspeicher in einem schlechten Zustand Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche: Beheizte Nettogeschoßfläche Abschnitt A - F: Abschnitt A - F: Abschnitt G - H: Abschnitt G - H: A: 5.798,20 m², B: 316,00 m², C: 303,40 m², D: 460,00 m², E: 460,00 m², F: 244,20 m² und G: 1649,20 m² (ehemalige Klinik), H: 70,00 m² (Anbau ehemalige Klinik) A: 5.044,43 m², B: 274,92 m², C: 263,96 m², D: 400,20 m², E: 400,20 m², F: 212,45 m² und G: 1434,80 m² (ehemalige Klinik), H: 60,90 m² (Anbau ehemalige Klinik) Wärmebedarf 180 kWh/m² a Strombedarf 26 kWh/m²a Wärmebedarf 280 kWh/m² a Strombedarf 50 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 34 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.17 Gebäude 359 Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Das 1936 errichtete, zweigeschossige Gebäude 359 ist eines der vier Gebäude, die das „Hotel-Ensemble“ im Nord-Westen des Parkgeländes bilden. Im Kellergeschoss gehen die Nahwärmeleitungen zum langgestreckten Gebäude 356 hin ab. Die Längsfassaden des Gebäudes 359 sind ostwestorientiert. Der Bau diente als Gemeinschaftsunterkunft. Das Walmdach besitzt kleine Gaupen, ist aber nicht ausgebaut. Die Dachziegel wurden im Zuge der Modernisierung mit Einbau einer Dachdämmung erneuert. Das Gebäude wird über zwei ebenerdige Eingänge, zwei Treppenhäuser und mittig liegende Innenflure erschlossen. Im Jahre 2008 wurde das gesamte Hotel-Ensemble saniert und als B&O-Parkhotel wieder in Betrieb genommen. Bild 4-87: Lage Gebäude 359 Bild 4-88: Westfassade Baukonstruktion Vor Sanierung bestand die Gebäudehülle aus: Außenwand: Außenputz 2 cm, Hochlochziegel 40 cm, Innenputz 1,5 cm, U-Wert: 1,13 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Betondecke 18 cm, U-Wert: 4,430 W/m²K Kellerdecke: Belag 0,5 cm, Estrich 4 cm, Trittschalldämmung 2 cm, Betondecke 18 cm U-Wert: 1,108 W/m²K Fenster: Kunststofffenster mit einer Dichtungsebene, Uw-Wert 2,70 W/m²K Haustechnik Im Keller befindet sich ein Heizungsraum mit der Nahwärme-Übergabestation zur Beheizung und Warmwasserbereitung. Der Anschlusswert vor Sanierung lag bei 175 kW. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 1.397,64 m² 1.201,97 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 35 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.18 Gebäude 360 Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Das ehemalige Kasino mit einem Saal wurde ebenfalls 1936 errichtet. Es ist eingeschossig, nur ein kleiner Teil des Bauwerks, ca. 10 % der Grundfläche, wurde zweigeschossig ausgeführt. Das Gebäude besteht aus einem nordsüdorientierten Hauptbau mit großer Terrasse im Süden und Blick ins Grüne und auf den Moosbach. Das Erdgeschoß liegt im Norden ca. einen Meter über dem Gelände, im Süden sind es 2 - 3 Meter. Rechtwinklig zum Hauptgebäude befindet sich das schmalere Nebengebäude, welches den Innenhof im Norden eingrenzt. Hier sind Funktionsräume, wie die Küche, untergebracht. Das Gebäude ist unterkellert. Im Jahre 2008 wurde das gesamte Hotel-Ensemble saniert und als B&O-Parkhotel wieder in Betrieb genommen. Bild 4-90: Südansicht Bild 4-89: Lage Gebäude 360 Baukonstruktion Baukonstruktion, Bauteilaufbau und Zustand des Gebäudes vor Sanierung entsprechen Gebäude 359 vor energetischer Sanierung. Haustechnik Die Beheizung des Gebäudes wurde über Nahwärme und einen offenen Kamin gewährleistet. Die Warmwasserbereitung erfolgte ebenfalls über Nahwärme. Die öffentlichen Räumlichkeiten waren teilklimatisiert. Ebenso befand sich in der Küche vor dem Umbau eine Abluftanlage. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 959,20 m² 872,00 m² 245 kWh/m² a 105 kWh/m²a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 36 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 4.3.19 Gebäude 361 Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Das zweigeschossige ehemalige Unterkunftsgebäude mit Unterkellerung und Walmdach ist mit den Längsfassaden nach Norden und Süden orientiert. Der Eingang und das Treppenhaus befinden sich an der Ostfassade. Über der Eingangstüre wurde ein kleiner Balkon errichtet. Das Walmdach ist gedämmt und es sind kleine Gaupen eingebaut. Im Jahre 2008 wurde das gesamte Hotel-Ensemble saniert und als B&O-Parkhotel wieder in Betrieb genommen. Bild 4-93: Lage Gebäude 361 Bild 4-94: Kompakte Bauweise Baukonstruktion Vor der energetischen Sanierung besaß das Gebäude folgenden Bauteilaufbau: Außenwand: Außenputz 2 cm, Hochlochziegel 40 cm, Innenputz 2 cm, U-Wert: 1,16 W/m²K Decke über OG: Betondecke: 25 cm, Putz: 2 cm, U-Wert: 3,774 W/m²K Kellerdecke: Belag: 1,5 cm, Estrich: 3,5 cm, Betondecke: 25 cm, U-Wert: 1,838 W/m²K Fenster: Kunststofffenster mit Isolierverglasung, Uw-Wert 2,70 W/m²K Haustechnik Die Lüftung fand über die Fenster statt. Heizung und Warmwasserbereitung erfolgten über Nahwärme. Der Anschlusswert der Übergabestation lag vor Sanierung bei 115 kW. Bild 4-95: Inspektion der Nahwärmerohre Im Kellergeschoss RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 4-96: Blick in den Kanal: Hier verlaufen die Nahwärmeleitungen zum Nachbargebäude Seite 37 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 666,12 m² 577,86 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a 4.3.20 Gebäude 362 Wohlfühlpark Allgemeine Beschreibung Dieses Gebäude ist baugleich mit dem gleich orientierten Nachbargebäude 361. Im Jahre 2008 wurde das gesamte Hotel-Ensemble saniert und als B&O-Parkhotel wieder in Betrieb genommen. Bild 4-98: Nordansicht Bild 4-97: Lage Gebäude 362 Baukonstruktion Siehe baugleiches Nachbargebäude 361 Haustechnik Nahwärme wurde auch hier als Energieträger für die Beheizung und für die Warmwasserbereitung genutzt. Zum baugleichen Nachbargebäude 361 besteht entlang der Westfassade ein Kanal, in dem die Nahwärmeleitungen geführt werden. Flächen, Energiekennwerte Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Wärmebedarf Strombedarf 666,12 m² 577,86 m² 160 kWh/m² a 28 kWh/m²a Quellen-Hinweis: Alle Abbildungen Kapitel 4: RK-S Alle Lagepläne Kapitel 4: Schankula Architekten RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 38 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 5. Bestandsaufnahme Wärmenetz und Wärmeerzeugung GEF In der ehemaligen Kaserne in Bad Aibling wurde historisch ein Wärmenetz aufgebaut, das flächendeckend das heutige B&O-Parkgelände versorgt und weiterhin betrieben wird. Gegenstand des ersten Arbeitsschrittes ist eine Netzaufnahme mit Bewertung der Weiternutzung und hydraulischer Analyse. 5.1 Wärmenetz 5.1.1 Technischer Aufbau des Wärmenetzes in Bad Aibling Das Wärmenetz in Bad Aibling erstreckt sich über die gesamte Konversionsfläche. Das Gelände umfasst 70 Hektar, rund 1400 amerikanische Militärs und ihre Angehörigen lebten und arbeiteten bis 2004 auf dem Gelände. Wie in amerikanischen Kasernen üblich, handelt es sich um eine quasi autarke, kleine Stadt. Mit Wärme versorgt wurde das Areal durch eine gas-/ ölbefeuerte Fernwärmestation mit 3 Kesseln à 6500 kW, also insgesamt 19,5 MW. Aufgrund des reduzierten Wärmebedarfs im Zuge der Konversion zur Nullenergiestadt wurde ein 6,5 MW-Kessel stillgelegt und ein zweiter von 6,5 auf 3 MW umgebaut. Die Fernwärmeversorgung des Areals wurde Mitte der 90er Jahre grundlegend saniert und befindet sich nach ersten Abschätzungen in einem altersgerecht guten Zustand. Das gesamte Wärmenetz besitzt eine Länge von ca. 3,5 km und ein Netzvolumen von ca. 34 m3. In Bild 5-1 ist die Trassierung des Wärmenetzes dargestellt: Bild 5-1: Wärmenetz Bad Aibling (Google Earth Darstellung) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 39 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Die Nennweitenverteilung des Netzes sieht folgendermaßen aus: Bild 5-2: Nennweitenverteilung Wärmenetz Bad Aibling Es ist nicht bekannt, auf welcher Grundlage die einzelnen Rohrleitungen ausgelegt wurden, da keine Bestandsplanunterlagen verfügbar sind. Ebenso ist die Fahrweise der Erzeugung in Abhängigkeit der Außentemperatur unbekannt. Der genaue Netzausbau des Wärmenetzes mit den einzelnen Nennweiten ist in Bild 5-3 dargestellt. Bild 5-3: Wärmenetz Bad Aibling inklusive Nennweiten (sisHYD Darstellung) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 40 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 5.1.2 Inaugenscheinnahme und Netzbegehung in Bad Aibling Am 12. Januar 2010 hat die GEF Ingenieur AG den Zustand des etwa 20 Jahre alten Fernwärmenetzes im Parkgelände Bad Aibling visuell und zerstörungsfrei erfasst, um eine fundierte Beurteilung über die Weiterverwendbarkeit und Funktionalität abzugeben. - Fernwärmenetz-Nord (offene Verlegung in Kellerräumen und Kanälen) 1. Alle besichtigten Teile des Fernwärmenetzes Nord (Kunststoffmantelrohr- (KMR) und Blechmantelrohr-Systembauteile (Spiro)) machen einen trockenen und funktionsfähigen Eindruck. Bild 5-4: Gut erhaltene Wärmeverteilsysteme und Armaturen Bild 5-5: Ordnungsgemäß ausgeführte Mantelrohrverbindung beim Spiro-Rohrsystem RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 41 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 2. Die Befestigungen der Systembauteile in den Kellerräumen und in den Kanälen bleiben, dem Lebensalter entsprechend, ebenfalls ohne Beanstandungen. Bild 5-6: KMR-Leitungen und deren Befestigungen in den Kellerkanälen – gute Qualität 3. Die Mantelrohrverbindungen (Muffenverbindungen) des betrachteten KMR-Systems bzw. die seinerzeit verwendete Muffentechnik (PE-Überschiebemuffe) und dessen äußere Abdichtung mit einem einfachen Elektroklebeband entsprachen damals nicht (1989) und entsprechen auch heute nicht dem „Stand der Technik“. Dennoch, die Funktionalität des betrachteten Fernwärmenetzes-Nord ist dadurch weder beeinträchtigt noch gefährdet, da die Rohrleitungen in augenscheinlich dauertrockenen Kellerräumen bzw. Kellerschächten verlegt sind. Bild 5-7: links: Mantelrohrverbindung–Muffensystem: PE-Überschiebemuffe, Abdichtung mit Elektro-Klebeband rechts: Mantelrohrverbindung mit losem Abdichtungselement: Elektro-Klebeband Bild 5-8: Mantelrohrverbindung zwischen zwei KMR-Systembauteilen mit abgelöstem Abdichtungselement RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 42 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Fernwärmenetz-Süd (Erdverlegung (KMR) und Rohrbrücke (Spiro)) Die Erfassung und Beurteilung des Zustandes dieses Teiles des Fernwärmenetzes sollte bis nach der Schneeschmelze gegen Ende 1. Quartal bzw. Anfang 2. Quartal 2010 zurückgestellt werden. In die Bestandsaufnahme müssen hier der Zustand und die Funktion der Dämmung, der Dichtigkeit und des Verbundes zwischen Mantelrohr, dem PUR-Hartschaumstoff und dem Stahl-Mediumrohr aller im Werk hergestellten KMR-Systembauteile des KMR-Systems einfließen. Bei der Betrachtung der Mantelrohrverbindungen (Muffenverbindungen) kann der Verbund aus herstellungstechnischen Gründen vernachlässigt werden. - Kontroll- und Fehlerortungssystem Gemäß Augenschein wurde das gesamte betrachtete Fernwärmenetz seinerzeit mit einem elektrischen Kontroll- und Fehlerortungssystem ausgestattet. Im augenblicklichen Zustand ist das System nicht mehr einfach nutzbar. Erfahrungen bei vergleichbaren Fernwärmeprojekten zeigen, dass es wirtschaftlich schwer vertretbar ist, ein solches vorhandenes Kontrollund Fehlerortungssystem wieder voll funktionsfähig zu machen. Deshalb wird empfohlen, in Bad Aibling darauf zu verzichten oder in begründeten Einzelfällen evtl. Teilabschnitte zu reaktivieren. Bild 5-9: Noch vorhandene Elemente eines Rohrnetzüberwachungssystems - Erfordernisse zur Gesamtbetrachtung und Beurteilung des gesamten Fernwärmenetzes in Bad Aibling Als Ergebnis der Bestandsaufnahme des Wärmenetzes Nord am 12. Januar 2010 wird festgehalten: 1. Geöffnet werden sollte eine beliebige Mantelrohrverbindung (Muffenverbindung) am KMRSystem in einem beliebigen Kellerschacht. Hier kann visuell die Trockenheit, die Qualität und die Funktion der Dämmung des Muffenhohlraumes ermittelt werden. Bei Bedarf könnte man auch zusätzlich eine entsprechende PUR-Muffenschaumprobe zur detaillierteren Qualitätsprüfung (Dichte, Druckfestigkeit, Vermischung, Zellgröße, Zellstruktur und Wasseraufnahme) an ein geeignetes Prüfinstitut (z.B. MPA in Hannover oder FFI in Hannover) geschickt werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 43 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 2. An einem beliebigen KMR-Systembauteil, an einer beliebigen Stelle und einem beliebigen Kellerschacht sollte eine Schaumprobe entnommen werden (z.B. mit einer Kernbohrung, Ø25 mm), die dann zur detaillierten Prüfung der PUR-Hartschaumqualität, wie oben beschrieben, an ein geeignetes Prüfinstitut (z.B. MPA in Hannover oder FFI in Hannover) geschickt werden. Bild 5-10: In einem Kellerkanal gefundene Reste eines ehemals verwendeten Muffenschaums 3. Geöffnet werden sollte eine beliebige Mantelrohrverbindung (Muffenverbindung) am erdverlegten KMR-System an einem beliebigen Leitungspunkt mit den unter 1. beschriebenen Möglichkeiten der Qualitätsbeurteilung und -prüfung. 4. An einem beliebigen erdverlegten KMR-Systembauteil an einem beliebigen Leitungspunkt sollte eine Schaumprobe entnommen werden (z.B. mit einer Kernbohrung, Ø25 mm), die dann zur detaillierten Prüfung, wie oben beschrieben, an ein geeignetes Prüfinstitut (z.B. MPA in Hannover oder FFI in Hannover) geschickt wird. 5. Geöffnet werden sollte eine der beiden Flanschstellen an der Spiroleitung der Rohrbrücke. Hierbei kann die Qualität und die Funktion der Blechabdeckung und der Rohr-Dämmung festgestellt und beurteilt werden. Bild 5-11: links: offen verlegte Fernwärme-Rohrbrücke mit konventioneller Dämmung und Spiro-Ummantelung rechts: Vermutliche Spiro-Flanschverbindung in der Rohrbrücke RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 44 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 5.2. Wärmeerzeugungsanlagen Das Wärmenetz in Bad Aibling erstreckt sich über die gesamten Konversionsflächen. Das Gelände umfasst 70 Hektar, rund 1400 amerikanische Militärs und ihre Angehörigen lebten und arbeiteten bis 2004 auf dem Gelände. Der Standort der Wärmeerzeugungsanlage ist in Gebäude 342. Das dortige Heizhaus wurde bereits in den 1930er Jahren errichtet und als Standort für zentrale Kohlekessel eingesetzt (siehe Abbildung 5-12). Bild 5-12: Lage und Außenansicht des Heizhauses [B&O] Im Heizhaus sind heute sämtliche Einrichtungen zum Betrieb des Wärmenetzes untergebracht. Dies umfasst neben den Heizkesseln und dem Öltank die Druckhaltung, Pumpenanlage sowie Regelungen. Als Relikte der Kohlenutzung sind oberhalb der heutigen Kesselstandorte im Heizhaus Silos für die Kohlebestückung vorhanden. Diese Besonderheit kann im Falle einer Brennstoffumstellung z.B. auf Festbrennstoffe wie Holzhackschnitzel oder Pellets genutzt werden. Als vorhandene Kesselanlagen werden drei bivalente Gas-/Öl-Kessel mit je 6,5 MW Wärmeleistung vorgefunden, so dass in Summe 19,5 MW Wärmeleistung am Heizhaus zum Regelbetrieb inkl. Ausfallreserve vorhanden waren. Diese Kesselanlagen wurden bzw. werden von B&O in Anbetracht der deutlich reduzierten Gebäudelasten nach Sanierungen in ihren Leistungen angepasst. So wurde ein Kessel stillgelegt und ein weiterer Kessel auf 3 MW Wärmeleistung umgerüstet. Damit stehen heute 9,5 MW Wärmeleistung in zwei bivalenten Gas-/Öl-Kessel in Gebäude 342 als Regelleistung inkl. Redundanz zur Verfügung. Regelbrennstoff ist derzeit HEL; die Gasversorgung ist theoretisch möglich, wird allerdings derzeit nicht eingesetzt. Zudem ist in 2009 ein Zentralspeicher mit ca. 60 m³ Speicherinhalt im Gebäude 342 installiert worden. Gemeinsam mit der Netzstruktur, die auf den Standort Gebäude 342 dimensioniert ist, ist das Heizhaus allein aufgrund der Lokalisation weiter zu nutzen. Die Straßenführung erlaubt auch die Anlieferung ggf. von Brennstoffen per LKW, ohne dass die Führung durch den nördlichen Wohnbereich führen müsste. Im Inneren bietet das Heizhaus hinreichende Platzreserven (nach Kesselausbau), um andere Versorgungsvarianten zu realisieren. Die baustatische Nutzbarkeit der ehemaligen Kohlesilos ist zu prüfen, sollte aber aufgrund des hohen Gewichts von Kohle bei maximaler Füllung gegeben sein.Ergebnis ist, das Heizhaus zur Weiternutzung zu empfehlen. Es bietet Potential selbst für tiefgreifende Veränderungen der Erzeugungsstruktur. Quellenhinweise: Alle Abbildungen Kap. 5 außer Bild 5-12: GEF Ingenieur AG RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 45 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 6. Städtebauliches Konzept und Nutzungskonzept RK-S, B&O 6.1 Ursprünge des städtebaulichen Layouts Die Ursprünge des städtebaulichen Layouts des Areals liegen in seiner Erstnutzung als Fliegerhorst der deutschen Luftwaffe während des dritten Reichs. Im Süden befand sich die Rollbahn. Die 4 großen Hallen 305, 306, 327 und 329 waren ursprünglich Hangars für die Flugzeuge. In Gebäude 322 erkennt man noch heute die zentrale Leitstelle mit dem Kontrollturm. Haus 320, in dem heute die B&O-Servicezentrale sitzt, beherbergte die Flugplatzfeuerwehr. Der H-förmige Gebäudekomplex 341 und 342 diente als Versorgungs- und Nachschubbahnhof. Im nördlichen Bereich des Gebäudes waren die Mannschaftsunterkünfte und Offizierswohnungen angeordnet. Bild 6-1: Junkers Ju 87, der sogenannte „Stuka“ = Sturzkampfbomber, auf dem Fliegerhorst Bad Aibling [www.pressewoche.de/ro-spezial] In der Nachkriegszeit erweiterten die Amerikaner den Gebäudebestand in erster Linie um die speziellen Gebäude und Infrastruktureinrichtungen zum Betrieb der Abhör-Antennenanlagen, z.B. die große fensterlose Betonhalle für die Datenauswertung, Gebäude 325, sowie einige Wohngebäude. Bild 6-2: Abhörzentrale: Fensterlose Betonhalle zum Auswerten der gesammelten Daten [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 46 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 6.2 Entwicklung eines städtebaulichen Konzeptes Im Zuge der Planung durch B&O reifte seit 2006 ein städtebauliches Konzept, das einerseits an den kommunalen Bebauungsplan gebunden war und andererseits die gewünschte Nutzungsentwicklung berücksichtigte. Bild 6-3: Städtebauliches Konzept März 2008 [Planungsgruppe Parkgelände] Bild 6-4: Links: Städtebauliches Konzept Februar 2009, rechts: Modell der Bebauung nördlich des Moosbachs [Krug + Partner] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 47 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 6-5: Städtebauliches Entwicklungskonzept, März 2010 [B&O] Das aktuelle städtische Entwicklungskonzept sieht eine Intensivierung des Landschaftscharakters in der Erschließungsstraße von der Gemeinde Mietraching kommend vor. Verbunden wird der Wohlfühlpark mit einem Landschaftspark nach Süden in den Technologiepark wachsend. Das Grundthema „Wohnen und Arbeiten an einem Ort“ wird hiermit erlebbar und ergänzt mit regenerativer Energiegewinnung. Um weitere beispielhafte Projekte im modernen Holzbau darzustellen, ist im Strukturplan die Ergänzung der Bebauung im Übergang aus dem Landschaftspark in den Wohlfühlpark in mehrgeschossiger Modulholzbauweise vorgesehen. 6.3 Nutzungskonzept Die Vorstellungen von der zukünftigen Nutzung des Areals und seiner Gebäude folgen der gegebenen städtebaulichen Struktur: Der nördliche Bereich mit den ehemaligen Dienstwohnungen, dem Hotel und dem Schul- und Klinikkomplex wird zum sogenannten Wohlfühlquartier, in dem Wohnungen, ein Tagungshotel, sowie voraussichtlich ein Wellnesszentrum und Ferienwohnungen eingerichtet werden. Südlich daran schließt sich der sogenannte Landschaftspark an. Die darin gelegenen Wohnblöcke entlang der alten Erschließungsstraße zum südöstlich liegenden Haupteingang sollen laut Bebauungsplan abgerissen werden, bzw. sind bereits abgerissen. Hier werden Neubauten als Ein- und Zweifamilienhäuser nahe am Passivhaus-Standard errichtet. Ganz im Süden soll der Sportpark entstehen. Hier befinden sich zwei frühere Flugzeughangars, von denen RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 48 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht der eine zur Sporthalle, der andere zur Veranstaltungshalle umgebaut wurde. Neben den Hallen liegen diverse großzügige Sportflächen. Im westlichen bebauten Bereich waren die Dienststellen der Militärs, Garagen- und Werkstattkomplexe, Lagerhallen, die Post, der Supermarkt und das Heizwerk angeordnet. Zu Beginn des Modellprojektes war für den Großteil dieser Gebäude eine neue Nutzung noch nicht abzusehen. Nur das Bürogebäude von B&O (Nr. 320), das benachbarte Büro- und Produktionsgebäude (Nr. 323) und die dahinterliegende Kegelbahn (Nr. 323), sowie der Kindergarten, wurden deshalb mit in das Fördergebiet aufgenommen. Für das gesamte Areal gibt es einen umfangreichen und komplexen Erschließungsvertrag zwischen der Stadt Bad Aibling und der B&O Wohnungswirtschaft, in dem Rechte, Pflichten, Eigentumsverhältnisse und Eigentumsübergänge an sämtlichen Infrastruktureinrichtungen geregelt sind. Dies betrifft z.B. Straßen, Wasser- und Abwassersysteme, Elektroversorgung, öffentliche Beleuchtung etc. Prinzipiell ist die B&O Wohnungswirtschaft nicht am kleinteiligen Verkauf einzelner Wohnungen oder Hausteile interessiert. Das Vermarktungskonzept ist klar auf Vermietung ausgerichtet. Interessenten, welche größere Flächen oder ganze Gebäudekomplexe in ihr Eigentum übernehmen wollen, sind dagegen willkommene Gesprächspartner. 6.4 Nutzungen außerhalb des Fördergebietes „Nullenergiestadt“ Zum Ende des Modellprojektes sind die Folgenutzungen im westlich gelegenen Technologiepark bereits klarer. Eine zukünftige Nutzung der großen Hallen wird sich voraussichtlich folgendermaßen entwickeln: - Gebäude 329 wird eine industrielle Fertigung mit hoher elektrischer Anschlussleistung aufnehmen. Die Wärmeversorgung dürfte hier nebensächlich werden. - Gebäude 325 wird durch das Fensterprüfinstitut ift sowie das Brandschutzinstitut der TU München genutzt werden. Diesbezügliche Planungen sind schon weit vorangeschritten. - Über die Weiternutzung der Halle 327 wird zurzeit verhandelt. - Weiterhin wird die westlich gelegene Freifläche zum Aufbau einer großen PV-Freiflächenanlage genutzt (siehe Abschnitt 9.2, PV-Anlagen) Für zahlreiche kleinere Gebäude außerhalb des Fördergebietes ist die zukünftige Nutzung zurzeit jedoch noch nicht klar. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 49 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 6-6: Konzept Nutzungsstruktur und Verkehr, Stand März 2010 [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 50 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7. Energetische Standards und Kennwerte der Planung 7.1 Energetische Kennwerte der Förderprojekt-Gebäude RK-S Die energetischen Verbesserungsmaßnahmen an Gebäudehüllen und Haustechnik entsprechen der Planung 2008-2009. Deshalb bezieht sich der energetische Standard jedes Gebäudes auf die EnEV 2007, die bis Ende September 2009 ihre Gültigkeit hatte, und dort auf den Neubaustandard. Ein Aufschlag von 40% auf die Anforderung für Bestandsgebäude nach §9 Absatz 1 der EnEV wurde nicht angewendet. Die Bedarfs-Zielwerte für Wärme und Strom wurden definiert, um auf dieser Basis Lastlinien zu ermitteln und Simulationen zur Wärme-Erzeugerseite und zum Nahwärmenetz durchzuführen. Das inzwischen weiterentwickelte Konzept für einzelne Gebäude hinsichtlich Nutzung, energetischem Standard, Nahwärmenetzeinbindung, dezentrale Erzeuger, etc. ist noch nicht abgeschlossen. Mit Hilfe der Bedarfs-Basisdaten als Planungsgrundlage und Entscheidungshilfe kann in Szenarios für die nächsten Jahre gedacht und gerechnet werden. Es versteht sich von selbst, dass bei Neubau oder Sanierung der Gebäude, die dann geltenden, gesetzlichen Anforderungen beachtet werden müssen. Die im Folgenden genannten energetischen Gebäudekennwerte entstammen der Gebäude-Stammdatenliste von B&O in der Version 16 (November 2009). Im Zuge der Planung gab es bereits teilweise Weiterentwicklungen. 7.1.1 Gebäude 301 Landschaftspark Die eingeschossige Pforte und das zweigeschossige Hauptgebäude werden mindestens nach EnEV saniert. Die Gebäude wurden Ende 2009 an das Diakonische Werk vermietet und sollen als Bürogebäude genutzt werden. Vor dem Einzug werden die Räumlichkeiten für die neue Nutzung um- und ausgebaut. Die ehemalige eingeschossige Pforte erhielt einen neuen Farbanstrich. Die Gebäude sollen ab dem Jahr 2013 energetisch saniert werden. Bild 7-1: Lage Gebäude 301 Bild 7-2: Die Pforte ist bereits umgebaut und die Fassade gestrichen worden Energiekennwerte im unsanierten Zustand: Für die Auslegung der Wärmeversorgung werden vorerst die Werte des unsanierten Gebäudes beibehalten. Bedarf Netz* 156,72 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 135,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 3,91 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 40,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 51 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die jeweilige wärmeschutztechnische Qualität der Bauteile der Gebäudehülle wird im Zuge der Planung festgelegt. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Gebäude 301 bis 303 sind am Nahwärmenetz Nord angeschlossen. Ob ein Anschluss an das Nahwärmenetz Süd oder evtl. eine dezentrale Lösung für die drei Gebäude in Frage kommt, wird die weitere Planung ergeben. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Maßnahmen an der Warmwasserbereitung werden im Zuge der Planung festgelegt. Maßnahmen Lüftung: Im Zuge der Sanierung soll eine zentrale oder semizentrale Abluftanlage für den notwendigen mittleren Luftwechsel sorgen. Die Frischluft kommt über sogenannte Außen-LuftDurchlässe ALD, eingebaut im Fensterahmen oder in der Außenwand, in die Räume des Verwaltungsbaus. 7.1.2 Gebäude 302 Landschaftspark Das eingeschossige Gebäude soll als Büro genutzt werden. Eine energetische Sanierung ist zurzeit nicht vorgesehen. Bild 7-3: Lage Gebäude 302 Bild 7-4: Süd-West-Fassade mit Eingang Energiekennwerte im unsanierten Zustand: Bedarf Netz* 243,04 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 195,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 13,59 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 40,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Das Gebäude wird nicht energetisch saniert. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 52 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Bürogebäude wird über das Nahwärmenetz Süd versorgt. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt 99 kW und die ermittelte Gebäudehöchstlast 129 kW. Die Heizgrenztemperatur basiert auf 10°C. Der Heizlast liegt ein spezifischer Wärmebedarf von maximal 130 W je m² Nutzfläche zugrunde. Die Wärmeabgabe erfolgt über die vorhandenen Plattenheizkörper. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die Warmwasserbereitung soll wegen des geringen Bedarfs dezentral über einen Durchlauferhitzer erfolgen. Bei der Ermittlung des Warmwasserbedarfs ist der TWW-Bedarf von 10 Nutzern berücksichtigt worden. Dies entspricht einer Tagesbedarfsleistung von 10 kWh und erfordert eine Anschlussleistung von 30 kW. Maßnahmen Lüftung: Eine Abluftanlage soll den erforderlichen Luftwechsel im Bürogebäude garantieren. 7.1.3 Gebäude 303 Landschaftspark Der eingeschossige Kindergarten, das ehemalige Kirchengebäude der Amerikaner, wird zu einem noch nicht feststehenden Zeitpunkt nach energetischem Standard EnEV saniert. Bild 7-5: Lage Gebäude 303 Bild 7-6: Der Kindergarten wurden innen für die neue Nutzung umgebaut Energiekennwerte im unsanierten Zustand: Für die Auslegung der Wärmeversorgung werden vorerst die Werte des unsanierten Gebäudes beibehalten. Bedarf Netz* 189,89 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 135,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 19,71 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 15,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die notwendigen energetischen Kenngrößen der Außenbauteile, um den definierten energetischen Standard zu erreichen, werden im Laufe der Planung noch festgelegt. Die Sanierung des Gebäudes wird nach den dann geltenden Anforderungen der EnEV realisiert. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 53 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Planung sieht zurzeit vor, dass das Gebäude am Nahwärmenetz Nord angeschlossen bleibt. Die Entscheidung, ob eine evtl. Trennung vom Nahwärmenetz Nord erfolgt, ein Anschluss an das Nahwärmenetz Süd sinnvoll ist, oder ob eine dezentrale Lösung realisiert wird, werden weitere Berechnungen und Betrachtungen ergeben. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Warmwasserbedarf soll ebenfalls über Nahwärme erfolgen. Geplant ist zurzeit der Einbau eines 500 l Speichers zur Warmwasserbereitung, der den TWW Bedarf von 20 Personen decken soll. Auf Basis der Berechnungen entspricht die Tagesbedarfsleistung 40 kWh und erfordert eine Anschlussleistung von 30 kW. Maßnahmen Lüftung: Zurzeit findet die Belüftung über die Fenster statt. Der Einbau einer Abluftanlage ist zu einem späteren Zeitpunkt vorgesehen. 7.1.4 Gebäude 305 Landschaftspark Die eingeschossige Mehrzweckhalle wird zu einem noch nicht feststehenden Zeitpunkt nach energetischem Standard EnEV saniert. Dies entspricht dem Planungsstand 2007. Die Mehrzweckhalle ist an die Stadt Bad Aibling vermietet. Bild 7-7: Lage Gebäude 305 Bild 7-8: Süd-West-Fassade mit Eingang und Rolltoren Energiekennwerte im unsanierten Zustand: Für die Auslegung der Wärmeversorgung werden vorerst die Werte des unsanierten Gebäudes beibehalten. Bedarf Netz* 228,78 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 165,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 22,51 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 40,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die Dämmstärken mit den entsprechenden Wärmeleitgruppen der Bauteile müssen entsprechend dem energetischen Standard noch ermittelt werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 54 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Übergabestation bleibt erhalten, das Gebäude soll weiterhin über das Nahwärmenetz Süd versorgt werden. Inwieweit die vorhandenen Heizkörper und Luftregister erhalten bleiben, steht noch nicht fest. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Im Zuge der Sanierung ist eine nahwärmeversorgte Warmwasserbereitung mit einem 300 Liter Speicher vorgesehen. Maßnahmen regenerative Systeme: Die Planung sieht vor, auf dem Dach eine Fotovoltaik-Anlage zu installieren. Ein statisches Gutachten ist bereits in Auftrag gegeben worden. Die Ergebnisse der Untersuchung liegen vor (siehe Kapitel 9.2). 7.1.5 Gebäude 306 Landschaftspark Die zweite Halle auf dem Gelände des EnEff:Stadt-Modellvorhabens wird zu einem noch nicht festgelegten Zeitpunkt nach energetischem Standard EnEV saniert. Die Sporthalle ist an die Stadt Bad Aibling vermietet und wird genutzt. Bild 7-9: Lage Gebäude 306 Bild 7-10: Westansicht Energiekennwerte im unsanierten Zustand: Für die Auslegung der Wärmeversorgung werden vorerst die Werte des unsanierten Gebäudes beibehalten. Bedarf Netz* 228,93 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 165,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 22,58 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 40,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die gesetzlich geforderte energetische Qualität der Bauteile muss entsprechend dem energetischen Standard noch ermittelt werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 55 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Heizungsanlage wird über das Nahwärmenetz Süd versorgt. Die Deckung des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser soll nach Sanierung ebenfalls über Nahwärme erfolgen. Inwieweit die vorhandenen Heizkörper und Luftregister erhalten bleiben, steht noch nicht fest. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Warmwasser soll nach Sanierung über Nahwärme bereitet werden. Bei der Anlagendimensionierung muss die Bereitstellung einer hohen Warmwassermenge für das Duschen nach den Sportaktivitäten berücksichtigen werden. 7.1.6 Gebäude 320 A - B Technologiepark Das Gebäude 320 wird nach dem Auszug von B&O Wohnungswirtschaft im Herbst 2010 weiterhin als Bürogebäude vermietet werden. Die Sanierung des ein- und zweigeschossigen Gebäudes soll den energetischen Standard nach EnEV um 30 % unterschreiten: Gebäudeabschnitt A wird weiter als Bürogebäude genutzt, in Abschnitt B wird voraussichtlich eine Labornutzung stattfinden. Bild 7-11: Lage Gebäude 320 Bild 7-12: Südfassade des Hauptgebäudes Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* A: 83,61 und B: 83,92 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 65,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser A: 2,19 und B: 5,91 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 40,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die energetischen Berechnungen müssen noch erfolgen. Anhand dieser Berechnungen wird die energetische Qualität der Gebäudehülle noch festgelegt. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Bürogebäude wird auch nach Sanierung über Nahwärme versorgt. Die Heizgrenztemperatur sinkt auf 10°C, die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt für Gebäudeabschnitt A ca. 76 kW und für Abschnitt B etwa 28 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt nach Sanierung bei 55 W/m². Die Anpassung der Heizwassertemperatur soll ebenfalls erfolgen; eine Absenkung der Vor- und Rücklauftemperatur auf 55°/45°C ist vorgesehen. Das Verteil- und RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 56 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht das Wärmeabgabe-System mit Ventil-Plattenheizkörpern der Heizungsanlage bleiben in Betrieb. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Aufgrund der Büronutzung besteht nur ein geringer Warmwasserbedarf von durchschnittlich 10 kWh am Tag. Aus Effizienzgründen wird auf eine Speicherung verzichtet, das Warmwasser wird im Durchflussprinzip erwärmt. Maßnahmen regenerative Systeme: Es sollen eine Kollektoranlage mit 200 m² Röhrenkollektoren sowie ein 200 Liter Solarspeicher installiert werden. Der Aufstellungswinkel folgt mit 20° der Dachschräge. Maßnahme Lüftung: Für das gesamte Gebäude ist eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung vorgesehen. 7.1.7 Gebäude 322 Technologiepark Das zweigeschossige, gewerblich genutzte und vermietete Gebäude wird nach den Anforderungen der EnEV saniert. Bild 7-13: Lage Gebäude 322 Bild 7-14: Süd- und Ostfassade Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 126,88 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 100,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 4,64 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 35,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die energetischen Kenngrößen der Außenbauteile, um den definierten energetischen Standard zu erreichen, werden im Laufe der Planung noch festgelegt. Die Sanierung des Gebäudes wird nach den dann geltenden Anforderungen der EnEV realisiert. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 57 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Nahwärmenetz Süd versorgt das Verwaltungs- und Produktionsgebäude 322 mit Wärme. Nach Sanierung auf EnEV Standard sinkt die Heizgrenztemperatur 12°C, die Heizlast beträgt nach DIN EN 12 831 noch 173 kW und die Gebäudehöchstlast sinkt auf 275 kW. Der spezifische Wärmebedarf liegt bei höchstens 90 W/m². Die Reduzierung des Anschlusswertes korreliert mit der Absenkung der Vorlauftemperatur von 90°/70°C auf 55°/45°C. Die Wärmeübergabe in den Räumen findet über die vorhandenen Platten- Heizkörper statt. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die Warmwasserbereitung erfolgt über Durchlauferhitzer: Der TWW – Bedarf erfordert durchschnittlich einen Tageswärmebedarf von 16 kWh. Maßnahme Lüftung: Für den komfortablen Betrieb des Verwaltungs- und Produktionsgebäudes ist eine Abluftanlage projektiert worden. 7.1.8 Gebäude 323 Technologiepark Die Bowlingbahn soll entsprechend dem Planungsstand 2008 nach EnEV saniert werden. Im zum größten Teil nur eingeschossigen Gebäude sind zwei Gastronomie-Betriebe untergebracht. Einige Räume im westlichen Teil des Gebäudes werden als Büro genutzt. Bild 7-15: Lage Gebäude 323 Bild 7-16: Ostansicht mit großzügig überdachtem Eingangsbereich Energiekennwerte nach Sanierung Bedarf Netz* 122,48 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 100,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 5,94 kWh/m² NGFa Bedarf Strom ** 25,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die Maßnahmen an der Gebäudehülle müssen noch definiert werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 58 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Der jetzige Anschlusswert des Gebäudes von 120 kW an das Nahwärmenetz Süd kann abgesenkt werden. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt nach Sanierung noch 91 kW, die Gebäudehöchstlast gesamt 191 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt bei 90 W/m² Nutzfläche. Die Heizgrenztemperatur des Gebäudes sinkt auf 12 °C. Das Gebäude kann mit einer Vor- und Rücklauftemperatur von nur noch 55°/45°betrieben werden. Die vorhandenen Platten-Heizkörper können weiter zur Beheizung der Räume genutzt werden. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Warmwasserbedarf ist gering und entspricht dem von 2 Personen, d.h. 16 kWh/d und einem TWW- Bedarfs-Anschlusswert von 20 kW. Warmwasser soll über Durchlauferhitzer bereitet werden. Maßnahmen Lüftung: Ein ausreichender Luftwechsel soll durch den Einbau einer Abluftanlage sichergestellt werden. 7.1.9 Gebäude 350 B Wohlfühlpark Der Gebäudeteil A wird abgerissen. Gebäudeabschnitt B soll nach EnEV - 30% energetisch saniert werden und als Wohngebäude genutzt werden. Die innere Aufteilung der Räume soll der einer Wohnheimnutzung entsprechen, wie im benachbarten und bereits sanierten Gebäude 354. Bild 4-17: Lage Gebäude 350 B Bild 7-18: Gebäudeabschnitt B hinten Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 117,64 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 65,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 21,97 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 25,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die erforderlichen Maßnahmen an der Gebäudehülle, Außenwand, Fenster, Dach und Kellerdecke müssen noch definiert werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 59 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das gesamte Gebäude ist an das Nahwärmenetz Nord angeschlossen. Der Anschlusswert von 535 kW kann nach Teilabriss und energetischer Sanierung beträchtlich gesenkt werden. Die Heizlast beträgt nur noch 49 kW nach DIN EN 12 831, der maximale Wert der Gebäudehöchstlast liegt bei 74 kW. Der spezifische Wärmebedarf pro Nutzfläche reduziert sich auf 55 W/m². Die Übergabestation der zentralen Heizungsanlage wird erneuert, ein Speicherladesystem wird den Heizwärmebedarf decken. Die Heizgrenztemperatur sinkt auf 10 °C. Eine abgesenkte Vor- und Rücklauftemperatur von 55°/45°C ist zur Beheizung der Wohnräume ausreichend. Die Wärmenetz-Simulation ergab, dass der Keller des Gebäudes 350 B ein geeigneter Standort des zentralen Netzspeichers wäre. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Den Berechnungen des Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung liegt eine BewohnerAnzahl von 20 Personen zugrunde. Im Resultat bedeutet dieses ein TWW-Bedarf von 52 kWh pro Tag. Eine Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 8 kW wird zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Maßnahmen Lüftung: Zur Energieeinsparung nach Sanierung trägt eine kontrollierte Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung bei. 7.1.10 Gebäude 352 Wohlfühlpark Das Gebäude mit dem quadratischen Innenhof soll nach Sanierung die EnEV Anforderungen um 30 % unterschreiten. Im Haus sind mehrere Nutzungen zu finden: Gastronomie, Sportsbar, Solarium. Im ausgebauten Dachgeschoß des hinteren Riegels ist auch eine Wohneinheit untergebracht. Bild 7-19: Lage Gebäude 352 Bild 7-20: Straßenansicht Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 80,34 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 65,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 4,21 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 60,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 60 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die erforderlichen Maßnahmen an der Gebäudehülle müssen noch konkretisiert werden. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Gebäude soll weiter über das Nahwärmenetz Nord versorgt werden. Eine Pufferung der Wärme aus dem Nahwärmenetz erfolgt mithilfe des in der Hausstation befindlichen Speicherladesystems. Die Anschlussleistung des Gebäudes von 480 kW kann deutlich reduziert werden: die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt nach Sanierung nur noch 129 kW, die Gebäudehöchstlast gesamt noch 154 kW. Der maximale flächenspezifische Wärmebedarf liegt bei 90 W/m². Das Gebäude kann nach Sanierung mit einer Heizwassertemperatur von 55°/45° Vor-/Rücklauftemperatur betrieben werden. Die Heizgrenztemperatur sinkt auf 12 °C. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Den Berechnungen für den Warmwasser-Wärmebedarf liegen folgende Annahmen zugrunde: Personenanzahl maximal 2, dieses entspricht einem Bedarf von 16 kWh am Tag und einem Anschlusswert von 50 kW. Die hohe Anschlussleistung berücksichtigt den Einbau von zwei Großküchen. Ein Warmwasserspeicher mit 500l Volumen wird benötigt. Maßnahmen Lüftung: Eine Zu- und Abluftanlage soll für mehr Komfort und den notwendigen Luftaustausch sorgen. 7.1.11 Gebäude 353 A - C Wohlfühlpark Das ehemalige Unterkunftsgebäude wurde 2008-2009 saniert und wird als Wohnheim genutzt. Der energetische Standard des „L“s mit quadratischen, kleinen Anbau im Süden, der Hausmeisterwohnung, unterschreitet die Anforderung der EnEV um 30 %. Die Dämmung der Fassaden erfolgte von außen, durch die Verwendung von vorgefertigten Holzfassadenelementen, mit integrierter Wärmedämmung und bereits eingebauten neuen Fenstern (siehe auch Kapitel 10.2). Die außenliegenden Holzsanierungselemente können auch haustechnische Komponenten aufnehmen, die sonst innerhalb der Wohnung montiert werden müssten. Teilweise kamen Flächenheizungen zum Einsatz, die auf der Innenseite der Dämmelemente montiert sind. Folgende Maßnahmen wurden desweiteren am Hauptgebäude, also Gebäudeteil A, realisiert: Balkonanbau an der Südfassade, Ausbau des Dachgeschosses, Einbau von Gaupen zur Wohnraumvergrößerung und Installation von 220 m² Flachkollektoren auf dem nach Süden orientierten Dach. Bild 7-21: Lage Gebäude 353 A-C RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 7-22: Westansicht, Straßenansicht Seite 61 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-23: Nordfassade Bild 7-24: Südfassade mit Balkon Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* A: 63,60, B: 55,62 und C: 82,32 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung A: 30,09, B: 30,16 und C: 31,97 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser A: 14,53, B: 10,69 und C: 21,80 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 25,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Das Sanierungskonzept der Außenbauteile beinhaltet folgende Maßnahmen: Dachschräge: Gipskarton-Bauplatte 1,5 cm, Dämmung 9+16 cm, WLG 035, Schalung 2,5 cm, U-Wert 0,166 W/m²K Oberste Geschoßdecke: Dämmung 25 cm, WLG 035, Estrich 5 cm; U-Wert 0,125 W/m²K Außenwand: 20 cm, WLG 035, U-Wert: 0,155 W/m²K Fenster: Uw-Wert: von 0,94 bis 1,09 W/m²K, durchschnittlich 0,99 W/m²K Kellerdecke: PS - Dämmung 20 cm, WLG 035, Spachtelung 0,5 cm, U-Wert 0,151 W/m²K Maßnahmen an der Heizungsanlage: Für die Dimensionierung der Heizungskomponenten sind folgende Annahmen getroffen worden: Heizlast nach DIN EN 12 831 Gebäudeabschnitt A: 106,77, B: 11,61 und C: 5,69 kW, die Gebäudehöchstlasten für Abschnitt A: 131, für B: 12 und für C: 6 kW. Der maximale flächenspezifische Wärmebedarf ist auf 55 W/m² gesunken, die Heizgrenztemperatur auf 10°C. Die Übergabe der Wärme erfolgt im Hauptgebäude über Platten-Heizkörper mit einer Heizsystemtemperatur von 55°/45° C. In den eingeschossigen Anbauten ist eine Fußbodenheizung eingebaut worden, die mit einer Vor- und Rücklauftemperatur von 33°/31° betrieben wird. In der Übergangszeit wird solarer Überschuss zur Heizungsunterstützung genutzt. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die solar erzeugte Wärmeenergie wird im Pufferspeicher (Schichtenspeicher für Trinkwassererwärmung und Heizung) eingeschichtet bzw. in das Wärmenetz direkt eingespeist. Die in der Übergabestation eingebaute Wärmepumpe hat eine Leistung von 8 kW und nutzt das Nahwärmenetz als Wärmequelle. Für die Auslegung der Komponenten dienten folgende Werte: Annahme Personenanzahl in Gebäudeabschnitt A: 50 Personen, in B und C je 4 Personen. Daraus resultiert ein TWW - Bedarf in von 75 + 6 + 6 kWh/d. Der Schichtenspeicher hat ein Volumen von 2.000 Litern. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 62 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen regenerative Systeme: Für die Warmwasservorerwärmung und die Einspeisung in das Nahwärmenetz Nord wird eine Flachkollektoranlage mit insgesamt 213 m² Kollektorfläche eingesetzt. Sie besteht aus den Hauptkomponenten: Kollektorfeld auf dem südorientierten Dach, Pufferspeicher in der HAST, Wärmetauscher und Pumpen in der HAST. Es wird kein zusätzlicher Solarspeicher installiert, die solaren Überschüsse werden in den Pufferspeicher bzw. in das Netz eingespeist. Maßnahmen Lüftung: Für die Belüftung der Gebäude ist eine Abluftanlage installiert. 7.1.12 Gebäude 354 A - B Wohlfühlpark An Teilen der Nord- und Südfassade des Wohnheims wurde bereits 2008 mit Förderung der DBU eine Testfassade aus vorgefertigten Porenlüftungselementen montiert. Durch Ansaugen der Frischluft über die Poren der Außendämmung können Transmissionswärmeverluste zurückgewonnen werden. Ein Vorteil ist die geringe Beeinträchtigung der Nutzer, da nahezu alle Maßnahmen von außen durchgeführt werden und kein zusätzlicher Platzbedarf für Lüftungs- und Heizleitungen notwendig ist. Alle Komponenten sind in den Fassadenelementen integriert (siehe auch Anlage A5). Zusammen mit weiteren Maßnahmen an der Gebäudehülle und in der Haustechnik soll eine Niedrigenergiesanierung mit EnEV-50 %-Standard erreicht werden. Bild 7-25: Lage Gebäude 354 A-B Bild 7-26: Testfassade für eine Porenlüftungsfassade mit natürlichen Materialien Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* A: 101,74 kWh /m²NGFa, B: 86,64 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 57,00 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser A: 18,59 kWh/m²NGFa, B: 11,40 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 25,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 63 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die Außenwand soll komplett mit vorgefertigten Porenlüftungselementen gedämmt werden. Ein gleichmäßiger Luftdurchgang durch das poröse Dämmmaterial führt zu einer Verringerung der Transmissionswärmeverluste bzw. zur Erwärmung der durchströmenden Zuluft. Eine Vorsatzschale mit Porenlüftung erreicht einen U-Wert von 0,1 W/m²K. Die weiteren Maßnahmen an Dach, Fenstern und Kellerdecke bzw. Bodenplatte der eingeschossigen Anbauten stehen noch nicht fest. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Haus bleibt an das Nahwärmenetz angeschlossen. In der HAST ist eine Wärmepumpe von 8 kW Leistung vorgesehen, welche den Pufferspeicher belädt. Der Schichtenspeicher für Heizung und Warmwasser hat ein Wasservolumen von 2000 Liter. Der Anschlusswert der Übergabestation kann von 430 kW vor Sanierung stark verringert werden, denn die Heizlast nach DIN EN 12 831 sinkt auf 58 kW im zweigeschossigen Hauptgebäude A und auf 6 kW im Anbau B. Die Heizgrenztemperatur liegt nach Sanierung bei 10°C, der flächenspezifische Wärmebedarf bei 30 W/m². Eine Vor- und Rücklauftemperatur von 55°/45° reicht für die Beheizung aus. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die Kombination aus thermischen Solarkollektoren, Speicherladesystem mit 2000 l Volumen, und 8 kW - Wärmepumpe dient der Warmwasserbereitung für angenommene 38 Personen. Diese Personenanzahl benötigt rechnerisch 102 kWh pro Tag für die Warmwasserbereitung in beiden Gebäudeabschnitten. Die Höchstlast für die Warmwasserbereitung beträgt 25 kW. Der Warmwasserspeicher hat einen Inhalt von 2000 Liter. Maßnahmen regenerative Systeme: Die Planung sieht vor, auf dem südorientierten Dach des zweigeschossigen Gebäudeabschnittes Röhrenkollektoren mit einer Kollektorfläche von 200 m² zu installieren. Wärmetauscher, Pumpen und Steuerung werden in der Hausanschlussstation integriert. Maßnahmen Lüftung: Der durch die Porenlüftungsfassade strömende Luftvolumenstrom von ca. 5,5 m³ in der Stunde pro m² Fassadenfläche entspricht bei durchschnittlichen Raumgrößen dem hygienisch notwendigen Luftwechsel von ca. 0,5/h. Die Abluft wird über eine Abluftanlage ins Freie geführt. Die Poren in dem Außenwanddämmelement übernehmen die Funktion der Außenwand-Durchlässe. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 64 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.1.13 Gebäude 355 A - B Wohlfühlpark Das dritte Gebäude der drei „L“s wird als Schule und Tagesstätte genutzt. Die ursprüngliche Planung sah keine energetische Sanierung vor. Nachdem man jedoch den Leitgedanken aufgenommen hatte, das Nordnetz in ein solarunterstütztes Nahwärmenetz mit Nullenergiebilanz zu transformieren, wurde eine energetische Sanierung sinnvoll bzw. notwendig, um dieser Zielsetzung näher zu kommen. Inzwischen wurde bereits eine Längsfassade mit den gleichen Holzfassaden-Dämmelementen, wie am Nachbargebäude 353 bestückt. Bild 7-27: Lage Gebäude 355 A - B Bild 7-28: Südansicht des Hauptgebäudes Bild 7-29: Dämmung der Westfassade des Anbaus 355 B Bild 7-30: Das Holzdämmelement wird vor die Hochlochziegel-Außenwand gesetzt Die folgenden Kennwerte beruhen noch auf dem ersten Planungsstand. Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* A: 220,79 kWh/m²NGFa, B: 231,79 kWh/m² NGFa, Bedarf Heizung 199,10 kWh/m² NGFa, Bedarf Warmwasser A: 10,84 kWh/m²NGFa, B: 16,34 kWh/m² NGFa, Bedarf Strom ** 15,00 kWh/m² NGFa, *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die Maßnahmen stehen in ihrem Gesamtumfang noch nicht fest, da zunächst keine wärmetechnische Verbesserung der Gebäudehülle vorgesehen war. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Im Gegensatz zur Gebäudehülle wurden Maßnahmen an der Haustechnik bereits geplant. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 65 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Die Werte der Heizlast, der Gebäudehöchstlast und des flächenspezifischen Wärmebedarfs wurden jedoch noch nicht neu berechnet. Ein Schichtenspeicher mit 1000 Liter Inhalt wird über die Übergabestation, die Kollektoren, oder die Wasser-Wasser-Wärmepumpe beladen. Die Übergabe der Wärme in die Unterrichts- und Aufenthaltsräume soll über eine Flächenheizung im Fußboden mit einer Vorlauf-/Rücklauftemperatur von 35/31° C erfolgen. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung entspricht der ursprünglichen Planung: Es wird eine Personenanzahl von insgesamt 50 Personen angenommen. Um den entsprechenden Bedarf zu decken, ist eine Anschlussleistung von 25 kW erforderlich. Die Systemauslegung erfolgt analog zu Gebäude 353. Maßnahmen regenerative Systeme: 200 m² Röhrenkollektoren, auf der nach Süden ausgerichteten Satteldachfläche montiert, sollen den Schichtenspeicher mit solarer Wärme beladen. Überschüssige solare Erträge können vom Netz aufgenommen und an andere Gebäude „weitergegeben“ werden. Maßnahmen Lüftung: Im Zuge der aktualisierten Planung ist der Einbau einer kontrollierten Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung projektiert. 7.1.14 Gebäude 356 A Wohlfühlpark Das lange Gebäude mit ausgebautem Dachgeschoss wurde in drei Abschnitte unterteilt: Gebäudeabschnitt A im Süden, Abschnitt B in der Mitte und Abschnitt C als nördlicher Gebäudeabschnitt. Die Sanierung im Gebäudeabschnitt A mit Ferienwohnungen und Seminarräumen ist fast fertiggestellt (April 2010). Drei unterschiedliche Lüftungskonzepte wurden realisiert. Der energetische Standard entspricht EnEV - 50%. Bild 7-31: Lage Gebäude 356 A - C Bild 7-32: Gebäudeabschnitt A erstreckt sich bis zum neuen Durchgang Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 88,55 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 20,20 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 30,15 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 20,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 66 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-33: Alte Fensteröffnungen wurden zugemauert, größere Fensteröffnungen wurden geschaffen Bild 7-34: Abgehängte Decke für Installationen im Seminarraum im EG Bild 7-35: Der alte Bodenaufbau wurde entfernt…… Bild 7-36: … um die Kellerdecke auch von der Warmseite zu dämmen und eine Fußbodenheizung zu verlegen Maßnahmen an der Gebäudehülle: Dach: 15 cm WLG 035, U-Wert 0,222 W/m²K, Oberste Geschoßdecke: 16 cm WLG 035, U-Wert 0,266 W/m²K Außenwände: WDVS 18 cm WLG 035, U-Wert 0,165 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,83 W/m²K Kellerdecke / Bodenplatte: PS Dämmung 12 cm WLG 035, U-Wert 0,231 W/m²K Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das gesamte Gebäude wird über die in Abschnitt A im Keller befindliche Übergabestation mit Nahwärme versorgt. An den Pufferspeicher ist auch eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 8 kW angeschlossen sowie die drei Kollektorflächen. Für die Gebäudeabschnitte B und C sind zwei weitere Wärmepumpen mit gleicher Leistung in der gemeinsamen HAST installiert. Die Heizgrenztemperatur liegt bei 10°C. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt für den ersten Gebäudeabschnitt 40 kW, die Gebäudehöchstlast 65 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf sinkt auf 27 W/m² Nutzfläche. Um das Gebäude mit niedrigen Vor-/ Rücklauftemperaturen von 35°/28°C zu temperieren, ist eine Fußbodenheizung verlegt worden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 67 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-37: Neue Lüftungsanlage Bild 7-38: Neue Heizungsanlage wird montiert Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Für den Warmwasserbedarf wurden 40 Personen angenommen. Dies ergibt einen TWW Bedarf von 120 kWh/d mit einer benötigten Anschlussleistung von 25 kW. Es ist kein separater Warmwasserspeicher geplant, der Schichten-Pufferspeicher übernimmt diese Aufgabe. Der Warmwasserbedarf wird über den solaren Ertrag der Kollektoren und über Nahwärme gedeckt. Das Gebäude besitzt eine Wärmepumpe, um im Bedarfsfall die Warmwassertemperatur auf das geforderte Temperaturniveau anzuheben. Maßnahmen regenerative Systeme: Insgesamt ist eine Flachkollektorfläche von 346 m² auf dem Dach des sanierten Gebäudes installiert: Davon sind 163 m² nach Süden orientiert, weitere 90 m² nach Osten und 90 m² Richtung Westen. Der Aufstellungswinkel aller drei Flächen beträgt 42°. Maßnahmen Lüftung: Dezentrale Zu- und Abluftanlagen mit Wärmerückgewinnung bzw. auch semizentrale Kombinationslösungen mit einem Zusammenschluss bis maximal drei Wohnungen tragen zu erhöhtem Komfort und zur Energieeinsparung bei. 7.1.15 Gebäude 356 B - C Wohlfühlpark Im mittleren und nördlichen Teil des Gebäudes 356 befinden sich Ferienwohnungen. Die Gebäudeabschnitte A, B und C unterscheiden sich nur in der Nutzung und in der Haustechnik (Lüftungsanlagen und Kollektoren), der energetische Standard EnEV - 50% ist gleich. Die Dämmmaßnahmen an der Gebäudehülle werden bald abgeschlossen, die Maßnahmen in der Lüftungstechnik und der Innenausbau werden zurzeit realisiert. Energiekennwerte nach Sanierungen: Bedarf Netz* 103,25 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 43,4 kWh/m² NGFa Bedarf Warmwasser 26,43 kWh/m² NGFa Bedarf Strom ** 20,00 kWh/m² NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 68 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-39: Lage Gebäude 356 A - C Bild 7-40: Nordteil des langgestreckten Gebäudes Bild 7-41: Die neuen Fenster wurden nach außen gesetzt und mit Luftdichtigkeitsfolie innen angeschlossen Bild 7-42: Neue Öffnungen für den Einbau von Dachflächenfenstern entstehen in der „Sargdeckel“ Konstruktion. Maßnahmen an der Gebäudehülle: Dach: 15 cm, WLG 035, U-Wert 0,222 W/m²K Oberste Geschoßdecke: 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,266 W/m²K Außenwände: WDVS 18 cm, WLG 035, U-Wert 0,165 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,83 W/m²K Kellerdecke / Bodenplatte: PS - Dämmung 12 cm, WLG 035, U-Wert 0,231 W/m²K Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Maßnahmen an der Heizungsanlage wurden bereits bei Gebäudeabschnitt A Süd beschrieben, da sich hier die Anschlussstation mit dem Speicher, Wärmepumpe und dem Solarkreis befindet. Für die beiden Abschnitte B und C werden zwei weitere Wärmepumpen mit je 8 kW installiert. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt für den Mittelteil B 15 kW und für den Nordteil C 17 kW. Die Gebäudehöchstlast liegt in Gebäudeabschnitt B bei 40 kW und im Nordteil C bei 42 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf von 27 W/m² und die Heizgrenztemperatur von 10 °C sind im gesamten Gebäude gleich. Zur Beheizung der Ferienwohnungen werden sowohl Heizkörper mit einer Heizsystemtemperatur von 55°/45°C, als auch Fußbodenheizungen mit einer Vor-/Rücklauftemperatur von 35°/28°C eingesetzt. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Zur Bestimmung des Warmwasserbedarfs ist von einer Personenanzahl von 20 Nutzern ausgegangen worden. Der Tagesbedarf beläuft sich somit auf 40 kWh und macht einen An- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 69 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht schlusswert von 25 kW erforderlich. Die Funktionsweise der Warmwasserbereitung wurde bei Gebäudeabschnitt A beschrieben. Maßnahmen regenerative Systeme: Insgesamt ist eine Flachkollektorfläche von 346 m² auf dem Dach des sanierten Gebäudes installiert: Davon sind 163 m² nach Süden orientiert, weitere 90 m² nach Osten und 90 m² Richtung Westen. Der Aufstellungswinkel aller drei Flächen beträgt 42°. Maßnahmen Lüftung: Der mittlere Gebäudeteil B wird mit einer zentralen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung ausgestattet, im Gebäudeteil Nord C ist eine zentrale Abluftanlage geplant. Die ALDs für die Frischluftzufuhr werden in die Außenwand oder die Fensterrahmen integriert. Die Bedarfslüftung kann über spezielle Sensoren oder Tastendruck gesteuert werden. Welche Bedingung (Feuchte, Präsenz, CO2 ) zur Regelung des Volumenstrom führen soll, ist noch nicht festgelegt. 7.1.16 Gebäude 358 A - H Wohlfühlpark Das nördlichste aller Gebäude auf dem Parkgelände ist im Laufe der Planung in 8 Abschnitte unterteilt worden. Die ersten Gebäudeabschnitte A bis F, die von den Amerikanern als Schulgebäude genutzt worden sind, sollen nach dem Leerstand weiterhin als Schule genutzt werden. Die Gebäudeabschnitte G und H im Osten (ehemalige Klinik) werden zu einem Bürogebäude für die B&O Wohnungswirtschaft saniert und umgebaut. Ziel ist es, den gesamten Gebäudekomplex auf EnEV - 30% energetisch zu sanieren. Bild 7-43: Lage Gebäude 358 Bild 7-44: Gebäudeabschnitt G - H, die ehemalige Klinik, wird als Erstes saniert Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* A: 74,00, B: 117,45, C: 119,36, D: 103,06, E: 103,06, F: 130,96, G: 80,30 und H: 71,50 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 65,00 kWh/m² NGFa Bedarf Warmwasser A: 1,19, B: 21,88, C: 22,79, D: 15,03, E: 15,03, F: 28,3, G: 4,19 kWh/m²NGFa . Abschnitt H: kein Warmwasserbedarf Bedarf Strom ** 20,00 kWh/m² NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 70 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Gebäudehülle: Als erster Bauabschnitt werden die Gebäudeteile G und H saniert, entsprechend den Anforderungen der EnEV 2009. Folgende Maßnahmen an der thermischen Hüllfläche sollen realisiert werden: Dach: zusätzlich 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,222 W/m²K Oberste Geschoßdecke: 20 cm, WLG 035 Außenwände: WDVS 18 cm, WLG 035, U-Wert 0,165 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,90 W/m²K Bodenplatte von der Warmseite: PS - Dämmung 7 cm WLG 035 Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die drei Hausstationen in Abschnitt A, E und G werden weitergenutzt. Es werden neue Übergabestationen mit Pufferspeicher für Heizung und evtl. auch teilweise Warmwasser in jeder der drei HAST installiert. Je eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 20 kW pro HAST wird an die 3000 l - Schichtenspeicher angeschlossen. Das Speichervolumen für das gesamte Gebäude summiert sich auf 9.000 Liter. Als Heizlast nach DIN EN 12 831 benötigt Gebäudeabschnitt A 454 kW, für Abschnitt B bis F summiert sich die Heizlast auf 140 kW. Für die Gebäudeabschnitte der Bürogebäude sind es für G 129 kW und für H 5 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt im gesamten Gebäude bei 90 W/m² und die Heizgrenztemperatur bei 12°C. Zur Beheizung der Schule und des Bürogebäudes werden Plattenheizkörper mit einer Heizsystemtemperatur von 55°/45°C montiert. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die überschlägigen Ermittlungen des Warmwasserbedarfs gehen von zwei Personen pro Abschnitt aus. Für die 8 Gebäudeabschnitte wurde ein Tagesbedarf an Wärme von 16 kWh pro Abschnitt berechnet. Die Versorgung erfordert Anschlussleistungen von 20 kW für Gebäudeteil A, und je 10 kW für die weiteren Gebäudeteile B bis G. Im östlichen Gebäudeteil H wird kein Warmwasser benötigt. Maßnahmen regenerative Systeme: Nach dem letzten Planungsstand sollen Röhrenkollektoren auf der gesamten südorientierten Dachfläche des Bürogebäudes installiert werden. Die insgesamt 300 m² (ehemals 250 m²) große Kollektoranlage ist exakt nach Süden ausgerichtet und wird in einem Winkel von 42 ° montiert. Ob zusätzliche Dachflächen für eine Montage weiterer Kollektorflächen auf dem Schulgebäude genutzt werden, steht noch nicht fest. Die HAST im Bürogebäude 358 F wird voraussichtlich vorerst nur einen kleinen Speicher erhalten, da bei einer Büronutzung nur ein geringer Warmwasserbedarf vorhanden ist. Die solaren Erträge der Kollektoren werden direkt ins Nahwärmenetz Nord eingespeist und können somit in Gebäuden ohne Solarflächen genutzt werden. In der Übergangszeit wird solarer Überschuss zur Heizungsunterstützung genutzt. Maßnahmen Lüftung: Für den notwendigen Luftwechsel sind Abluftanlagen vorgesehen. Kühlung: Es gibt Überlegungen, die Solargewinne der Röhrenkollektoren im Sommer für die Kühlung des Bürogebäudes, also für den Gebäudeabschnitt G und H, zu nutzen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 71 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.1.17 Gebäude 359 Wohlfühlpark Die ehemaligen drei Unterkunftsgebäude im Nordwesten des Parkgeländes wurden bereits 2008 energetisch saniert. Sie gruppieren sich mit dem Gastronomie-Gebäude mit Seminarraum um einen Innenhof. Jedes Gebäude besitzt einen anderen energetischen Standard. Der Standard des Gebäudes 359 unterschreitet den EnEV- Standard um 30 %. Bild 7-45: Lage Gebäude 359 Bild 7-46: Westfassade nach Sanierung Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 103,25 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 43,40 kWh/m² NGFa Bedarf Warmwasser 26,43 kWh/m² NGFa Bedarf Strom ** 20,00 kWh/m² NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Bild 7-47: Gedämmte Westfassade Bild 7-48: Abluftdurchlass im Apartment-Bad Bild 7-49: Neue Heizkörper Bild 7-50: Gedämmte Kellerdecke mit neuen gebäudeinternen Leitungen RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 72 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-51: Links Regelung, in der Mitte die Wärmepumpe und rechts die Speicher Bild 7-52: Übergabestation in der HAST Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 132,68 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 69,44 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 27,92 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 60,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Dach: 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,266 W/m²K, Oberste Geschoßdecke: 28 cm, WLG 035, U-Wert 0,12 W/m²K Außenwände: WDVS 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,18 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,91 W/m²K Kellerdecke: PS - Dämmung 6 cm, WLG 035, U-Wert 0,44 W/m²K Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Gebäude ist an das Nahwärmenetz Nord angeschlossen. In der HAST wurde eine neue Übergabestation mit einem Speicherladesystem und einer Wärmepumpe mit einer Leistung von 20 kW installiert. Die Heizgrenztemperatur ist auf 10° C gesunken, der flächenspezifische Wärmebedarf auf 40 W/m². Es wurde eine Heizlast nach DIN EN 12 831 von 48 kW und eine Gebäudehöchstlast von 73 kW ermittelt. Es wurden Platten-Heizkörper in den Apartments mit einer Heizsystemtemperatur Vor-/Rücklauf von 55°/45°C installiert. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Für den Warmwasserbedarf wurde eine Personenanzahl von 51 angenommen, was einen TWW - Bedarf von 90 kWh/d und eine benötigte Anschlussleistung von 25 kW ergibt. Es ist ein Schichten-Pufferspeicher von 2000 l installiert. Der Warmwasserbedarf wird hauptsächlich über Nahwärme gedeckt. Das Gebäude besitzt eine Wärmepumpe, um im Bedarfsfall die Warmwassertemperatur auf das geforderte Temperaturniveau anzuheben. Maßnahmen Lüftung: Über eine Abluftanlage wird die verbrauchte Luft aus dem Küchenbereich und den Bädern abtransportiert. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 73 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.1.18 Gebäude 360 Wohlfühlpark Das 2008 energetisch sanierte Gebäude wird zu Hotelzwecken genutzt. Neben einem Tagungsraum befinden sich die Hotel-Rezeption, Restaurant und Bar, Funktionsräume und die Küche im Haus. Der energetische Standard entspricht dem EnEV - Neubaustandard. Bild 7-53: Lage Gebäude 360 Bild 7-54: Südansicht Hotel mit großer Terrasse Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 109,78 kWh/m²NGFa, Bedarf Heizung 65,00 kWh/m²NGFa, Bedarf Warmwasser 18,23 kWh/m²NGFa, Bedarf Strom ** 60,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Oberste Geschoßdecke: 26 cm Isofloc - Dämmung, WLG 040, U-Wert 0,12 W/m²K Außenwände: WDVS 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,18 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 1,30 W/m²K Kellerdecke: PS - Dämmung 6 cm, WLG 035, U-Wert 0,44 W/m²K Bild 7-55: Isofloc-Dämmung auf der obersten Geschossdecke Bild 7-56: Einbaukonvektoren im Café Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Gebäude ist an das Nahwärmenetz Nord angeschlossen. An das Speicherladesystem wurde eine Wärmepumpe mit 20 kW Leistung angeschlossen. Die Heizgrenztemperatur liegt bei 12°C, die Heizlast nach DIN EN 12 831 bei 74 kW. Die Gebäudehöchstlast gesamt be- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 74 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht trägt 99 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt bei 90 W/m². Als Heizflächen fungieren Fußbodenheizungen und Konvektoren im Cafe/Barbereich. Die Heizsystemtemperatur wurde auf 70°/55° C Vor-/Rücklauf eingestellt. Im Cafe/Barbereich ist wie vor der Sanierung ein Kaminofen eingebaut. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Warmwasser-Wärmebedarf ist auf 40 kWh/d berechnet worden. Erforderlich ist eine Anschlussleistung von 25 kW. Der Speicher hat einen Wasserinhalt von 2000 l. Maßnahmen Lüftungsanlage: In den Aufenthaltsräumen und im Küchenbereich ist eine Zu- und Abluftanlage ohne Wärmerückgewinnung eingebaut. Die Abluft wird zentral im nicht ausgebauten Dachraum gesammelt und ins Freie geführt. Die Frischluft wird über ein Rohr in der Dachfläche angesaugt und ebenfalls im Dachraum verteilt und in die Räume gebracht. Bild 7-57: Abluftdurchlass in der Decke Bild 7-58: Abluft wird im Dachraum gesammelt 7.1.19 Gebäude 361 Wohlfühlpark Im Jahre 2008 wurde Gebäude 361 saniert und zum Hotelapartmenthaus umgebaut. Der Wärmeschutz unterschreitet den EnEV - Standard um 50 %. Bild 7-59: Lage Gebäude 361 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 7-60: Nordfassade: Wärme-DämmVerbund-System WDVS Seite 75 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 107,47 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 41,32 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 29,40 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 60,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Oberste Geschoßdecke: 28 cm, WLG 035, U-Wert 0,121 W/m²k Dach: 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,266 W/m²K Außenwände: 16 cm, WLG 032, U-Wert 0,168 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,91 W/m²K Kellerdecke: 6 cm, WLG 035, U-Wert 0,441 Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Gebäude wird über die im Keller befindliche Nahwärme-Übergabestation des Nordnetzes beheizt. Eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 12 kW wurde an den Pufferspeicher angeschlossen. Die Heizgrenztemperatur liegt bei 10°C. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt 18 kW, die Gebäudehöchstlast 37 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf sinkt auf 31,00 W/m² Nutzfläche. Das Gebäude wird über Röhrenradiatoren mit Vor- und Rücklauftemperaturen von 55°/45°C temperiert. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Warmwasser-Wärmebedarf beträgt 45 kWh/d, bei einer Anzahl von 32 Personen. Erforderlich ist eine Anschlussleistung von 25 kW. Der Speicher hat einen Wasserinhalt von 3000 Litern. Der Warmwasserbedarf wird über Nahwärme und den solaren Ertrag der Kollektoren auf dem Nachbargebäude gedeckt. Reichen beide Erzeuger nicht aus, schaltet sich die Wärmepumpe als dritter Erzeuger ein, um die Warmwassertemperatur auf das geforderte Temperaturniveau anzuheben. Maßnahmen Lüftung: Es ist eine kontrollierte Lüftung mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung realisiert worden. Die Zuluft wird in die Aufenthaltsräume geführt, die Abluft über die Bäder abgeführt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 76 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.1.20 Gebäude 362 Wohlfühlpark Das dritte Gebäude mit Apartments ist bereits 2008-2009 energetisch saniert worden. Der energetische Standard liegt nahe am Passivhaus-Standard. Bild 7-61: Lage Gebäude 362 Bild 7-62: Südfassade mit Indach-Kollektoren Energiekennwerte nach Sanierung: Bedarf Netz* 98,71 kWh/m²NGFa Bedarf Heizung 33,58 kWh/m²NGFa Bedarf Warmwasser 29,40 kWh/m²NGFa Bedarf Strom ** 60,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Oberste Geschoßdecke: 35 cm, WLG 035, U-Wert 0,097 W/m²K Außenwände: 28 cm, WLG 032, U-Wert 0,104 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,93 W/m²K Kellerdecke: 16 cm, WLG 035, U-Wert 0,195 W/m²K Maßnahmen an der Heizungsanlage: Das Gebäude wird über die im Keller befindliche Übergabestation mit Nahwärme des Nordnetzes beheizt. An die 5000 Liter -Pufferspeicher sind der Solarkreislauf und eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 12 kW sowie die Kollektorflächen angeschlossen. Die Heizgrenztemperatur liegt bei 10°C. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt nur 12 kW, die Gebäudehöchstlast nur 37 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf sinkt auf geringe 20 W/m² Nutzfläche. Für die Grundlastheizung gibt es eine Fußbodenheizung mit Systemtemperaturen von 35°/31°C. Individuelle Temperaturanpassungen können über Röhrenradiatoren mit Vor- und Rücklauftemperaturen von 55°/45°C vorgenommen werden. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Der Warmwasser-Wärmebedarf entspricht dem Nachbargebäude 361: 45 kWh/d, bei einer Anzahl von 32 Personen und einer Anschlussleistung von 25 kW. Die Speicher haben einen Wasserinhalt von 5000 l. Die Pufferspeicher wurden installiert, um die solare Wärmelieferung besser ausnutzen zu können. Der Warmwasserbedarf wird über Nahwärme und den solaren Ertrag der Kollektoren gedeckt. Bei Bedarf schaltet sich die Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung ein, Wärmequelle ist das Wasser des Nahwärmenetzes. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 77 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen regenerative Systeme: Die 160 m²-Indach-Flachkollektoren mit einem Neigungswinkel von 42°, entsprechend der Dachneigung, sind nach Süden ausgerichtet. 60 m2 sind dabei Gebäude 362 zugeordnet, die übrigen 100 m2 versorgen Gebäude 361. Der solare Überschuss wird in das Nordnetz, „Solarnetz 1“ eingespeist, und gelangt somit auch in die Speicher benachbarter Gebäude. Maßnahmen Lüftung: Es ist eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung installiert worden. 7.1.21 Gebäude 611 - 613 Wohlfühlpark Neubau Im mittleren Teil des Projektgebietes, als neue „Stadtteilmitte“ werden nördlich des Moosbachs zwei vier- und ein siebengeschossiges Gebäude im Standard EnEV – 50% errichtet. Das Erdgeschoß soll Nichtwohnnutzungen aufnehmen, die oberen Geschosse sind für Wohnzwecke vorgesehen. Das Besondere an den Gebäuden ist die tragende Struktur in Holzbauweise: Der Siebengeschosser tastet sich knapp an die Hochhausgrenze heran, aus Gründen der Brandschutzvorschriften will man vorerst bei dieser Höhe bleiben. Das erste viergeschossige Holzhaus mit Flachdach wurde Ende April 2010 realisiert. Bild 7-63: Lage Gebäude 611 - 613 Flächen, Energiekennwerte: Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Bedarf Netz* Bedarf Heizung Bedarf Warmwasser Bedarf Strom ** Bild 7-64: Ansicht siebengeschossiges Holzhauses mit hohem Vorfertigungsgrad 611: 1950,98 m², 612 und 613: 1100,00 m² 611: 1478,06 m², 612 und 613: 968,00 m² 75,81 kWh/m²NGFa 40,00 m² kWh/m²NGFa 15,15 m²kWh/m²NGFa 25,00 kWh/m²NGFa *Heizung, TWW und Verluste Netz ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer Maßnahmen an der Gebäudehülle: Dach: Holzbeplankung 5 cm, Mineralwolle 24 cm WLG 035, U-Wert 0,176 W/m²K Außenwand: Gipskarton-Feuerschutzplatte 2,8 cm, Brettschichtholz 14 cm, Mineralwolle 20 cm, WLG 035, U-Wert 0,141 W/m²K Fenster: durchschnittlicher Uw-Wert 0,94 W/m²K; Kellerdecke: Bodenaufbau 6 cm, Dämmung über Kellerdecke 16 cm, WLG 035, Dämmschicht in Kellerdecke 2 cm, WLG 040, U-Wert 0,116 W/m²K RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 78 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Heizungsanlage: Die Gebäude werden über im Keller befindliche Übergabestationen mit Nahwärme des Nordnetzes beheizt. Die Heizgrenztemperatur liegt bei 10°C. Die Heizlast nach DIN EN 12 831 beträgt bei Gebäude 611 64 kW, bei Gebäude 612 und 613 sind es je 34 kW. Die Gebäudehöchstlast gesamt liegt bei 89 und 59 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf ist mit 35,00 W/m² Nutzfläche definiert. Die Gebäude werden über Radiatoren mit Vor- und Rücklauftemperaturen von 55°/45°C temperiert. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Die Warmwasserbereitung erfolgt über Nahwärme. In jedem der drei Gebäude gibt es einen 500 Liter-Warmwasserspeicher. Folgende Annahmen wurden getroffen: Personenanzahl max. Gebäude 611: 54, Gebäude 612 und 613: 20 Personen. Der TWW - Bedarf liegt folglich in Gebäude 611 bei 105 kWh/d, in Gebäude 612 und 613 ergeben sich 39 kWh/d. Maßnahmen Lüftung: In den Gebäuden sind dezentrale Zu- und Abluftanlagen mit Wärmerückgewinnung projektiert. Der berechnete Wärmerückgewinnungsgrad beträgt 80 %. 7.1.22 Gebäude 624 - 636 Wohlfühlpark Neubau Am ehemaligen Standort des Gebäudes 316 werden fünf freistehende, sowie sieben Reihenhäuser errichtet. Die zweigeschossigen Neubauten mit Flachdach werden in Holzbauweise errichtet und unterschreiten den EnEV-Standard um 50%. Bild 7-65: Lage Gebäude 624-636 Flächen, Energiekennwerte: Bruttogeschoßfläche Beheizte Nettogeschoßfläche Bedarf Heizung Bedarf Warmwasser Bedarf Strom ** Bild 7-66: Nordansicht 154,00 m², außer 626: 132,00 m² 135,52 m², außer 626: 116,16 m² 40,00 kWh/m²NGFa 624-625: 27,05, 626: 31,56, 627-636: 16,23 kWh/m²NGFa 25,00 kWh/m²NGFa ** Heizung/TWW//Lüftung/Kühlung/Nutzer RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 79 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Maßnahmen an der Gebäudehülle: Die jeweilige wärmeschutztechnische Qualität der Außenbauteile wird im Zuge der Planung festgelegt. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Eine Wärmepumpe pro Gebäude mit einer Leistung von 6 kW beheizt die Niedrigenergiehäuser. Die Heizgrenztemperatur liegt etwa bei 10°C. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt bei 30,00 W/m². Die Flächenheizung wird mit einer Vor- und Rücklauftemperatur von 35°/25°C betrieben. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Folgende Annahme für die Berechnungen des Warmwasserbedarfs wurde getroffen: Eine Personenanzahl von 3 - 5 Personen ergibt einen TWW Bedarf von 6 bis 10 kWh am Tag. Der Erzeuger muss eine Leistung von 2 kW haben. Der Warmwasserspeicher wird auf 300 l dimensioniert. Dieser wird von den Kollektoren und/oder der Wärmepumpe mit Energie versorgt. Maßnahmen regenerative Systeme: Eine Fläche von 20 m² Röhrenkollektoren je Gebäude dient der Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung. Der Solarspeicher soll ein Volumen von je 3000 l haben. Maßnahmen Lüftung: In den Neubauten wird je eine zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung installiert. 7.1.23 Gebäude 701-709 Wohlfühlpark Neubau Nahe dem Moosbach, auf dem Gelände, wo die Gebäude 311 und 312 vor dem Abriss standen, werden 9 zweigeschossige Wohngebäude in Holzbauweise errichtet. Die Gebäude sind nicht unterkellert, bzw. nur zwei der 9 werden auf dem Kellerteil der ehemaligen Mehrfamilienhäuser ab 2010 erstellt. Die Passivhäuser werden wegen des geringen Wärmebedarfs nicht an das Nahwärmenetz angeschlossen. Bild 7-67: Lage Gebäude 701-709 Bild 7-68: Entwurf Passivhaus, Südansicht RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 80 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Flächen, Energiekennwerte: Bruttogeschoßfläche: Beheizte Nettogeschoßfläche: Bedarf Heizung Bedarf Warmwasser Bedarf Strom ** 701, 703-705, 707: 132,00 m² und 702, 706, 708-709:154,00 m² 701, 703-705, 707: 116,16 m² und 702, 706, 708-709:135,52 m² 15,00 kWh/m²NGFa 701,703-705,707: 27,05 kWh/m²NGFa 702,706, 708-709: 31,56 kWh/m²NGFa 25,00 kWh/m²NGFa ** Heizung /TWW//Lüftung/Kühlung Maßnahmen an der Gebäudehülle: Alle Bauteile der thermischen Hüllen entsprechen dem Passivhausstandard. Maßnahmen an der Heizungsanlage: Für die Beheizung der Passivhäuser wird jeweils eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 6 kW eingesetzt. Zur Heizungsunterstützung (und Warmwasservorwärmung) dienen Solarkollektorflächen. Die Heizgrenztemperatur liegt bei dem sehr guten energetischen Standard um 8°C. Die Heizlast beträgt nach DIN EN 12 831 für die kleineren Gebäude 2,32 kW, für die größeren Häuser beläuft sie sich auf 2,71 kW. Entsprechend beläuft sich die Gebäudehöchstlast der Neubauten auf 4,03 kW bzw. 4,32 kW. Der flächenspezifische Wärmebedarf liegt bei 20,00 W/m², für Gebäude 708 und 709 bei nur 15 W/m². Die Flächenheizung wird mit einer Vor- und Rücklauftemperatur von 35°/25°C betrieben. Maßnahmen an der Warmwasserbereitung: Aus den Berechnungen resultiert ein Tageswärmebedarf für die Warmwasserbereitung von 10 kWh/d für 5 Personen. Erforderlich ist eine Anschlussleistung von 2 kW. Kollektoren dienen zur Vorerwärmung des Warmwassers. Der Warmwasserspeicher hat einen Wasserinhalt von 300 Litern. Maßnahmen regenerative Systeme: Die Kollektorfläche wird aus optischen Gründen mit einem flachen Neigungswinkel von 20° auf den Flachdächern der Passivhäuser geplant. Folgende Kollektorausführungen für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung sind vorgesehen: Gebäude 701-705 erhält Flachkollektoren, Gebäude 706-709 hingegen Kombimodule, die sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Die Kollektorflächen betragen in Gebäude 701: 25 m², Gebäude 702, 704, 706-707 und 709: 30 m², Gebäude 705: 35 m² und Gebäude 703 und 708:140 m². Die Erträge werden in Solarspeicher mit folgenden Volumina eingespeist: Gebäude 701, 704, 709: 3000 Liter, Gebäude 702, 705-707: 4000 Liter und Gebäude 703, 708: 12.000 Liter. Maßnahmen Lüftung: In allen Gebäuden außer 703 und 709 wird eine dezentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung realisiert. In Gebäude 703 und 709 wird eine zentrale Anlage, ebenfalls mit Wärmerückgewinnung, eingebaut. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 81 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.1.24 Gebäude 1001-1010 Wohlfühlpark Neubau Östlich des Moosbaches sollen zehn weitere Wohngebäude entstehen. Zurzeit besteht nur ein städtebauliches Konzept. Maße und energetischer Standard der Neubauten, sowie Maßnahmen an der Gebäudehülle und der Haustechnik stehen noch nicht fest. Bild 7-69: Lage Gebäude 1000-1010 7.1.25 Gebäude 1101-1104 Wohlfühlpark Neubau Direkt am noch zu errichtenden See sollen vier weitere Wohngebäude entstehen. Zurzeit besteht nur ein städtebauliches Konzept. Weitere Planungsunterlagen liegen noch nicht vor. Bild 7-70: Lage Gebäude 1101-1104 Quellenhinweise: Alle Abbildungen Kapitel 7-1, außer Bild 7-64, 7-66, 7-68: RK-S Alle Lagepläne Kapitel 7-1 und Bild 7-64, 7-66, 7-68: Schankula Architekten RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 82 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.2 Weitere, vom Nahwärmenetz versorgte Gebäude RK-S Im Südwesten des Fördergebiets befinden sich 7 Gebäude und eine Antennenanlage, die ebenfalls vom Südnetz mit Wärme versorgt werden: Gebäude 324 - 326, 329, 341 - 343. Die Gebäudenummern 325 und 329 umfassen dabei jeweils mehrere Teilbauten. Alle Gebäude sind nicht unterkellert. Die gesamte Bruttofläche dieser Bestandsgebäude beläuft sich auf 19.501 m². Die U.S. Army nutzte diese Liegenschaften als Abhörzentrale, Bunker, Wachhaus, Aktenvernichtungs-Gebäude, Supermarkt etc.. Zur Zeit stehen sie leer oder dienen als Lagerfläche. Eine zukünftige Nutzung steht noch nicht definitiv fest. Es gibt Überlegungen, wissenschaftliche Institute der TU München und der FH Rosenheim anzusiedeln. Ebenso soll produzierendes Gewerbe angesiedelt werden. Näheres hierzu siehe auch Kapitel 6.4. Nordnetz Südnetz Kein BMWiFördergebiet Bild 7-71: Nahwärmenetz gesamt: Aufgeteilt in Nord- und Südnetz, sowie Anteil Nichtfördergebiet am Nahwärmenetz Süd [RK-S] Die Summe der Anschlussleistungen dieser Gebäude mit diversen Nutzungen, summiert sich auf 2.701 kW, bezogen auf den Ist-Zustand. Rechnet man die Antennenbeheizung mit 1.000 kW dazu, erreicht man 3.701 kW. Die Gesamt-Anschlussleistung an das Südnetz für die Gebäude im Fördergebiet liegt bei 4.735 kW vor Sanierung. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 83 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Gebäude Alte Nutzung 324 Werkstatt 325 Abhörzentrale 326 Supermarkt 329 Rechenzentrum 341 342 343 GeschäfWerkstatt/ KFZte/Waschha Heizzentrale Werkstatt lle 1679,5 6906,6 1737,6 2787,4 2025,6 2993,0 1371,3 BGF in m² Tab. 7-2: Übersicht der außerhalb des Fördergebietes liegenden nahwärmeversorgten Gebäude Auf den Dächern der Gebäude 325 (einschließlich 327) und 329 sind Photovoltaikanlagen geplant. Näheres findet sich hierzu in Kapitel 9.2. Es bestehen noch weitere Gebäude auf dem Nichtfördergebiet, wie zum Beispiel Gebäude 345 und 346 mit je rund 670 m² BGF, die früher von den Amerikanern als Logistiklager und Möbellager genutzt wurden, aber nicht an das Nahwärmenetz angeschlossen sind. Die Option eines Anschlusses der beiden Bestandsgebäude sowie evtl. entstehender Neubauten an das Nahwärmenetz Süd besteht. Bild 7-72: Früher beheizte Antenne mit 1.000 kW Anschlussleistung für alle früher vorhandenen Anlagen, im Hintergrund Gebäude 325 [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 7-73: Gebäude 329 [RK-S] Seite 84 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.3 Solarpotentiale, Flächen, Systeme, Kennwerte B&O, ergänzt durch RK-S 7.3.1 Übersicht In der Versorgung der Gebäude spielt die Solarthermie eine wesentliche Rolle, da diese Energienutzung mit den geringsten Folgerisiken und auch mit den geringsten Hilfsenergien behaftet ist. Der Fokus liegt hier auf der effektivsten Nutzung der vorhandenen Einstrahlungsleistung. Ziel dabei ist primär einen möglichst hohen Nutzungsgrad der Einstrahlung und dann einen möglichst wirtschaftlichen, hohen Deckungsanteil zu erreichen. Auf dem Weg dorthin sind auf dem Gelände Bad Aibling momentan 716 m² Solarkollektoren (Flachkollektoren) installiert und in Betrieb. Weitere 1.270 m² sind geplant, darunter überwiegend Flachkollektoren, aber auch einige Röhrenkollektoren sowie Kombimodule. Alle Solarflächen befinden sich auf Gebäuden des Wohlfühlquartiers und sind somit an das Nordnetz angeschlossen. In der Endausbaustufe sollen insgesamt 1.810 m² Flachkollektoren, 100 m² Röhrenkollektoren und 230 m² Kombimodule auf den verschiedenen nutzbaren Dächern des Nordgeländes in Betrieb sein. Die Planung folgt dabei den Schritten der Ermittlung der Bedarfskennwerte, der Durchplanung der Winterversorgung und dann der Speicherdimensionierung. 7.3.2 Aufgabe der Solarkollektoren, Integration in die Wärmeversorgung Aufgabe der Kollektoren ist es, die Warmwasserbereitung im Sommer und, soweit möglich, in den Übergangszeiten zu gewährleisten. Alle Gebäude verfügen zur Entlastung der Netzanschlussleistung über einen dezentralen 2- 5 m³ Netzpufferspeicher zur Brauchwasserversorgung. Dieser ist jeweils primärseitig am Gesamtnetz angeschlossen und versorgt in erster Linie „sein“ Gebäude. Wird im Pufferspeicher eines Gebäudes die Mindesttemperatur von 60°C für Trinkwarmwasser (siehe DVGW W551 am Speicherausgang) nicht erreicht, muss eine Versorgung zur Nacherwärmung gewährleistet werden. Diese wird entweder über ein elektrisch betriebenes Nachheizregister, wie es in zwei Gebäuden installiert ist, oder durch Wärmepumpen ermöglicht. Das jeweilige System zur Nacherwärmung ist im Leitungsverlauf vor dem Pufferspeicher angeschlossen und erhöht dort die Vorlauftemperatur auf die nötigen 60°C. Dabei bedienen sich die Wärmepumpen der Netzwärme, sind also Wasser/WasserWärmepumpen. Im Ertragsfall wird je Gebäude im autarken Regelregime gewährleistet, dass folgende Nutzhierarchie eingehalten wird: 1) Verbrauch vor Speicherung 2) Max. Beladung dezentraler Speicher je Gebäude 3) Einspeisung ins Netz zur Versorgung benachbarter Gebäude 4) Speicherung im Netz-Zentralspeicher im Heizhaus Gebäude mit Solarkollektoren decken in erster Linie also den eigenen Bedarf aus ihrem Pufferspeicher. Dabei findet die Entnahme im oberen Teil des Speichers statt. Da der Verbrauch Priorität vor Speicherung hat, wird im Fall der sofortigen Entnahme der Speicher gar nicht erst erwärmt. Ist kein Bedarf vorhanden, werden die Netzpufferspeicher beladen. Im Fall einer Überbeladung der Gebäudespeicher wird die überschüssige Wärme im Netz weitergeleitet, um weitere Gebäude zu versorgen. Theoretisch erfolgt die Weiterleitung der Wärme im Netz, wenn einer der beiden Speicher auch im unteren Drittel eine Temperatur von 70°C RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 85 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht erreicht hat. Allerdings sind hier noch nicht alle Potentiale der Steuerung ausgeschöpft, und diese wird stetig weiter optimiert. Ertragsspitzen im Hochsommer werden im letzten Schritt an einen großen Speicher von 60 m³ im Heizhaus abgegeben. Dabei wurde jedoch ein hoher Verlustanteil durch vorhandene Überdimensionierung der Netzrohre festgestellt, da die Wärme einerseits einen weiten Weg geführt wird, andererseits die Rohrquerschnitte des bestehenden Netzes für diese Nutzung zu groß dimensioniert sind. Teilweise sind Wegstrecken von bis zu 1.200 m in Dimensionen zwischen 80 mm und 200 mm Rohrdurchmesser zurückzulegen. 7.3.3 Systembeschreibung Die vorhandenen Kollektorflächen befinden sich auf den zwei sanierten Wohngebäuden 353 (Bild 7-74) und 356 (Bild 7-75), sowie auf Haus 1 des Hotels (Bild 7-78). Letztere versorgt getrennt Haus 1 und 2 (Nr. 361 und 362). Diese Flächen bestehen aus Flachkollektoren mit einem Neigungswinkel von 42° entsprechend der bestehenden Dachneigung, und sind nach Süden ausgerichtet. Nur auf Gebäude 356 A sind daneben zwei Flachkollektorflächen, mit Ausrichtung nach Osten und nach Westen (Bild 7-76 und 7-77) installiert. Die Gebäude des Wohlfühlparks besitzen eigene Brauchwasserspeicher, auch die noch unsanierten Gebäude 354 und 355. Diese umfassen in den Wohngebäuden, der Schule und dem Hotel jeweils 2.000 L Speichervolumen. Das in Planung befindliche Bürogebäude 358 F wird voraussichtlich vorerst nur einen kleinen Speicher erhalten, da für die Büronutzung kein großer Bedarf an Warmwasser zu erwarten ist. Die Erträge der geplanten Kollektoren werden also direkt ins Netz geleitet. Für die neu geplanten Einfamilienhäuser ist ein Einsatz von Röhrenkollektoren und Kombimodulen geplant. Viele der Häuser sollen außerdem im Verhältnis größere Speicher von insgesamt 3.000 Liter bis zu 12.000 Liter Volumen erhalten, um sie möglichst autark zu stellen. Die oben erwähnten Leitungsverluste werden dadurch begrenzt. Diese Kollektoren werden aus optischen Gründen mit einem flachen Neigungswinkel von 20° auf die Flachdächer der in Holzbauweise gefertigten Neubauten geplant. Als Röhrenkollektoren werden CPC14 und CPC21-Kollektoren von Paradigma verwendet. Für eine Aperturfläche von 279,2 m² wird von Paradigma ein Nettopreis von 133.500 € genannt (ohne Montagekosten, jedoch einschl. Systemzubehör wie Speicher, Regelungen etc.). Für die Flachkollektoren wurde bisher ein modulares Indach-System der Soli fer Solardach GmbH eingesetzt. Für eine Gesamt-Aperturfläche von 649 m² wurde in einer Soli fer – Modellrechnung eine Nutzenergielieferung des Solarsystems von 175,56 MWh/a berechnet (Programm T*Sol Pro 4.1). Eine Übersicht über die installierten und geplanten Kollektorflächen wird in Tabelle 7-3 gegeben: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 86 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Gebäude Nutzung Kollektorfläche SystemErtrag gem. Orien- Aufstell- nutzungs- Simulation Speicher- PlanungsSystem tierung winkel grad mit WP volumen stand [m²] 353 354 355 356 A 356 A 356 A 358 F 361 362 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 614 615 616 617 618 MFH MFH Schule MFH/ Seminar MFH/ Seminar MFH/ Seminar Büro Hotel Hotel EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu EFH neu 213 200 200 163 90 90 250 100 60 25 30 140 30 35 30 30 140 30 30 20 20 20 20 20 [°] FK FK FK FK FK FK FK FK FK FK FK FK FK FK Kombi Kombi Kombi Kombi FK RK RK RK RK RK Süd Süd Süd Süd Ost West Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd Süd [%] 42 42 42 42 42 42 42 42 42 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 [MWh/ a] 30 30 30 30 27 27 30 30 30 30 30 30 30 30 26 26 26 26 30 33 33 33 33 33 60 56 56 46 25 25 71 28 17 7 8 40 8 10 9 9 42 9 8 9 9 9 9 9 [l] 2000 2000 2000 2000 3000 2000 2000 3000 4000 12000 3000 4000 4000 4000 12000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP IP RK = Röhrenkollektor, FK = Flachkollektor, IP = in Planung Tab. 7-3: Realisierte und geplante thermische Kollektorflächen [B&O] 7.3.4 Solarerträge Zusammengenommen liefern die bereits installierten 716 m² Kollektorflächen gemäß Simulation 176 MWh/a Energie zur Trinkwassererwärmung oder Heizungsunterstützung. Bei nicht ausreichender solarer Leistung unterstützen die Wärmepumpen bis zum COP von 4 die Trinkwarmwassererwärmung, ohne zusätzlich Leistung aus dem Heizhaus nutzen zu müssen. Dies sichert planerisch ein weiteres Potential von ca. 24 MWh/a. Derzeit kann diese Betriebsform in der Übergangsjahreszeit trotz Installation der Wärmepumpen jedoch noch nicht voll genutzt werden. Grund dafür ist die aktuelle hydraulische Lösung zur solaren Netzeinspeisung: Bei Solarerträgen wird die Gesamtversorgungspumpe im Heizhaus vom Netz getrennt. Der Betriebsdruck wird dann durch die Netzeinspeisepumpen jeder Solaranlage erzeugt. Für energetisch unsanierte Gebäude ist diese solare Einspeisung für die Heizlast jedoch nicht ausreichend, weswegen für die Energieversorgung der Heizkessel trotzdem hinzugeschalten werden muss. Dann aber verhindert der Druck der zentralen Netzeinspeisepumpe die Nutzung der solaren Erträge. An der Anlagenspezifikation wird gearbeitet, um die solaren Erträge das ganze Jahr über nutzen zu können. Denn die Energielieferung der Kollektoren wäre mit Unterstützung der Wärmepumpen theoretisch bei ca. 200 MWh/a, was den bisherigen simulierten Ertrag von 176 MWh/a deutlich übersteigt. Alle weiteren Simulationen beinhalten deshalb ebenfalls den Einsatz von Wärmepumpen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 87 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Entsprechend den Rechenprognosen sind für die geplanten Flachkollektoren mit einer Fläche von 940 m² weitere Energiegewinne zur Warmwasserbereitung von 266 MWh/a zu erwarten. Dabei wurde ein Systemwirkungsgrad von 20 – 25 % angenommen, d.h. max. 25 % der eingestrahlten Energie von 1.235 kWh/m²a kommt zur Nutzung. Die Röhrenkollektoren haben einen besseren Systemwirkungsgrad von etwa 35 – 45 % und sollen insgesamt 45 MWh/a bei einer Fläche von 100 m² liefern. Die Kombimodule erzeugen Strom und Warmwasser gleichzeitig und sind ähnlich wie Flachkollektoren zu bewerten. Sie würden nach Herstellerangaben bei Installation von 230 m² etwa 70 MWh/a liefern. Die geplanten Solarflächen werden im Laufe der Sanierungen und Neubauten realisiert. Parallel müssen Defizite und Mängel in Steuerung und Transport der Wärmeströme aufgearbeitet werden. Ob die zu erwartenden Erträge realistisch sind, soll im Vergleich der Simulationen mit dem realen System abgeglichen werden. Bild 7-74: Gebäude 353, Flachkollektoren Südseite [B&O] Bild 7-75: Gebäude 356, Flachkollektoren Südseite [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 88 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 7-76: Gebäude 356, Flachkollektoren Ostseite [B&O] Bild 7-77: Gebäude 356, Flachkollektoren Westseite [B&O] Bild 7-78: Gebäude 362, Flachkollektoren Südseite für 362 und 361 [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 89 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 7.4 Entwicklung von Lastgängen und Jahresdauerlinien GEF Aufgabe der GEF Ingenieur AG ist es, mit Hilfe des Energiesystem-Modellierungswerkzeugs POLIS verschiedene Varianten für Wärmeversorgungskonzepte zu simulieren, um eine Grundlage für die Entscheidung über das endgültige Konzept zu schaffen. Die B&O Wohnungswirtschaft beabsichtigt, das auf dem Gelände bestehende Fernwärmenetz weiter zu nutzen. Im Sommer soll ein erheblicher Teil der Wärmeenergie über Sonnenkollektoren bereitgestellt werden. Die Solarwärme soll in erster Linie dezentral im jeweiligen Gebäude genutzt werden. Überschüsse können über das Fernwärmenetz in Nachbargebäude oder in einen zentralen Netzspeicher transportiert werden. Ein Teil der Kollektoren wurde bereits Anfang 2009 installiert. In einigen Gebäuden sind zur Ergänzung der Trinkwarmwasser-Erwärmung Wärmepumpen installiert, mit denen das solar erwärmte Wasser aus dem Fernwärmenetz auf die notwendige Temperatur von > 65 °C (Legionellenprophylaxe) angehoben werden kann. Insgesamt sollen 27 Gebäude auch zukünftig mit Fernwärme versorgt werden. Davon liegen 19 Gebäude innerhalb der Nullenergiestadt. Die restlichen Gebäude weisen einen schlechteren energetischen Standard auf. Das von GEF zur Systemanalyse eingesetzte Modellierungswerkzeug POLIS benötigt für die Simulation Informationen über den Wärmeenergiebedarf der einzelnen Gebäude, aufgeschlüsselt auf Jahresstunden. Aus diesen Daten können der Jahreslastgang des Bedarfs und die Jahresdauerlinie abgeleitet werden. Für das Parkgelände in Bad Aibling kann aufgrund der Sanierungsmaßnahmen und Nutzungsänderungen nicht auf Wärmeverbrauchsdaten aus der Vergangenheit zurückgegriffen werden. Deshalb wird für jedes Gebäude ein Jahreslastgang synthetisch ermittelt. Im ersten Schritt wird dazu jedes Gebäude einem Gebäudetyp zugeordnet, der sich durch die Nutzung bestimmt (Wohnen, Büro, Gewerbe, Handel, etc. – vgl. Tabelle unten). Die hierfür verwendete Typologie wurde im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens zur Strukturoptimierung leitungsgebundener Energieträger im Pilotprojekt „Stadtwerke München“ erarbeitet [7-1]. In diesem Projekt wurden insgesamt 62 Siedlungsmodule entwickelt, die Gebäude nach Nutzung und Baualtersklassen typisieren und es erlauben, die Siedlungsstruktur einer Stadt in sehr guter Näherung zu beschreiben. Für jedes Siedlungsmodul existieren auf Jahresstunden aufgeschlüsselte Wärmebedarfsprofile sowohl für den Bereich Heizung als auch für den Bereich Warmwasser. Als klimatische Randbedingungen liegen die Temperaturen des Jahres 2003 in München zu Grunde. Die Profile aus dem Verbundforschungsvorhaben werden als Basis zur Ermittlung synthetischer Lastgänge im B&O-Gelände herangezogen. Da nicht für jede Nutzung ein entsprechendes Siedlungsmodul vorliegt, werden die 27 Gebäude derjenigen Kategorie zugeordnet, die ihrem Heizenergie- und Warmwasserbedarf am nächsten kommt. So werden beispielsweise Hotel-Appartements dem Typ Wohnen, die Bowlingbahn dem Typ Handel (großer Raum mit Publikumsverkehr) zugeordnet. Für die Sporthalle und das Fitnessstudio werden für Heizung und Warmwasser verschiedene Typ-Zuordnungen vorgenommen. Vom Heizprofil entsprechen die Gebäude dem Typ Handel, allerdings lassen sie einen höheren Warmwasserverbrauch erwarten. Deswegen werden sie beim Warmwasser dem Typ Wohnen zugeordnet. Für alle sanierten Gebäude in Bad Aibling wird die Baualtersklasse 2002-2010 unterstellt, für unsanierte Gebäude eine Baualtersklasse, die dem Stand der letzten energetischen Sanierung entspricht. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 90 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Geplante Nutzung Typologie Bruttoge- Heizlast schoßfläche Heizen (Hz) [W/m²NGF [m²] Warmwasser (WW) ] 301 Büro Hz /WW: Typ 44 - Bürogebäude 2002-2010 2288 90 302 Büro Hz/WW: Typ 42 - Bürogebäude 1978-1995 329 130 303 Betriebskinderg. Hz/WW: Typ 52 - Handel eingeschossig 2010 908 90 305 Mehrzweckhalle Hz/WW: Typ 72 - Gewerbe eingeschossig 2010 2671 110 306 Sporthalle 2663 110 320 Hz: Typ 52 - Handel eingeschossig 2010 WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE 2002-2010 Büro Hz/WW: Typ 41 - Büro 1952 - 1977 2240 55 322 Gewerbe Hz/WW: Typ 82 - Gewerbe mehrgesch. 2010 2184 90 323 Bowlingbahn Hz/WW: Typ 52 - Handel eingeschossig 2010 1177 90 324 Werkstatt Hz/WW: Typ 72 - Gewerbe eingeschossig 2010 1679 95 325 Prüfinstitut TUM Hz/WW: Typ 82 - 4000 95 1756 95 Gewerbe mehrgesch. 2010 Hz: Typ 62 - Handel mehrgesch. 2010 WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE 2002-2010 326 Fitnessstudio 329 Lager Hz/WW: Typ 72 - Gewerbe eingeschossig 2010 3795 95 350b Wohnen Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 1011 55 352 Freizeit/Gastronom. Hz/WW: Typ 52 - Handel eingeschossig 2010 1642 90 353 Betriebswohnen Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 2885 55 354 Wohnheim Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 2782 30 355 Schule/Tagesstätte Hz/WW: Typ 50 - Handel eingesch. vor 1995 2782 90 356 Ferienwohnung Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 3172 23 358 Schule Hz/WW: Typ 52 - Handel eingeschossig 2010 9301 90 359 Hotel-Appartements Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 1397 34 360 Hotel-Gastronomie Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 959 77 361 Hotel-Appartements Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 666 26 362 Hotel-Appartements Hz/WW: Typ 24 - Wohnen > 2 WE, 2002-2010 666 17 607 Wohnen Hz/WW: Typ 14 - Wohnen 1-2 WE, 2002-2010 132 20 611 Wohnen/Büro Hz/WW: Typ 34 - Wohnen/Gewerbe 2010 1694 35 612 Wohnen/Büro Hz/WW: Typ 34 - Wohnen/Gewerbe 2010 1100 35 613 Wohnen/Büro Hz/WW: Typ 34 - Wohnen/Gewerbe 2010 1100 35 Tab. 7-4: Typisierung der Gebäude am Fernwärmenetz Die Verbräuche aus den Wärmelastprofilen des Verbundforschungsprojektes liegen als spezifische Verbräuche in Wh/m² Bruttogeschossfläche vor und müssen deshalb in einem zweiten Schritt mit der Bruttogeschossfläche der B&O-Gebäude multipliziert werden. Im dritten Schritt erfolgt für den Heizenergiebedarf eine weitere Skalierung. Der Heizenergiebedarf jeder Stunde wird mit einem Faktor skaliert, um den Maximalwert des synthetisch erzeugten Jahreslastgangs auf die im Rahmen der Planung von B&O ermittelte maximale Heizlast des Gebäudes zu normieren. Auf diese Weise können die energetischen Sanierungsstandards verschiedener Gebäude berücksichtigt werden. Für die Warmwasserlast muss dieser Skalierungsschritt nicht durchgeführt werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 91 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Als Datenbasis für die Ermittlung der synthetischen Lastgänge wird die von B&O am 28.09.2009 übermittelte Übersicht mit Kennwerten für Geschossfläche und Heizlast (Bezeichnung V14) verwendet. Für die Skalierung mussten die von B&O angegebenen Heizlasten mit Bezug auf Nettogeschossfläche (NGF) auf Bruttogeschossfläche (BGF) umgerechnet werden. Dazu wurden in Anlehnung an [7-2] die folgenden Faktoren verwendet: Normierungsfaktoren Heizlast NGF * Faktor = Heizlast BGF Wohngebäude 0.85 Hotel / Gastronomie 0.85 Verwaltungsgebäude (Büro) 0.85 allgemeinbildende Schule 0.90 Kindertagesstätte 0.86 Sportbauten 0.91 Hallen (ohne Schwimmhallen) 0.91 Gebäude f. Produktion, Werkstätten, Lagergebäude 0.89 Institutsgebäude f. Forschung u. Untersuchung 0.87 Tab. 7-3: Umrechnungsfaktoren NGF / BGF Als Ergebnis aus dem beschriebenen Vorgehen zeigen sich für die 27 Gebäude die in der folgenden Graphik dargestellten Jahreslastgänge für den Heizung und Warmwasser. Sie bestehen aus 8760 Einzelwerten für jede Jahresstunde. Jahreslastgang für 27 Gebäude Heizlast Warmwasserlast V14 BGF WW unskaliert 3500 Last Gesamtnetz [kW] 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden [h] Bild 7-79: Jahreslastgang Wärmeenergieverbrauch der Gebäude am Fernwärmenetz (ungestapelte Darstellung) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 92 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Im Ergebnis liegt die Höchstlast im Heizfall bei etwa 3.790 kW. Die Höhe des Warmwassersockels liegt im Sommer bei ca. 300 kW. Die Jahresarbeit beträgt 5.500 MWh, davon entfallen rund 17% auf die Trinkwarmwassererwärmung. Addiert man die Leistungen für Heizung und Warmwasser und sortiert dann die Stundenwerte der Größe nach absteigend, so erhält man die Jahresdauerlinie für die 27 Gebäude am Fernwärmenetz. Jahresdauerlinie für 27 Gebäude V14 BGF WW unskaliert 4000 3500 Last Gesamtnetz [kW] 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden [h] Bild 7-80: Jahresdauerlinie der Gebäude am Fernwärmenetz Die Dauerlinie macht deutlich, dass der Warmwassersockel sehr niedrig ist. Die Zahl der Vollbelastungsstunden bezogen auf die Höchstlast beträgt 1450 h. Literaturangaben Kapitel 7: [7-1] W. Rühle, R. Graf, S. Richter, R. Ziegler, T. Gobmaier, R. Corradini Strukturoptimierung in Ballungsgebieten unter Berücksichtigung sich ändernder Energiemärkte Verbundforschungsvorhaben Strukturoptimierung leitungsgebundener Energieträger, Hauptprojekt 1 Dezentralisierung, Pilotprojekt TP1 Stadtwerke München, München, August 2007 [7-2] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung: Bekanntmachung der Regeln für Energieverbrauchskennwerte und der Vergleichswerte im Nichtwohngebäudebestand Berlin, 30. Juli 2009 Quellenhinweis: Alle Abbildungen Kapitel 7.4: GEF Ingenieur AG RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 93 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 8. Entwicklung eines Energieversorgungskonzeptes 8.1 Trennung in Nord- und Südnetz RK-S Eine Analyse aller zum Fördergebiet gehörenden Gebäude und deren energetischer Standards zeigt ein stark unterschiedliches Bedarfsniveau und Bedarfsprofil im nördlichen und südlichen Bereich, getrennt durch den etwa in der Mitte von West nach Ost verlaufenden Moosbach. Im Nordbereich entstehen energetisch hocheffiziente Neubauten und es wurden bzw. werden anspruchsvolle energetische Sanierungsstandards realisiert. Dies erlaubt niedrige Vorlauftemperaturen von ca. 55 Grad C und eine eher flache Jahresdauerlinie aufgrund des hohen Wärmeschutzstandards und des anteilmäßig hohen Grundlastverbrauchs für die Warmwasserbereitung. Im südlichen Versorgungsbereich des Netzes, das außerhalb des Fördergebietes auch noch weiter im Westen liegende militärische Einrichtungen wie die Abhörzentrale etc. umfasst, befinden sich zahlreiche Gebäude, deren zukünftige Nutzung noch nicht feststeht und die in nächster Zeit noch nicht „angefasst“ werden, sondern, soweit möglich temporär vermietet werden. Die Bedarfslinien sind damit eher durch starke jahreszeitliche Schwankungen geprägt, die Vorlauftemperaturen liegen mit 65 – 75 Grad C auf niedrigem, aber konventionellem Niveau, um die nennenswerte Anzahl unsanierter Gebäude mit versorgen zu können. Es lag also nahe, über eine Netztrennung nachzudenken, um beide Bereiche mit dem jeweiligen Vorlauftemperatur-Anforderungsniveau zu bedienen, was auch einer exergetischen Optimierung entgegenkommt. Die Zielsetzung „Nullenergiebilanz“ reduziert sich damit fast automatisch auf den „Nordteil“, während im südlichen Teil immerhin die „energieeffiziente Konversion von militärischen Liegenschaften“ praktiziert wird. Bild 8-1: Auftrennung des Versorgungsnetzes in Nord- und Südbereich [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 94 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 8.2 Hydraulische Simulationen - Netzmodellierung, Bestimmung eines geeigneten Netzbetriebs GEF Um die Eignung der gegebenen Netzstrukturen für die zukünftige Energieversorgung zu überprüfen, ist eine hydraulische Analyse notwendig. Dazu wurde im ersten Schritt im hydraulischen Simulationswerkzeug sisHYD ein Modell des Bad Aiblinger Wärmenetzes mit den unterschiedlichen Nennweiten und Längen der Rohrleitungen erstellt (siehe Kap. 5.1). Da über den Betrieb des Wärmenetzes während der militärischen Nutzung des Geländes kaum Informationen verfügbar sind, mussten die geeigneten Betriebsparameter des Wärmenetzes ermittelt werden. Dazu wurden die Anschlusswerte der einzelnen Verbraucher (unsanierte Gebäude) in dem hydraulischen Simulationsmodell sisHYD hinterlegt. Der Anschlusswert ist der Leistungswert laut Vertrag, den ein Gebäude (Verbraucher) maximal vom Netz beziehen kann. Der kritische Zustand für ein Wärmenetz ist der so genannte Wärmehöchstlastfall des Netzes. Dies ist der Zustand, in dem der Wärmebedarf sowie die Wassermenge maximal sind. Normalerweise ist dies bei den absolut kältesten Tagen der Fall, die in diesem Gebiet auftreten. Für Bad Aibling sind dies Außentemperaturen zwischen -12 °C und -16 °C. Für den Höchstlastfall ergibt sich demnach ein Leistungsbedarf aller Verbraucher. Durch das Verhältnis der Höchstlastleistung aller Verbraucher und der gesamten Anschlusswerte des Wärmenetzes ergibt sich eine Gleichzeitigkeit für das Netz. Die Höchstlastleistung ist immer kleiner gleich als die Summe der Anschlusswerte aller Verbraucher im Wärmenetz. Dies lässt sich damit begründen, dass jeder Verbraucher eine Einschaltwahrscheinlichkeit und -quote besitzt. Auch im Höchstlastfall bezieht also nicht jedes Gebäude gleichzeitig die volle Anschlussleistung. [8-1] In dem Wärmenetz Bad Aibling existieren keine Messwerte aus den Zeiten der Nutzung von den amerikanischen Streitkräften. Aufgrund dessen wurden synthetische Anschlusswerte über die verschiedenen Gebäudetypen mittels spezifischer Anschlussleistung [W/m2] ermittelt. Dasselbe Vorgehen wurde für die Ermittlung der Wärmehöchstlast durchgeführt. Damit konnten Anschlusswerte der Gebäude und die Gleichzeitigkeit des Netzes in dem Modell als weitere Eingabeparameter hinterlegt werden. Die Summe der Kundenanschlussleistungen beträgt 13,8 MW. Wie in Kapitel 5.1.1 beschrieben, wurden davor bereits das Wärmenetz mit den einzelnen Rohrleitungen und unterschiedlichen Nennweiten und Längen in das Simulationsmodell integriert. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 95 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für das Gebiet in Bad Aibling wurde im ersten Schritt eine Gleichzeitigkeit von 65 % angesetzt. Prinzipiell muss eine Wärmeversorgung bei jeder auftretenden Lastsituation sichergestellt werden. Dies schließt auch den maximalen Lastfall, den so genannten Höchstlastfall, ein. Da dieser Lastfall der kritische aus hydraulischer Sicht ist, ist eine Berechnung dieses Lastfalls von besonderer Bedeutung. Aufgrund dessen wurden alle Varianten bei Höchstlast berechnet. Einer der zentralen Betriebsparameter ist die Temperaturfahrweise eines Wärmenetzes. Sie legt fest, mit welcher Vorlauftemperatur das warme Wasser vom Erzeuger zu den Kunden transportiert wird und mit welcher Rücklauftemperatur das abgekühlte Wasser von den Verbrauchern zum Erzeuger zurück transportiert wird, also die Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf. Bei einer hohen Temperaturspreizung hat man den Vorteil, mehr Wärme zu transportieren. Soll bei einer geringeren Temperaturspreizung trotzdem der gleiche Wärmebedarf gedeckt werden, erhöht sich in den Rohrleitungen die Wassermenge und damit die Geschwindigkeit des Heizwassers. Hiermit resultiert zugleich ein höherer Druckverlust. In einem Wärmenetz muss in jedem Lastfall für den kritischen Verbraucher ein ausreichender Differenzdruck verfügbar sein (≥1 bar). Außerdem darf der maximale absolute Druck im Netz nicht die Druckstufe des Netzes überschreiten. Geringe absolute Temperaturen besitzen exergetische Vorteile, da bei einer niedrigen Temperaturfahrweise des Wärmenetzes die Wärmeverluste geringer sind und der Anergieanteil des Wärmedargebotes minimiert werden kann [8-2]. Bei KMR-Rohren ist dies die Erdtemperatur, die im Höchstlastfall im Winter ungefähr 10 °C beträgt. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen Erdreich und KMR-Rohr kleiner wird, sinken die Wärmeverluste. Um eine geeignete Temperaturfahrweise zu ermitteln, wurden 3 Varianten durch das hydraulische Simulationsprogramm sisHYD berechnet und analysiert: 1. Hohe Temperaturdifferenz ∆T = 65 K (Vorlauftemperatur TVL = 130 °C; Rücklauftemperatur TRL = 65 °C) 2. Mittlere Temperaturdifferenz ∆T = 30 K (Vorlauftemperatur TVL = 95 °C; Rücklauftemperatur TRL = 65 °C) 3. Niedrige Temperaturdifferenz ∆T = 20 K (Vorlauftemperatur TVL = 55 °C; Rücklauftemperatur TRL = 35 °C) Um die Simulation durchführen zu können, mussten weitere Eingabeparameter in das Rechenmodell eingegeben werden. ¾ ¾ Druckhaltung (Rücklauf Einspeiser) Druckregelung (am kritischen Verbraucher) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design 2 bar 1 bar Seite 96 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Dadurch ergibt sich für die Variante 1 folgendes Ergebnis: Bild 8-2: Hydraulische Simulationsergebnisse Variante 1 Einspeiseleistung Wärmeverluste im HL-Fall Massenstrom Max. / Min. Druck Netz 9.155 kW 183 kW 56 t/h 4,2 / 1,9 bar RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 97 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für die Variante 2 ergibt sich folgendes Ergebnis: Bild 8-3: Hydraulische Simulationsergebnisse Variante 2 Einspeiseleistung Wärmeverluste im HL-Fall Massenstrom Max. / Min. Druck Netz 9.113 kW 147 kW 259 t/h 8,3 / 1,9 bar RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 98 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für die Variante 3 ergibt sich folgendes Ergebnis: Bild 8-4: Hydraulische Simulationsergebnisse Variante 3 Einspeiseleistung Wärmeverluste im HL-Fall Massenstrom Max. / Min. Druck Netz 9.043 kW 74 kW 389 t/h 14,6 / 1,8 bar RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 99 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Beurteilung Ergebnisse Variante 1: Zu sehen sind die Ergebnisse des Höchstlastfalls in Bild 8-2. Die einzelnen Rohrleitungen sind mit dem spezifischen Druckverlust farblich dargestellt. Der spezifische Druckverlust gibt an, wie viel Druck pro Leitungsmeter verloren geht. Dies ist wichtig für die hydraulische Bewertung der Berechnungsergebnisse. Der maximale Druck ergibt sich durch den Differenzdruck am kritischen Verbraucher (in Bild 8-2 rot dargestellt), die Druckverluste in den Leitungen vom Erzeuger zum kritischen Verbraucher und zurück sowie durch die Druckhaltung. Die Nenndruckstufe ist in dem Wärmenetz Bad Aibling PN16. Als Schlussfolgerung bedeutet dies, dass der maximale Druck 14 bar nicht überschreiten darf. Bei der Variante 1 beträgt der maximale Druck 4,2 bar und liegt damit deutlich unter der Nennstufe des Netzes. Damit ist ein Netzbetrieb uneingeschränkt möglich und besitzt weitere Reserven. - Beurteilung Ergebnisse Variante 2: Durch die reduzierte Temperaturfahrweise von Variante 2 im Vergleich zu Variante 1 steigt der Massenstrom [kg/s] deutlich an. Da pro Masse weniger Wärme transportiert wird, muss sich die Wassermasse deutlich schneller durch die Leitungen zu den Verbrauchern bewegen, um diese zu versorgen. Durch die erhöhte Geschwindigkeit in den Rohrleitungen erhöht sich ebenfalls der Druckverlust in den Rohren. Deshalb sind die spezifischen Druckverluste deutlich höher als in Variante 1. Der maximale Druck im Netz erhöht sich auf 8,3 bar. Dieser Wert liegt allerdings noch deutlich unter der Nenndruckstufe PN16. Für diese Variante ist also ein Netzbetrieb ebenfalls uneingeschränkt möglich und besitzt Reserven. - Beurteilung Ergebnisse Variante 3: Die Systematik, die sich durch eine reduzierte Temperaturfahrweise ergibt, setzt sich bei Variante 3 weiter fort. Der maximale Druck beträgt nun 14,6 bar und ist an der zulässigen Nenndruckstufe PN16 die 14 bar angelangt. Dies bedeutet ein Netzbetrieb ist mit dieser Fahrweise nicht uneingeschränkt möglich. - Fazit Temperaturfahrweise: Zum einen besitzt das Netz bei diesem Betrieb hydraulische Reserven, da der maximale Druck deutlich unter der Nennstufe des Wärmenetzes ist. Auf der anderen Seite können exergetische Vorteile gehoben werden, indem die Vorlauftemperatur und damit das Δ T reduziert werden kann. Aufgrund der hydraulischen Reserven lassen sich innerhalb der bestehenden Druckgrenzen größere Wassermengen umwälzen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 100 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Netztrennung Wie bereits in Kapitel 8.1 erläutert wurde, ist es sinnvoll, das Wärmenetz in ein südliches und ein nördliches Wärmenetz zu trennen. Diese Idee sollte durch eine hydraulische Berechnung ebenfalls auf Eignung überprüft werden. Während eines späteren Projektstadiums ergaben sich genauere Informationen zu den einzelnen Anschlusswerten der Verbraucher. Aufgrund dessen wurden die Anschlusswerte im sisHYD-Modell für die folgenden Rechnungen aktualisiert. Die aktualisierten Anschlusswerte sind deutlich niedriger als die vorherigen und liegen bei 2,3 MW. Es wird also von einem deutlich reduzierten Wärmebedarf im Wärmenetz Bad Aibling ausgegangen. Deshalb muss überprüft werden, ob das Wärmenetz auch für einen Betrieb mit einem deutlich reduzierten Wärmebedarf geeignet ist. Außerdem wurde eine Gleichzeitigkeit von 82 % ermittelt. Aufgrund des reduzierten Wärmebedarfs wurde die Temperaturfahrkurve von Variante 3 (∆T=20K) angesetzt. Für die Regelung werden folgende Werte angegeben: ¾ Druckhaltung (Rücklauf Einspeiser) ¾ Druckregelung (am kritischen Verbraucher) 2 bar 1 bar Durch die Reduzierung des Wärmebedarfs hat sich die Fragestellung für die hydraulische Simulation verändert. Kernfrage ist nicht mehr: „Kann das Netz im Höchstlastfall auch den kritischen Verbraucher noch sicher mit Wärme versorgen?“ Diese Frage stellt sich bei einem deutlich reduzierten Wärmebedarf nicht mehr. Stattdessen muss der gegenteilige Extremfall untersucht werden: „Besteht das Risiko, dass wegen der sehr kleinen zu transportierenden Wärmemenge die Geschwindigkeit des Heizwassers in den Rohren so gering wird, dass eine definierte Wärmeübertragung kaum möglich ist?“ Bei deutlich reduzierten Geschwindigkeiten des Heizwassers in den Rohrleitungen verweilt das Wasser länger in den Rohrleitungen und kühlt deshalb ab. Außerdem verändert sich die Strömung in den Rohren. Nimmt die Geschwindigkeit in den Rohren ab, so liegt ab einer gewissen Geschwindigkeit eine laminare Strömung anstatt einer turbulenten vor. Dies bedeutet, es findet eine Schichtung statt, bei der nur im inneren Bereich des Rohres eine signifikante Bewegung stattfindet. Nur bei einer signifikanten Bewegung ist ein ausreichender Wärmetransport definiert gegeben. Findet nur ein geringer Wärmetransport statt, so steigen die Wärmeverluste erheblich. Im schlimmsten Fall wird sogar gar keine Wärme mehr transportiert. Bild 8-5: Geschwindigkeitsprofil im Rohr bei a) laminarer Strömung b) turbulenter Strömung Die Geschwindigkeiten in Rohrleitungen sollten möglichst immer über 0,2 m/s liegen. Sind sie kleiner als 0,2 bzw. 0,1 m/s, so ist mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass der Wärmetransport maßgeblich beeinflusst ist. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 101 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Unter den beschriebenen Annahmen ergibt sich für das Nordnetz folgendes Ergebnis: Bild 8-6: Hydraulische Simulationsergebnisse Nordnetz Einspeiseleistung Wärmeverluste im HL-Fall Massenstrom Max. / Min. Druck Netz 2.293 kW 26 kW 98 t/h 4,8 / 2 bar Beurteilung Ergebnisse Hydraulische Simulation Nordnetz In vielen Rohrleitungen liegt die Geschwindigkeit unter 0,5 m/s, in manchen sogar unter 0,2 m/s. Abhilfe könnte der Austausch der Rohrleitungen durch kleinere Nennweiten schaffen. Kleinere Nennweiten bedeuten bei einer gleichen Wärmeübertragung eine höhere Rohrgeschwindigkeit. Damit reduzieren sich die Wärmeverluste. Die beschriebene Problematik der niedrigen Rohrgeschwindigkeiten ist nicht durch die Trennung der Netze bedingt, sondern alleine durch den reduzierten Wärmebedarf. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 102 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für das Südnetz stellt sich in der Simulation das folgende Ergebnis ein: Bild 8-7: Hydraulische Simulationsergebnisse Südnetz Einspeiseleistung Wärmeverluste im HL-Fall Massenstrom Max. / Min. Druck Netz 1.507 kW 37 kW 64 t/h 4,9 / 2 bar Beurteilung Ergebnisse Auch in diesem Fall ist ersichtlich, das in einigen Leitungen deutlich zu niedrige Rohrgeschwindigkeiten vorliegen. Auch in diesem Fall gibt es Probleme mit dem Wärmetransport. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 103 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Sommerkonzept Solarthermie Testnetz „Solarnetz 1“ Aufgabenstellung: Die Wärmeversorgung des Trinkwarmwasserbedarfs wird im Sommer durch Solarfelder abgedeckt. Während der Mittagszeiten besitzen die Solarfelder einen hohen Wärmeertrag, dem ein geringer Trinkwarmwasserbedarf gegenübersteht. Die überschüssigen Erträge sollen im zentralen Wärmespeicher im Heizwerk eingelagert werden. In den Morgenstunden ist der Trinkwarmwasserbedarf höher als der solare Ertrag. Zu diesem Zeitpunkt soll die Wärme aus dem zentralen Wärmespeicher eine Wärmeversorgung des Netzes gewährleisten. Während des Netzbetriebs im Sommer 2009 trat im B&O Parkgelände das Problem auf, dass während der ertragreichen Mittagsstunden kaum Energieeintrag im Speicher erfolgt. In der folgenden Analyse soll die Situation nachgebildet, deren Ursachen identifiziert und eine Lösung erarbeitet werden. Nachbildung Lastsituation: Um die Situation analysieren zu können, wurde auf Grundlage von Messdaten vom 02.09.2009 um 13 Uhr eine Lastsituation mit dem Simulationsprogramm sisHYD nachgebildet. Dazu wurden die Einspeiseleistungen der Solarfelder in das Modell integriert. Tab. 8-1: Einspeiseleistungen Solarfelder Als Verbrauchslasten wurden außerdem der Trinkwarmwasserverbrauch der einzelnen Gebäude im Modell integriert (Tab. 8-2). Außerdem wurden die Pumpen der Einspeiser exakt mit der zugehörigen Pumpenkennlinie nachgebildet (Bild 8-8) Tab. 8-2: Verbräuche Trinkwarmwasser Bild 8-8: Kennlinie Wilo Stratos 30/1-8CAN PN10 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 104 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Diese Eingabeparameter wurden in das Simulationsprogramm hinterlegt und die Ergebnisse anschließend analysiert. Bild 8-9: Hydraulische Simulationsergebnisse Sommerlastfall Von den eingespeisten Wärmemengen der Solarflächen in Höhe von 233 kW kommt beim zentralen Wärmespeicher im Heizhaus eine Leistung von 130 kW an. Dies bedeutet, dass der Speicher sich bei konstanter Sonneneinstrahlung nach ca. 37 Minuten um 1 Kelvin erwärmt. Zusätzlich benötigt der Transport der Wärme vom ersten solaren Einspeiser zum Wärmespeicher ca. 69 Minuten. Für eine Erwärmung des Speichers um 2 Kelvin würden 69 min + 2 x 37 min = 143 min vergehen. Tab. 8-3: Erwärmung Netzspeicher Erkenntnisse: Durch die Simulation ist festzuhalten, dass der Standort des Speichers nicht optimal ist. Dieser ist hydraulisch zu weit von der Erzeugung entfernt. Daraus resultiert eine lange Transportzeit. Zukünftig sollte er sich näher an der Erzeugung befinden. Ein geeigneter Standort scheint dafür Gebäude 350b zu sein. Des Weiteren sind die Nennweiten des Netzes deutlich überdimensioniert. Die Überdimensionierung verursacht sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohren. Diese wiederum bedingen lange Transportzeiten bei relativ geringen Distanzen. Durch eine Dimensionierung könnten optimalere Nennweiten ermittelt werden. Diese würden bei einem Bau von neuen Leitungen die alten ersetzen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 105 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Winterkonzept „konventionelle“ Wärmeerzeugung „Solarnetz 1“ Aufgabenstellung: Während im Sommer der Wärmebedarf weitgehend durch die Solarfelder abgedeckt wird, wird die Wärmeversorgung im Winter vom Heizhaus aus mittels fossiler Brennstoffe gewährleistet. Messdaten im Winter 2009/2010 deuten auf einen ungewöhnlich hohen Wärmeverlust im Wärmenetz hin. Ziel der folgenden Simulation ist es, die Messdaten auf Plausibilität zu prüfen und zu analysieren. Mögliche Ursachen für die Wärmeverluste sollen identifiziert werden. Am Ende sollen Maßnahmen benannt werden, um die Wärmeverluste zu senken. Messdaten: Um die Messwerte zu analysieren stellte die B&O Wohnungswirtschaft Messdaten bereit, die zwischen dem 21.12.2009 um 11:30 und dem 22.12.2009 um 18:00 aufgezeichnet wurden. Die Messdaten sind in der Wärmebilanz abgebildet (siehe Bild 8-10). Bild 8-10: Erwärmung Netzspeicher Die Werte in den Farben grün und rot wurden aus Messwerten abgeleitet. Durch die Messdaten konnten die Wärmeverluste in dem grünen Gebiet und dem roten Gebiet ermittelt werden. Außerdem wurden die gesamten Leitungslängen (Vor- und Rücklauf) des Gebiets durch Summieren ermittelt. Dadurch konnten die spezifischen Wärmeverluste (Wärmeverluste pro Trassenmeter) ermittelt werden. In dem Gebiet vom Einspeiser bis zum Gebäude 353 (grün) liegt der spezifische Wärmeverlust mit 72,1 W/m zwar hoch, allerdings kann aufgrund von Alterungserscheinungen und geringer Fließgeschwindigkeiten ein solcher Wert zustande kommen. Im Gebiet zwischen Gebäude 353 und den verbleibenden Gebäuden (rot) ergibt sich ein deutlich höherer spezifischer Wärmeverlust von 169,1 W/m. Dieser spezifischer Wärmeverlust ist fast so hoch wie der für ungedämmte, erdverlegte Stahlrohre (s. Tabelle 8-4). RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 106 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Tab. 8-4: Spez. Wärmeverluste für ungedämmte Stahlrohre In diesem Bereich müssen also neben der Alterserscheinung der Dämmung weitere Ursachen für solch massive Wärmeverluste existieren oder die Messung ist fehlerhaft. Die Vorlauftemperatur betrug zu diesem Zeitpunkt ca. 80 °C und die Rücklauftemperatur ca. 67 °C an der Einspeisung. Simulation: Im nächsten Schritt wurde der gemessene Lastfall in der Simulation nachgebildet. Hierbei wurden die Verbrauchswerte laut Messdaten in das sisHYD-Modell eingepflegt. Außerdem wurden alle Leitungen mit ihrer Nennweite und der Länge aufgenommen. Die Wärmekoeffizienten [W / (K * m)] von Rohrherstellern wurden für die einzelnen Nennweiten übernommen. Diese wurden um einen Alterungsfaktor mit dem Wert 3 ergänzt. Dies bedeutet eine hohe Alterung der Dämmung, die allerdings in anderen Wärmenetzen real ermittelt wurde. Für die Simulation werden für die Druckverlustberechnung ein Rücklaufdruck von 2 bar an der Einspeisung und ein Differenzdruck an dem kritischen Verbraucher von 1 bar angenommen. Für diese Ergebnisse wird ebenfalls eine Wärmebilanz erstellt. Bild 8-11: Erwärmung Netzspeicher Insgesamt ergibt die Simulation einen Wärmeverlust von 146 kW. Trotz eines Alterungsfaktors, der mit 3 hoch angesetzt ist, ergibt sich eine Einspeisemenge von 406 kW. Diese liegt deutlich unter der gemessenen Menge von 500 kW. Der gemessene Wärmeverlust des ersten Abschnitts (grünes Gebiet Abb. 8-11) könnte durch eine reine Alterung der Dämmung bedingt sein. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 107 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Erkenntnisse: Da die Messwerte extrem hoch sind, wurde ein weiteres schrittweises eskalierendes Vorgehen gewählt. Bild 8-12: Weiteres Vorgehen 1. Zuerst sollte im gesamten Gebiet nach geöffneten Bypässen (Überströmventilen) oder stillen Verbrauchern gesucht werden. Es muss ausgeschlossen werden, dass im Netz ein Verbrauch stattfindet, der bisher nicht in die Bilanz eingegangen ist. Ein Verbrauch kann auch sein, dass vom Vorlauf Wasser in den Rücklauf strömt. Im Heizlastfall sollte prinzipiell eine Rücklauftemperatur TRL < 67 °C erreicht werden, da sonst Hinweise auf die beschrieben Problematiken existieren. 2. Um die Wärmeverluste räumlich einzugrenzen, ist es sinnvoll, eine mobile Heizstation an unterschiedlichen Standorten anzuschließen. Damit wird ermöglicht, unterschiedliche Gebiete unabhängig zu messen, ohne die Versorgung der Verbraucher zu unterbrechen. Wenn in einem von der mobilen Station versorgten Teilnetz noch immer eine zu hohe Verlustleistung gemessen wird, lässt sich das betroffene Gebiet so identifizieren. Wenn die Verlustleistung an der mobilen Heizzentrale nicht anliegt, liegt der Fehler in dem Teilnetz, das noch vom Heizhaus aus versorgt wird. 3. Wenn beim Einsatz der mobilen Heizzentrale hohe Verlustleistungen in einem Teilnetz identifiziert werden, ist dort erneut nach Bypässen und stillen Verbrauchern zu suchen. Da die hohen Verluste weiterhin im Nordnetz sind, sollte erneut versucht werden, diese zu lokalisieren. 4. Ein Bohrkern ist aus der Wärmedämmung der Rohrleitung in identifiziertem Problembereich zu ziehen. Wenn ein zusätzlicher Verbrauch vorher ausgeschlossen wurde, können die Verluste durch eine extrem schlechte Qualität der Dämmung verursacht werden. Dies gilt es zu prüfen. 5. Bei diesem Punkt sollten weitere Faktoren überprüft werden wie: ¾ Leitungen von Gebäuden ohne Verbrauch ¾ zusätzliche nicht aufgeführte Kunden ¾ Wasserverluste ¾ falsche Regelung ¾ fehlerhafte Messwerte 6. Laut Simulationen und Messwerten sind die Rohrgeschwindigkeiten teilweise sehr niedrig. Ab einer gewissen Geschwindigkeit in den Rohrleitungen liegen keine turbulenten, sondern RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 108 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht laminare Strömungen vor. Dadurch wird die Wärmeübertragung in den Rohren stark negativ beeinflusst. Dies bedeutet, dass die Wärmeverluste steigen. Abhilfe könnte eine neue Dimensionierung der Rohrleitungen schaffen. Während des weiteren Verlaufes des Projektes wurden dieses Vorgehen teilweise bereits umgesetzt und somit (Teil)-Ursachen für die hohen Netzverluste eliminiert. Es wurden mehrere stille Verbraucher identifiziert. Es ergab sich, dass die Messinstrumente im roten Gebiet erhebliche Messfehler aufweisen. Außerdem wurde herausgefunden, dass größere Verluste im Trassenabschnitt über den Moosbach mit einem spezifischen Wärmeverlust von 90 W/m a vorliegen. Hinweis RK-S im Rahmen der Erstellung des Gesamtschlussberichtes: Die oben dargestellten hydraulischen Berechnungen zum Winterfall beruhen auf Messdaten, welche später stark korrigiert werden mussten. Als Problembereich mit überhöhten Leitungsverlusten stellt sich demgemäß eher das Wärmenetz zwischen Heizhaus Geb. 347 und Geb 350 und 352 dar. Der Netzbereich ab Geb. 350 nach Norden zu 353, 354 und 355 sowie zu 356 und zum Hotelbereich liegen dagegen in plausiblen Grenzen bezüglich der Netzwärmeverluste. Näheres dazu in Kapitel 12.1, wo die entsprechenden Messungen durch B&O dargestellt werden. 8.3 Methodik der Simulation von Versorgungsalternativen mit POLIS GEF Für das B&O-Parkgelände sollen mit Hilfe des Optimierungswerkzeugs POLIS vier Varianten der Wärmeversorgung simuliert und miteinander verglichen werden. Ursprünglich war vorgesehen, dass in jeder dieser vier Varianten die Versorgung des gesamten Netzes mit Wärme simuliert werden sollte. Nach der Diskussion über eine mögliche Netztrennung wurde entschieden, dass je zwei Varianten für den Südteil und zwei Varianten für den Nordteil des Netzes untersucht werden sollen: Südnetz: Modernisierung des vorhandenen Kessels (Referenzvariante) großer Speicher zur Pufferung mehrerer Tage Südnetz: Kleines Biogas-BHKW, Spitzenkessel auf Holzhackschnitzel-Basis großer Speicher zur Pufferung mehrerer Tage Nordnetz: Solare Einspeisung ins Fernwärmenetz (100% Sommerdeckung) kleines Biogas-BHKW für die Heizungsgrundlast, plus HolzhackschnitzelSpitzenkessel, großer Speicher zur Pufferung mehrere Tage Nordnetz: Solare Einspeisung ins Fernwärmenetz (100% Sommerdeckung) Nacherwärmung für die Trinkwarmwassererwärmung/Heizung über dezentrale Wärmepumpen, Holzhackschnitzel-Spitzenkessel bei leerem Solarspeicher und schlechter Wärmepumpen-Arbeitszahl POLIS steht für Programmpaket zur Optimierung Lokaler InfrastrukturSysteme und basiert auf den Methoden der linearen Optimierung. Es ist ein Energiesystemmodell, das Technologien mit individuell unterschiedlichem, aber höherem Detaillierungsgrad abbildet. Die Nachfrage nach Energie wird in Form stundenscharfer Jahreslastgänge für jedes Gebäude angegeben. Zielfunktionen der Optimierung können wahlweise minimierte Kosten oder minimierte Emissionen (z.B. CO2) sein. Für eine ausführliche Beschreibung des Werkzeugs siehe [8-3]. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 109 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Beim Konzept einer Nullenergiestadt sind Null-Emissionen ohnehin durch die Technologieauswahl der Erzeugungsvarianten vorgegeben, daher steht bei der POLIS-Simulation die Ermittlung und der Vergleich der Kosten im Fokus. Bei Projektstart waren für einen Teil der Erzeugungsinfrastruktur bereits Investitionsentscheidungen gefallen – so z.B. für den Mehrtagesspeicher sowie für einen Teil der Sonnenkollektoren und der Wärmepumpen. Der Mehrtagesspeicher wird deshalb in allen Szenarien als vorhanden vorausgesetzt. Innerhalb der Vorgaben für die vier Varianten besteht nur ein begrenzter Spielraum für eine Optimierung, so dass POLIS in diesem Projekt vornehmlich als Simulations-, denn als Optimierungswerkzeug eingesetzt wird. Neu ist die Anwendung von POLIS auf Energiesysteme (Südnetz und Nordnetz), die beide nur aus einer niedrigen zweistelligen Zahl von Gebäuden bestehen. So wird erstmals versucht, Elemente der Haustechnik wie Kurzzeitspeicher und Wärmepumpen auf Gebäudeebene nachzubilden. Zur Abbildung eines Energiesystems mit POLIS stehen als Bausteine (=Prototypen) Energiequellen, Netze, Umwandlungen und Energiesenken zur Verfügung. Um das Modell aufzubauen, werden die Modellbestandteile zunächst jeweils einem Prototypen zugeordnet (Wärmeerzeuger, Speicher, gekoppelter Erzeuger, regenerativer Erzeuger, etc.) und dann mit individuellen Parametern für Kosten und Emissionen realitätsnah definiert (Wirkungsgrad, Kapitalkosten, betriebsgebundene Kosten, Brennstoffkosten, Emissionen pro erzeugter Kilowattstunden, etc.). Auf der Nachfrageseite wird der Wärmebedarf jedes Gebäudes in Form des synthetisch ermittelten Lastgangs in stundenscharfer Aufschlüsselung hinterlegt. Bild 813 zeigt eine Ausschnitt der POLIS-Struktur für Variante 3. Bild 8-13: Beispiel eines einfachen Energiesystems in POLIS RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 110 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Der Energiebedarf fungiert innerhalb des Modells als Treiber. Ausgehend vom Bedarf (auf der rechten Seite der Grafik) ermittelt das System diejenige Energiequelle, mit der sich der Verbrauch zum aktuellen Zeitpunkt am ökonomischsten decken lässt. Der Systemantrieb erfolgt im Modell also in Gegenrichtung zum Energiefluss in einem realen Energiesystem, in dem Wärme oder Strom vom Erzeuger zum Verbraucher transportiert werden müssen. POLIS ermittelt für das modellierte Energiesystem stundenscharfe Lastgänge für die einzelnen Wärmeerzeuger, die den Energiebedarf aller Netze zu jedem Zeitpunkt mindestens decken und gleichzeitig am kostengünstigsten sind bzw. die niedrigsten Emissionen aufweisen. Für den Prototyp der regenerativen Erzeuger können Jahresdargebotlastgänge hinterlegt werden, die sich z.B. am Solarangebot ausrichten. Die Einheit der Energieströme sind Kilowattstunden. Temperaturen z.B. im Wärmenetz können in POLIS bisher nicht abgebildet werden. In diesem Punkt unterscheidet sich das Werkzeug von Simulationswerkzeugen für den Erzeugereinsatz oder für die Gebäudetechnik. Bild 8-14 zeigt ein Beispiel für ein POLIS-Ergebnis für den Erzeugereinsatz in Variante 3 während der ersten fünf Januartage im Startjahr 2010. Die KWK-Anlage erzeugt zum Teil mehr Energie als gerade verbraucht wird und lädt damit den zentralen Netzspeicher. Das ist ökonomisch sinnvoll, weil für den aus Biogas erzeugten Strom zusätzlich eine Vergütung nach dem EEG erzielt werden kann. Wenn in den Morgenstunden Lastspitzen auftreten, werden diese aus dem Speicher gedeckt. Der Holzhackschnitzel - Spitzenkessel wird während dieses Zeitraums nicht benötigt. An sonnigen Tagen kann tagsüber ein Teil des Wärmebedarf durch die Sonnenkollektoren gedeckt werden. Es entstehen sogar solare Überschüsse in einigen Gebäuden. Diese werden ins Netz eingespeist und in Gebäuden ohne Kollektor genutzt. Nach Sonnenuntergang wird für kurze Zeit auch noch Energie über die Gebäudespeicher bereitgestellt. Wärmebedarf Nordnetz Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Biogas-KWK Entnahme aus Gebäude-Pufferspeichern Entnahme aus dem zentralen Netzspeicher Nutzung der solaren Einspeisung ins Fernwärmenetz solarer Direktverbrauch in den Gebäuden 1400 Leistung Sekundärenergie [kW] 1200 1. - 5. Januar 1000 800 600 400 200 0 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Bild 8-14: Beispiel für ein Optimierungsergebnis auf Basis von Variante 3 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 111 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für die Simulation der Erzeugungskonzepte wird für alle vier Varianten zunächst das Energiesystem im Ausgangsjahr 2010 modelliert. Anschließend werden für die Stützjahre 2015, 2020, 2025 und für das Zieljahr 2030 die Parameter für die Brennstoffkosten angepasst und erneut die jeweils optimale Versorgungsoption ermittelt. Auf der Nachfrageseite wird unterstellt, dass der Energiebedarf der Gebäude nach der aktuellen Sanierung bis 2030 unverändert bleibt. Die wirtschaftliche Bewertung erfolgt auf Basis der Annuitätenmethode. Für jedes Jahr werden drei Szenarien mit verschiedenen Zinsniveaus und Preissteigerungsraten berechnet. Dabei wird unterstellt, dass die Brennstoffkostensteigerung im Bereich der regenerativen Energien nur 2/3 der Steigerung im fossilen Bereich beträgt. Für das optimistische Szenario werden dabei niedrige Zinsen mit hohen Brennstoffkosten kombiniert. Bei einer solchen Konstellation amortisieren sich Investitionen in Energieeffizienz und erneuerbare Energien am schnellsten. Jährliche Preis- Jährliche Preissteigerungsrate Kalkulatorischer steigerungsrate Öl Biogas/Holzhackschnitzel Zinssatz optimistisches Szenario 9% 6% 4% mittleres Szenario 6% 4% 5,5% pessimistisches Szenario 3% 2% 7% Tab. 8-5: Übersicht über Preispfade für die Szenarien Insgesamt werden für 5 Stützjahre x 3 Szenarien x 4 Varianten POLIS-Rechnungen durchgeführt. 8.4 Versorgungsalternativen Südnetz GEF Im Südteil des Geländes sollen zukünftig insgesamt zwölf Gebäude durch das Fernwärmenetz versorgt werden. Der energetische Sanierungsstandard ist im Südteil nicht so hoch wie im Norden des Parkgeländes. Auf Basis der synthetischen Jahreslastgänge weisen die zwölf Gebäude im Durchschnitt einen jährlichen Wärmeenergiebedarf von 136 kWh/m²BGF für Heizung und Warmwasser auf. Die Jahreshöchstlast im Südnetz beträgt 2019 kW, die Gesamtjahresarbeit 3490 MWh. Rund 14% der Gesamtarbeit wird für die Trinkwarmwassererwärmung benötigt. Für den Südteil werden zwei Varianten mit den folgenden Rahmenbedingungen verglichen: Variante 1 zwei modernisierte Ölkessel thermische Leistung Kessel 1 700 kW zur Abdeckung der Spitzen im Sommer Kessel 2 offen (Optimierung) Wirkungsgrad Kessel 1+2 90% Investition für Modernisierung Kessel 1+2 175 €/kWth Abschreibungsperiode Kessel 1+2 20 Jahre betriebsgeb. Kosten Kessel 1+2 jährlich 1,5% der Neuinvestitionskosten (350 €/kW) Brennstoffkosten Kessel 1+2 0,60 €/Liter (netto) CO2-Emissionen Kessel 1+2 74 t CO2/TJ für leichtes Heizöl RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 112 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht zentraler Speicher Volumen 60 m³ Investitionskosten 50.000 € Abschreibungsperiode 20 Jahre Speicherverluste 1% Variante 2 Biogas-BHKW elektrische Leistung 526 kW elektrischer Wirkungsgrad 40,4% thermischer Wirkungsgrad 42,9% Investitionskosten (nur BHKW) 586 €/kWel Abschreibungsperiode 15 Jahre (Vorgabe B&O) betriebsgeb. Kosten 14 €/MWel Brennstoffkosten 7,983 ct/kWh (netto) Biogasbezugspreis EEG-Vergütung ab 2010 21,45 ct/kWh (NaWaRo und KWK-Bonus) CO2-Emissionen 0 (keine Berücksichtigung der Vorkette) Holzhackschnitzel-Spitzenkessel thermische Leistung Kessel 1 800 kWth Kessel 2 offen (Optimierung) thermischer Wirkungsgrad Kessel 1+2 82,5% Investitionskosten Kessel 1+2 560 €/kWth Abschreibungsperiode Kessel 1+2 20 Jahre betriebsgeb. Kosten Kessel 1+2 jährlich 2% der Neuinvestitionskosten Brennstoffkosten Kessel 1+2 3,25 ct/kWh (netto) für trockene Holzhackschnitzel CO2-Emissionen Kessel 1+2 0 (keine Berücksichtigung der Vorkette) mit Heizwert 4,5 kWh/kg zentraler Speicher wie in Variante 1 Da in Variante 1 nur zwei gleichartige Erzeuger zur Verfügung stehen, die sich allein in der Größe unterscheiden, ermittelt POLIS für alle Stützjahre und alle Szenarien denselben Erzeugereinsatz – lediglich die Kosten variieren. Die Grundlast wird über den kleineren Kessel (700 kWth) gedeckt, in der Mittellast kommt der zweite Kessel zum Einsatz. An insgesamt 23 Stunden pro Jahr wird der zentrale Speicher zur Abdeckung von Lastspitzen herangezogen. Dadurch kann der zweite Kessel etwas kleiner dimensioniert werden (ca. 990 kWth). Bild 8-15 zeigt den Lastgang am Beispiel des optimistischen Szenarios im Jahr 2030: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 113 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Südnetz Variante 1 mod. Öl-Kessel 1 mod. Öl-Kessel 2 zentraler Speicher 2030 opt. 2400 2200 2000 Erzeugerleistung [kW] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden [h] Bild 8-15: Lastgang Variante 1 Sortiert man die Stundenwerte des Jahreslastgangs der Größe nach absteigend, so erhält man die Jahresdauerlinie eines Energiesystems (Bild 8-16): Südnetz Variante 1 zentraler Speicher mod. Öl-Kessel 2 mod. Öl-Kessel 1 2030 opt 2400 2200 2000 Kesselleistung [kW] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 Kessel 1 = 780 kW Feuerungswärmeleistung 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden [h] Bild 8-16: Jahresdauerlinie Variante 1 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 114 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht An der Dauerlinie lässt sich ablesen, dass Kessel 1 zur Deckung der Grundlast eingesetzt wird, Kessel 2 für die Mittel- und Spitzenlast und der zentrale Speicher für extreme Spitzen. Die CO2-Emissionen bleiben in Variante 1 über alle Stützjahre und Szenarien konstant und liegen bei 1033 Tonnen pro Jahr. Brennstoffkosten betriebsgebundene Kosten Kapitaldienst, annuisiert Südnetz Variante 1 1'400'000 1'200'000 1'000'000 Euro 800'000 600'000 400'000 200'000 Bild 8-17: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Kostenvergleich der Szenarien für Variante 1 (2010-2030) Die Kosten in Variante 1 werden stark von den Brennstoffkosten dominiert. Abgesehen vom Startjahr sind die optimistischen Szenarien mit einer jährlichen Brennstoffkostensteigerung von 9% jeweils die Hochkostenszenarien. Im Ausgangsjahr 2010 sind noch keine Brennstoffkostensteigerungen angesetzt, daher erklären sich die Kostenunterschiede zwischen den Szenarien dort durch die unterschiedlichen Zinssätze. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 115 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht zentraler Speicher Biogas-BHKW Holzhackschnitzel-Spitzenkessel 2 Holzhackschnitzel-Spitzenkessel 1 Südnetz Variante 2 4'000'000 Sekundärenergie [kWh] 3'500'000 3'000'000 2'500'000 2'000'000 1'500'000 1'000'000 500'000 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Bild 8-18: Wärmebereitstellung für Variante 2 in den Szenarien 2010 – 2030 In Variante 2 variiert POLIS den Erzeugereinsatz in den verschiedenen Szenarien. Obwohl der Bau eines 526 kWel-Biogas-BHKW in allen Szenarien fest vorgegeben ist, wird das BHKW mit steigendem Biogas-Preis nur noch selten eingesetzt. Ursache hierfür ist, dass die Brennstoffkosten auch bei Biogas Jahr für Jahr ansteigen, die EEG-Vergütung für eingespeisten Strom aus dem Biogas-BHKW jedoch über zwanzig Jahre konstant bleibt. Im Startjahr und auch in den Szenarien 2015 mitt, 2015 pess und 2020 pess liegt die Vergütung im Vergleich zum Biogas-Brennstoffpreis noch so hoch, dass der Einsatz des BHKWs wirtschaftlich ist. Doch bereits bei einer jährlichen Energiepreissteigerung von 6% zwischen 2010 und 2015 (optimistische Szenarien), können die Erlöse aus dem Stromverkauf die gegenüber Holzhackschnitzeln höheren Brennstoffkosten des Biogases nicht mehr wettmachen. In den Szenarien mit hohem Einsatz des Biogas-BHKWs deckt dieses die Grundlast ab. Etwa ca. ein Prozent des Wärmebedarfs wird über den zentralen Speicher abgedeckt, um die Spitzenlast zu reduzieren. Der zweite Holzhackschnitzelkessel benötigt entsprechend in 14 von 15 Szenarien eine Leistung von 292 kW. Nur im Szenario 2030 opt geht der BHKWEinsatz so stark zurück, dass POLIS den zweiten Kessel auf 492 kW vergrößert. Im folgenden Bild sind die Jahreslastgänge für je ein Szenario mit hohem und eines mit niedrigem BHKW-Einsatz vergleichend dargestellt: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 116 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht zentraler Speicher Holzhackschnitzel-Spitzenkessel 2 Holzhackshnitzel-Spitzenkessel 1 Biogas-BHKW Südnetz Variante 2 2400 Szenario 2010 mitt 2200 Szenario 2030 mitt Leistung Sekundärenergie [kWh] 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden Jahresstunden Bild 8-19: Vergleich Erzeugereinsatz in Variante 2: Szenario 2010 mit und 2030 mitt Im Vergleich mit Variante 1 haben die Brennstoffkosten in Variante 2 einen niedrigeren Anteil an den Gesamtkosten. In Szenarien mit hohem BHKW-Einsatz sind die Brennstoffkosten höher, allerdings steht ihnen die EEG-Vergütung aus der Stromeinspeisung gegenüber. Vergleicht man die Wärmegestehungskosten der beiden Varianten für das Südnetz, so liegen die Kosten in Variante 2 stets deutlich niedriger als in Variante 1 (Bild 8-21). Stromvergütung ("negative" Kosten) Brennstoffkosten betriebsgebundene Kosten Kapitaldienst, annuisiert Südnetz Variante 2 900'000 800'000 700'000 600'000 500'000 400'000 Euro 300'000 200'000 100'000 0 -100'000 -200'000 -300'000 -400'000 -500'000 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt -600'000 Bild 8-20: Kostenvergleich der Szenarien für Variante 2 (2010-2030) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 117 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Variante 1 Variante 2 Wärmegestehungskosten 400 350 300 Euro/MWh 250 200 150 100 50 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Bild 8-21: Vergleich der Wärmegestehungskosten Variante 1 und Variante 2 Wärmegestehungskosten [€/MWh] Jahr 2010 2015 2020 2025 2030 Szenario Variante 1 Variante 2 opt 76 32 mitt 77 34 pess 78 37 opt 112 78 mitt 100 68 pess 89 53 opt 167 102 mitt 130 87 pess 101 70 opt 252 124 mitt 170 101 pess 115 83 opt 383 157 mitt 224 117 pess 132 89 Tab. 8-6: Vergleich Wärmegestehungskosten Variante 1 und Variante 2 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 118 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Fazit Ergebnis ist, dass die regenerative Variante 2 gegenüber der fossilen Variante 1 unter den angenommenen Rahmenbedingungen ökologische sowie ökonomische Vorteile bietet. Der Bau eines Biogas-BHKWs ist nicht in allen Szenarien zwischen 2010 und 2030 wirtschaftlich, sondern nur dann, wenn die Biogas-Bezugspreise nicht zu stark ansteigen und noch durch die EEG-Vergütung ausgeglichen werden können. Wenn während der kommenden 20 Jahre tatsächlich mit einer jährlichen Preissteigerung beim Biogasbezug zwischen 2% und 6% zu rechnen ist, ist die Realisierung eines Biogas-BHKWs aus wirtschaftlicher Sicht in Frage zu stellen. 8.5 Versorgungsalternativen Nordnetz GEF Im Nordteil des Geländes sollen zukünftig insgesamt 15 Gebäude über das Fernwärmenetz versorgt werden (Gebäudenummern 350, 352, 353, 354, 355, 356, 358, 359, 360 361, 362, 607, 611, 612, 613). Der energetische Sanierungsstandard ist überwiegend hoch (siehe Kapitel 7.2) .Der auf Basis der synthetischen Lastgänge ermittelte durchschnittliche jährliche Wärmeenergiebedarf für Heizung und Warmwasser liegt mit 64 kWh/m²BGF nur knapp halb so hoch wie der der Gebäude im Südteil des Geländes. Die Jahreshöchstlast im Nordnetz beträgt 1770 kW, die Gesamtjahresarbeit ca. 2010 MWh. Rund 22 % der Gesamtarbeit wird für die Trinkwarmwassererwärmung benötigt. Für den Nordteil werden zwei Varianten mit den folgenden Rahmenbedingungen verglichen: -Variante 3: Biogas-BHKW elektrische Leistung 526 kW elektrischer Wirkungsgrad 40,4% thermischer Wirkungsgrad 42,9% Investitionskosten (nur BHKW) 586 €/kWel Abschreibungsperiode 15 Jahre betriebsgeb. Kosten 14 €/MWel (Vorgabe B&O) Brennstoffkosten im Startjahr 2010 7,983 ct/kWh (netto) Biogasbezugspreis EEG-Vergütung ab 2010 21,45 ct/kWh (NaWaRo und KWK-Bonus) CO2-Emissionen 0 (keine Berücksichtigung der Vorkette) Holzhackschnitzel-Spitzenkessel thermische Leistung Kessel 1 800 kWth Kessel 2 offen (Optimierung) thermischer Wirkungsgrad 82,5% Investitionskosten 560 €/kWth Abschreibungsperiode 20 Jahre betriebsgeb. Kosten jährlich 2% der Neuinvestitionskosten Brennstoffkosten im Startjahr 2010 3,25 ct/kWh (netto) für trockene Holzhackschnitzel CO2-Emissionen 0 (keine Berücksichtigung der Vorkette) mit Heizwert 4,5 kWh/kg RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 119 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht zentraler Speicher Volumen 60 m³ Investitionskosten 50.000 € Abschreibungsperiode 20 Jahre Speicherverluste 1% Sonnenkollektoren thermische Leistung abhängig von Kollektorfläche, s. Tabelle unten thermischer Wirkungsgrad abhängig von Kollektortyp u. Ausrichtung, s. Tabelle unten Investitionskosten 305 €/m² Abschreibungsperiode 20 Jahre betriebsgeb. Kosten jährlich 1% der Neuinvestitionskosten CO2-Emissionen 0 (keine Berücksichtigung der Vorkette) Gebäude-Pufferspeicher (nur für die Gebäude modelliert, auf denen auch Sonnenkollektoren installiert sind) Volumen unterschiedlich, s. Tabelle Investitionskosten 0,80 €/Liter Abschreibungsperiode 20 Jahre Speicherverluste 1% Gebäude 353 354 355 356 358 361 362 607 Kollektorfläche [m²] 213 200 200 946 2.000 100 60 30 Gesamtwirkungsgrad Kollektorsystem Volumen Puffer [Liter] max. Wärmeinhalt Puffer [kWh] Tab. 8-7: 0.28 0.31 0.31 0.24 0.28 0.28 0.28 0.24 2.000 2.000 1.000 kein Puffer 24.000 3.000 5.000 400 46 46 23 kein Puffer 557 70 116 9 Übersicht Kenndaten Kollektoren und Gebäudepufferspeicher in Variante 3 Der Kollektorwirkungsgrad berücksichtigt die Verluste aus dem Kollektortyp, der Ausrichtung der Kollektoren (Dachneigung, Orientierung) sowie die Systemverluste bis zum Übergang ins Fernwärmenetz (Sekundärseite der thermischen Solaranlage). Variante 4 Holzhackschnitzel-Spitzenkessel wie in Variante 3 zentraler Speicher wie in Variante 3 Sonnenkollektoren wie in Variante 3 Gebäude-Pufferspeicher (nur für die Gebäude modelliert, auf denen auch Sonnenkollektoren installiert sind) wie in Variante 3 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 120 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Wärmepumpen zur Trinkwarmwassererwärmung thermische Leistung s. Tabelle unten durchschnittliche Jahresarbeitszahl 5 Investitionskosten 8 kWel-Wärmepumpe 570 €/ kW Abschreibungsperiode 15 Jahre betriebsgeb. Kosten jährlich 1% der Neuinvestitionskosten 20 kWel-Wärmepumpe 360 €/ kW Brennstoffkosten im Startjahr 2010 9,25 ct/kWh (netto) CO2-Emissionen 0 (Ausgleich durch mengengleiche regenerative Stromerzeugung) Gebäude 350 353 354 355 356 358 359 360 361 362 8 8 8 8 3x8 3 x 20 20 20 12 12 Wärmepumpe [kWel] Tab. 8-8: Übersicht Kenndaten Kollektoren und Gebäudepufferspeicher in Variante 3 Ergebnisse für Variante 3 Die POLIS-Simulation für Variante 3 zeigt, dass auch hier – analog zu Variante 2 – das Biogas-BHKW in Szenarien mit niedrigeren Brennstoffpreisen zur Deckung der Heizungsgrundlast verwendet wird. In Szenarien mit höheren Brennstoffkosten wird das Biogas-BHKW von POLIS nur noch wenige Stunden pro Jahr eingesetzt – und das selbst unter der Vorgabe, dass die Investition ins BHKW ohnehin getätigt ist. Ursache sind die im Vergleich zu Holzhackschnitzeln deutlich höheren Brennstoffkosten für Biogas, die durch die EEG-Vergütung in den Szenarien mit hohen Brennstoffkostensteigerungen nicht mehr ausgeglichen werden können. In diesen Szenarien wird hauptsächlich der Holzhackschnitzelkessel eingesetzt. Entsprechend ist das BHKW nur eine Art Leistungsreserve und für das Gesamtsystem unbedeutend. solare Einspeisung plus zent. und dez. Speicher Biogas-BHKW Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Nordnetz Variante 3 2'500'000 Sekundärenergie [kWh] 2'000'000 1'500'000 1'000'000 500'000 Bild 8-22: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Wärmebereitstellung für Variante 3 in den Szenarien 2010 – 2030 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 121 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Die Größen der Kollektorflächen und Gebäudespeicher sind für die Simulation fest vorgegeben worden und stellen damit für POLIS unvermeidbare Systemkosten dar. Bei der Solarenergie fallen keine zusätzlichen Brennstoffkosten an, entsprechend ist diese Energieform in der Simulation stets die günstigste und wird von POLIS mit Priorität genutzt. In allen Szenarien wird daher ca. 40% der benötigten Jahreswärmeenergie direkt aus den Kollektoren oder aus den Speichern gedeckt. In allen 15 Szenarien wird ein zweiter Holzhackschnitzelkessel zur Regelabdeckung nicht benötigt. Die wenigen Stunden Spitzenlast deckt POLIS aus seiner Logik heraus mit dem BHKW ab, dessen Investitionskosten in den Rahmenbedingungen als fest vorgegeben definiert wurden und die daher unvermeidbare Systemkosten darstellen. Zur Abdeckung der Spitzenlast fallen für POLIS beim BHKW nur noch die Brennstoff- und Wartungskosten an, während ein zweiter Holzhackschnitzelkessel auch zusätzliche Investitionskosten verursachen würde. In der Realität würde in diesem Fall ein Heizwerk statt eines BKWH eingesetzt. Im Sommer kommt es in Variante 3 im Nordnetz tagsüber zu hohen solaren Überschüssen (siehe folgendes Bild). Diese werden im POLIS-Modell in den dezentralen Gebäudespeichern und im zentralen Netzspeichern eingelagert. So können Tage mit geringem Solarangebot überbrückt werden. In allen Szenarien kann der Wärmebedarf von Ende April bis Mitte September ausschließlich durch Solarenergie und Speicher gedeckt werden. Nordnetz Variante 3 Wärmebedarf Nordnetz Entnahme aus dem zentralen Netzspeicher Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Biogas-KWK solare Einspeisung ins Fernwärmenetz Entnahme aus Gebäude-Pufferspeichern solarer Direktverbrauch in den Gebäuden 2010 mitt 2000 1800 Leistung Sekundärenergie [kW] 1600 29. Juni - 4. Juli 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 4300 4320 4340 4360 4380 4400 4420 4440 Jahresstunden Bild 8-23: Beispiel Wärmebereitstellung im Sommer (Variante 3, Szenario 2010 mitt) Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten, dass POLIS als Energiesystemwerkzeug keine Temperaturen und keine Fließgeschwindigkeiten im Fernwärmenetz abbildet. Im Modell kann daher eine Energiemenge von beispielsweise 50 kWh im zentralen Speicher sofort von jedem Gebäude mit entsprechendem Bedarf abgerufen werden, während in der Realität im Speicher zwar noch Energie vorhanden sein kann, das Wasser aber evtl. kein ausreichendes Temperaturniveau für die Trinkwassererwärmung mehr aufweist (< 65 °C) und auch RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 122 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht mehrere Stunden benötigen würde, um vom Speicher zu den einzelnen Gebäuden transportiert zu werden. In der POLIS-Simulation wird der Beitrag der Solarenergie und der Speicher deshalb von der Tendenz her überschätzt. Auf der anderen Seite ist ein thermohydraulisches Werkzeug wie sisHYD nicht geeignet, das Energiesystem als Ganzes zu optimieren. Generell ist anzumerken, dass die Verknüpfung eines Energiesystemwerkzeuges wie POLIS mit einem thermohydraulischen Werkzeug wie sisHYD die beschriebene Problematik abschwächen, jedoch nicht gänzlich beseitigen würde. Die softwareseitige Verknüpfung beider Analysewerkzeuge in ein gemeinsames Werkzeug ist aus derzeitiger Sicht noch nicht umsetzbar. Theoretisch wäre es heute möglich, sämtliche Lastsituation über ein Jahr thermohydraulisch und instationär zu simulieren und die Ergebnisse als Netzrestriktionen in das POLIS-Modell einzupflegen. Diese Lösung scheitert aber in der Praxis, da die Mehrerkenntnisse in keinem sinnvollen Verhältnis zum Aufwand stehen (thermohydraulische Simulation von z.B. 8760 verschiedenen Lastsituationen für jede einzelne Jahresstunde und deren Vorgabe als Netzrestriktion in POLIS bei iterativem Vorgehen). Aus diesem Grund wird für die Energiesystemoptimierung des Parkgeländes die Einschränkung akzeptiert, dass Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten nicht abgebildet werden können. Die Kostenstruktur von Variante 3 im Nordnetz ist – verglichen mit Variante 2 im Südnetz – durch einen deutlich höheren Anteil der Kapitalkosten an den Gesamtkosten charakterisiert, während die Brennstoffkosten einen geringeren Anteil ausmachen. Hier spiegelt sich der hohe Anteil an Solarenergie, die zwar hohe Investitionen erfordert, aber keine Brennstoffkosten verursacht. Bis 2020 dominiert entsprechend das Zinsniveau die Kostenunterschiede zwischen den optimistischen, mittleren und pessimistischen Szenarien. Die optimistischen Szenarien mit dem niedrigsten Zinssatz sind jeweils am kostengünstigsten. Erst ab 2025 führen Steigerungen in den Brennstoffkosten dazu, dass die pessimistischen Szenarien die kostengünstigsten werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 123 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Stromvergütung ("negative" Kosten) Brennstoffkosten betriebsgebundene Kosten Kapitaldienst, annuisiert Nordnetz Variante 3 600'000 500'000 400'000 300'000 Euro 200'000 100'000 0 -100'000 -200'000 Bild 8-24: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt -300'000 Kostenvergleich der Szenarien für Variante 3 (2010-2030) Wie in Variante 2 führen steigende Brennstoffkosten beim Biogas dazu, dass die EEGVergütung nicht mehr ausreicht, die Mehrkosten im Vergleich zu Holzhackschnitzeln zu rechtfertigen. Bei den Szenarien mit hoher Brennstoffkostensteigerung (opt) ist dies bereits ab 2015 der Fall, bei den Szenarien mit niedrigere Kostensteigerung (pess) erst ab 2025. Ergebnisse für Variante 4 In Variante 4 entfällt gegenüber Variante 3 das Biogas-BHKW als Erzeugungsanlage. In einem Teil der Gebäude werden stattdessen Wärmepumpen installiert (siehe Tabelle 8-8). Für die Simulation wird vorgegeben, das Sonnenkollektoren, Gebäudepufferspeicher, Wärmepumpen und der zentrale Netzspeicher in vorgegebener Größe installiert werden, ebenso wie ein Holzhackschnitzelkessel mit einer Leistung von 800 kWth. Offen für die Simulation bleibt allein die Größe des zweiten Holzhackschnitzel-Spitzenkessels. Als Randbedingung wird außerdem festgelegt, dass die Wärmepumpen nur in der Übergangszeit, in den Zeiträuen Anfang März bis Ende April und Anfang September bis Ende Oktober, eingesetzt werden dürfen. Im Sommer ist ein Einsatz der Wärmepumpen nicht notwendig, das Solarangebot reicht – wie in Variante 3 - zur Deckung des Bedarfs aus. Für die Wintermonate wird dagegen unterstellt, dass die gewünschte durchschnittliche Ziel-Jahresarbeitszahl von 5 nicht erreicht werden kann, wenn die Wärmepumpen auch im Winterheizbetrieb eingesetzt würden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 124 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Entnahme aus Gebäude-Pufferspeichern solarer Direktverbrauch in den Gebäuden Entnahme aus dem zentralen Netzspeicher Wärmepumpen Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Variante 4 2000 1800 Leistung Sekundärenergie [kW 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresstunden Bild 8-25: Jahreslastgang mit Erzeugereinsatz für Variante 4 Szenario 2010 mitt (ähnlich für alle anderen Szenarien) Anders als in der Simulation kommen die Wärmepumpen im realen Betrieb im Parkgelände auch im Sommer zum Einsatz, an den Tagen, an denen die solare Einstrahlung nicht ausreicht, um die zur Trinkwarmwassererwärmung notwendigen Temperaturen zu erreichen. Die Simulation für die Jahre 2010 bis 2030 zeigt bei allen 15 Szenarien einen weitgehend gleichen Erzeugereinsatz. Die Solarenergie, Gebäudespeicher und zentraler Speicher decken – wie in Variante 3 – etwa 40 % des Jahreswärmebedarfs. Die Wärmepumpen erzeugen rund 6 % der Wärme. POLIS setzt in der Übergangszeit vorrangig die Wärmepumpen und nicht die Holzhackschnitzelkessel ein, weil die Wärmepumpen unter den gewählten Randbedingungen (Jahresarbeitszahl 5) wirtschaftlicher sind. Dies gilt nicht nur im Startjahr 2010, sondern auch in allen Stützjahren bis 2030, obwohl die jährliche Preissteigerung bei den Holzhackschnitzeln niedriger angenommen wird als die Preissteigerung beim Strom. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 125 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht solare Einspeisung plus zent. und dez. Speicher Holzhackschnitzel-Spitzenkessel Wärmepumpen Nordnetz Variante 4 2'500'000 Sekundärenergie [kWh] 2'000'000 1'500'000 1'000'000 500'000 Bild 8-26: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Wärmebereitstellung für Variante 4 in den Szenarien 2010 – 2030 Für alle 15 Szenarien wird der zweite Holzhackschnitzelkessel auf 370 kWth dimensioniert. Der Kostenvergleich der Szenarien in der folgenden Grafik zeigt, dass Variante 4 noch stärker als Variante 3 vom Kapitaldienst dominiert wird. Bis ins Stützjahr 2020 ist das Szenario mit den höchsten Zinsen (opt) das teuerste. Erst ab 2025 bestimmt die Höhe der Brennstoffkosten, welches der drei Szenarien die höchsten Kosten verursacht ist. Die Gesamtkosten in Variante vier liegen in allen Szenarien höher als in Variante 3. Brennstoffkosten betriebsgebundene Kosten Kapitaldienst, annuisiert Nordnetz Variante 4 600'000 500'000 Euro 400'000 300'000 200'000 100'000 Bild 8-27: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 mitt 2015 pess 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Kostenvergleich der Szenarien für Variante 4 (2010-2030) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 126 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Ursache für die im Vergleich zu Variante 3 höheren Kapitalkosten sind zwei miteinander verknüpfte Effekte, die am Beispiel der mittleren Szenarios für Stützjahr 2010 erläutert werden. Wärmepumpen haben hohe spezifische Investitionskosten bei gleichzeitig kurzer Einsatzzeit, weil sie im Sommer wegen mangelnden Bedarfs und im Winter wegen schlechter Jahresarbeitszahl nicht genutzt werden. Das führt dazu, dass in Variante 4 im Winter ein zweiter Holzhackschnitzel-Spitzenlastkessel benötigt wird. In Variante 3 kann auf einen solchen Kessel verzichtet werden, weil das Biogas-BHKW sowohl die Teillast in der Übergangszeit abdeckt als auch die Höchstlast im Winter reduziert. Auch ein Vergleich der Wärmegestehungskosten von Variante 3 und 4 macht deutlich, das Variante 3 kostengünstiger ist. Variante 3 Variante 4 Wärmegestehungskosten 400 350 300 Euro/MWh 250 200 150 100 50 Bild 8-28: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Vergleich der Wärmegestehungskosten Variante 3 und Variante 4 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 127 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Wärmegestehungskosten [€/MWh] Jahr 2010 2015 2020 2025 2030 Tab. 8-9: Szenario Variante 3 Variante 4 opt 84 122 mitt 94 133 pess 104 143 opt 117 135 mitt 118 139 pess 116 148 opt 128 141 mitt 131 145 pess 129 151 opt 143 156 mitt 138 153 pess 138 154 opt 164 176 mitt 148 162 pess 141 165 Vergleich Wärmegestehungskosten Variante 3 und Variante 4 Fazit: In Variante 4 liegen sowohl die Gesamtkosten als auch die Wärmegestehungskosten in allen Szenarien höher als in Variante 3. In Variante 3 wird in der Simulation als Teillasttechnologie ein Blockheizkraftwerk eingesetzt. Dieses kann auch im Winter betrieben werden und so die notwendige Spitzenlast der Holzhackschnitzelkessel reduzieren. In Variante 4 werden für die Übergangszeit dagegen Wärmepumpen vorgesehen, die im Winter nicht eingesetzt werden, weil ein hohe durchschnittliche Jahresarbeitszahl von 5 erreicht werden soll. In Variante 4 muss deshalb eine höhere Kesselleistung zur Deckung der Spitzenlast im Winter vorgesehen werden. Das verteuert diese Variante im Vergleich zu Variante 3 in allen Szenarien und Stützjahren. Beide Varianten erfordern hohe Investitionen – ihre Wirtschaftlichkeit hängt daher stark vom Zinsniveau und weniger von den Brennstoffkosten ab. - Bewertung und Vorschläge für das weitere Vorgehen Auch vor dem Hintergrund, dass im Südteil des Parkgeländes andere Nutzungen und entsprechend ein anderes Wärmeversorgungskonzept als im Nordnetz vorgesehen ist, ist ein Vergleich der Wärmegestehungskosten der je zwei Varianten für die Teilnetze interessant. Da die Gestehungskosten (anders als die Gesamtkosten) auf die Erzeugung einer Megawattstunde normiert sind, ist so ein Vergleich der sehr unterschiedlichen Systeme möglich. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 128 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Variante 1 (Südnetz) Variante 2 (Südnetz) Variante 3 (Nordnetz) Variante 4 (Nordnetz) Wärmegestehungskosten 400 350 300 Euro/MWh 250 200 150 100 50 Bild 8-29: 2030 pess 2030 mitt 2030 opt 2025 pess 2025 mitt 2025 opt 2020 pess 2020 mitt 2020 opt 2015 pess 2015 mitt 2015 opt 2010 pess 2010 mitt 2010 opt 0 Vergleich der Wärmegestehungskosten Varianten 1 - 4 Im Startjahr 2010, in dem Brennstoffkostensteigerungen noch keine Rolle spielen, wird deutlich, dass die Varianten 3 und 4, die in hohem Maße auf Solarenergie setzen, zunächst noch deutlich höhere Kosten verursachen als die fossile Variante 1, in der der vorhandene Ölkessel modernisiert und weiter genutzt wird. Mit zunehmender Erhöhung des Brennstoffpreises reduziert sich der Kostenvorteil von Variante 1. Im pessimistischen Szenario mit dem niedrigsten Preissteigerungspfad können die solaren Varianten ihren Kostennachteil jedoch bis zum Jahr 2030 nicht aufholen. Unter den für die Simulation definierten wirtschaftlichen Randbedingungen sind BiomasseKessel im Zeithorizont 2010 bis 2030 die günstigste Erzeugungsvariante. Dieses Ergebnis aus dem Südnetz kann auf das Nordnetz übertragen werden. Bei der Nutzung von Holzhackschnitzelkesseln muss als technische Randbedingung beachtet werden, dass für ein stabiles Feuerungsverhalten eine Mindestgröße von 500 kWth nicht unterschritten werden sollte. Um sowohl Teillast als auch Spitzenlast decken zu können, können in der Größe gestufte Biomasse-Kessel eingesetzt werden. Holzhackschnitzelkessel lassen sich für den Teillastbetrieb auf ca. ein Drittel der Vollast modulieren. Bei einem 500-kWth-Kessel liegt die minimal abfahrbare Last daher bei etwa 170 kW. Liegt die Teillast im Sommer bzw. in der Übergangszeit unter 170 kW, kann es notwendig werden, eine weitere Erzeugungstechnologie zu nutzen (z.B. Pelletkessel, Biogas-BHKW). Für eine passgenaue Dimensionierung der Erzeugungsanlagen liegen bisher weder für den Süd-, noch für den Nordteil des Parkgeländes ausreichend verlässliche Daten vor. Im Südnetz ist die Nutzung der Gebäude zum Teil noch ungeklärt. Beispielsweise wird zur Zeit über die Ansiedlung eines industriellen Nutzers mit Abwärmepotenzial verhandelt, der sowohl den RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 129 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Wärmeverbrauch als auch die Wärmebereitstellung erheblich beeinflussen würde. Um die Erzeugungsanlage für das Südnetz auf einer möglichst belastbaren Datenbasis zu dimensionieren, erscheint es sinnvoll, zunächst weiter den vorhandenen fossilen Kessel zu nutzen. Parallel sollten in bereits genutzten Gebäuden die Heizungs- und Warmwasserverbräuche und, wenn möglich, auch -spitzenlasten erfasst werden, um die Datenbasis für die spätere Dimensionierung zu verbessern. Ebenso sollte die kommende Heizperiode genutzt werden, um Betriebserfahrung im Südnetz zu gewinnen, Optimierungsmöglichkeiten bei Betrieb und Regelung zu identifizieren und gegebenenfalls bereits umzusetzen. Geprüft werden sollte auch, ob sich der im Heizhaus 342 bereits installierte zentrale Netzspeicher mittelfristig hydraulisch und regelungstechnisch ins Südnetz einbinden lässt, da der aktuelle Standort bei einer Netztrennung suboptimal ist. Im Gebiet des Nordnetzes wurde ein Teil der in der Simulation der Varianten 3 und 4 modellierten Sonnenkollektoren und Wärmepumpen bereits installiert. Der im Sommer und Herbst 2009 durchgeführte Probebetrieb dieses teilrealisierten Solarnetzes hat erhebliche Betriebsprobleme in den Bereichen Regelung, Hydraulik und Messtechnik offengelegt. Der weitere Bau von Kollektoren, deren Größe über den Bedarf im jeweiligen Gebäude hinaus geht, ist nur sinnvoll, wenn es mittelfristig regelungstechnisch und hydraulisch gelingt, solare Überschüsse im Sommer über das Fernwärmenetz in Gebäude ohne Kollektoren zu verteilen oder im zentralen Speicher einzulagern und zu einen späteren Zeitpunkt zu nutzen. Der Wärmebedarf des Nordnetzes im Winter könnte analog zum Südnetz mit einem oder mehreren in der Größe gestuften Biomassekesseln gedeckt werden. Ob der Wärmebedarf des Nordnetzes auch in Teillast groß genug ist, um einen Holzhackschnitzelkessel mit einer Mindestgröße von 500 kWth zu rechtfertigen oder ob hierfür Pelletkessel sinnvoller sind, kann entschieden werden, wenn der Wärmebedarf des Endausbauzustandes ausreichend verlässlich abgeschätzt werden kann. Da es bei den Vortex-Wärmemengenzähler zur Messung des Heizwärmebedarfs in den Gebäuden des Nordnetzes während des Probebetriebs zu Fehlfunktionen gekommen ist, ist fraglich, ob die Qualität der bisher erhobenen Daten für eine Abschätzung bereits ausreichend ist. Hinzu kommt, dass auch im Nordnetz nicht für alle Gebäude die Nutzung und damit der voraussichtliche Wärmebedarf abschließend geklärt ist. In der Diskussion ist beispielsweise ein Wellness-Center, dass gegenüber eine Wohn- oder Schulnutzung einen erheblich höheren Wärmebedarf hätte. Eine passgenaue Dimensionierung der Erzeugungsanlage ist deshalb zum aktuellen Zeitpunkt nicht unproblematisch. Auch im Nordnetz bietet es sich deshalb an, die kommenden Monate zu nutzen, um weitere Betriebserfahrung mit dem Fernwärmenetz zu sammeln, Optimierungsmöglichkeiten bei Betrieb und Regelung (besonders auch beim Sommerbetrieb) zu identifizieren und Verbesserungen vorzunehmen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 130 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 8.6 Entscheidung für die umzusetzenden Konzepte, Begründung B&O Die Entscheidungskriterien zur Konzeptwahl sind im Wesentlichen: - Multiplikationsfähigkeit der Konzepte - Versorgungssicherheit - Darstellung von mehreren multiplikationsfähigen Versorgungsvarianten und deren Kombination - Effektive Nutzung vorhandener Infrastruktur (Wärmenetz, Speicher, Gebäudeprämissen) - Wirtschaftliche Minimierung der Verluste auf Basis planerischer Nutzungsprofile der Gebäude - Strategische Weiterentwicklung der Nutzungsstruktur - Wirtschaftliche Invest- und Betriebskosten - Fördermöglichkeiten Netztrennung in Nord- und Südnetz (siehe auch Abschnitt 8.1) Aus den deutlich unterschiedlichen Nutzerprofilen in der Brauchwasserversorgung, die nur im Nordbereich ganzjährig vorhanden ist, hingegen im gewerblich genutzten Südbereich ausschließlich dezentral versorgt wird deutet sich ein wesentlicher Unterschied an. In reiner Wärmemengenbewertung und Bilanzierung würde sich eine solare Versorgung von Nord nach Süd anbieten, um die solaren Stillstandszeiten zu minimieren. In näherer Betrachtung ist dies jedoch nur ein Ausgleich von Verlusten im dadurch deutlich vergrößertem Netz und letztlich nicht wirtschaftlich nutzbar. Auch ist die weitere Entwicklung des gewerblich genutzten Südbereichs noch nicht abschließend bewertbar und bietet damit keine Dimensionierbarkeit der Versorgung. Anders hingegen das Nordnetz dessen Nutzungen klar abgrenzen lassen. Letztlich ist auch durch umfangreiche Messungen nachgewiesen, dass genau in der Verbindung der beiden Nutzungsbereiche Nord und Süd die hohen Verluste von ca. 100 kW zw. Heizhaus und Geb 353 liegen. Die Verluste der kleineren Netzstrukturen und immer noch im Rohrdurchmesser überdimensionierten Rohren sind damit in kleineren Strukturen hydraulisch besser zu beherrschen als in der aktuellen Trassenlänge. Aus diesen Aspekten wird geplant, lediglich für den Notbetrieb die Netzverbindung zwischen Nordbereich und Heizhaus betriebsfähig zu halten, und ansonsten das Nordnetz im Bereich der größten Verlustleistungen im Winterbetrieb zu optimieren. Unter diesen Prämissen wurde die folgenden zwei Konzepte weiter untersucht. Versorgungskonzept Nordnetz: Solarthermie mit 100% Sommerdeckung + Speicher + BHKW + Holzkessel für Spitzenlast Diese Konzeption erfordert eine bivalente Winterversorgung als BHKW in Kombination mit einem Biomassekessel (Holz). Aus der grundsätzlichen Annahme, dass das Biogas zur Verfeuerung nicht selbst erzeugt werden kann, sondern bezogen werden muss, ergibt sich eine gewisse Kopplung zum Gas-Brennstoffmarkt. In der Bewertung dieser Situation zeigt sich eine hohe Abhängigkeit vom Brennstoffpreis mit einer absehbar unwirtschaftlicheren Versorgung als eine in dieser Kombination vergleichbaren Holzfeuerung, da die Grundauslastung des BHKW in den 4 Sommermonaten (Mitte Mai bis Mitte Sept; entspricht 2800h Stillstand bei 100% solarer Deckung in diesem Zeitraum) ebenso fehlt und eine verbleibende maximale Laufzeit von 5000h erzielbar ist. In der Bewertung dieser Situation wurde entschieden, die RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 131 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht im folgenden dargestellte monovalente, regenerative Winterversorgung sowie die solare Versorgung im Nordbereich weiter zu verfolgen und zu optimieren. Versorgungskonzept Nordnetz : Solarthermie + Speicher + Wärmepumpen + regenerativer Spitzenlastkessel - Sommer- und Übergangsjahreszeitenbetrieb: Die in der Marktpraxis zunehmende Kombination von Wärmepumpen und Solaranlagen in EFH-Neubau wird in dieser Alternative auf den Maßstab Nahwärmesystem übertragen. Großflächige Solaranlagen speisen im Sommer und den Übergangszeiten solar erzeugte Wärme in das Nahwärmetz ein, soweit sie nicht im Gebäude selbst verbraucht wird. Neben der vollen Sommerdeckung sollen mehrere dezentrale Kleinspeicher sowie große Solarspeicher die Solarwärme puffern und für eine bessere Ausnutzung auch bis weit in die Übergangsjahreszeiten sorgen. Die Netztemperatur schwankt bei diesem Konzept entsprechend dem Solarangebot. Sobald sie für die Warmwasserbereitung oder Heizung nicht mehr ausreicht, wärmen gebäudeintegrierte, dezentrale Wärmepumpen die dezentralen Netzspeicher (2 – 5 m³) zur Brauchwasserversorgung oder auch in einem Fall zur Heizungsunterstützung (Gebäude 356) auf die angeforderte Temperatur nach. Aufgrund des geringen zu bewältigenden Temperaturhubs von ca. 30K zwischen Netztemperatur (min. ca. 35°C) und den nötigen 65 °C sind hohe Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen zu erwarten. Sinken die Netztemperaturen aufgrund Wärmeentnahme durch die Wärmepumpen soweit ab, dass sich deren Arbeitszahlen auf unter 4,0 verringern, dann geht auch hier ein Pellets- oder Hackschnitzelkessel in Betrieb, der das Netz konventionell mit Energie versorgt. Der Stromverbrauch der Wärmepumpen soll über ein Wasserkraftwerk und über größere Photovoltaikflächen bilanztechnisch abgefangen werden. - Winterbetrieb: Hier wird ein monovalenter Hackschnitzelkessel mit einem Lastbereich von 30 – 100 % bei Kesselwirkungsgraden im Bereich 85 – 90 % geplant. Als wesentlicher Bestandteil für den erfolgreichen Betrieb wird die Lastkurve eng mit dem Kesselhersteller abgeglichen und die erforderliche Brennstoffwahl auf ausschließlich trockenes Hackgut (10 – 15 % Restfeuchte) oder Pellets festgelegt. Es wird zur Betriebsabsicherung auch ein Prüfschritt zur Qualitätssicherung des Brennstoffs integriert und vertraglich verankert. Die Ermittlung der erforderlichen max. Leistung des Hackschnitzelkessels sowie die Kapazität des erforderlichen Pufferspeichers zur Abpufferung eines möglichen Betriebsausfalls bis zum Anschluss einer externen Heizquelle ist in Abhängigkeit des maximalen Ausbaus des Nordbereichs sowie der Verteilerverluste zu bewerten. Nähere Details zum ausgewählten Versorgungskonzept siehe Anhang A4: PEWO/EnWerk: Energieversorgungskonzept RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 132 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 8.7 Weiterentwicklung und Detaillierung des Nordnetz-Versorgungskonzeptes EnWerk Nach ersten erfolgreichen Tests der dezentralen solaren Einspeisung, wurde über weitere Optimierungsmaßnahmen nachgedacht und diese wurden erfolgreich in die Regelung implementiert. Ziel war dabei, jedes Gebäude autark zu steuern, d.h. jedes Gebäude bedient sich am Wärmenetz, wenn es Energie benötigt bzw. es speist in das Netz ein, wenn solare Überschüsse vorhanden sind. Dies soll möglichst ohne Kommunikation zwischen den Gebäuden und der Heizzentrale funktionieren. Damit ergeben sich folgende Vorteile: 1. Jedes Gebäude arbeitet autark 2. Schaffen von Herstellerunabhängigkeit (hier am Beispiel Geb. 356) 3. Erhöhung Versorgungssicherheit (Man betrachtet jetzt jedes Gebäude separat, der Ausfall des Kommunikationsbusses führt zu keinem Ausfall der Anlagen) 4. Dem Ziel der dezentralen solaren Netzeinspeisung auch in bestehenden Wärmenetzen kommen wir einen Schritt näher. 5. Möglichkeit der dezentralen Aufstellung von Wärmespeichern 6. Möglichkeit der Einspeisung von Wärmeenergie von mehreren Punkten Solche Vorgehen sind derzeit nicht üblich. Es existiert aber derzeit auch noch keine akzeptable Lösung für das Betreiben eines Nahwärmenetzes mit dezentralen solaren Einspeisepunkten, sodass auch Gebäude ohne eigene Solarfläche versorgt werden. Ein durch PEWO/ Enwerk programmierter Algorithmus unter Einflussnahme von Außentemperatur, Globalstrahlung, Windstärke, rel. Feuchtigkeit, Summe der installierten Solarleistung, Summe des benötigten Wärmebedarfes soll eine weitere Möglichkeit als Lösung darstellen. Ein weiterer Forschungspunkt in diesem Projekt ist die weitere Optimierung der Netztemperaturen, um die Netzverluste weitestgehend zu minimieren. In realen Projekten wird man immer mehr auf überdimensionierte Netze treffen. Einzelgebäudelösungen werden dort nicht immer wirtschaftlich sinnvoll sein. Es bedarf dann einer Betrachtung bezüglich Niedertemperaturen in Wärmenetzen und der Einsatz von Wärmepumpentechnik für den Temperaturhub auf Trinkwarmwasserniveau. PEWO/Enwerk wird für Testzwecke die Netztemperaturen auf Heizkreistemperaturen absenken. Speziell in den Übergangszeiten (Mar-Jun / Sept-Nov) könnte je nach Auslegung des "schlechtesten" Gebäudes die Netzvorlauftemperatur auf ca. 40 - 55 oC abgesenkt werden. Diese Absenkung trägt zu einer enormen Senkung der Netzverluste bei. Dagegen steht der Energieverbrauch der Wärmepumpen, welche in jedem Gebäude Temperaturen über 60 oC für die Trinkwarmwasserbereitung erzeugen müssen. Das Verhältnis zwischen Einsparung von Wärmeenergie durch Absenken der Netzvorlauftemperatur und Energieaufwand für die Warmwasserbereitung durch Wärmpepumpentechnik ist durch seine Komplexität schwer berechenbar. Es gibt hierfür noch keine Rechenmodelle. Das Nordnetz der „Nullenergiestadt“ Bad Aibling ist dazu prädestiniert, solche Überlegungen zeitnah in die Praxis umzusetzen und wertvolle Erfahrungen zu sammeln. Erste praktische Erfahrungen mit den Wärmepumpen zeigen, dass eine Leistungszahl von über 4 erreicht wird. PEWO/Enwerk empfiehlt aufgrund der Gegebenheiten, das Nordnetz mit einem separaten Temperaturprogramm zu betreiben. Mit Hilfe von Solar- und Wärmepumpentechnik wird das Nordnetz in den Übergangs- und Sommerzeiten betrieben. Die Wärmeverluste des Netzes sollten nochmal gemeinsam mit B&O aufgenommen und analysiert werden. Die Netzpumpen in der Heizzentrale sollten analysiert und ggf. optimiert werden (z.B. Abschaltung der Pum- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 133 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht pen bei solarer Einspeisung in den Sommermonaten). Die Kurzschlussstrecken im Nordnetz sollten lokalisiert werden. Der Biomassekessel sollte an der bestehenden Heizzentrale installiert werden. Dies hat mehrere Vorteile: 1. Bessere Auslastung des Biomassekessels 2. Wohlfühlpark bleibt "ungestört" 3. Komfortables Handling, da Wärmeerzeugung zentral Literaturangaben Kapitel 8: [8-1] B. Glück Heizwassernetze für Wohn- und Industriegebiete VEB Verlag für Bauwesen, Berlin, 1985 [8-2] K. Zepf, S. Richter, R. Ziegler, K. Bohn, M. Zieher, F. Pinsler, C. Neis EnEFF: Wärme Exergetische Optimierung der Fernwärmeversorgung Ulm: Fernwärmemodellstadt Ulm; in LowEx Symposium zum deutschen Projektverbund BMWi Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Kassel 2009 [8-3] S. Richter Beschreibung und Optimierung urbaner Energiesysteme – Methodenentwicklung und erste Anwendung am Beispiel Augsburg Buchreihe des Wissenschaftszentrums Umwelt der Universität Augsburg, Band 2. Oekom-Verlag, München, 2004 Quellenhinweis: Alle Abbildungen Kapitel 8: GEF Ingenieur AG RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 134 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 9. Ergänzende regenerative Energieerzeugung 9.1 Wasserkraft Molz 9.1.1 Errichtung eines Wasserkraftwerkes auf dem Gelände der „Null-Energie-Stadt“ Durch das ehemalige Kasernengelände fließt der Moosbach, ein Bach der nordwestlich in den bewaldeten Gebieten zwischen Bruckmühl und Bad Aibling entspringt. Er fließt durch das Moos und hat aufgrund der Retention der Torfe und Moosflächen auch in den Sommermonaten eine noch recht gleichmäßige Wasserführung. Der Bachlauf verläuft südwestlich am Hügel des Parkhotels vorbei und zerschneidet das Gesamtgelände der ehemaligen Kaserne in den südlich liegenden Technologiepark und die nördlich liegenden Wohngebiete. Der Moosbach ist etwa in Höhe des Gebäudes 350 aufgestaut durch eine kleine Wehranlage, die bereits seit den 50-er Jahren des 20 Jahrhunderts besteht. Weitere Unterlagen sind nicht mehr erhalten und können auch bei staatlichen Institutionen nicht beschafft werden. Bild 9-1: Bestehende Staustufe des Moosbachs auf dem Projektgelände [Molz] Durch Zeitzeugen ist der Bestand auch eines Staubeckens mit Teichanlage zwischen der Ebersbergerstrasse und der Wehranlage belegt. Die Teichanlage wurde durch die USStreitkräfte errichtet und auch mit einer Folienauskleidung versehen. Durch Unachtsamkeit bei Reinigungs- und Schlammbaggerungsarbeiten wurde die Teichfolie zerstört. Der Teich fiel trocken und wurde aufgegeben. Das Gelände ist heute mit Buschwerk und Bäumen bewaldet. Die Wehranlage hat sich erhalten. Diese besteht aus zwei Stauwehren, einem links gelegenen Betonstaubalken mit Überlaufschwelle (Streichwehr) mit einem Holzschütz als Aufsatz und einem rechts gelegenen Schmaleren Holzschütz als Grundablassschütz. Ein dritter Ablauf führte früher in die Teichanlage, ist jetzt allerdings verlandet und zugeschüttet, da ein Fußweg diesen kreuzt. Die Stauhöhe beträgt derzeit etwa 1,7 m und ist durch geringe Unterwasser-Eintiefung auf etwa 2,1 m zu vergrößern. Die Baukörper dürften aufgrund der Wandstärken (unbewehrter Massenbeton von ca. 50 cm Stärke) ohne weiteren Nachweis RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 135 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht dem Wasserdruck standhalten. Die Stauwurzel des Aufstaues reicht bis zu den Hängen unmittelbar am Fuße des Parkhotels. Die Wasserschüttung beträgt in den Sommermonaten etwa 330 Liter/sec und in den Frühjahrs- und Herbstmonaten etwa 750 Liter/sec. Weitere Aufzeichnungen bestehen nicht, auch keine Pegelmessungen. Aus Flussläufen im benachbarten Einzugsgebiet lassen sich im Verhältnis der Einzugsgebiete charakteristische Abflussdaten errechnen, welche im Anhang dargestellt sind. Bezüglich der Option eines Wasserkraftwerkes ergeben sich zwei Möglichkeiten: 1 ) Errichtung als Laufwasserkraftwerk im Bachbett oder 2 )Als Ausleitungskraftwerk in Seitenlage Zu1) Dies würde umfangreiche Wasserhaltungs- und Verbauarbeiten erfordern, welche die Investitionskosten in die Höhe treiben und die Wirtschaftlichkeit unter 5% drücken (Kapitalverzinsung). Zu 2) Dies ist die effektivste Ausführung, da Teile in „trockener Baugrube“ errichtet werden können und nur der Unterwasser-Bauteil mit Saugschlauch mit Bauwasserhaltung errichtet werden muss. Zum Bachlauf hin ist die Baugrube abzuspunden, gegen Hochwasser und Grundwasser. Aus Erfahrung ist zu Variante zwei zu raten. Bezüglich der Wassermengen und Stauhöhen lassen sich Leistungsgrenzen von ca. 5 kW bis 15 kW errechnen. Als Größenordnung lässt sich etwa eine Jahreserzeugung von ca. 45.000 kWh angeben. Dieses Jahresarbeitsvermögen ist gerade bei kleiner Wasserführung und kleinem Einzugsgebiet relativ starken Schwankungen unterworfen. Präzise Vorhersagen sind auch aus dem Grunde fehlender Aufzeichnungen nicht möglich. Als Turbinentypen sind dem Grunde nach möglich: Ossberger oder Bangkiturbine (Trommellaufrad mit Teilung zwei zu eins). Einfache Bauweise mit geringem Maschinen und Bauinvestitionsaufwand .Nachteilig sind die nur stufenweise beaufschlagbaren Wassermengen und letztlich damit nicht voll nutzbares Wasserdargebot; im vorliegenden Fall etwa 250 l/sec und 500 l/sec. Wegen der fehlenden Regulierung der Turbine sind die überschüssigen Wassermengen der anteiligen Mengen über das Wehr ungenutzt abzuführen. Francisturbine: Turbinentyp einfacher und robuster Bauweise welche auch bei geringem Wartungsaufwand langlebigen Dauereinsatz verspricht. Der Wirkungsgrad dürfte allerdings bei Kleinmaschinen etwa bei 70 bis 75 % liegen und damit unterhalb des Wertes von Kaplanturbinen. Bevorzugt sind sogenannte Langsamläufer einzusetzen, also Turbinen mit Drehzahlen von etwa 100 Upm . Damit ergibt sich die Frage der Kraftübertragung auf den Generator. Praktikabel sind hier Flachriemen mit Lederlaufflächen und Polyamid Tragschicht (z.B. Fabrikat Siegling). Solche Riemen können bei richtiger Auslegung ca. 150.000 Betriebsstunden überdauern. Kaplanturbine: Turbinentyp mit hohem spezifischem Wirkungsgrad, sowohl als „Rohrturbine als auch als Vertikal-Wellenmaschine konstruierbar, erzielt Wirkungsgrade von bis 90 %. Nachteilig ist im vorliegenden Anwendungsfall mit ca. 0,75 m3/s die untere Grenze der Konstruktion als solcher. Bei Kaplan-Turbinen sind der Konstruktion durch die Mechanik der verstellbaren Laufschaufeln, welche in der Nabe unterzubringen sind, Grenzen gesetzt bezüglich des RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 136 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Laufraddurchmessers. Der Laufraddurchmesser bestimmt bei zugehörigem Gefälle die unterste Größenordnung der Schluckfähigkeit. Im vorliegenden Falle sind dies ca. 55 cm Laufraddurchmesser bei 0,75 m3/sec und ca. 2,0 m Gefälle. Der Einsatz einer Kaplanturbine würde etwa 130.000 € allein für die Turbine als Investition erfordern, gegenüber einer Francisturbine mit etwa 70.000 € Maschinenkosten. Der Zuwachs an Wirkungsgrad beträgt allerdings nur etwa 15 % Punkte (von 75 % auf 90 %). Vom Einsatz einer nur einachsig verstellbaren Turbine ist abzuraten, da die Stoßkraft der Wasserströme nur sehr ungünstig umgelenkt wird und der Wirkungsgrad unter die Werte der Francisturbine abfällt. Hinzu kommt ein Nachteil beim Herstellen des Beton-Baukörpers. Kleine Kaplanturbinen haben in aller Regel hohe Drehzahlen und erfordern die Ausbildung eines Saugschlauches (Syphon), welcher hohen Schalaufwand des Betonbauwerkes mit sich bringt und kostenintensiv ist. Eine Alternative ist der Einbau einer Z-Anlage (z.B. Escher Wyss System Turbinen). Dies ist eine liegend eingebaute Kaplanturbine als Rohrturbine mit Laufrad im oberen Rohrabschnitt und Stopfbuchse mit Wellenaustritt zum Generator. Der Rohrverzug verläuft unterhalb des Generators zum Unterwasser. Diese Lösung ist erprobt, jedoch auch durch die hohen Werkstattlöhne nicht unerheblich teuer. Zudem erfordert die Stopfbuchse wegen Leckagewasser laufend Unterhalt und erfordert auch Reibungskraftverluste des Wellenantriebes. Peltonturbinen scheiden aufgrund des geringen Gefälles aus, ebenso Deriaz- oder Diagonalturbinen wegen deren hoher Konstruktions- und Maschinenbaukosten. Aufgrund der örtlichen Daten lassen sich für den Zeitraum von etwa 20 Jahren ca. 900.000 bis etwa 1.000.000 kWh erzeugen. Aufgrund des derzeit gültigen Vergütungsansatzes von 12,67 Ct/ kWh, ließen sich ca. 126.700 € Einnahmen erwirtschaften (Zeitspanne 20 Jahre). Die Baukosten der Anlage werden sicherlich für eine neue Maschine (Kaplan 130 T€, Bau 75 T€, Steuerung ca. 30 T€) bei ca. 230 T€ Gesamt liegen. Damit lässt sich ohne Fremdfinanzierung günstigstenfalls eine Rendite von ca. 5 % erwirtschaften. Zudem sind aufgrund der Stauung im bewohnten Bereich umfangreiche Maßnahmen gegen Überstau und Sicherheitsmaßnahmen für Wehrantriebe erforderlich. Weiterhin sind bei der kleinen Anlage keinerlei Wartungskosten oder Unterhaltsmaßnahmen berücksichtigt. In Tabelle 9-1 und 9-2 sind die Bemessungsdaten der Anlage aufgeführt. Aus der Erfahrung mit dem Betrieb anderer Anlagen lautet die Empfehlung, dass im vorliegenden Falle sehr viel Optimismus nötig ist, um die Anlage zu realisieren. Eine Wirtschaftlichkeit bezüglich des eingesetzten Kapitals wird nicht gegeben sein. Jedoch lassen sich mit der erzeugten Jahresarbeit ca. 10 Haushalte langfristig im Energieverbund mit elektrischer Energie versorgen. Als Vorzeigemodell ist die Anlage durchaus sinnvoll. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 137 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Lage der Anlage: Lage zum Flusssystem Niederschlag Das Kraftwerk liegt im westlichen Landkreis Rosenheim etwa 1,5 km westlich des Ortsrandes der Stadt Bad Aibling im Ortsteil Mietraching. Das Baugelände liegt innerhalb der ehemaligen US-Kaserne,unmittelbar westlich der Staatsstraße EbersbergBad Aibling (St2089). Das Kraftwerk liegt am Moosbach, einem rechten Seitenzufluß zur Glonn. Der Moosbach mündet etwa 500 m nach der Kraftwerksanlage in die Glonn, etwa 200m nördlich der Ortschaft Mietraching, und etwa 250 m nach Kreuzung der Staatsstraße ST2089 . Aus dem Gewässerkatalog (siehe Anlage Gebietskennziffer Donau-Inn 182 6920) ist für die Glonn das Einzugsgebiet des Mosbachs mit rund 29,4 km2 zu entnehmen. Für die Ermittlung des Abflusses wird für die signifikante Stelle eine Minderung des Einzugsgebietes um 0,5 km in Länge und 0,5 km Breite in Abzug gebracht (siehe Topographische Karte); Begründung: etwa 250 m nördlich des Moosbachs verläuft ein Wassergraben parallel zu den Hanglinien und mündet direkt in die Glonn (0,25*0,5 km2); ferner ist im Bereich der Ortschaft Mietraching über den Anteil der versiegelten Fläche und über Ortskanalisation (Misch- oder Trennsystem mit einer Abführung der Niederschläge und Einleitung in die Glonn zu rechnen, sodass dem Moosbach von der rechten Seite her keine Zuflüsse mehr zuzuordnen sind. Aus dem Kartenwerk des Bayerischen Landesvermessungsamtes von 1954 „Linien der Abflussspenden 1901-1951 lässt sich durch Interpolation eine Abflussspende von 17,5 bis 18,5 l/sec*km2, also im Mittel etwa 18 l/sec*km2 ermitteln. Aus dem Kartenwerk „Mittlere jährliche Niederschlagshöhen 1901-1951 lässt sich durch Interpolation etwa 1150 mm je Kalenderjahr als Gesamt –Niederschlag ermitteln. Tab. 9-1: Basisdaten zur Auslegung der Turbinenanlage im Parkgelände Mietraching RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 138 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Stauziel : Unterwasserspiegel 485,12 m ü NN 483,02 m ü NN Gefälle geodätisch Strömungsverluste ca 2,10 m ca 0,10 m Nettofallhöhe (0,4 m3/sec) ca 2,00 m Wasserführung Turbinenwirkungsgrad Generatorwirkungsgrad MQ ca 0,39m3/sec (auch nach 3 Wochen Trockenheit), aus Messung am Wehr ; eta-T ca 0,78 eta-G ca 0,92 Leistung bei MQ,MNQ Generatorklemmenleistung Wellenleistung Turbine 0,39*2,00*9,81*0,78*0,92 0,39*2,00*9,81*0,78 =5,49 kW =5,96 kW Schluckvermögen Turbine Spitzenleistung Turbine Spitzenleistung Generator Q=0,75 m3/sec 0,75*1,95*9,81*0,78 0,75*1,95*9,81*0,78*0,92 =11,2 kW =10,3 kW Einsatzzeit ca. 1500 Bstd mit Qmax ca. 5500 Bstd mit MNQ ca. 1760 Bst mit Stillstand Q=0 1500 h *10,3 kW+ 5500 h *5,49 kW =45.645 kWh 1760 h *5,49 kW = 9.662 kWh Regelarbeitsvermögen Option Tab. 9-2: Berechnung Regelarbeitsvermögen RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 139 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 9.1.2 Erweiterung auf das Wasserkraftwerk EW Valepp III Im Zuge des Förderprojekts „Null-Energie-Stadt Bad Aibling“ ist auch die Eigenversorgung des Projektentwicklungsgebietes mit elektrischer Energie ein Diskussionspunkt. Zusätzlich zur Untersuchung eines möglichen Wasserkraftwerks auf dem „Nullenergiestadt“-Gelände wird im Folgenden eine Machbarkeitsstudie zur Wiederinbetriebnahme eines aufgegebenen, in der Region befindlichen Wasserkraftwerkes dargestellt. Dieses wurde bisher als E-Werk Valepp oder WKW Valepp bezeichnet, welches nunmehr im Rahmen dieser Studie als EW Valepp III bezeichnet werden soll. Bild 9-2: EW Valepp III, heutiger Zustand [Molz] - Lage und Bestand EW Valepp III liegt ca. 70 km südlich von München im Gebiet des Landkreises Miesbach, auf Gemeindegebiet der Marktgemeinde Schliersee, unmittelbar im Grenzgebiet zur Republik Österreich. Die Entfernung zur Null-Energiestadt beträgt ca. 40 km oder etwa 30 AutoMinuten. Vom Kraftwerksstandort bis zur Bayrisch–Österreichischen Landesgrenze ist eine Wegstrecke von ca. 400 m zurückzulegen. Das Kraftwerk liegt am Flüsschen Valepp, welcher an seinem Beginn im Kartenwerk auch unter dem Namen „Spitzingseebach“ bezeichnet wird. Die Valepp entspringt dem Spitzingsee, einem hochgelegenen natürlichen Bergsee auf 1084 m NN. Das Niederschlagseinzugsgebiet des Spitzingsee beträgt etwa 8 km² und vergrößert sich auf der etwa 6 km langen Fließstrecke zur Ortschaft Valepp auf ca. 50 km². Unter Zuhilfenahme vorhandener Pläne ist deutlich erkennbar: die Errichtung einer Wasserfassung ins Tiroler Wehr mit seitlichem Abzug an die linke Flusskante, eine Wassereinlaufkammer mit Sandfang von 5 m Länge und 0,7 m Breite. Abschlussmauer mit Rohrdurchführung und Schieber mit ca. 25 m Holzrohrleitung, d = 35 cm, schließen sich an. Krafthaus mit TurRK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 140 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht binenanlage und Einlauf ins Unterwasser folgen nach. Holzrohrleitung und Turbine fehlen bereits. Aus dem Zustand der vorliegenden Anlagenteile scheint bei Revitalisierung nachfolgende Grundsatzlösung sinnvoll: Die Wehranlage als Sperrenbauwerk kann unbeschadet erhalten werden. Nur bei Stauzielerhöhung ist in Kombination eine Stauklappe erforderlich. Die übrigen Bauteile vom Rechen bis zum Krafthaus genügen den Auslegungskriterien nicht und sind im Wesentlichen abzutragen. - Neue Anlage: Auslegungskonzept Dem Grunde nach wird das ursprüngliche Konzept beibehalten, also eine Rechenanlage am linksseitigen Ufer, ein Einlaufbauwerk mit nachgeschaltetem Rohranschluss und der Rohrzuleitung zum Krafthaus. Die Rechenanlage ließe sich in mehreren Varianten ausführen. Zum einen als sog. „Tiroler Wehr“ als ein betonierter Graben quer zum Fluss mit Abdeckung aus Flachstahlstäben mit relativ engen Maschenweiten, um nur kleinkörnigen Kies durchzulassen und größeres Geschiebe oberhalb des Rechens ins Unterwasser abzuführen. Konsequenterweise ist diese Funktion jedoch nur möglich, wenn dieses Wehr mittig im Fluss liegt und gerade bei Hochwasser mit dem größten Geschiebeaufkommen dieses über die vorhandene Wehrkrone abgeführt wird. Letztlich ist jedoch die Abführung von Kies und Grobsand aus dem Rechen-Graben ein Problem des Unterhaltes, da dieses Bauteil mitten im Fluss liegt und auch bei Niedrigwasser nur bedingt zugänglich ist. Auch die schweren Rechenabdeckungen sind im Fluss nur mit schwerem Gerät auszuheben. Ein Begehen und Räumung von Hand ist auch bei Niedrigwasser nur unter Lebensgefahr möglich, da unterhalb der Wasserlinie liegend. Eine andere Alternative bietet der längs zum Fluss angeordnete Rechen als Seiteneinlauf bis zur Bemessungswassermenge und die Abführung der darüber hinausgehenden Hochwassermenge über das bestehende Wehrfeld. Diese Lösung berücksichtigt den Umstand des Phänomens der Geschiebeführung in weit besserem Maße: Die Geschiebeführung findet immer und ständig statt, jedoch ist die Größe des mitgeführten Geschiebes von der sog. Schleppkraft abhängig, letztlich einer Funktion der Fließgeschwindigkeit. Je größer die Fließgeschwindigkeit, umso größer sind die transportierten Kieskörner, verlangsamt sich die Fließgeschwindigkeit so lässt das Wasser dort das Geschiebe liegen. Nachdem am Rechen nur bis zur Ausbauwassermenge Wasser mit relativ geringer Geschwindigkeit fließt, ist dort nur mit Sandablagerung bis hin zu Feinkiesen (bei voller Beaufschlagung) zu rechnen. Steigt die Wassermenge über die Bemessungswassermenge an, ist der Staubalken (Fischbauchklappe) umzulegen und die Wassermassen können über die liegende Klappe das Geschiebe abführen. Gegebenenfalls könnte die Stauklappe auch bezüglich der Breite zweigeteilt ausgeführt werden, um größere Teilmengen mit größerer Schleppkraft jeweils an nur einer Hälfte der Wehranlage abzuführen (erhöhte Schleppkraft infolge größerer Geschwindigkeit). Der Rechen sollte eine Breite von ca. 5 m nicht überschreiten um den Einsatz von stationären Reinigungsmaschinen zu ermöglichen. Größere Breiten erfordern bei den Reinigungsmaschinen erhöhte Aufwendungen für torsionssteife Rechenbäume und Antriebe. Die Zulauftiefe sollte etwa 1,5 bis 2 m sein und die Fließgeschwindigkeit für die Bemessungswassermenge ca. 0,5 m nicht überschreiten. Dies gilt sowohl unter fischereirechtlichen Aspekten als auch unter energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten. Zum einen können die Fische bei geringerer Anströmgeschwindigkeit den Rechen wieder leichter verlassen, zum andern ist der Gefälleverlust am Rechen ein immerwährender Verlust auf Lebensdauer der Gesamtanlage und reduziert die Nutzfallhöhe. Nach dem Rechen ist das Einlaufbauwerk, oder auch Wasserfassung genannt, anzuordnen. Es handelt sich um einen rechteckigen Fließquer- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 141 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht schnitt, der im hier vorliegenden Fall zunächst breit und flach, jedoch dem Einlauf näher kommend, bedingt durch die örtliche Situation schmal und tief wird. Dies berücksichtigt zum anderen den Umstand, dass das ablaufende Rohr der Druckrohrleitung eine bestimmte Scheitelüberdeckung erfordert um den Eintrag von Luft über Spiralstrudel zu vermeiden. Dieser Lufteintrag vermindert zum einen die Leistung der Anlage wegen der geringeren Rohdichte des Wassers, als sie auch nach dem Druckabfall am Laufrad der Turbine die Entstehung von feinen Gasblasen fördert, die als sog. Kavitation innerhalb fortwährender Entstehung die Laufräder „zerfressen“. Ferner ist eine ausreichende Überdeckung auch für den Winterbetrieb der Anlage bezüglich Eisfreiheit von Vorteil. Nachdem bei großen Leitungsdurchmessern der Einsatz von Absperrklappen in wirtschaftlicher Sicht fragwürdig erscheint, tun sich hier zwei widerstreitende Probleme auf: Bei Einsatz nur einer Druckrohrleitung ist diese bei Winterbetrieb ständig gefüllt und durchströmt, sodass Innenvereisung keine Rolle spielt. Jedoch erfordert dies unmittelbar vor der Wasserturbine den Einsatz von zwei Absperrorganen, da die Leitschaufeln in der Regel nicht so dicht sind und zuviel Leckwasser über den Leitapparat ungenutzt ins Unterwasser treten würde. Diese Absperrorgane können als Drosselklappen (Absperrklappen) oder Keilovalschieber ausgeführt werden. Drosselklappen bis etwa 700 mm sind preiswert zu beschaffen, jedoch in Durchmessern bis 1500 mm Rohrdurchmesser wirtschaftlich nur schwer vertretbar. Die andere Lösung stellt die Anordnung von zwei Rohrleitungen unterschiedlichen Durchmessers dar. Hierbei kann die kleinere Turbine mit schnell regulierbarer Absperrklappe und der Zulauf zur größeren Turbine mit am Einlaufbauwerk angebrachtem Stahlschütz und entsprechenden Antriebseinheiten ausgeführt werden. Dieses Stahlschütz ist vorteilhaft für den Winterbetrieb vollständig unter der Staulinie anzubringen, auch im geöffneten Zustand, um Eisbildung zu unterbinden. Zusätzlich muss für Leckwasser am unteren Ende des Turbinenzulaufs ein Elektroschieber für die Abführung des Leckwassers sorgen (Entleerungsschieber). Die Ausführung mit zwei ausreichend groß dimensionierten Leitungen birgt auch den Vorteil einer gleichmäßigen laminaren Strömung mit weniger Wirbeln, als die Ausführung eines Abzweiges unmittelbar vor den Turbinen mit entsprechenden Wirbelverlusten. - Turbinenanlage Grundsätzlich sind alle fünf gängigen Turbinentypen verwendbar, jedoch ergeben sich für den einen oder anderen Turbinentyp Nachteile unterschiedlicher Art. Auf die Optimierung der Turbinen und deren Auswahl soll später eingegangen werden. Turbinen lassen sich nach mehreren Kriterien einteilen: Hinsichtlich des Druckes in Gleichdruckturbinen (Pelton, Ossberger) oder Überdruckturbinen (Francis, Kaplan, Diagonalturbinen) Hinsichtlich der Radform Radial (Francis), diagonal (Deriaz) und axial (Kaplan) Hinsichtlich der Wellenlage: horizontal oder vertikal Hinsichtlich der Wasserführung in Schacht, Spiral- und Rohrturbinen Beaufschlagung als Teil oder Vollbeaufschlagt (Wassermenge) Nach Regelung: als Einfachregelung (Leitrad; Francis), Doppelregelung (Düse+Strahlablenker = Pelton oder Leitrad + Laufrad= Kaplan ) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 142 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Als Turbinentypen stehen zur Verfügung: Pelton oder Freistrahl Turbine Francis–Turbine Kaplan-Turbine Deriaz oder Diagonal-Turbine Ossberger oder Banki–Turbine Die Turbinen sind durch nachfolgende Besonderheiten gekennzeichnet: Pelton: Strahldüse mit Doppelbecher auf Laufradachse Francis: Schräggestellte Schaufeln um Laufradachse angeordnet Kaplan: starre oder drehbare, auf Laufradnabe angeordnete Propellerflügel Deriaz: wie Kaplanturbine, jedoch Anströmung diagonal Ossberger: Trommellaufrad mit Lamellen über die Zylindermantelfläche verteilt Die Peltonturbine deren Anwendungsgebiet wegen der hohen Düsenaustrittsgeschwindigkeit auf Druckhöhen über 50 m beschränkt ist, kann hier nicht zum Einsatz kommen. Die Ossbergerturbine scheidet wegen der nur stufenweise möglichen Beaufschlagung aus (Kammerteilung 1:2) und kann mit gutem Wirkungsgrad nur für Beaufschlagung von nahezu konstanten Wasserströmen mit 33 % oder 66 % oder 100 % sinnvoll angewendet werden. Mittels dieser Ausschlusskriterien verbleiben als Turbinentypen lediglich noch: Francisturbine Kaplanturbine Deriaz-Turbine - Besonderheiten für die Anlage Valepp Aus den Kriterien zur Vermeidung von Kavitation (siehe Langbericht Büro Molz, Anlage A2) ergibt sich für den Anwendungsfall „Valepp EW III“ nachfolgende Einschränkung: Bevorzugt anzuwendende Turbinentypen sollten niedrige spezifische Drehzahlen aufweisen, sodass hieraus niedrigere Umfangsströmungsgeschwindigkeiten am Laufrad auftreten. Ferner ist es aufgrund der schwierigen Gründung im Tosbecken des bestehenden Wasserfalls nicht möglich, die Einbaulage der Laufräder auf die Unterwasserlinie oder knapp darüber zu legen. Letztlich ist aus Gründen der Zugänglichkeit im Wartungsfall, das Laufrad aus der Unterwasserlinie anzuheben. Übliche und unproblematische Saughöhen für Francis, Kaplan und Deriaz-Turbinen sind Saughöhen bis 0,5 m oder 0,05 bar. Bei größeren Saughöhen (vgl. EW2 Blecksteinstufe: Francisspiralturbine mit Hs= 3,8 m bei Ha =57 m) sind umfangreiche Berechnungen nötig, um den Nachweis der Betriebssicherheit führen zu können. Aufgrund der Abhängigkeit bei direkt gekuppelten Generatoren (ohne Getriebe, ohne Riemenübersetzung) zur Netzfrequenz von f = 50 Hz ergeben sich Drehzahlen für Generatoren: N=3000 Upm (2 polig), N=1500 Upm (4 polig), N=1000 Upm (6 polig), N=750 Upm (8 polig), N=600 Upm (10 polig) N=500 Upm (12 polig) technisch problembehaftet, Kavitationsgefahr technisch problembehaftet, Kavitationsneigung Kavitationsnachweis erforderlich übliche Ausführung übliche Ausführung übliche Ausführung, Drehzahl nicht Standardmotor Höherer Blindstromanteil RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 143 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht N=428 Upm (14 polig) N=375 Upm (16 polig) N=300 Upm (20 polig) übliche Ausführung, Drehzahl nicht Standardmotor Höherer Blindstromanteil, Synchrongenerator gute Turbinendrehzahl, Drehzahl nicht Standardmotor Hoher Blindstromanteil, Synchrongenerator gute Turbinendrehzahl, Drehzahl verlangt nach Synchrongenerator Kleinere Drehzahlen sind vom Turbinenbau her durchaus möglich und sogar besser, jedoch mit gegenläufig steigendem Aufwand für Generatoren oder energetisch ungünstiger auch mit steigendem Aufwand für Zwischengetriebe verbunden. Unter der Vorgabe der wirtschaftlichen Investition liegt der Bereich guter Auslegung zwischen 375 und 750 Upm. MaschinenSätze mit niedrigerer Drehzahl sind aufgrund der Turbinenauslegung durchaus mit höherem Wirkungsgrad konstruierbar (höhere Wellenleistung), jedoch aufgrund der magnetischen Induktion auf der Generatorseite mit höheren Verlusten behaftet. Letztlich interessant ist allerdings nachhaltig die Generator-Klemmenleistung. Des Weiteren ist unter Einbeziehung der Wassermengenbeaufschlagung eine differenzierte Betrachtung nötig: Bedingt durch die Situation im Hochgebirge mit geringer Wasserrückhaltung mangels Bodenkrume oder mangels Vegetation und aufgrund der hohen Geländeneigung kommt es zu rasch ansteigenden Abflussmengen, allerdings auch zu geringen Abflussmengen bei Trockenheit (Sommer) oder Frost (Winter). Dies führt bei der Auslegung der Gesamtanlage zu einer starken Spreizung der Wassermenge, auch noch über das Kalenderjahr. Unter Einbeziehung einer wirtschaftlichen Auslegung ist für den vorliegenden Fall mit Wassermengen von 400 bis 12.000 Litern/sec zu rechnen. Bei Berücksichtigung der am Häufigsten vorkommenden Betriebszustände lässt sich die Auslegung der Wasserkraftmaschine auf 400 bis 5.500 l/sec festlegen. (siehe auch Berechnung des Wasserangebots) - Wasserrechtliche Betrachtung Maßgebend für den Betrieb einer Wasserkraftanlage ist die öffentlich rechtliche Erlaubnis/ Bewilligung nach Bayerischem Wassergesetz. Dort ist im Einzelnen aufgeführt, unter welchen Umständen die Gestattung herbeigeführt werden kann vgl. (§4 Bay WG.) Zunächst ist nach Ablauf von drei Jahren nach Auflassung der Anlage die wasserrechtliche Genehmigung abgelaufen, also im vorliegenden Fall bereits etwa 1963. Ferner würde sich die Neuanlage wesentlich bezüglich Umfang von der Altanlage unterscheiden, sodass eine Neuerteilung der Genehmigung, zumindest für den Umfang, was die Erweiterung der Altanlage anbelangt generell bietet. Lediglich das Vorhandensein der Staumauer und anderer Bauteile erleichtert die Erteilung der Genehmigung, da für die Umwelt keine oder nur geringe Veränderungen auftreten. Als Umwelteinflüsse sind Auswirkungen im und außerhalb des Gewässers denkbar. Hierauf wird im einzelnen in der Studie im Teil 2 dieser Erörterung eingegangen. - Berechnung des Wasserdargebotes und Jahresarbeitsvermögen Nachdem für die Valepp keine Pegel vorhanden sind, ist die Ermittlung nur über Umwege möglich: Zum einen kann aus demselben Abflussgebiet westlich des Rosskopfes Bergstock auf die Abflusscharakteristik der Rottach zurückgegriffen werden. Durch das Verhältnis der Einzugsgebiete kann auf die Abflusswerte der Valepp geschlossen werden. Zum andern ist auf östlich anschließendem Gebiet der Abfluss der Leitzach am Pegel Stauden aufgezeichnet. Deren Einzugsgebiet ist deutlich größer. Nachdem die Rottach ein Einzugsgebiet von RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 144 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht etwa 31 km², die Valepp ein Einzugsgebiet von 50,6 km² und die Leitzach ein Einzugsgebiet von 111 km² haben, sind Angleichungen vorzunehmen. Bei kleineren Einzugsgebieten bekommen die Extremabflusswerte der Unterschreitungslinie mehr Bedeutung. Die Verzögerung der ablaufenden Hochwasserwelle durch größeres Einzugsgebiet tritt hier nicht auf. Die Rottach hat also größere Spitzenabflusswerte, aber auch geringere Trockenwetterabflussmengen, teilweise bis 0 m3/sec. Nach der für die Valepp aufgrund des Ablaufs aus dem Spitzingsee, sichergestellten Mindestabflussmenge von 90 l/sec, ist die Valepp auch bei Trockenheit mit größeren Mengen versehen, als sich aus der Berechnung nach Daten der Rottach ergeben würde. Durch Mittelung/Komposition der Werte aus Leitzach und Rottach lassen sich annähernd richtige Werte bestimmen. Da der Berechnung der Wassermengen sehr große Bedeutung zukommt, auch was die Kapitalrendite betrifft, soll durch Plausibilitätskontrollen die Richtigkeit der Ermittlungen kontrolliert werden. Dazu bestehen folgende Möglichkeiten: Vergleich mit dem Laufwasserkraftwerk „Blecksteinstufe“, dessen Jahresarbeitsleistung aus ca. 30 Jahren Aufzeichnung bekannt ist, setzt man das Verhältnis der AusbauSpitzenleistung beider Kraftwerke an. So kann auf die Jahresarbeitsleistung von Valepp hochgerechnet werden. EW3/EW2 = 336/470 = X/1.550.000 kWh ergibt für X ca. 1.108.000 kWh Nimmt man die Jahresarbeit von EW2, geteilt durch die Ausbauhöhe und das Einzugsgebiet, multipliziert mit dem Einzugsgebiet für EW3 und dessen Ausbauhöhe so erhält man einen Weiteren Vergleichswert. 1.550.000 : (50 m *14 km²) *50,6 km² * 8,6 m = ca. 963.000 kWh bzw. für 9,35 m ca. 1.047.000 kWh Die Beurteilung dieser Rechenergebnisse lässt folgende Schlüsse zu: Aus den nachfolgend dargestellten Tabellen sind aufgrund von statistischen Daten (Jahrbuchreihe des Landesamtes für Wasserwirtschaft) mit den Datenreihen der „mittleren“ Unterschreitungslinie die möglichen Erzeugungsmengen errechnet. Da Einflüsse durch Klima und Wetter nicht auszuschließen sind, ist die Sicherheit dieser errechneten Jahreserzeugung nur genauso gewährleistet wie die Datenerhebung als solche. Umgekehrt sind aus den beiden bereits seit 1947 in Betrieb befindlichen WKW durch Zählermessungen genaue Erzeugungsdaten vorhanden. Hierin sind örtliche Besonderheiten bereits eingeflossen und entsprechende Verluste aus Rohrleitung, Rechenanlage Krümmerverluste etc. bereits in Abzug gebracht. Allerdings hat die bestehende Anlage aufgrund der Tatsache, dass dort Francisturbinen und jeweils eine Trockenwettermaschine als Peltonturbine eingebaut ist, mit dem Nachteil von geringeren Wirkungsgraden zu kämpfen und trotz Austausch von Laufrädern ist mit keiner nachhaltigen Verbesserung der Wirkungsgrade zu rechnen. Setzt man für Francisturbinen (Fabrikat Voith, Heidenheim, vgl. Anhang Kennlinien der Bestandsturbinen) jeweils etwa eta = 0,78 an und hierzu im Vergleich eine neue Maschine als Kaplanturbine mit eta =0,87, so ergibt der Verhältniswert etwa 1,1. Aus dem Abgleich mit den hilfsweise ermittelten Jahresarbeitsmengen und den Verbesserungsfaktoren kann auf eine relativ sichere Arbeitsmenge von etwa 1.060.000 kWh (bei 8,6 m) und 1.150.000 kWh (bei 9,35 m) geschlossen werden. Allerdings sind Schwankungen in der Größenordnung von zehn Prozent im Jahreszyklus sowohl im Bestand als auch für den RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 145 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Neubau ständig zu erwarten. Ausnahmewerte wie sie im Kalenderjahr 2003 aufgetreten sind, (relative Erzeugung ca. 65% des langjährigen Durchschnitts) sind jedoch nicht die Regel. Für die Renditeberechnung sollte von den, durch mehrere Verfahren abgeglichenen Werte von ca. 965.000 kWh bzw. 1.050.000 kWh (9,35 m Gefälle) ausgegangen werden. Hierbei erzielen Kaplanturbinen einen deutlich höheren Ertrag, gegenüber Francisturbinen (ca. 10 Prozent). Im Sinne einer langfristigen Investition, anzusetzende Lebensdauer etwa 80 Jahre, erzielt die Kaplanturbine etwa um 8x Jahresproduktion mehr Energie: Demgegenüber steht allerdings ein höherer Wartungsaufwand für die beweglichen Teile des Laufrades und ein höherer Investitionsbedarf. Umgekehrt hat ein Francislaufrad nahezu keinen Wartungsaufwand und ist preiswerter in der Herstellung. - Auswahl der Turbinen Da Wasserturbinen eine Wirkungsgradcharakteristik aufweisen, welche nicht linear zur Wasserbeaufschlagung ist, sondern bei Teilbeaufschlagung eine stärkeren Rückgang der Wirkungsgradkurve aufweisen, ist eine stufenweise Auslegung nötig, um großenteils in günstigen Arbeitsbereichen die Anlage betreiben zu können. Im vorliegenden Fall wird aufgrund der Unterschreitungsganglinie bei 340 Tagen eine Auslegung auf Qa =5,5 m3/sec, Ha= 8,6 m, mit Stauklappe auf 9,35 m vorgenommen; Zwei Turbinensätze mit Beaufschlagung: Satz 1 0,4 bis 1,5 m3 /sec Satz 2 1,2 bis 4,0 m3/sec Überschneidungsbereich 1,2 bis 1,5 m3/sec Maschinensatz 1: Große Einsatzzeit ca. 5500 Bstd /Jahr ca. 60% der Jahreserzeugung Maschinensatz 2: geringe Einsatzzeit ca. 2500 Bstd/Jahr ca. 40% der Jahreserzeugung (Erkenntnisse aus der Jahresarbeit von EW2 Blecksteinstufe). Aus der Jahresarbeitsleistung ist ersichtlich, dass der große Maschinensatz, trotz geringer Betriebsdauer, im mittleren bis oberen Bereich eine sehr gute Auslegung verlangt, der kleine Maschinensatz, der häufig in Teilbeaufschlagung läuft, auch bis zum unteren Beaufschlagungspunkt eine gute Wirkungsgradlinie verlangt. Das Optimum liegt nahezu unabhängig vom Turbinentyp bei etwa 75 bis 85 % der Ausbauwassermenge Mögliche Turbinentypen (Angaben für Ha =8,6 m): M1 Francis 0,4 bis 1,5m3/sec n = 750 bis 375 Upm ; P el max = 94 kW, Pmin = 22 kW Kaplan 0,3 bis 1,5m3/sec n = 1500 bis750 Upm ; Pel max = 102 kW, Pmin = 16 kW Deriaz 0,3 bis 1,5m3/sec n = 1500 bis 750 Upm ; P el max = 108 kW, Pmin = 16 kW Francis 1,2 bis 4,0 m³/sec n = 750 bis 375 Upm ; Pel max = 250kW , Pmin = 56 kW Kaplan 1,2 bis 4,0 m³/sec n = 1500bis 500 Upm ; Pel max = 278 kW , Pmin = 65 kW Deriaz 1,2 bis 4,0 m³/sec n = 1500 bis500 Upm ; Pel max = 288 kW , P min = 57 kW Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass Kaplan und Deriaz (Diagonal) -turbinen höhere Wirkungsgrade (Pmax) erzielen, jedoch bezüglich Investition liegen sie deutlich über den Francis-Turbinen und Kaplan-Turbinen. Auch die Kinematik der Laufradverstellung ist im Unterhalt deutlich teurer als die Francisturbine. Allerdings ist die Liste der Turbinenbaufirmen, welche Diagonalturbinen herstellen, sehr kurz. M2 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 146 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bezüglich der Generatoren lässt sich aus Sicht des Verfassers folgende Erkenntnis berichten: Der Einsatz von modernen Asynchron-Generatoren ist im Betrieb völlig unproblematisch. Sie besitzen außer der Welle mit den Lagern keine wartungsbedürftigen Teile, weder in der Maschine, noch in der Regelung. Bei Einbau von Rotorblechen aus Kupfer, gegenüber den üblicherweise eingebauten Alu-Druckguss-Kurzschlussläufern, lassen sich Wirkungsgrade von über 95 % erreichen. Dies stellt gerade bei Asynchron-Generatoren mit deren ständig wechselnden Magnetfeldern hervorragende Werte dar. Umgekehrt ist der SynchronGenerator mit Schleifringen, bei statischer Erregung auf Basis von Elektronik, ebenso wirtschaftlich und geringfügig besser, allerdings bei größeren Herstellkosten. Diese werden verursacht durch längere Wellen, durch Schleifringe zum Aufbringen der Polradspannung, durch Kollektorbauteile bei ggfs. alter Erregertechnik. Bei optimaler Gestaltung sollte der SynchronGenerator sogar noch höhere Wirkungsgrade aufweisen, da die im Takt der Netzfrequenz wechselnde Magnetisierung im Polrad gegenüber den Asynchron-Generatoren entfällt. - Komponenten des Wasserkraftwerkes unter Optimierungsgesichtspunkten: Stauanlage: Belassen der Staumauer, lediglich Aufstau mit Stauklappe, Argument: guter baulicher Zustand, ca. 7% mehr Leistung bei Aufstau, unwesentliche Kostensteigerung, nur geringe Einflüsse auf Ökologie; Rechenanlage: in Seitenlage mit Sandfanggraben und Reinigungsmaschine Argument : Geschiebeabführung über Hauptgerinne, Treibgut bei Hochwasser nicht am Rechen (Bäume und Stämme bis 15m !!!), Reinigung relativ Störungsfrei, Maschine bei Ruhestellung im Wasser (kaum sichtbar-ökologische Argumente); Wasserfassung: in Stahlbeton, abgedeckt (Steinschlag, Frostschutz, Befahrbar), teils in Felsspalte/Rinne integriert oder an Felswand angeschmiegt; Rohrleitung Rohrleitung in Stahlrohr als einstrangige Leitung mit Abzweig und Absperrschieber weil unempfindlich bezüglich Steinschlag und Frost, verglichen mit Beton und GFK-Rohr; Einstrangig bringt geringe Druckverluste bei Niedrigwasser, im Winter Leitung gefüllt da fast immer in Betrieb; Entleerung im Winter entfällt; geschweißt, mit Abzweig und Krümmer zur Turbine Absperrschieber in Stahlguss, in Drosselklappenausführung, Antrieb über oder Stellmotor Hydraulik; Schieber im Trockenen; Abzweig aus Rohrsegmenten, geschweißt; Kraftwerksgebäude: Unterteil in Stahlbeton, aufgehende Wände in Tafelbauweise (Holzfertighaus) Außenbekleidung in landschaftsgebundener Bauweise (Lärchenholzbekleidung), Dachkonstruktion in Holz (verstärkt, da Schneelasten bis 1,5 m regelmäßig auftreten) Deckung in Stahlblech auf Holzschalung wegen hohen Schneelasten) Fenster in Holz; Turbinen als Spiralturbinen mit 8,6 m bzw. 9,35 m Gefälle Kaplan Rohr Turbine (Kosten!) ggfs. Francis Spiral; Generatoren als Synchronmaschinen (mindestens eine Synchronmaschine) Ablauf ins Unterwasser: als Stahlkrümmer Gründung als Brunnengründung RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 147 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Auslegung für Planung, Nachweise im Zuge Baueingab (Empfehlungen) Staumauer Abführung von Geschiebe und Hochwasser; keine Maßnahmen nötig Stauklappe Ausbildung für Aufstau von 75 cm, Hydraulik in Bio–Öl, Lagerung wartungsarm; Rechen Stabweite 20 mm; Zuflussgeschwindigkeit bei Qa <= 0,5 m/sec Wasserfassung Fließgeschwindigkeit <=0,5 m/sec; Rohrdeckung ca. 1,5 m Rohreintritt Trompetenrundung (einachsig), Küvette für Rohranschluss Rohrleitung Fließgeschwindigkeit bis 2,5 m/sec für Qa; D = 1,66 m Abzweig Zulauf DN 2000; Seitenabzweig DN 800; Ablauf DN 1400 Schieber DN 1400; DN 800, z.B. Roco VAG Turbine M1 Spiralgehäuse , Kaplanlaufrad oder Diagonallaufrad, nachrangig Francislaufrad, D ca. 560 mm; 0,28 bis 1,4 m³/sec Synchrongenerator 110 kW, n=375 Upm M2 Spiralgehäuse DS ca. 2,7 m!, Kaplanlaufrad oder Francislaufrad D ca.1000 mm; 0,88 bis 4,5 m³/sec Synchrongenerator 270 KW Saugschlauch Stahlsegmentbogen, bzw. Krümmer Bezüglich der Druckverluste und des möglichen Jahresarbeitsvermögens sei auf beigefügte Tabellen (Langbericht Büro Molz, Anlage A2) verwiesen. Deutlich ist ersichtlich, dass bei unterschiedlicher Gewichtung der Niederschlagsmengen von Rottach und Leitzach dies zu schwankendem Arbeitsvermögen führt. Graphisch gesehen stellt dies das Flächenintegral unter der Kurve gemittelt aus den Abflusswerten der beiden Flüsse dar. Ebenso deutlich ist, dass beim Einsatz nur einer Turbine für die veranschlagten Ausbaumengen im unteren und oberen Bereich der Beaufschlagung keine oder nur unzureichend Energieerzeugung stattfindet, da die Turbine bezüglich des Wirkungsgrades einbricht (Niedrigwasserbetrieb), oder die Turbine die Wassermenge nicht aufnehmen kann (Hochwasser). Setzt man zwei Turbinen ein, so erscheint es sinnvoll für die kleinere Wassermenge einen Turbinentyp mit hervorragendem Wirkungsgrad auch bis etwa 20% der Einzelbeaufschlagungsmenge (250 l/sec) einzusetzen, um auch bei Niedrigwasser (Juli und Januar, Februar) die Anlage ohne Maschinenstillsetzung fahren zu können. Für die Sommermonate wäre eine Stillsetzung ohne Probleme möglich, nicht jedoch für die Wintermonate. Hierbei wäre zwingend das Entwässern der Druckrohrleitung nötig, um keine Schäden an Rohren, Schiebern, sonstigen Steuerund Regelorganen zu verursachen. - Regelkreise Bei Einsatz von zwei Maschinen ist auch die Überdeckung der Wassermengenbeaufschlagung sichtbar. Der Einsatz der Maschinen wird in der Regel aufgrund der Hysterese der Regelkreise dergestalt erfolgen, dass bei ansteigender Wassermenge die kleinere Maschine bis zu deren obersten Schluckvermögen in Einsatz bleibt, bis anschließend Maschine 2 zuschaltet. Der Zuschaltzeitpunkt erfolgt erst bei weiterer Stauspiegelerhöhung mangels weiterem Schluckvermögen von Maschine 1. Der Schaltpunkt ist geringfügig unter das Stauziel, etwa einen Zentimeter unter Höchststau zu setzen. Bei Überschreiten der Marke schaltet Turbine 2 ins Netz. Steigt der Stauspiegel weiter an, obwohl Maschine 2 bereits voll geöffnet ist, so schaltet Maschine 1 noch zu. Erst wenn beide Maschinen voll beaufschlagt sind und der Stauspiegel weiter steigt, wird die Stauklappe stufenweise umgelegt unter Beibehaltung des Regelstauzieles. Bei ablaufender Hochwasserwelle verbleibt Turbine 1+2 solange in Betrieb, RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 148 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht bis das Stauziel unter die Schaltmarke fällt, erst dann schaltet Maschine 1. Anschließend fährt Maschine 2 bis zum unteren Abschaltpunkt ab und Turbine 1 geht ans Netz. Beim Einsatz von zwei Turbinen bietet es sich an, unter den verschiedenen Turbinentypen zu kombinieren. Nachfolgende Möglichkeiten ergeben sich grundsätzlicher Art, bei ungleich großem Schluckvermögen: Rangfolge max. Arbeitsvermögen - Zwei Francisturbinen - Zwei Kaplanturbinen - Zwei Diagonalturbinen - kleine Francis und große Kaplan - kleine Francis und große Diagonal - kleine Kaplan und große Francis - kleine Kaplan und große Diagonal - kleine Diagonal und große Francis - kleine Diagonal und große Kaplan fF kK dD fK fD kF kD dF dK 9 .. 1 .. .. .. 2 .. 3 Aus dem allgemeinen Wissen über die grundsätzlichen Größenverhältnisse der Wirkungsgrade der Maschinentypen (vgl. auch Tabelle) untereinander ist die beste Kombination der Einsatz von zwei Diagonalturbinen (dD), gefolgt von kleiner Kaplanturbine mit großer Diagonalturbine (kD), gefolgt von kleiner Diagonalturbine mit großer Kaplanturbine (dK). Da jedoch für Diagonalturbinen keine gesicherten Wirkungsgradkurven öffentlich zugänglich sind, insbesondere weil nur wenige Maschinenbauunternehmen sich mit der Technik der Diagonalturbine befassen – dem Verfasser ist nur ein Unternehmen aus Tirol bekannt – wird die Diagonalturbine als Nischenprodukt außer Acht gelassen. Der Wirkungsgrad dürfte nach Angaben bis etwa 92%, also unwesentlich höher als der von gut ausgelegten Kaplanturbinen (ca. 90 %) liegen. Unter diesen Voraussetzungen ist die nächstbessere Paarung eine Kombination Kaplan-Kaplan, gefolgt von Kaplan-Francis K-f. Die Entscheidung unterschiedliche, kleine und große Turbinentypen einzusetzen, hängt im Wesentlichen auch vom Abstufungsverhältnis der Maschinen untereinander ab und kann letztlich im Einzelfall nur vom Maschinenbauunternehmen unter der Maßgabe von „garantierten Leistungen“ getroffen werden. Hierbei spielt auch das verwendete Laufradprofil der Kaplanturbine bzw. das Schaufelprofil der Francisturbine eine nicht unwesentliche Rolle. Aus der Auswertung der beiliegenden Tabellen (Langbericht in Anlage A2) mit dem rechnerischen Arbeitsvermögen und den Berechnungen der Verlusthöhe ist erkennbar, dass nicht nur Turbinentyp sondern auch andere Bauteile die Jahresarbeitsvermögen mindern (Druckrohrleitung, Rechen). Alle Bauteile sind nach wirtschaftlichen Kriterien zu optimieren um insgesamt eine hohe Jahresarbeitsleistung zu erzielen. - Fazit Aus den oben dargelegten Gründen kommen bei Einsatz von Kaplanturbinen bevorzugt Langsamläufer mit stehender Welle, jedoch unwahrscheinlich Rohrturbinen mit kleinen schnelllaufenden Rädern zum Einsatz (Kavitation). Rohrturbinen haben geringeren Platzbedarf als Kaplanturbinen mit stehender Welle (und in diesem Falle mit Spiraleinlauf). Nachteilig für Kaplanturbinen sind die höheren Kosten sowohl für die Turbine, als auch für die Generatoren, da die Laufradverstellung über eine Hohlwelle des Generators erfolgt. Erfolgt die Auswahl für beide Maschinensätze zugunsten von Kaplanturbinen, ist mit der höchsten E- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 149 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht nergieausbeute bzw. Jahresarbeitsvermögen zu rechnen. Demgegenüber stehen allerdings auch höhere Wartungskosten infolge Verstelleinrichtung des Laufrades. Fällt die Wahl aus Gründen des Investitionsbedarfes auf eine Kombination aus Kaplan und Francis Turbine, so ist wegen der Anteile der großen und der kleinen Maschine im Verhältnis 1:2,5 die größere Maschine mit dem besseren Wirkungsgrad zu wählen, also als Kaplanturbine . Dies erbringt weiterhin große Jahresarbeitswerte, die nur etwa 1,5% hinter denen der Kombination aus zwei Kaplanturbinen nachstehen. Bei knappem Investitionsbudget ist jedoch auch der Einbau von zwei Francisturbinen mit einer Abstufung der Ausbauwassermenge von 1:2,5 noch erfolgversprechend. Dies steht allerdings der Lösung mit zwei Kaplanturbinen um ca. 8% hinten an. Nachdem wesentliche Anlagenteile wie Staumauer benutzt werden können, halten sich die Eingriffe in die Natur in Grenzen. Das Gebäude kann durch entsprechende Gestaltung in die umliegende Natur mit eingebunden werden. Dies wird in einem anderen Abschnitt der Studie noch dargestellt. In der Anlage sei auf die Pläne und Zeichnungen verwiesen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 150 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 9.2 Fotovoltaik B&O Eine der wirtschaftlichsten Bestandteile zur regenerativen Energieversorgung ist die Fotovoltaik, nicht zuletzt aufgrund der EEG Vergütung. Sie ist zwar aufgrund der im EEG implizierten Subventionen je nach Sichtweise umstritten, jedoch aus rein energetischen und zukunftsweisenden Gesichtspunkten unverzichtbar. Somit wurden auf allen großen Hallenflächen (Fliegerhallen und Werfthallen mit ca.12.000 m²), sowie auf einer der verfügbaren Freiflächen in Größe von 5 ha PV Anlagen systemfrei zur Verpachtung ausgeschrieben. 9.2.1 Fotovoltaik Freiflächenanlage Die zum Konversionsgelände gehörige ehemalige großflächigen Antennenanlage westlich des Hallenbereiches bietet die ideale Chance zur Nutzung als PV Freifläche. Lediglich die vielen verstreuten Antennenfundamente und Kabel mussten vor Nutzung entsorgt werden. Die ehemalige Nutzung als Schießplatz stellte keine Probleme dar, da keine Munitionsreste gefunden wurden. Ebenso wurde die Bodenbeschaffenheit als gut nutzbar eingestuft. Bild 9-3: Übersicht Freifläche (47.000 m² netto) [B&O] Die Freifläche mit knapp 5 ha bietet auch eine gute Möglichkeit, verschiedene PV-Technologien in Kombination mit einer landwirtschaftlichen Nutzung der Restfläche zu untersuchen und wurde deshalb in erster Planung in drei Nutzungszonen unterteilt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 151 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 9-4: Mögliche Aufteilung Freifläche in nachgeführte und fest aufgeständerte Zone (47.000 m² netto) [KDS] Die nachgeführten Anlagen bieten ihre Vorteile vor allem in der Doppelnutzung der Fläche, da sie auf einer Gesamthöhe von ca. 8,5 m (Breite 10 m) noch die Möglichkeit zur Nutzung von größeren Traktoren im ebenen hochgestellten Zustand bieten. Damit ist die Fläche doppelt nutzbar. Es ist durch diese Nutzungsform jedoch ein rein aus Verpachtung ohne mögliche landwirtschaftliche Doppelnutzung spürbar geringerer Erlös zu erzielen. Bild 9-5: Untersuchte nachgeführte Anlagen in max. Dimensionen TYP I [KDS] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 152 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Da B&O keinen landwirtschaftlichen Betrieb sicherstellen kann, wurde damit die Pachterlösoptimierte Version in fixer Aufständerung für die gesamte Fläche gewählt. Bild 9-6: Fix aufgeständerte Anlage [B&O] Die Leistungsdaten dieser Anlage belaufen sich damit auf: Baufeld gem. B-Plan Modulanzahl : Modulfläche: Überdachte Bodenfläche: Peak Leistung: Ertrag (bei 1080 kWh/kWp) ca. 46.010 m² ca. 11.600 ca. 17.176 m² ca. 15.566 m² ca. 2.425 kWp ca. 2,6 GWh/a Dadurch sind 30,6% der Fläche bei 25° Aufständerung für min. Einstrahlungswinkel 15° genutzt. 9.2.2 Fotovoltaik Dachanlagen Die Untersuchung der Möglichkeiten zur Dachnutzung wurde in der Komplexität auf Grund der unklaren Statik der Hallen um ein Vielfaches aufwendiger. Auch in Münchner Archiven konnten keine detaillierten Pläne der zum Flugplatz Neubiberg in München baugleichen Hallen gefunden werden, was eine Neuberechnung der komplexen Stahlfachwerk-Konstruktion bedeutete. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 153 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 9-7: Übersicht der in Phase I für PV genutzten Hallendächer [B&O] Als Ergebnis stellte sich dabei heraus, dass die Hallen durchaus materialoptimiert gebaut wurden und für zusätzliche Dachlasten in Form von ca. 18 kg/m² (PV-Aufbauten) und die daraus ebenso resultierenden Schneelasten für die Fliegerhallen 305, 306 und 329 keine Reserven enthielten, und entsprechend verstärkt werden müssen. In der Beplanung der Hallen 305, 306, 329 konnte eine für diese Hallen nutzbare Gesamtleistung von ca. 433 kWp mit einem Jahresertrag von ca. 440 MWh ermittelt werden, was im weiteren Ausbau der PV Nutzung in die Umsetzung gehen kann. Die summarischen Leistungsdaten dieser Anlagen (305, 306, 329) belaufen sich damit auf: Modulanzahl : Modulfläche: Peak Leistung: Ertrag (bei 1080 kWh/kWp) ca. ?? ca. 3.500 m² ca. 433 kWp ca. 440 MWh/a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 154 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 9-8: Darstellung der Genehmigungsplanung Geb. 329 für PV Nutzung [B&O] Als Problemsituation stellt sich in diesem Zusammenhang der Alterszustand der Niederspannungsverteilung heraus, die im Zuge der Nutzungserweiterung sanierungsbedürftig wird. Insgesamt bleibt der Vorgang jedoch inklusive der nötigen Sanierung der Dachhaut wie auch der nötigen Statikverstärkung hoch wirtschaftlich und ist gerade aus energetischer Sicht mit dem gleichzeitigen Einsatz von Wärmepumpen empfehlenswert. Diese ideale Dachnutzung setzt natürlich eine geeignete Verschattungssituation voraus, um den für diese Region zu erwartenden Ertrag auch realisieren zu können. Die Überprüfung der Hallen 325/327 mit der höchsten Komplexität ist noch nicht abgeschlossen, und muss auch im Hinblick der bevorstehenden Nutzung abgeschlossen werden. Die Kerndaten der geplanten Anlage hier belaufen sich auf: Modulneigung : Modulfläche: Peak Leistung: Ertrag (bei 1080 kWh/kWp) ca. 30° ca. 2.500 m² ca. 460 kWp ca. 490 MWh/a RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 155 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 9-9: Darstellung der Genehmigungsplanung Geb. 325, 327 für PV Nutzung [B&O] 9.2.3 Untersuchte Lösungen und Fazit Die aktuelle Lösung in einer optimierten Wirtschaftlichkeit wurde unter Nutzung von kristallinen Modulen entwickelt. Die Untersuchung zur Nutzung von amorphen Modulen führte nicht zur optimalen Wirtschaftlichkeit, da die Modulentwicklung und der damit zusammenhängende Marktpreis noch nicht weit genug fortgeschritten ist, und andererseits die statische Belastung der Gebäude aufgrund der flacheren Aufständerung nur unwesentlich abnimmt. Die erzielbare Leistung, z.B. für das Gebäude 329 mit 178 kWp, ist zwar im Gegensatz zu kristallinen Modulen mit ca. 135 kWp um ca. 24% höher, wobei der Ertrag jedoch um ca. 28% abnimmt. Hinzu kommt, dass die Alterungseigenschaften, sowie die Recyclingfähigkeit der amorphen Modultechnik noch nicht ganz ausgereift ist, was diese Technik im aktuellen Stand nicht zur Anwendung kommen lässt. In der weiteren Marktentwicklung muss diese Entscheidung jedoch neu bewertet werden, und bietet durchaus gute Chancen in einer zukünftigen Anwendung. Für alle Dächer wurde auch eine neuartige Kombination der Dachhautsanierung inkl. amorphen PV-Modulen untersucht, jedoch liegt der Vorteil dieser Lösung nicht im Invest, sondern in einer deutlich verringerten Statikbelastung. In der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung als Verpachtungslösung musste allerdings, obwohl die Lösung auch im Installationszeitbedarf bis zur Nutzung besticht, eine deutliche Verringerung des Pachterlöses ermittelt werden. Bei weiterer Industrialisierung und damit Senkung der Herstellkosten können die funktionalen Vorteile dieser Lösung (Statik, Montagezeit) besser ausgenutzt werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 156 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 9.3 Biogas B&O Aus den POLIS-Simulationen der GEF Ingenieur AG (Kapitel 8) ergibt sich ein beginnender positiver Betriebskosteneffekt, der sich jedoch spätestens nach 10 Jahren bereits durch die Preisentwicklungen egalisiert. Für B&O tritt eine Biogaslösung deshalb zur Zeit nicht in den Vordergrund. 9.4 Energiebilanzen RK-S Überlegungen zu den Energiebilanzen beschränken sich auf das Nordnetz, da im Südnetz aufgrund nicht festgelegter Sanierungsstandards und teilweise noch unklarer Nutzungen keine belastbaren Basisdaten vorliegen. Aus Gründen der Kompatibilität folgen wir dabei den Eingangsdaten, die von GEF den POLIS-Simulationen in Abschnitt 8.5, Variante 4, zugrunde gelegt worden sind. Diese spiegeln nicht notwendigerweise den allerletzten Entwicklungsstand zum Zeitpunkt der Berichterstellung wieder (Mai 2010), beispielsweise haben sich die Kollektorflächen aktuell wieder etwas verändert. Folgende Gebäude und Kennwerte werden der Nordnetz-Bilanzierung zugrundegelegt: Gebäude Nutzung 350 b Wohnheim Hzg + TWW- Hilfsenergie GesamtNGF Wärme in TGA Strom Strom in kWh/m²a kWh/m²a m2 kWh/m² a 1.012 87 5 20 352 NW Gastronomie etc. 1.429 69 30 50 353 Wohnen 2.246 51 5 20 354 Wohnheim 2.152 75 5 20 355 NW Schule/Tagesstätte 2.152 150 25 35 1.496 50 10 25 1.922 70 5 20 NW Schule und Bürogebäu358 de 8.092 75 30 45 359 Hotelapartment 1.202 69 5 20 360 NW Hotel/Gastronomie 872 83 30 50 361 Hotelapartment 578 70 5 20 362 Hotelapartment 578 63 5 20 707 Wohnen 116 42 5 20 611 EG: Arbeiten, Rest Wohnen 1.478 88 5 25 612 EG: Arbeiten, Rest Wohnen 481 47 5 25 613 EG: Arbeiten, Rest Wohnen 968 55 5 25 Seminarräume 356a +Ferienwohnungen 356b-c Ferienwohnungen - Flächenbezug: NGF, - Hotelapartments werden Wohnnutzung gleichgesetzt - Für Nichtwohngebäude wird entsprechend EnEV auch Beleuchtungsstrom bilanziert - Kühlung findet laut B&O nicht statt Tab. 9-3: Zusammenstellung der zum Nordnetz gehörenden Gebäude RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 157 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 158 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Auf der Bedarfsseite ergeben sich damit folgende Endenergiebedarfswerte: Gebäude Nutzung 350 b Wohnheim NGF m2 1.012 Hzg + TWW- Hilfsenergie GesamtWärme in TGA Strom Strom in kWh/a kWh/a kWh/a 88055 5062 20250 352 Gastronomie etc. 1.429 98897 42868 71447 353 Wohnen 2.246 114540 11229 44918 354 Wohnheim 2.152 161421 10761 43046 355 Schule/Tagesstätte 2.152 322842 53807 75330 1.496 74813 14963 37407 1.922 134150 9610 38438 358 Schule und Bürogebäude 8.092 606890 242756 364134 359 Hotelapartment 1.202 82936 6010 24039 360 Hotel/Gastronomie 872 72376 26160 43600 361 Hotelapartment 578 40450 2889 11557 362 Hotelapartment 578 36405 2889 11557 707 Wohnen 116 4879 581 2323 611 EG: Arbeiten, Rest Wohnen 1.478 130069 7390 36952 612 EG: Arbeiten, Rest Wohnen 481 22607 2405 12025 613 EG: Arbeiten, Rest Wohnen Summen Vergleichswert Wärme GEF 968 53240 2.044.570 2.010.000 4840 444.221 24200 861.222 356a Seminarräume+Ferienwohnungen 356b-c Ferienwohnungen 26.775 Tab. 9-4: Bedarfsbilanz Nordnetz. Hilfsenergie TGA-Strom ist in Gesamtstrom enthalten. Im Rahmen der POLIS-Simulationen wurden für die Bedarfsseite folgende Eingangs- bzw. Ergebnisdaten von GEF genannt: - Wärmeverbrauch Nordnetz gesamt: 2010 MWh/a (ohne Netzverluste), was eine gute Übereinstimmung mit den obigen Abschätzungen aus den Einzelgebäude-Werten bedeutet. - Stromverbrauch Wärmepumpen (Jahresarbeitszahl 5,0): ca. 24 MWh/a Auf Bedarfsseite hinzuzurechnen sind die Verluste des Wärmenetzes, die für diese Berechnung mit 15 % angesetzt werden. Weiterhin wird beim Strom der Verbrauchswert der Wärmepumpen als zusätzlicher TGA-Stromverbrauch addiert. Es ergeben sich damit Bedarfssummen nach Tabelle 9-5. Gesamt Endenergiebedarf Summen Bedarfswerte zuzügl. Netzverluste 15 % zuzügl. Stromverbr. Wärmepumpen lt. GEF Gesamt Wärme TGA-Strom Gesamtstr. kWh/a kWh/a kWh/a 2.044.570 444.221 861.222 306.686 2.351.256 24.000 468.221 24.000 885.222 Tab. 9-5: Bedarfsbilanz einschließlich Netzverluste und Stromverbrauch Wärmepumpen RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 159 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Für die Bilanzierung werden folgende Varianten untersucht: Bilanzrahmen lokal: A: Es gelten die Grenzen des Fördergebietes (Nordnetz). Neben den thermischen Kollektoren kommt in diesem Fall die Wasserkraftanlage am Moosbach als zusätzlicher regenerativer Energieerzeuger mit in die Bilanzierung. B: Es gelten auch hier die Grenzen des Fördergebietes, aber zusätzlich werden die PVAnlagen im B&O-Gesamtgelände (auch außerhalb des eigentlichen Projekt-Fördergebietes) mit bilanziert. Dies betrifft die Dachanlagen auf den ehemaligen Hangars sowie die große Freiflächenanlage im westlichen Teil des Areals. Bilanzrahmen Verbraucher und Erzeuger, Primärenergiefaktoren: 1. Es gelten die Bilanzgrenzen der EnEV 2007 / 2009: Für Wohngebäude wird Heizen, Kühlen, Warmwasserbereitung, Lüftung und TGA-Hilfsenergie bilanziert. Für Nichtwohngebäude erstreckt sich die Bilanzierung nach DIN V 18599 auf Heizung, Kühlung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Klimatisierung, Beleuchtung und TGA-Hilfsenergie. Es gelten die Primärenergiefaktoren der EnEV 2009. 2. Die Bilanzgrenzen der EnEV werden erweitert, auch der Nutzerstromverbrauch wird mit eingerechnet. Es gelten die Primärenergiefaktoren der EnEV 2009. Damit ergeben sich insgesamt vier zu untersuchende Varianten: A1, A2, B1 und B2. Im Rahmen der POLIS-Simulationen wurden für die Versorgungsseite folgende Eingangsbzw. Ergebnisdaten von GEF genannt: - Jahressolarertrag Nordnetz (ins Heiz- und TWW-Netz übergeben): 1475 MWh/a - davon sofort im jeweiligen Gebäude genutzt: 430 MWh/a - in die gebäudeeigenen Pufferspeicher eingelagert: 125 MWh/a - ins Fernwärmenetz eingespeist: 920 MWh/a Für die Berechnungen werden von uns weiterhin folgende Annahmen getroffen: - Ausnutzung der in die gebäudeeigenen Pufferspeicher eingelagerten Solarwärme: 90 % - Ausnutzung der ins Fernwärmenetz eingespeisten Solarwärme 50 %. Hierin ist auch die Wärmelieferung der Wärmepumpen enthalten, welche die „Umweltenergie“ größtenteils als Solarenergie aus dem Netz beziehen. - Stromlieferung Moosbachkraftwerk auf dem Fördergebietsgelände Nordnetz: 45.645 kWh/a (nach Molz, Kap. 9.1) - Stromlieferung PV-Anlagen auf dem Gesamtareal B&O-Park: 3.530.000 kWh/a (nach Schroeder, Kap. 9.2) Unter Verwendung dieser Werte lassen sich die in Tabelle 9-6 bis 9-9 dargestellten Energiebilanzen berechnen: RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 160 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 161 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht A1: Grenzen Fördergebiet. Bilanzrahmen EnEV, Primärenergiefaktoren EnEV End PEF Deckung Wärme kWh/a Solar direkt 430.000 0 Solar Pufferspeicher Gebäude, Ausnutzung 90 % 112.500 0 Solar ins Netz, Ausnutzung 50 % 460.000 0 Hackschnitzelkessel (90 % Restdeckung) 1.213.880 0,1 Gasspitzenlastkessel (10 % Restdeckung) 134.876 1,1 Summe 2.351.256 Stromverbrauch TGA und Wärmepumpen 468.221 Bilanzierter Primärenergieverbrauch Primärenergieverbrauch auf NGF bezogen 0 0 121.388 148.363 2,6 1.217.374 Gesamt-Primärenergieverbrauch abzüglich Stromerzeugung Moosbach Primär kWh/a 0 1.487.126 45.645 2,6 -118.677 kWh/m2a 1.368.449 51 Tab. 9-6: Versorgungsbilanz A1, Endenergie und Primärenergie ohne Nutzerstromverbrauch, ohne PV-Anlagen auf dem Gesamtareal Bewertung: Rund 40 % des Gesamtwärmebedarfs werden unmittelbar (oder mittelbar über Wärmepumpen) durch Solarenergie gedeckt. Lediglich 270.000 kWh/a an Primärenergie müssen aufgewendet werden, um 2.350.000 kWh/a an Wärme-Endenergie bereitzustellen. Stark ins Gewicht fällt der Stromverbrauch für TGA und Nichtwohngebäude-Beleuchtung, der mit 1,2 Mio kWh/a den Wärmebedarf primärenergetisch um Faktor 4,5 übertrifft. Auch das kleine Moosbach-Kraftwerk kann hier mit ca. 120.000 kWh/a Primärenergielieferung nicht viel ausrichten. Die Nullenergiebilanz wird nicht erreicht, jedoch liegt der Gesamt-Primärenergieverbrauch mit 51 kWh/m2a sehr niedrig, wenn man berücksichtigt, dass der Beleuchtungsstromverbrauch der Nichtwohngebäude mit eingeflossen ist. Würde man annehmen, dass nicht nur 50 %, sondern 100 % der ins Netz eingespeisten Solarwärme auch genutzt werden kann, so würde sich der flächenspezifische Primärenergieverbrauch nur um 3 kWh/m2a von 51 auf 48 kWh/m2a verringern. Der Grund für diesen geringen Rückgang: Die nicht genutzte Solarenergie wird größtenteils durch Wärme aus Hackschnitzeln ersetzt, die laut EnEV mit einem PEF von 0,1 bilanziert wird. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 162 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht A2: Grenzen Fördergebiet, Bilanzrahmen EnEV zuzüglich Nutzerstromverbrauch, PEF EnEV End PEF Primär Deckung Wärme kWh/a kWh/a Solar direkt 430.000 0 0 Solar Pufferspeicher Gebäude, Ausnutzung 90 % 112.500 0 0 Solar ins Netz, Ausnutzung 50 % 460.000 0 0 Hackschnitzelkessel (90 % Restdeckung) 1.213.880 0,1 121.388 Gasspitzenlastkessel (10 % Restdeckung) 134.876 1,1 148.363 Summe 2.351.256 Stromverbrauch Gesamt einschl. Nutzer 885.222 2,6 2.301.576 Gesamt-Primärenergieverbrauch abzüglich Stromerzeugung Moosbach Bilanzierter Primärenergieverbrauch Primärenergieverbrauch auf NGF bezogen 2.571.328 45.645 2,6 -118.677 kWh/m2a 2.452.651 92 Tab. 9-7: Versorgungsbilanz A2, Endenergie und Primärenergie einschließlich Nutzerstromverbrauch, ohne PV-Anlagen auf dem Gesamtareal Bewertung: Im Unterschied zu Alternative A1 wird hier der gesamte Stromverbrauch in den Gebäuden berücksichtigt, also auch der Stromverbrauch für Geräte, Einrichtungen etc. Der flächenspezifische Primärenergieverbrauch steigt dadurch von 51 auf 92 kWh/m2a, liegt aber immer noch deutlich unter dem entsprechend definierten Passivhaus-Primärenergie-Kennwert von 120 kWh/m2a. Dies vor allem aufgrund der thermischen Solarenergienutzung und der Hackschnitzelheizung. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 163 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht B1: Grenzen Fördergebiet + PV-Technologiepark, Bilanzrahmen EnEV, PEF EnEV End PEF Deckung Wärme kWh/a Solar direkt 430.000 0 Solar Pufferspeicher Gebäude, Ausnutzung 90 % 112.500 0 Solar ins Netz, Ausnutzung 50 % 460.000 0 Hackschnitzelkessel (90 % Restdeckung) 1.213.880 0,1 Gasspitzenlastkessel (10 % Restdeckung) 134.876 1,1 Summe 2.351.256 Stromverbrauch TGA und Wärmepumpen 468.221 abzüglich Stromerzeugung PV-Anlagen Bilanzierter Primärenergieverbrauch Primärenergieverbrauch auf NGF bezogen 0 0 121.388 148.363 2,6 1.217.374 Gesamt-Primärenergieverbrauch abzüglich Stromerzeugung Moosbach Primär kWh/a 0 1.487.126 45.645 3.530.000 2,6 -118.677 2,6 9.178.000 7.809.551 kWh/m2a -292 Tab. 9-8: Versorgungsbilanz B1, Endenergie und Primärenergie ohne Nutzerstromverbrauch, mit Gewinnen der PV-Anlagen auf dem Gesamtareal Bewertung: In Variante B1 wird, wie in A1, entsprechend EnEV, nur der Stromverbrauch Hilfsenergie TGA und Wärmepumpen mit einbezogen. Jedoch werden die großen PV-Anlagen auf dem Gelände des B&O-Parks (außerhalb des Nordnetz-Versorgungsgebietes) als solare Gewinnflächen mit bilanziert. Aufgrund der verhältnismäßig großen PV-Flächen ergibt sich dann ein Energiegewinn – oder mit anderen Worten – eine „Plusenergiestadt“ mit einem Primärenergiekennwert von – 292 kWh/m2a. Diese Betrachtungsweise halten wir jedoch für fragwürdig, da man in diesem Falle mindestens auch die Verbräuche auf dem Gesamtareal mit einbeziehen sollte. Diese sind jedoch für den Zielzustand noch nicht quantifizierbar, da der Zielzustand noch nicht feststeht. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 164 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht B2: Grenzen Fördergebiet + PV, Bilanzrahmen EnEV zuzügl. Nutzerstromverbrauch, PEF EnEV End PEF Primär Deckung Wärme kWh/a kWh/a Solar direkt 430.000 0 0 Solar Pufferspeicher Gebäude, Ausnutzung 90 % 112.500 0 0 Solar ins Netz, Ausnutzung 50 % 460.000 0 0 Hackschnitzelkessel (90 % Restdeckung) 134.876 0,1 13.488 Gasspitzenlastkessel (10 % Restdeckung) 2.351.256 1,1 2.586.381 Summe 3.488.631 Stromverbrauch Gesamt einschl. Nutzer 885.222 2,6 2.301.576 Gesamt-Primärenergieverbrauch abzüglich Stromerzeugung Moosbach abzüglich Stromerzeugung PV-Anlagen Bilanzierter Primärenergieverbrauch Primärenergieverbrauch auf NGF bezogen 4.901.445 45.645 3.530.000 2,6 -118.677 2,6 9.178.000 4.395.232 kWh/m2a -164 Tab. 9-9: Versorgungsbilanz Endenergie und Primärenergie einschließlich Nutzerstromverbrauch, mit Gewinnen der PV-Anlagen auf dem Gesamtareal Bewertung: Im Unterschied zu Variante B1 wird nun der gesamte Stromverbrauch des Nordnetzes, also einschl. Nutzerstromverbrauch angesetzt. Auch hier reicht es noch zur „Plusenergiestadt“ mit einem Primärenergiekennwert von – 164 kWh/m2a. Die Fragwürdigkeit der Einbeziehung der PV-Anlagen, die sich nicht auf dem Gelände des Nordnetzes befinden, wurde oben bereits erläutert. 9.5 Nullenergieziel erreicht ? RK-S Ohne Berücksichtigung der PV-Anlagen, die streng genommen nicht zum Nordnetz gehören, kann die Nullenergiebilanz nicht erreicht werden. Die Einheit „Nordnetz“ mit ihren 15 Gebäuden und ihrer Versorgungsstruktur stellt sich jedoch in der Primärenergiebilanz um 30 % besser dar, als der Passivhaus-Grenzwert von 120 kWh/m2a (Bilanzierung nach EnEV). Dies darf als sehr gutes Projektergebnis angesehen werden. Ursachen dafür sind, neben dem guten energetischen Standard der meisten Gebäude, auch die thermische Solarenergienutzung und die Hackschnitzelheizung. Werden die großen PV-Anlagen mit angerechnet, entsteht eine deutliche Plusenergiebilanz von ca. 290 kWh/m2a an Energiegewinn, sofern der Nutzerstrom vernachlässigt wird (also in RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 165 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Grenzen der EnEV bilanziert wird). Fließt der Nutzerstromverbrauch in die Bilanzierung mit ein, so beträgt der Plusenergiekennwert immerhin noch ca. 160 kWh/m2a. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 166 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10. Weitere innovative Projektinhalte 10.1 Holz-MFH mit hohem Vorfertigungsgrad 10.1.1 Mehrfamilienhäuser aus Holz B&O Die Zielstellung bestand in der Weiterentwicklung der Holzbauweise zur Verwendung für Mehrfamilienhäuser mit bis zu 7 Geschossen zur Nachverdichtung oder als Ersatzneubau im Mietwohnungsbau. Dabei standen die Nachhaltigkeit der Bauweise und ihr hoher Vorfertigungsgrad im Vordergrund der Untersuchungen. Am Standort Bad Aibling wurden daher Grundrisse und Varianten für ein viergeschossiges und ein siebengeschossiges Gebäude entwickelt und zur Genehmigungsreife geführt. Im Folgenden wird der derzeitig in Bau befindliche 4 geschossige Wohnbau näher vorgestellt. Bild 10-1: Visualisierung [B&O/Schankula] Das viergeschossige Wohnhaus wurde als Punktgebäude mit außenliegenden Treppenhaus und Aufzugsschacht konzipiert. Die 6 Wohnungen mit Balkon, teilweise Tageslichtbad und zeitgemäßen Grundrissen in den Größen von 60 – 100 m² spiegeln den derzeitigen Stand im Wohnungsneubau wieder. Individuelle Grundrisse mit hoher Flexibilität ermöglichen eine maximale Erfüllung von Kundenwünschen. Die nachfolgenden Pläne sind ein Bespiel dafür. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 167 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 168 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Im Rahmen der Bearbeitung wurde ein hohes Augenmerk auf einen maximalen Vorfertigungsgrad gelegt. Die Wandelemente wurden komplett mit Fenstern, Dämmung, Fassadenbekleidung und Installationsvorbereitung gefertigt. Dabei wurden die maximalen Transportmaße mit einer Höhe von ca. 3,25 m und einer Länge bis zu 10,00 m bei der Fertigung erreicht. Der Abbund erfolgte dabei im Werk weitgehend automatisch. Bild 10-2: Vorgefertigte Elemente [B&O] Bild 10-3: Automatische Abbundanlage [Huber] Bild 10-4: Beladene Transporteinheit [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 169 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bei der Planung der baulichen Hülle wurde gemäß Zielsetzung des Forschungsvorhabens ebenfalls großer Wert auf die energetischen Kennwerte des Gebäudes gelegt. Mit einem Endenergieverbrauch von 30,0 kWh/m²a werden die Anforderungen der EnEV deutlich unterschritten und erfüllen die Kriterien eines KfW Effizienzhauses 70. Die Ausführung als Passivhaus ist mit geringen Änderungen wie z.B. 3 fach Isolierverglasung problemlos möglich. Die Außenwände erhalten eine 20 cm dicke Dämmung aus Mineralwolle, die gleichzeitig den Brandschutz sicherstellt. Das Dach wird mit einer Vollsparrendämmung von 30 cm ausgeführt und erhält zusätzlich eine Gefälledämmung, die die Wärmebrücken deutlich reduziert. Der Keller wird nicht der thermischen Hülle zugeschlagen, so dass Wärmebrücken in diesem Bereich nicht relevant sind. Der Fußboden im Erdgeschoss wird mit 16 cm gegen den Keller gedämmt. Die Fenster werden als 2 fach Isolierverglasung ausgeführt, eine 3 fach Verglasung ist ebenfalls möglich. Besonderer Wert wurde auf die Lüftungsanlage gelegt, die als dezentrale Zu- und Abluftanlage mit WRG ausgeführt wird. Die Montage der Lüftungsleitungen erfolgt dabei über abgehängte Decken in den Bädern und Fluren. Der Rückgewinnungsgrad beträgt beim gewählten Anlagentyp ca. 80 %. Die Auslegung der Anlage erfolgte dabei streng nach DIN 1946 Teil 6. Es ist jedoch geplant, die Anlagen im Rahmen eines Forschungsprojektes nachträglich mit Sensorik auszustatten und bedarfsgeführt zu regeln. Die Warmwasserbereitstellung erfolgt über Wohnungsstationen mit Wärmetauschern. Damit wird die notwendige Vorlauftemperatur reduziert, da eine Legionellenschaltung nicht mehr notwendig wird. Die Heizungsanlage wird mit maximal 55 °C Vorlauf gefahren und ermöglicht damit einen größeren Wirkungsbereich der solarthermischen Anlage. Für die Gebäudeheizung werden im Musterhaus zwei Systeme angewendet. Im Erdgeschoß und Dachgeschoß wird eine Fußbodenheizung in den Nassestrich eingebaut. In den anderen Etagen erfolgt die Versorgung über Plattenheizkörper mit reduzierter Vorlauftemperatur von 55 °C. Ziel ist auch hier die maximale Nutzung der Solarwärme unter Beachtung der Behaglichkeit. Neben den Vorzügen in den Bereichen Nachhaltigkeit, CO2 - Bilanz und Wohnklima ist bei dieser Bauweise die Bauzeit ein wichtiger Vorteil gegenüber Massivbauweisen. Das Gebäude wurde am Standort innerhalb von 4 Tagen auf einen bestehenden Keller eines abgebrochenen Hauses aufgebaut. Eine Montage kann aber auch auf einer Bodenplatte oder einen neuen Kellergeschoß erfolgen. Ziel dieser Bauweise ist es, bei Baumaßnahmen in bestehenden Wohngebieten die Belastungen für die Bewohner so gering wie möglich zu halten. Die gelingt durch die hohe Vorfertigung im Werk und die kurze Bauzeit vor Ort. Bild 10-5: Vorbereiteter Keller [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 10-6: 1. Tag 10.00 Uhr die ersten Wände [B&O] Seite 170 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 10-7: 1. Tag 16.00 Uhr Deckenmontage [B&O] Bild 10-8: 1. Tag 17.00 Uhr Deckenmontage [B&O] Bild 10-9: 3. Tag 17.00 Uhr 3.OG [B&O] Bild 10-10: 3. Tag 17.00 Uhr Decke über 3.OG [B&O] Bild 10-11: 4. Tag 10.00 Uhr Montage Dachgeschoß [B&O] Bild 10-12: Richtfest [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 171 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.1.2 Energieeffiziente Neubauten mit hohem Vorfertigungsgrad HS-Rosenheim Langberichte zu den Themen der HS-Rosenheim finden sich auf der Daten-CD unter Anlage A3. - Einleitung Der Anteil an vorgefertigten Produkten im Bausektor steigt stetig an. Gerade der Holzbau erzielt mit einer weitgehend industriellen Vorfertigung von Böden, Wänden, Decken und Dächern einen großen Wettbewerbsvorteil. Die Elemente werden im Werk mit allen Einbauteilen (Fenster, Türen, etc.) bis hin zum Oberflächenfinish vorbereitet und auf der Baustelle nur noch zusammengesetzt und verbunden. Die Bauzeit auf der Baustelle verringert sich dadurch, Personal und Maschinen können effizient eingesetzt werden. Die gesamte Fertigung kann witterungsunabhängig und computergestützt erfolgen, was eine höhere Effizienz und Qualität zur Folge hat. Um die Vorteile voll ausschöpfen zu können, sollten möglichst alle Gewerke in die Vorfertigung integriert werden. Jedes Gebäude muss den stetig steigenden Komfortwünschen seiner Nutzer standhalten. Hierzu gehören z.B. die grundlegende Versorgung mit Trinkwasser oder Heizung, respektive Warm-, Kalt- und Abwasser oder elektrische Versorgung. Mittlerweile gehören dazu aber auch schon Lüftungsanlagen, Klimaanlagen oder Datenleitungen. Diese immer größer werdende Anzahl an Leitungen und Rohren muss kostengünstig und nicht sichtbar im Haus verlegt sein. Ziel der Arbeit ist, Chancen für einen wirtschaftlichen Einsatz von vorgefertigten Gebäudetechnikkomponenten aufzuzeigen. Besonderer Wert wurde dabei auf eine flexible, aber einfache Konstruktion gelegt. Darüber hinaus muss sie gut vorzufertigen und einfach zu warten sein. In den nachfolgenden Kapiteln wird zunächst auf konstruktive Brandschutzlösungen im mehrgeschossigen Holzbau eingegangen, da die notwendigen Brandschutzauflagen oft die bauliche Situation beeinflussen und den Aufwand erhöhen. Anschließend erfolgt eine Beschreibung von möglichen Integrationsvarianten der gebäudetechnischen Anlagen und deren Einsatzgebiete. Die Themen wurden im Rahmen eines Masterstudiums in verschiedenen Arbeiten an der Fachhochschule Rosenheim erarbeitet. Im Abschluss wird die Umsetzung des aktuellen Projekts 4-geschossiger Wohnungsbau auf dem B&O Gelände in Mietraching im Bezug auf die Einbausituation der Gebäudetechnik beschrieben. - Allgemeine Informationen Der nachfolgende Abschnitt behandelt modulare Fassaden-, Decken- und Wandkonstruktionen inklusive Gebäudetechnikkomponenten, die im mehrgeschossigen Holzbau einsetzbar sind. Als mehrgeschossig wird dabei mindestens eine Gebäudeklasse 4 zugrunde gelegt. Unter Modular wird eine Montage von Fertigelemente verstanden. Diese Bauweise und Planung kann als Neuplanung auf der „grünen Wiese“, wie auch im Sanierungsfall z.B. Sanierung des Gebäudes 353 auf dem Parkgelände oder als Konstruktion auf bestehende Gebäudeteile z.B. Bestandskeller erfolgen. Für Gebäude geringer Höhe ist dies schon lange möglich, hier macht eine Vorfertigung speziell der Gebäudetechnik aber nur in der Serienproduktion mit hohen Stückzahlen Sinn. Mehrgeschossige Wohngebäude können aufgrund der rechtlichen Regelung allerdings erst seit 2008 in Holzbauweise ausgeführt werden. Hier kann durch eine gute Vorplanung der Vorfertigung, mit einer besonderen Tiefe im Bereich der gebäudetechnischen Ausrüstung die Produktion wirtschaftlich werden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 172 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Konstruktive Brandschutzlösungen im mehrgeschossigen Holzbau Installationen dürfen grundsätzlich nicht in hochfeuerhemmenden Bauteilen geführt werden. Sie sind vor Wänden (Vorwandinstallationen) bzw. unterhalb von Decken zu führen. Durchführungen sind als Schacht oder Kanal auszuführen. Für elektrische Leitungen gelten abweichende Regelungen, da einzelne Leitungen oder Hüllrohre aus nicht brennbaren Baustoffen innerhalb von Wänden und Decken geführt werden, sofern diese zur Versorgung des angrenzenden Raumes innerhalb derselben Nutzungseinheit dienen. - Einsatz von vorgefertigten Elementen mit Einbindung der Gebäudetechnik Mehrgeschossige Holzbauten über 13 m fallen in die Gebäudeklasse 4, die sich vor allem in den zu treffenden Brandschutzmaßnahmen widerspiegeln. Bei der Projektierung jedes Gebäudes stellt sich die Frage der kostengünstigen Einbindung der technischen Anlagen. Die technischen Anlagen gliedern sich in Wärmeversorgung, Wasserver- und -entsorgung, Elektroversorgung sowie Lüftung und Klimatisierung auf. Durch die erhöhten Brandschutzanforderungen muss die Verlegung im Gebäude genau geplant werden, um teure, unnötige Brandschutzschotts und Kapselungen zu vermeiden. Günstig ist hierbei eine Bündelung der Leitungen und Rohre in speziellen Installationsschächten und Installationswänden. Diese Bündelungen sind eine kosten-, schall- und brandschutztechnisch günstige Variante. Sie sind in der Nähe von Räumen zu verlegen (Küche/Bad), die durch ihre Nutzung eine hohe Installationsdichte aufweisen. Daher ist schon bei der Raumplanung auf die Lage und günstige Anschlussmöglichkeit solcher Räume zu achten. Die Installationsbereiche dienen vor allem der vertikalen Grobverteilung der Medien im Haus. Die horizontale Feinverteilung findet anschließend im Bereich der Boden-, Wand- oder Deckenkonstruktion als Installationsebene statt. - Untersuchung über modulare, vorgefertigte Installationen in mehrgeschossigen Holzbauwerken Der nachfolgende Abschnitt soll mögliche Vorfertigungsvarianten darstellen, welche zerstörungsfrei zugänglich, Brand-, Schall- und Wärmegeschützt sind. Das Konzept schließt dabei alle Medien, wie Heizungs-, Lüftungs-, Warmwasser-, Kaltwasser- und EntwässerungsRohre sowie Kabel mit ein. -- Trassenführung Als günstigste Grobverteilung hat sich die Trassenführung, die sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen kann erwiesen. Dies beinhaltet eine Bündelung der Leitungsbahnen in einem oder mehreren Installationsschächten, je nach Gebäudegröße. Dies verringert den baulichen Aufwand und reduziert die schall- und brandschutztechnischen Maßnahmen. Dabei sollte auf eine Trennung und Entkopplung der Installationen von der Tragkonstruktion gewährleistet sein. In den Verteilungssträngen sollte dabei immer Platz für eventuelle Nachrüstung vorhanden sein. -- Vertikale Medienführung In der vertikalen Verteilung werden die Medien vom Hausanschluss ohne Verzüge über die Etagen verteilt. Hierbei ist auf eine brand- und schallschutztechnische Entkopplung des Schachtes vom Rest des Gebäudes zu achten. Eine Vorfertigung im Werk ist problemlos Gewerke übergreifend möglich. Grundvoraussetzung ist allerdings eine detaillierte Vorplanung. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 173 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht -- Horizontale Medienführung Bei horizontaler Verteilung sollte auch auf eine Bündelung in sogenannten Technikkanälen geachtet werden. Dies vereinfacht das Auffinden von Rohren und Leitungen, bei einem Austausch oder Nachrüstung. Bild 10-13: Horizontale Medienführung in der Decke (links), Wand (mitte), Boden (rechts) [HS-Rosenheim] Die horizontale Verteilung kann sowohl in der Decke, Wand oder Boden erfolgen. Im Bereich der Decke bietet sich eine Medienführung innerhalb der Unterkonstruktion an. Im Wandbereich kann eine Verteilung in der Vorwandinstallationsebene oder im Massivholzbau in einer Fräsnut erfolgen. Im Fußbodenbereich kann die Medienführung im Aufbau erfolgen, daraus ergibt sich allerdings eine schlechte Revisionierbarkeit. Somit ergeben sich 4 Varianten: 1. Mittiger, vertikaler Installationsschacht: Die Nassräume werden in der Wohneinheit mittig frei angeordnet. 2. Vertikaler Installationsschacht mit horizontaler Trasse (parallel zur Fassade): Die Nassräume werden entlang einer horizontalen Verteiltrasse angeordnet. 3. Vertikaler Installationsschacht mit horizontaler Trasse (senkrecht zur Fassade): Die Nassräume werden entlang einer horizontalen Verteiltrasse angeordnet. 4. Vertikaler Installationsschacht mit horizontaler Ringtrasse: Die Versorgung findet hier in einer Ringleitung entlang der Außenflächen statt. -- Vorinstallation Die Vorfertigung von haustechnischen Anlagen ist nur begrenzt möglich, da die Koordination im Prozessablauf sehr hoch ist und Montagefirmen oft nicht bereit sind, vor Ort die Leitungen „nur“ zu verbinden. Beim Transport können zusätzlich Probleme entweder durch unsachgemäßes Handling oder durch Verrutschen von Leitungen entstehen. Dieser Aufwand und die Unwägbarkeiten sind, bei dem niedrigen Lohnniveau im Bausektor, meist nicht wirtschaftlich. Die Vorfertigung im Werk ist von der Qualität deutlich höher als die Vorortmontage. Daher ist die Kombination aus vorgefertigtem Hohlraum für die Gebäudetechnik in Verbindung mit einer Bestückung auf der Baustelle die günstigste Variante. Die Verlegung kann in speziellen Vorwandinstallationen, Boden-, Wand und Decken erfolgen. Auch Boden- und Deckenaussparungen können vorkonfektioniert sein. - Vorfertigung im aktuellen Projekt des Solar Decathlon Einen anderen Ansatz gibt das laufende Projekt der Hochschule Rosenheim im Wettbewerb des Solar Decathlons. Dieses Wettbewerbshaus wird für den diesjährigen Wettbewerb in Madrid konfiguriert und beinhaltet ein Vorfertigungsgrad von bis zu 92%. Dieser Wert setzt sich aus 125 Tagen in der Produktion (an der HS Rosenheim) und 10 Tagen Aufbau in Madrid zusammen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 174 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 10-14: Ansicht des Solar-Decathlon-Hauses [HS-Rosenheim] Bild 10-15: Modulaufbau [HS-Rosenheim] Das Haus besteht aus 4 gleichartigen Modulen. Die Module bestehen aus einem Holzrahmen in Quaderform, der in verschiedenen Bereichen ausgesteift wird. Die einzelnen Module werden in Rosenheim komplett vorgefertigt. Dies beinhaltet die Fassadengestaltung, den Innenausbau und die Gebäudetechnik. Nach dem Aufbau und Montage werden im Haus erste Testreihen gefahren. Anschließend wird das Haus nach Madrid transportiert und dort wieder errichtet. Um dann das Haus in 10 Tagen in Betrieb nehmen und präsentieren zu können sind sämtliche Leitungen und Rohre über Steck- oder Schraubverbindungen in den Elementstößen zu koppeln. Die Modulbauweise beinhaltet die Vorfertigung von Raumzellen, diese bestehen aus Wänden, Decken und Böden einschließlich der Installationen. Bei größeren oder mehrgeschossigen Bauweisen werden die Module zu einer Nutzung gekoppelt. - Vorfertigung im aktuellen Projekt „4-geschossiger Holzbau“ Der 4-Geschossige Holzbau wurde vom Architekturbüro Schankula als Wohngebäude geplant. Die Wohnfläche gliedert sich in 6 Wohneinheiten mit etwa 60 - 120 m² auf. Bei dem betrachteten Gebäude handelt es sich um Massivholzelemente, die vom regionalen Holzbauunternehmen Huber und Sohn GmbH und Co. KG angefertigt werden sollen. Im Werk werden die Wandelemente inklusive Fenstern, Türen und Holzfassade vorgefertigt, um sie auf der Baustelle in schnellstmöglicher Zeit montieren zu können. Die Decken sind ebenfalls in Brettstapelbauweise ausgeführt. Der Vorfertigungsgrad fällt hier gering aus, da nur Deckenaussparungen im Bereich der Steigstränge, sowie ein Elektrokanal auf der Südseite für die Steuerung des südseitigen Verschattungssystems vorkonfektioniert ist. Die Planungssowie die Installationsarbeit wurde von der Firma B&O an andere Firmen weiter vergeben. Im Aufgabenbereich der Firma Huber und Sohn lag somit nur die Planung und Fertigung der Wandelemente. In diesem Fall ist es schwer einen Vorfertigungsgrad zu erreichen, da die bauende Firma nur zu einem gewissen Grad in die Planung einbezogen ist. Somit würde der koordinatorische Aufwand extrem hoch werden. - Zusammenfassung Vor allem im Bereich des mehrgeschossigen Wohnungsbaus besteht viel Potential eine wirtschaftliche Vorfertigung im Werk einfließen zu lassen. Dies bedeutet allerdings eine höhere Auftragstiefe sowie einen höheren Koordinations- und Planungsaufwand für das Holzbauunternehmen. Die Bauzeit Vor- Ort wird sich dabei allerdings verkürzen. Eine Umsetzung fordert eine gute Koordination vom Holzbauunternehmen. Im derzeit geplanten Gebäude „Viergeschosser“ ist die Planung von B&O direkt vergeben worden. Der Vorfertigungsgrad fällt im Vergleich zu den Möglichkeiten eher gering aus. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 175 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Dieser Bericht geht vornehmlich von einer Holzelementbauweise aus und entwickelt darüber die Integration der Gebäudetechnik. Einen anderen Ansatz gibt das laufende Projekt der Hochschule Rosenheim im Wettbewerb des Solar Decathlons. Dieses Wettbewerbshaus wird für den diesjährigen Wettbewerb in Madrid konfiguriert und ist in Modulbauweise aufgebaut. Die einzelnen Module werden in Rosenheim zu 92% vorgefertigt. Der Markt für die Modulbauweise beschränkt sich derzeit vor allem für Zweckbauten, wie z.B. Schulen. Im Wohnungsbau spielt diese Technik aufgrund der hohen Preise eine eher untergeordnete Rolle. Die große Frage ist daher ob sich diese Bauweise und der damit verbundene hohe Vorfertigungsgrad durchsetzten. Der Bereich der Elementbauweise wird dagegen gerade im Wohnungswirtschaftsmarkt immer interessanter werden und somit ausgebaut werden. In diesem Zuge wird auch die Vorfertigung wirtschaftlicher, vor allem wenn standardisierte Gebäude entwickelt werden. Auch das stetig steigende Lohnniveau auf dem Bau wird diese Tendenz vorantreiben. 10.2 Sanierungs-Fertigelemente mit integrierter Heizung Vorbemerkung: Zu beiden hier dargestellten Berichten gibt es Langfassungen auf der DatenCD mit elektronischem Anlagenband 10.2.1 Optimierung von großflächigen Fassadenelementen aus Holz zum Einsatz in der Gebäudesanierung Huber&Sohn - Aufgabenstellung Ziel des Projektes war die Entwicklung einer Fassadenkonstruktion in Holzbauweise für Bestandsgebäude, die mit integrierten Tür- und Fensterelementen eine geschlossene neue Außenhaut des Gebäudes darstellt um die erhöhten Transmissionswärmeverluste zu minimieren. Dabei sollten die Anforderungen für bestehende, zu sanierende Wohngebäude nach der derzeit gültigen Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV vom 24. Juli 2007) um dreißig Prozent unterschritten werden. Es wurden hierfür unterschiedliche Fassadensysteme erarbeitet und miteinander verglichen. An dem endgültig ausgewählten System wurden anschließend alle nötigen Nachweise geführt um die gehobenen Anforderungen zu erfüllen und die Konstruktion zu beurteilen. Ein wichtiger Punkt bei der Betrachtung ist eine kostengünstige Produktion mittels eines hohen Vorfertigungsgrades zu erzielen. Durch Einsatz einer im Werk vorgefertigten Elementfassade, die eine Verkürzung der Montagezeiten bewirkt, kann dies realisiert werden. Im Anschluss an die Bewertung wurden die nötigen Detailpunkte mit den zuvor erarbeiteten Daten konstruiert und als Detailkatalog abgelegt. Die Gesamtbewertung des erarbeiteten Fassadensystems erfolgte im Nachgang. Hierbei wurden neben den baupraktischen, auch bauphysikalische Aspekte wie der Schallschutz und die Wärmebrücken überprüft. - Ausgangssituation Als Versuchsobjekt wurde von der Fa. B&O eine ehemalige Soldatenunterkunft zur Verfügung gestellt. Das Objekt ist Baujahr 1935 und sollte nach der Sanierung hochwertige Wohnungen beherbergen. Das Dach war zu Beginn der Fassadensanierung bereits fertig und entsprach optisch und technisch den heutigen Anforderungen. Die Fassaden waren zwar in optisch recht ordentlichem Zustand, genauere Angaben über Zustand und Qualität des Be- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 176 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht standsmauerwerks waren nicht vorhanden. Die gesamten Außenwände des Bestandsgebäudes bestehen aus Hochlochziegeln mit quadratischer Lochung (HLz-A). Die Steinart und Lochgeometrie wurde sichtbar, nachdem eine Lüftungsklappe abgenommen und das Entlüftungsrohr entfernt wurde. Außen- und innenseitig ist ein Putz aus Kalkzementmörtel aufgebracht. Dieser vorhandene Außenwandaufbau erreicht einen Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von gerademal 1,021 W/(m²K). Die Bestandspläne waren für allgemeine Planungszwecke durchaus geeignet, für detaillierte Werkplanung und Elementierung aber keineswegs ausreichend. Die geplante Nutzungsänderung des Gebäudes bedingt ein besonderes Augenmerk auf den Schallschutz. Die Bewohner der entstehenden Wohnungen sollten sich natürlich gegenseitig möglichst wenig stören. Bild 10-16: Gebäude 353 als Testobjekt für die Holzelemente zur Fassadensanierung [Huber] - Projekt Die Aufgabe ein leistungsfähiges Fassadensanierungssystem in Holzelementbauweise zu entwickeln, beinhaltet im Wesentlichen zwei Kernaufgaben: Informationsbeschaffung und die Entwicklung des eigentlichen Bauteils. -- Informationsbeschaffung Unter der Überschrift Informationsbeschaffung sind zwei wesentliche Bereiche zusammengefasst. Zum einen galt es das Objekt zu vermessen, um die tatsächlichen Abmessungen in der für Elementbau notwendigen Genauigkeit zu erhalten. Zum anderen musste ein Verfahren gefunden werden, mit dem die vorhandenen Bautoleranzen erfasst werden. Nach eingehender Beratung durch die Technische Universität München über die Vermessungsmöglichkeiten wie Tachymetrie, Photogrammetrie und Laserscanning wurde die Tachymetrie ausgewählt. Bild 10-17: Ergebnisse der tachymetrischen Vermessung [Huber] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 177 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Mit Hilfe dieses Messverfahrens können nicht nur die Gebäudeabmessungen, Fensteröffnungen usw. erfasst werden, sondern auch vorhandene Krümmungen und andere Ebenheitstoleranzen. Eigene Versuche mit einem von der Hochschule Rosenheim ausgeliehenen Theodoliten haben schnell gezeigt, dass Messung und Auswertung von einem fachkundigen Ingenieurbüro durchgeführt werden sollten. Für das Musterobjekt wurde das IB Geosys beauftragt. Das so gewonnene 3D-Drahtmodell hat sich in der Praxis als tauglich erwiesen um damit großflächige Elemente passgenau zu konstruieren. Zur Informationsbeschaffung gehört im Sanierungsbereich natürlich auch, die Qualität der Bausubstanz zu prüfen, hier im Besonderen die Tragfähigkeit des vorhandenen Mauerwerks. Die geplanten Holzelemente müssen auf dem vorhandenen Mauerwerk sicher, dauerhaft und setzungssicher befestigt werden. Mit Hilfe moderner Mauerwerksdübel ist diese Aufgabe im Grunde recht einfach zu bewerkstelligen. Da die Tragfähigkeit eines Dübels stark von der Beschaffenheit des Mediums abhängt, in dem er befestigt ist, muss man zur Dimensionierung der Dübel die Beschaffenheit und Festigkeit des Trägermaterials kennen. Bei Sanierungen kennt man diese Festigkeiten in den meisten Fällen nicht, so auch bei dieser Mustersanierung. Als Ausweg bleiben nur Zugversuche durch den Hersteller am Objekt, die hier ausdrücklich auch für Nachfolgeobjekte ähnlicher Art angeraten werden. Die notwendigen Versuche wurden hier durch die Fa. Fischer Dübel durchgeführt und die so gewonnenen Daten für die Dimensionierung der Dübel genutzt. -- Bauteilentwicklung Aus einem Vergleich der marktüblichen Sanierungssysteme wurde deutlich, dass der gewählte Ansatz eines Fassadensanierungssystems in Holzelementbauweise durchaus innovativen Charakter hat, sowie ein Mehr an Gestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten bietet. Der Baustoff Holz bietet dabei enorme Vorteile. Durch das geringe Gewicht im Vergleich zu anderen Baustoffen bei vergleichbar höherer Tragfähigkeit, kann die komplette Konstruktion gewichtsparend produziert werden. Dies ist vor allem im Hinblick auf die Befestigung an das Bauwerk maßgebend, da sich hierdurch die Verbindungsmittelabstände vergrößern lassen oder aber auch schlechtere Substanz noch sanierbar ist. Weitere Vorzüge besitzt der Baustoff Holz in den guten Wärmedämmeigenschaften. Hierdurch wird die Wärmebrückenwirkung von der Tragstruktur reduziert und somit die gesamte Konstruktion wärmetechnisch verbessert. Nicht zu vernachlässigen ist die verhältnismäßig leichte Verarbeitung von Holzprodukten. Die Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Baustoffen sind sehr vielfältig und überaus vorteilhaft. So können sogar die schlechteren Eigenschaften wie Brandverhalten des Baustoffes oder die natürliche Dauerhaftigkeit maßgeblich verbessert werden. Wie bei der vorgesetzten hinterlüfteten Fassade werden die Dämmeigenschaften über eine in den Gefachen integrierte Dämmung realisiert. Diese ist die wichtigste Bauteilschicht, da sie die hohen Transmissionswärmeverluste der bestehenden und ungedämmten Mauerziegelwand herabsetzt. --- Konstruktionsprinzip Ausgehend von dem grundsätzlichen Ansatz eine Art Holztafelelement als mehrschichtiges Bauteil speziell für den Einsatz in der Sanierung zu entwickeln, wurden mehrere Varianten dieses Ansatzes verglichen. Gleich blieb immer das Konstruktionsprinzip: Eine Tragkonstruktion aus Holzriegeln, aufgefüllt mit Dämmmaterial in der Riegelebene und verschiedene Beplankungen auf der Raum- und der Außenseite. Davor wird eine dauerhafte Wetterschutzschicht montiert. Auf Wunsch des Bauherren sollte beim dem Musterobjekt eine Holzfassade RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 178 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht ausgeführt werden. Andere Gestaltungsmöglichkeiten, wie Faserzementverkleidung oder Blechverkleidungen blieben daher unberücksichtigt. Die Ausführung des dauerhaften Wetterschutzes und die Fassadengestaltung kann aber direkt vom Holztafelbau übernommen werden. --- Unterkonstruktion Ein weiteres Grundprinzip für derartige Konstruktionen ergab sich aus den Gegebenheiten quasi von selbst. Da in altem Mauerwerk nicht an jeder Stelle Dübel zuverlässig halten, zugleich aber ein Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems eine möglichst vorgefertigte Fassade mit wenigen Montagepunkten ist, wurde zur Befestigung eine Art Hilfskonstruktion aus waagrechten Riegeln gewählt. Diese Befestigungsriegel können Ebenheitstoleranzen ausgleichen und zugleich können hier Dübel ohne Rücksicht auf Fassadenteilung und nachträgliche Schließbarkeit eingesetzt werden. --- Ruhende Luftschicht Eine der Gretchenfragen des Projektes war der Umgang mit den Bautoleranzen. Die bei der Vermessung festgestellten Unebenheitstoleranzen sind wohl eines der Grundprobleme bei jeder Sanierung und ganz besonders bei einer Sanierung mit großflächigen, vorgefertigten Elementen. Ungeplante Hohlräume, wie durch das Aufbringen von ebenen Bauteilen auf unebene Untergründe entstehen sind bauphysikalisch äußerst bedenklich. Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, solche Hohlräume zu vermeiden: - Das neue Bauteil ist in der Lage sich an die Substanz anzuschmiegen - Man plant einen gewollten Hohlraum als Toleranzausgleich Nach eingehenden Versuchen mit „anschmiegsamen“ Ebenen, wie z.B. einer aus dem Bauteil herausragenden Dämmstoffebene wurde das Prinzip der ruhenden Luftschicht gewählt. Die flexiblen Bauteile haben alle erhebliche baupraktische Probleme, wie schlechte Transportierbarkeit, umständliche Montage oder der, aus wirtschaftlichen Gründen, gewünschte Vorfertigungsgrad ist nicht erreichbar. Auch die ruhende Luftschicht hat Besonderheiten, die Aufmerksamkeit erfordern. So muss durch eine sorgfältige Detailplanung und Montage sichergestellt werden, dass das neue Bauteil nicht in dieser Ebene hinterströmt wird. Dies birgt Gefahren im Bereich des Tauwasserschutzes und des Brandschutzes. In Verbindung mit der Befestigungskonstruktion konnte hier ein praktikables Abdichtungssystem entwickelt werden, das auch den Anforderungen der Wirtschaftlichkeit genügt. Der Hohlraum zwischen Bauteil und Substanz bietet aber auch eine Chance. Zusätzliche haustechnische Installationen können hier einfach untergebracht werden. Im vorliegenden Projekt wurde eine zusätzliche Wandheizung zwischen dem Bestandsmauerwerk und dem Fassadenelement montiert. So wurde die neue Fassade „aktiviert“, zu Heizzwecken genutzt, ohne zusätzliche Substanzschädigung durch Montageschlitze und aufwendige Verputzarbeiten. Die notwendigen Wandheizelemente wurden bei der Vorfertigung im Werk aufgebracht. --- Brandschutz Die bauphysikalischen Aspekte wurden während des Projektes laufend überprüft und aktualisiert. Neben dem Wärmeschutz, der unmittelbar vom Schichtaufbau des neue Bauteils, den entstehenden Wärmebrücken und den gewählten Materialien abhängt und somit laufend überprüft werden musste, waren noch die Bereiche Schallschutz und Brandschutz zu beach- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 179 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht ten. Den notwendigen Brandschutz soll weiterhin das Bestandsmauerwerk erbringen. Da die neuen Fenster und Balkontüren aber in die vorgefertigte Fassade eingebaut sein sollten, musste hier ein brandschutztechnisch wirksamer Anschluss gefunden werden. Als praktikabelste Lösung stellte sich die Montage von Gipsfaserplatten als Fensterlaibungen in Verbindung mit einem Brandschutzkragen aus Steinwolle im Hohlraum zwischen Fassade und Bestand heraus. -- Ausführung und Erfolgskontrolle In Abwägung der bauphysikalischen, baupraktischen und wirtschaftlichen Aspekte ergab sich folgender prinzipieller Aufbau: - Waagrechte Hilfskonstruktion aus Holzriegeln - Abgeschlossener Hohlraum zwischen Bestand und Fassade - Gipsfaserplatte als „Deckel“ für die Wärmedämmung und als Transportaussteifung - Tragkonstruktion aus Holzriegeln mit dazwischen liegender Wärmedämmung - Diffusionsoffene Holzwerkstoffplatte - Diffusionsoffene, lichtbeständige Folie als Wetterschutz - Lattung - Fassadenverkleidung aus Profilbrettern Fenster und Balkontüren werden in die neue Fassade bereits im Werk eingebaut. Ebenso die zusätzlich vorgesehene Wandheizung. Vorgesehen waren im Wesentlichen zwei Maßnahmen, die die Schalllängsleitung in den relativ steifen Elementen soweit begrenzen sollten, dass keine störenden Geräusche über die Fassade von einer Wohnung zur nächsten geleitet werden: Zum Einen Elastomerlager zwischen Hilfskonstruktion und Fassade und zum Anderen eine konsequente Trennung der Elemente nach Nutzungsabschnitten. Die notwendige Erfolgskontrolle in Form einer Schallschutzbaustellenmessung erfolgte hierfür wurde durch die Hochschule Rosenheim. Gemessen wurden zwei Aspekte, Nutzergräusche und die Luftschalldämmung, auch im Vergleich zum marktgängigsten Fassadensanierungsverfahren, dem Wärmedämmverbundsystem. Da an dem Musterobjekt auch Teilbereiche mit einem WDVS saniert worden sind, konnten hier unmittelbare und praxisgerechte Vergleichsmessungen durchgeführt werden. Sowohl bei der Luftschalldämmung, als auch bei der Übertragung der Nutzergeräusche konnten für beide Sanierungssysteme ähnliche Messergebnisse festgestellt werden. - Nutzen Das Projekt erbrachte als Ergebnis ein leistungsfähiges Fassadensanierungssystem, das dem marktüblichen Wärmedämmverbundsystem in vielen Belangen überlegen ist. - Das WDVS ist auf Putzoberflächen beschränkt. Sanierungsfassaden in Holzbauweise eröffnen deutlich mehr gestalterische Möglichkeiten, wie z.B. Faserzementplatten. Blechverkleidungen, verschiedenste Holzverkleidungen und Putzoberflächen. - Für Anwendungen in den Bereichen, in denen die Fassaden mechanisch beansprucht werden (Fahrräder anlehnen) oder in denen die Gefahr von mechanischen Beschädigungen besteht (Schulen), ist das Fassadensanierungssystem in Holzbauweise die einzige wirklich dauerhafte Wahl. - Die hier einfache Möglichkeit nachträgliche Installationen Elektro, Sanitär, Heizung unterzubringen kann bei bestimmten Sanierungsobjekten viel Geld sparen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 180 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 10-18: Vertikalschnitt durch die Fassadensanierungselemente [Huber] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 181 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Aufbauend auf die hier erzielten Ergebnisse und Erfahrungen sollte an weiteren Referenzobjekten untersucht werden, ob durch den Einsatz von Einblasdämmung der Aufwand für die luftdichte Ausführung der Hohlräume eingespart werden kann. Im Rahmen dieses Projektes war es nicht möglich diesen Aspekt genauer zu untersuchen. Das hier entwickelte Fassadensanierungssystem in Holzbauweise wird in Zukunft marktrelevant werden, sofern genügend leistungsfähige Firmen die Entwicklung aufgreifen. Die Voraussetzungen dafür wurden mit diesem Projekt geschaffen. Die bauphysikalischen und baupraktischen Probleme und Fragestellungen sind untersucht und gelöst. Der Markterfolg wird aber auch wesentlich davon abhängen, ob tatsächlich passende Objekte ausgewählt werden, also solche Sanierungen, bei denen auch spezielle Anforderungen an die neue Fassade gestellt werden, die das klassische WDVS nicht erfüllen kann. Bild 10-19: Bereits fertiggestellte Sanierung mit in Holzbauweise vorgefertigten Dämmelementen (Gebäude 353) [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 182 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.2.2 Einsatz von Flächenheizungen mit innovativem Layout HS-Rosenheim Langberichte zu den Themen der HS-Rosenheim finden sich darüber hinaus auf der DatenCD unter Anlage A3. Das energetische Sanieren von Gebäuden im Bestand gehört zu einer der wichtigsten Aufgaben wenn es um die Ziele einer Energieeffizienten Stadt geht. Deshalb müssen die Gebäude der „Nullenergiestadt“ zur Senkung des Energieverbrauchs wärmetechnisch auf ein hohes Niveau gebracht werden. Erste Sanierungsmaßnahmen auf dem Projekt-Gelände weisen bereits hohe Dämmwerte der Gebäudehülle auf, die bis zum Passivhausstandard reichen. Sind die Gebäude einmal gut gedämmt geht es an die Bereitstellung der Wärme. Konventionelle Heizkörper mit Vorlauftemperaturen von über 60° C sollen in Zukunft auch bei Sanierungen keine große Rolle mehr spielen. Hohe exergetische Verluste aufgrund hoher Vorlauftemperaturen gehören dann der Vergangenheit an. Da der Heizwärmebedarf eines sanierten Gebäudes nun drastisch gesenkt wird, kann auch das allgemeine Temperaturniveau im Heizsystem angepasst werden. Niedrigexergie-Systeme wie etwa Flächenheizungen können nun auch hier zum Einsatz kommen. An einem konkreten Gebäude der „Nullenergiestadt“ wurden zwei solcher Systeme untersucht, wovon eins davon hier vorgestellt werden soll. Es handelt sich dabei um großflächige, vorgefertigte Holzfassadenelemente, die mit einem innovativen Flächenheizsystem versehen und anschließend an die Bestandswände des Gebäudes angebracht wurden. Es wurde der Versuch gestartet, Flächenheizungen von außen an die Gebäude zu bringen, die so das Gebäude temperieren sollen. Dieser Kurzbericht befasst sich daher mit dem Einsatz dieses Systems, das im Folgenden als „außenliegende Wandheizung in vorgefertigten Fassadenelementen“, oder kurz „Fassadenheizung“ bezeichnet wird. Im ersten Abschnitt wird die Fassadenheizung als Konstruktion an sich kurz vorgestellt. Die weiteren Abschnitte befassen sich schließlich mit der messtechnischen und theoretischen Untersuchung des Systems in stationärer sowie instationärer Betrachtung. Ergänzt wurde die Untersuchung durch eine detaillierte Betrachtung der Fassadenelemente hinsichtlich ihrer Wärmebrücken. Da diese jedoch keinen direkten Einfluss auf das wärmetechnische Verhalten des Systems Fassadenheizung darstellen, wird in diesem Kurzbericht darauf verzichtet. Sie kann aber dem Teilschlussbericht entnommen werden. Hierin ist auch die eingesetzte Messtechnik genauer beschrieben. - Allgemeiner Aufbau des Systems „Fassadenheizung“ Bei den betrachteten Fassadenelementen handelt es sich um Holzrahmenelemente, die vom regionalen Holzbauunternehmen Huber und Sohn GmbH und Co. KG angefertigt wurden. Das Ziel war, im Werk vorgefertigte Fassadenelemente einschließlich Fenstern und Türen auf die Baustelle zu liefern und mit minimiertem Zeitaufwand zu montieren. Auf dem Prüfstand standen zunächst vier verschiedene Systeme zur Anbindung der Dämmelemente an die bestehende Außenwand zur Auswahl: 1. Einblasdämmung mit Zellulose 2. 16 cm Riegelkonstruktion, 24 cm Mineralfaserdämmung 3. Isofloc – Sprühverfahren 4. Ruhende Luftschicht Aufgrund der geringeren Kosten und der kürzeren Montagezeit wurde schließlich das System „ruhende Luftschicht“ gewählt. Einziger Nachteil dieses Systems ist die mögliche Hinter- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 183 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht spülung der Fassadenelemente durch kalte Luft und damit Unwirksam werden der Dämmung. Durch eine konsequent geplante und durchgeführte Abdichtung des Luftspalts soll dieser Effekt verhindert werden. Aufbau des Systems „ruhende Luftschicht“: 1 – 3: Bestandswand, Mauerwerk mit Innen- und Außenputz (430mm) 4: ruhende Luftschicht (0 - 50 mm) 5: Gipsfaserplatte (10 mm) 6: 60/160 mm Holzrahmenkonstruktion incl. Mineralfaserdämmung 160 mm 7: Holzfaserdämmplatte 35 mm 8: Winddichtungsbahn 9 - 10: hinterlüftete Fassadenbekleidung (Rhombusschalung, 3-Schichtplatten) Bild 10-20: Aufbau der sanierten Außenwand [HS-Rosenheim] Bild 10-21: Kapillarrohrmatten auf den Fassadenelementen [HS-Rosenheim] Durch die aufgebrachte Dämmung konnte der U-Wert der Wand von etwa 1,0 W/m²K auf 0,15 W/m²K verbessert werden. Ualt = 1,0 W/m²K >> 0,15 W/m²K = Uneu Das wichtigste Merkmal des Systems ist die vorher an die Elemente angebrachte Flächenheizung, die aus Kapillarrohrmatten der Firma Clina besteht. Die Gesamtfläche der Heizelemente beträgt insgesamt 132 m². Über den ruhenden Luftspalt (Abbildung 10-20: Schicht 4) wird nun die Wärme auf die Bestandswand übertragen, die mit ihrer thermischen Speicherfähigkeit Niedrig-Energie aufnehmen und an die Innenräume abgeben soll. Ein allgemeiner Ansatz der Funktion der Fassadenheizung ist in der thermischen Aktivierung der Außenwand zu sehen. Niedere Solarenergie, die tagsüber eingetragen wird, andere regenerative Energien oder auch Energien aus Rückläufen andere Heizmedien, können zur kälteren Nachtzeit genutzt werden und sollen so den Heizbedarf minimieren. Für die erste Phase der Untersuchung wurde eine Konstanttemperatur von 25 °C im Vorlauf der Kapillarrohrmatten gewählt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 184 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Stationäre Betrachtung Wie eingangs beschrieben wurde, beruht das Wirkungsprinzip der Fassadenheizung auf der Erhöhung der Temperatur der eingeschlossenen Luftschicht. Über die unterschiedlichen Wärmeleitwiderstände wird ein Teil des eingebrachten Wärmestroms als Wärmeeintrag (nach innen) und ein anderer Teil als zusätzlicher Wärmeverlust (nach außen) betrachtet. Je nach Verhältnis der Widerstände ergeben sich unterschiedliche Verläufe und Beträge der Wärmeströme. In Abbildung 10-22 ist das Funktionsprinzip als Schema dargestellt. schematischer Verlauf der Temperaturen 30 Qi = Wärmestrom nach innen Qa. = Wärmestrom nach außen 25 ΔT Temperatur °C 20 ohne Heizung 15 mit Heizung 10 5 Qges. = Wärmestrom (allgemein bzw. Heizung aus) 0 Innenraum Bestand Luftschicht Fassade Außenluft Schichten der AW Bild 10-22: Schematischer Temperaturverlauf und Wärmeströme der Fassadenheizung [HSRosenheim] Über die Beziehungen der Leitwiderstände der Einzelschichten des Gesamtaufbaus lässt sich der theoretische Wirkungsgrad der Fassadenheizung herleiten. Dieser lässt sich wie folgt darstellen: η = Ra x Uges η = 5,755 m²K/W x 0,148 W/m²K η = 85,3 % mit Ra = thermischer Widerstand der Wand ab Luftschicht bis außen Uges = Gesamtwärmedurchgangskoeffizient Zur Überprüfung der theoretischen Werte wurden die Fassadenelemente mit Messsensoren ausgestattet. Diese nehmen in 5-Minuten Intervallen die Messdaten Temperatur und relative Feuchte auf. Über zwei Messperioden wurde nun versucht, das theoretische Modell nachzubilden, wobei jeweils eine kältere (W1) und eine wärmere (W2) Winterwoche als Messperiode gewählt wurden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 185 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Temperaturverlauf 30 Temperatur °C 25 20 15 10 5 0 O Schichten St am be is rfl ol äc he au Au ße ße n nt em pe ra tu r ut ex G oc kw oo l R In te l lo In ne nr au m In ne np ut M z W -B es ta nd Lu ft (i n ne n) Lu fts ch ich t Fe rm ac el l -5 W1 o.Heiz. W1 m.Heiz. W2 o.Heiz. W2 m.Heiz. Bild 10-23: Temperaturverlauf in der Fassade der Woche 1 (W1) und der Woche 2 (W2) [HSRosenheim] Abbildung 10-23 zeigt den Temperaturverlauf in der Wand der jeweiligen Mittelwerte der Woche 1 und 2. In Woche 1 ist zu sehen, dass trotz mittlerer Außentemperaturen von etwa 3,5 °C die Innenraumtemperatur nur knapp unter 20 °C abfällt. In Woche 2, bei einer mittleren Außentemperatur von knapp -4,0 °C, hingegen fällt die Innenraumtemperatur auf etwa 17,5 °C ab. Es ist zu bemerken, dass zu diesem Zeitpunkt der Wohnraum selbst nicht bewohnt und nicht beheizt wurde und lediglich der Wohnraum darüber belegt war. Der Wärmeeintrag durch die Fassadenheizung nach Innen beträgt rechnerisch 5,36 W/m² (Woche 1) bzw. 8,20 W/m² (Woche 2), der Wärmeverlust nach Außen beträgt 3,55 W/m² (W1) bzw. 5,01 W/m² (W2). - Instationäre Betrachtung Die instationäre Untersuchung wurde mit dem Bauteil-Simulationsprogramm WuFi Pro vom Fraunhofer Institut für Bauphysik verwendet. Das hier angewandte Verfahren zur instationären Betrachtung sieht wie folgt aus: In einem ersten Schritt müssen sämtliche Randbedingungen für die Eingabe getroffen werden und das System Fassadenheizung in die Software geschrieben werden. Ähnlich wie bei der stationären Betrachtung erfolgt dies durch Eingabe der einzelnen Bauteilschichten und Festlegen der Heizebene. Da WuFi Pro nicht die Eingabe einzelner Schichttemperaturen zulässt, kann die Wärmequelle nur als eine zeitabhängige Wärmeleistung mit der Einheit W/m² verwendet werden. Die dazugehörigen Werte wurden aus der stationären Betrachtung herangezogen. Im zweiten Schritt wurden die zur Untersuchung stehenden Varianten festgelegt. Zum Vergleich mit der stationären Betrachtung werden die Varianten „Heizung aus“ und „Heizung an“ als Standardvarianten gewählt. Als weitere Variante soll der tägliche Eintrag RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 186 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht solarer Strahlung simuliert werden. Daraus resultieren prinzipiell 2 Varianten. Die erste stellt die direkte Abhängigkeit des Systems von der tatsächlichen solaren Einstrahlung aus den Klimadaten dar. Hier konnte für eine Simulation mit annähernd 25° C in der Luftschicht ein ungefährer Wert von 2 % der senkrecht auftreffenden Solareinstrahlung ermittelt werden. Die zweite Variante wird durch die Eingabe zeitabhängiger Variablen zur Wärmeeintragung dargestellt und soll, ähnlich wie die erste Variante, der solaren Einstrahlung ähneln. Es ist aber durchaus denkbar, dass dieser tägliche Eintrag von Wärme unabhängig von solaren Erträgen stattfindet. Beispielsweise könnte die Wärme aus einem Pufferspeicher kommen, der entweder durch Solarthermie oder weiterer, regenerativer Energiequellen gespeist wird. Als Wärmeleistung für die instationäre Betrachtung in dieser Variante wird mit 10 W/m² gerechnet. Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Heizung aus Heizung an Heizung variabel Heizung solar Heizleistung -- konstant 10 W/m² variabel 10 W/m² 2 % solare Einstrahlung Tagesgang Heizung -- 0 - 24 Uhr 10 - 16 Uhr Klimafile (variabel) Betrieb der Fassadenheizung Tab. 10-1: Variantenübersicht instationäre Betrachtung Um in der genauen Betrachtung einzelner Messperioden, die teilweise nur wenigen Tagen entsprechen, nicht von Umwelteinflüssen sowie vom Einfluss gespeicherter Energie in Form von hohen Anfangstemperaturen einzelner Bauteilschichten abhängig zu sein, wurde im ersten Schritt der Berechnungen das Einschwingverhalten des Bauteils ermittelt. Dazu wurde mit einem Referenzwert für die Außen- und Innentemperatur ein Simulationszeitraum von einem Monat betrachtet, in dem auch alle Umwelteinflüsse außer Acht gelassen wurden. Erst mit den Ergebnissen dieser Berechnungen konnten die Anfangstemperaturen im Bauteil bestimmt werden. Die eigentliche Berechnung erfolgt dann im zweiten Schritt durch Eingabe der aus den zwei stationären Messperioden (W1) und (W2) bekannten Mittelwerten für die Innenraum- und Außenlufttemperatur, die hier mit konstanten Werten Einfluss nehmen. Anschließend werden im dritten Schritt die Ergebnisse der Betrachtung der Messreihen mit den Ergebnissen der rechnerischen Simulation mit WuFi verglichen. In Abbildung 10-24 ist das Ergebnis der Berechnung der Bauteiltemperaturen zu sehen. Das Diagramm stellt die Temperaturen über den gesamten Bauteilquerschnitt am Ende des Testzeitraums dar. Der Einfluss der konstanten Heizung stellt sich in der roten Temperaturlinie dar und es ist zu sehen, dass die erreichten Temperaturen denen der stationären Berechnung von 25° C entsprechen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 187 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Anfangstemperaturen im Bauteil 30,00 10,00 5,00 Heizebene 15,00 Mauerwerk 20,00 Dämmebene Temperatur in °C 25,00 0,00 -5,00 0,00 0,06 0,20 0,26 Außen 0,41 0,63 Innen Schicht in m Heizung aus Heizung konstant Heizung variabel Bild 10-24: Anfangstemperaturen im Bauteil [HS-Rosenheim] Ähnlich wie bei der stationären Untersuchung wurden auch instationäre Messreihen gestartet, die die Simulationen mit WuFi Pro bestätigen sollen. Es wurden schließlich 3 Messperioden durchgeführt. Zunächst wurde versucht, das Anlaufverhalten der Fassadenheizung zu beurteilen. Hierzu wurde die erste Messperiode auf 2 Tage festgesetzt und anschließend die Fassadenheizung wieder heruntergefahren. Die gleiche Messperiode wurde anschließend mit 4 Tagen Abstand wiederholt. In der dritten Messperiode wurde schließlich das gewünschte Messprogramm gefahren. Dazu wurde die Fassadenheizung morgens um 10:00 Uhr eingeschalten und schließlich nachmittags um 16:00 Uhr wieder abgeschaltet. Als gleichbleibende Regelgröße für die Heizleistung wurde eine Konstanttemperatur von 25° C im Vorlauf des Heizsystems gewählt. Eine Übersicht über die Ergebnisse sowie Temperaturverläufe der instationären Messreihen sind dem Teilschlussbericht zu entnehmen. Zeitraum von: Zeitraum bis: Messperiode 1 18.02.2010 - 10:50 Uhr 19.02.2010 - 14:10 Uhr Messperiode 2 22.02.2010 - 15:00 Uhr 23.02.2010 - 14:30 Uhr Messperiode 3 24.02.2010 - 10:00 Uhr 24.02.2010 - 16:00 Uhr Als wichtigstes Merkmal der instationären Untersuchung muss das wärmetechnische und zeitliche Verhalten von der Heizebene nach innen herangezogen werden. Deshalb wurden zur Auswertung die Messfühler der Bestandswand im Mauerwerk verwendet, die ausgehend von der Außenoberfläche in 5 cm Abständen in die Schicht des Mauerwerks eingelassen worden sind. Als Außen- und Innenwerte wurden schließlich die Messfühler der Fassadenheizung und Innenraumdatenlogger herangezogen. In Abbildung 10-25 ist beispielhaft der zeitliche Verlauf der Temperaturen einzelner Fühler der Messperiode 1 zu sehen. Rötlich hinterlegt ist hierbei der Zeitraum, in dem die Fassadenheizung eingeschaltet war. Aus der Grafik ist zu sehen, dass das Maximum des von der RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 188 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Heizebene am weitesten entfernten Messfühlers (TS SüdInn) etwa 4 Stunden nach Abschalten der Heizung eintritt und erst dann die Werte wieder absinken. Als Minimum ist hier der Wert von 22,1° C und als Maximum 22,8° C anzusehen. Temperaturen Bestand Süd 24 TS SüdAuß TS Süd2 23,5 ≈4h ΔT ≈ 0,7 K TS Süd3 TS Süd4 23 TS Süd5 22,5 TS Süd6 TS Süd7 TS SüdInn 22 R1_1std.Trend 21,5 R2_1std.Trend R3_1std.Trend 21 ΔT ≈ 1,5 K 20,5 20 19,5 17.02. 17.02. 17.02. 18.02. 18.02. 18.02. 18.02. 19.02. 19.02. 19.02. 19.02. 20.02. 20.02. 20.02. 20.02. 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 R4_1std.Trend R5_1std.Trend R6_1std.Trend R7_1std.Trend R8_1std.Trend Bild 10-25: zeitlicher Temperaturverlauf der Messperiode 1 [HS-Rosenheim] Es ist auch festzustellen, dass die Werte des an der Außenhaut liegenden Fühlers (TS SüdAuß) sehr zeitnah ihre Werte verändern. Der Bereich zwischen Minimum von etwa 20° C und Maximum 21,5° C erstreckt sich vollständig über die Heizphase. Das Bild zeigt aber auch, dass das System der Fassadenheizung über die instationäre Betrachtung nicht richtig zu funktionieren scheint. Obwohl die weiter innen liegenden Temperaturfühler ebenfalls einen zeitnahen Temperaturanstieg verzeichnen, kann die Heizwärme nicht allein aus der Fassadenheizung stammen, da hier die Temperaturen auf einem niedrigeren Niveau liegen. Es sind vermutlich vermischte Temperaturverhältnisse aus Innenraumklima und Fassadenheizung anzusetzen. Inwiefern das System Fassadenheizung unabhängig anderer Einflussgrößen funktionieren könnte, geht aus den Berechnungen mit WuFi Pro hervor. Hierzu wurden die drei Messperioden nachsimuliert. Das Ergebnis der Messperiode 1 ist schließlich in Abbildung 10-26 zu sehen. Hier ist der Verlauf der Temperaturen über das Bauteil hinweg der Messperiode 1 zu sehen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 189 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Temperaturen Simulation Messperiode 1 MW_außen 23 MW_5cm 22,5 MW_10cm MW_15cm 22 MW_20cm MW_25cm 21,5 MW_30cm 21 MW_35cm MW_40cm 20,5 20 19,5 17.02. 17.02. 17.02. 18.02. 18.02. 18.02. 18.02. 19.02. 19.02. 19.02. 19.02. 20.02. 20.02. 20.02. 20.02. 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 03:00 09:00 15:00 21:00 Bild 10-26: Temperaturverläufe aus Simulation der Messperiode 1 [HS-Rosenheim] Vergleicht man den Verlauf mit den Temperaturen in Abbildung 10-26, so sieht man, dass der qualitative Verlauf der raumseitigen Monitorpositionen (MW_20cm – MW_40cm) sehr nah an die Messwerte herankommen. Aufgrund der gleichen Anfangstemperaturen stimmen auch die Minima relativ gut überein. Lediglich das Maximum erreicht nur Temperaturen von etwa 21,9° C im Vergleich zum Maximum der Messreihe 1 mit etwa 22,8° C. Der Grund hierfür könnte in einer niedrigeren Luftspalttemperatur im Simulationsmodell im Vergleich zu den Messwerten zu finden sein. Die Messwerte des Heizsystems wiesen stets die eingestellten 25° C auf (VL: +1 K, RL: -1 K), im Vergleich dazu stieg die Luftspalttemperatur der Simulation während der Heizperiode nur lediglich von etwa 19,2° C auf etwa 22,2° C an. Im Schnitt würde das einer Luftspalttemperatur von nur etwa 21° C entsprechen. Das deutet zunächst auf eine zu schwach eingestellte Heizleistung im Simulationsmodell hin, die auf 10 W/m² eingestellt war. Objektiv lässt sich die Berechnung mit WuFi Pro durchaus für die Betrachtung des Systems Fassadenheizung heranziehen. Lediglich die Validierung durch Messdaten stellte sich in diesem Fall als schwierig dar. Einerseits bedingt durch Ausfälle der Messtechnik, andererseits durch einen nicht zu kontrollierenden Nutzereinfluss ist die Validierung durch die Messdaten schließlich nicht zu verwenden, weshalb das System einer weiteren Untersuchung unterzogen werden sollte. Abschließend lässt sich also festhalten, dass sich das Simulationsmodell nur bedingt einsetzen lässt. Es muss zunächst der Einfluss des Wärmeübergangs zwischen Luftspalt und Mauerwerk besser untersucht werden und andererseits wie oben beschrieben der Nutzereinfluss unterbunden werden. Die Tendenz der Ergebnisse zeigt jedoch auch, dass eine qualitative Auswertung durchaus durchführbar ist, sofern die Heizleistung besser eingestellt werden kann und den tatsächlichen 25° C im Luftspalt entspricht. Dies hängt jedoch von den anliegenden Temperaturen der Außenluft und des Innenraums ab, weshalb nach einem Simulationsverfahren gesucht werden muss, das auch die exakte Temperatur der Fassadenheizung einstellen lässt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 190 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Zusammenfassung Gemäß dem Titel dieses Berichts, „Flächenheizungen mit innovativem Layout“, konnte ein neuartiges Fassadensystem zur Beheizung von Gebäuden in der Sanierung untersucht werden. Im Vordergrund dieser Untersuchung stand eine erste Einschätzung und Bewertung des energetischen Verhaltens hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten. Es konnte gezeigt werden, dass die hier untersuchte Fassadenheizung im stationären Fall als Heizsystem funktioniert. Gedanklich ist das auch durchaus nachvollziehbar, wenn die Grenze der beheizten Gebäudehülle bis auf die Außenseite der Kapillarrohrmatten gezogen wird. Die Untersuchungen haben aber auch gezeigt, dass mit dem hier angesetzten Aufwand eine instationäre Bewertung nur bedingt möglich ist. Das lag zum einen an einer zu kurzfristig angelegten Messreihe und dem zu gering angesetzten Einsatz an Messtechnik, zum anderen aber an noch nicht ausreichend überprüften Einflüssen vor allem durch das Nutzerverhalten. Erste instationäre Untersuchungen mit dem Bauteil- Simulationsprogramm WuFi Pro konnten aber deutlich machen, dass der Eintrag von Heizwärme mit Heiztemperaturen von 25° C auch in einem periodischen Verlauf Vorteile bringen kann. Die Oberflächentemperaturen konnten hier im Durchschnitt, wenn auch nur um einen geringen Wert, über die Raumlufttemperatur angehoben werden. Wird die eingesetzte Energie von regenerativer Natur genutzt oder aber Restwärme aus anderen Heizsystemen weiter verwertet, so kann die Fassadenheizung durchaus positiv bewertet werden. Bislang konnte dies aber durch Messergebnisse nicht ausreichend belegt werden. Es wird also eine weiterführende Untersuchung nötig sein, die in einem bereits in Antrag befindlichen Forschungsprojekt Berücksichtigung findet. Das mit „smartTES“ titulierte Verbundvorhaben soll das Thema der Fassadenheizung nochmals beleuchten und gleichzeitig auch die Nutzbarkeit der Fassadenkonstruktion an sich untersuchen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 191 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.3 Porenlüftungsfassade mit nachwachsenden Rohstoffen RK-S Hinweis: Eine umfassende Darstellung der Arbeiten zur Porenlüftungsfassade findet sich auf der Daten-CD zum Schlussbericht in Anhang A5: Schlussberichte Kollektorfassade des Architekturbüros Schankula. Mit Förderung der DBU wurden zwei Testfassaden mit Porenlüftung an Gebäude 354 montiert. Durch Ansaugen der Frischluft über die Poren der Außendämmung können Transmissionswärmeverluste zurückgewonnen werden. Die Test-Fassaden im B&O-Park zeichnen sich zusätzlich dadurch aus, dass sie nahezu komplett aus natürlichen Materialien bestehen. Für die luftdurchströmte Wärmedämmung werden beispielsweise Naturfaserplatten aus Hanfgewebe eingesetzt. Bild 10-27: Testfassade für eine Porenlüftungsfassade mit natürlichen Materialien [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 192 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.4 Innovative TGA (Lüftung, Warmwasser) Aus vermarktungsspezifischen Interessen, die weit über das Pilotprojekt hinausgehen, nutzt B&O die Sanierung in Bad Aibling auch, um umfassende Erfahrungen mit einer breiten Palette an innovativer Haustechnik zu sammeln. So kann sich der Marktführer im hart umkämpften Sanierungsmarkt für die Wohnungswirtschaft weitere Wettbewerbsvorteile sichern. Dies hat Synergieeffekte: Im Modellvorhaben können diverse Lüftungssysteme verglichen werden, die sich alle auf modernstem Standard befinden. Für die Warmwasserbereitung wird man ebenfalls unterschiedliche energiesparende Innovationslösungen testen, wobei die wohnungsweisen, besonders energiesparenden Frischwasserstationen hervorzuheben sind. 10.4.1 Projektbeschreibung Lüftung B&O - Einleitung Im Gebäude 356 befinden sich auf drei Etagen mehrere Ferienwohnungen für 2 – 4 Personen sowie vier Seminarräume für ca. 100 Personen und ein Pausenraum. Um verschiedene Lüftungssysteme untersuchen zu können, wurde das langgezogene Gebäude in drei Abschnitte unterteilt, in denen jeweils Lüftungskonzepte unterschiedlichen Standards zur Anwendung kommen sollen. Im Gebäudeteil Nord ist eine klassische Sanierung mit einer zentralen Abluftanlage sowie separaten Zuluftelementen für Wand oder Fenster geplant. Die Intensität der Abluft in Bädern und Küchen kann über eine spezielle Sensorik – z.B. Feuchte, Präsenz, CO2, Taster – gesteuert werden. Der mittlere Gebäudeteil wird mit einer zentralen Lüftungsanlage mit Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung ausgestattet, um den Standard einer mittleren Sanierung darzustellen. Der Gebäudeteil Süd ist bereits fertiggestellt. Hier wurden, um auch den Standard einer gehobenen Sanierung darzustellen, dezentrale bzw. auch Kombinationslösungen realisiert. Dabei wurden ein bis maximal drei Wohnungen an ein Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung angeschlossen. - Ziele in den Bereichen Kosten, Qualität, Komfort Die Ziele der B&O-Wohnungswirtschaft sind hoch gesteckt. Pro Wohnung dürfen bei einer Wohnfläche von 70 m² für das Lüftungskonzept, egal welcher Art, maximal 2500 € Investitionskosten entstehen. Darin enthalten sind Gerät, Material, Anlieferung und Montage. Dabei darf weder das gehobene System mit dezentraler Lüftung noch die reine Abluftanlage die Kostengrenze übersteigen. Zu beachten ist hierbei eine 10-20%ige Energieeinsparung für Systeme mit Wärmerückgewinnung. Auch die Akzeptanz des Lüftungssystems durch die späteren Nutzer ist ein Augenmerk der Planung. Eine Lüftungsanlage kann nur solange funktionieren, wie die Lüftungsauslässe nicht abgeklebt werden oder die ganze Anlage auf Grund von Beschwerden abgestellt werden muss. Hauptursache einer Nichtakzeptanz ist meist eine übermäßige Schallentwicklung durch Geräte- oder Telefonieschall bzw. falsche Montage. Deshalb wurden folgende Anforderungen festgelegt: Maximal 22 dB(A) Schallentwicklung dürfen am Gerät entstehen, um jedem Nutzer einen ruhigen Schlaf zu sichern. Die Messlatte an Lieferanten wurde mit 20 dB(A) sogar noch höher angesetzt. Des Weiteren wird bei jedem System – egal ob zentral oder dezentral – eine wohnungsbezogene Luftverteilung angestrebt. Die Nennlüftung nach DIN soll zwar ermöglicht werden und ist Auslegungsgröße für die Planung, jedoch werden die Geräte nur auf eine Grundlüftung eingestellt. Dies ist vollkommen ausreichend und spart Energie zum Betrieb, mindert Schallentwicklung, verhindert zu trockene Luft im Winter und RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 193 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht vermeidet Zugerscheinungen. Zum Abbau von Lastspitzen bleibt dem Nutzer nach wie vor die herkömmliche Fensterlüftung. Eine kostengünstige Anzeige soll es dem Nutzer erleichtern, sein Verhalten in Bezug auf die energieeffiziente Nutzung der Technik zu deuten und zu steuern. Grünes Licht bedeutet, die Technik kann ihren Dienst erfüllen und dies wiederum stimmt den Nutzer positiv. Die Steuerung der Lüftungsstufen wird jedoch automatisch in Abhängigkeit der Fenster und des grundsätzlichen Bedarfs z.B. je nach Tageszeit geregelt oder einfach auf der Grundlüftungsstufe belassen. Ziel ist es, jederzeit die nötige Grundlüftung zum Bautenschutz einzuhalten. Dem Nutzer wird dadurch die Bedienung eines komplizierten Steuerungssystems erspart und Fehler können vermieden werden. Falls doch eine eigenständige Regelung des Nutzers erwünscht ist, sollte dieser frühzeitig in die Technik eingewiesen werden, am besten vom Fachmann. Außerdem ist es sinnvoll, schon bei der Auswahl des Herstellers auf Bedienerfreundlichkeit zu achten. - Hauptkriterien der Untersuchung Um die verschiedenen Hersteller vergleichen und bewerten zu können wurde ein Kriterienkatalog erstellt, der sehr detailliert Eigenschaften, Vor- und Nachteile jedes Lüftungskonzeptes darstellt. Es gibt sechs Kriteriengruppen, die im Folgenden dargestellt werden: 1.Allgemeine Qualitätskriterien - Auslegungskriterien Hierzu gehören grundsätzliche Bezugsgrößen wie Fläche und Personenanzahl, Volumenströme, Stromkosten, Geräteanzahl, Akustik und Optik, sowie die Stromaufnahme je Gerät. Diese und weitere solcher allgemeinen Kriterien sind entscheidend für die Wahl des Geräts. Außerdem ist die fachgerechte Planung, Montage und Einregulierung der Geräte sowie eine Einweisung der Bewohner in die Funktion und Bedienung der Anlage nachzuweisen. 2.Qualitätskriterien für Ansaugung, Wärmetauscher und Fortluftführung Mit Hilfe dieser Kriteriengruppe werden technische Eigenschaften zur Vermeidung von Druckverlusten und Feuchteschäden der Geräte überprüft. Außerdem sind Kriterien zur hygienischen Sicherheit der Geräte, speziell der Wärmetauscher, einzuhalten. 3.Qualitätskriterien für das Lüftungsgerät, technische Einbauten, etc. Das Gerät sollte eine Prüfung z.B. des Passivhausinstitutes nachweisen können. Außerdem muss die Qualität des Lüftungsgerätes in Montage, Aufbau und Leistung sowie Bedienung und Reinigbarkeit überprüft und bewertet werden. Auch über gewisse Sicherheitseinrichtungen sollte das Gerät verfügen. Nicht zuletzt spielt die Akustik, vor allem für die spätere Akzeptanz der Lüftungsanlage unter den Nutzern eine wichtige Rolle. Hierbei sollte ein entsprechendes Niveau, unabhängig vom Standard der Sanierung, eingehalten werden. 4.Qualitätskriterien für das Verteilsystem (Luftkanalnetz) Zunächst einmal wird bewertet, ob ein geeignetes Verteilkonzept für die Lüftungsanlage angeboten wird. Dementsprechend müssen natürlich auch Rohrleitungen, Ventile, Schalldämpfer und sonstiges Zubehör richtig gewählt sein. Weitere Kriterien prüfen das Rohrnetz auf Dichtigkeit, möglichst geringen Druckabfall und wenig Energieverluste. Kondensatbildung muss vermieden werden. Außerdem spielt auch hier wieder die Akustik eine wichtige Rolle und somit sollte im und um das Rohrnetz nur eine geringe Schallausbreitung entstehen. Dabei ist auch auf die Luftgeschwindigkeit zu achten. Eine gute Reinigungsmöglichkeit ist ebenfalls von Vorteil. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 194 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 5. Montagekriterien Hier werden Vorbereitungs- und Montagezeiten der Hersteller verglichen. Außerdem sind Anzahl und Verfügbarkeit der Komponenten sowie deren Funktionssicherheit zu prüfen. Pluspunkte gibt es auch für eine gewisse Flexibilität in der Einbaufähigkeit von Geräten und Leitungen sowie eine spätere gute Reinigungsmöglichkeit. 6. Firmen und Kostenkriterien Die wohl wichtigste Kriteriengruppe zeigt Kosten für Gerät, Luftleitungen, Elektrik und Montage mit Vorbereitung auf. Auch spätere Kosten für Strom und Wartung sind inbegriffen. Außerdem können Unternehmen durch Angebote, Rabatte und ein entsprechendes Engagement positive Bewertungen erhalten. Letztendlich werden Gesamtkosten pro m², Kosten pro Jahr und Einsparpotentiale verglichen. B&O Bewertungsmatrix Lüftungssysteme 356 Wohnungsbereich Varian- Variante te 1 2 Variante Variante Variante 3 4 5 Lüftung Lüftung Lüftung zentral Kombi- dezentral, dezentral, zentral, Lüftung Abluft nation, ohne mit Kanä- Zuluft mit max. 3 Kanäle len ALD WE Allgemeine Qualitätskriterien – Auslegungskriterien Fläche, Personenanzahl, Volumenströme, Stromkosten, Geräteanzahl, Akustik, Optik, Stromaufnahme je Gerät fachgerechte Planung, Montage und Einregulierung der Geräte sowie eine Einweisung der Bewohner Qualitätskriterien für Ansaugung, EWT und Fortluftführung Kein Luftkurzschluss, geringer Druckverlust, keine Qualitätskriterien für das Lüftungsgerät, technische Einbauten, etc. Sicherheit, Akustik, Reinigbarkeit, Effizienz, Filter- Qualitätskriterien für das Verteilsystem (Luftkanalnetz) Verteilkonzept und Rohr-/ Kanalausführung, Druck- Montagekriterien Montagezeit, Vorbereitung, Komponentenzahl-und - Feuchteschäden, Hygiene, Schutz vor Klima und Kleintieren qualität, Montagebedingungen, Bedienung, Geräteaufbau und Funktion abfall, Reinigung, Akustik, geringe Energieverluste, keine Kondensatbildung, Luftgeschwindigkeit, Qualität und Eignung der Einbauteile, Dichtigkeit verfügbarkeit, Funktionssicherheit, Dimensionen, Flexibilität Firmen & Kostenkriterien Kosten Material, Montage, Vorbereitung, Wartung, Strom etc., Engagement der Unternehmen, Synergieeffekte Tab. 10-2: Vereinfachte Darstellung der Kriteriengruppen [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 195 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Umsetzung und Kriterienerfüllung Gebäudeteil Süd wurde bereits fertiggestellt. Dort sind die Varianten 2, 3 und 4 zum Einsatz gekommen und konnten hinsichtlich des Kriterienkatalogs bereits analysiert werden. Die im Folgenden genannten Kosten sind als Nettokosten zu betrachten. Es wurde ersichtlich, dass die Kombination von drei Wohnungen an einem Gerät insgesamt die kostengünstigste ist und dabei auch innerhalb des festgelegten Kostenrahmens von 2.500 € pro 70 m² - Wohnung bleibt. In den Investitionskosten von ca. 30 €/m² sind Gerät, Material, Brandschutz, Anlieferung und Montage enthalten. Eingebaut wurde ein Lüftungsgerät mit einem max. Volumenstrom von 350 m³/h und Wärmerückgewinnung. Die Kostenermittlung basiert auf dem Einbau des Geräts in einer der drei Wohnungen, wobei die Wohnungen auf einer Etage liegen. Brandschutzklappen zwischen den Wohnungen sind berücksichtigt. Eventuelle Mehrkosten aus architektonischen Gründen wurden hingegen vernachlässigt. Die Kanalführung sollte schon im Vorfeld geplant werden, da somit die Montage erheblich erleichtert wird und Folgekosten durch Mehraufwand vermieden werden. Dabei sollte schon in der Planung das System des Herstellers genau betrachtet werden. Diese bieten nämlich oft ein systemorientiertes Montagekonzept an, dass nach Möglichkeit ausgeführt werden sollte, um Zeit und Kosten zu sparen. Auch die akustische Planung ist bei der geringen Anzahl von drei Wohnungen überschaubar und ohne größeren Aufwand zu bewerkstelligen. Besondere Beachtung ist dem Telefonieschall zwischen zwei Wohnungen zu schenken. Bei einer entsprechenden Kanalführung könnte jedoch sogar weitestgehend auf Schalldämpfer verzichtet werden. Werden die Geräte in der Wohnung platziert, ist allerdings für die spätere Wartung ein leichter Mehraufwand zu erwarten, da die Wohnung nur in Absprache mit dem Mieter besucht werden kann. Im besten Fall könnten Filtertausch und Wartung zusammen mit einer Zählerablesung gemacht werden. Ein weiterer Nachteil des Systems ist das Problem der Steuerung. Ändert Mieter 1 die Einstellungen, so sind auch Mieter 2 und 3 davon betroffen. Es kann also nur eine Grundlüftung und eventuell zeitgesteuerte Nennlüftung für alle Parteien eingestellt werden. Individuelle Einstellungen hingegen kann keiner der drei Mieter vornehmen. Wobei eine individuelle Steuerung, wie bereits oben erwähnt, nicht anzustreben ist, da eine Fehlbedienung mit allen Folgekosten vermieden werden sollte. Um letzterem Problem entgegenzuwirken könnte ein dezentrales Lüftungssystem gewählt werden, bei dem jede Wohnung ihr eigenes Gerät besitzt. Somit kann der Einfluss auf die Steuerung nicht zum Problem werden. Auch die Akustik spielt hierbei eine untergeordnete Rolle und es muss bei Bedarf nur auf Telefonieschall zwischen den Räumen geachtet werden. Allerdings ist dieses System mit ca. 36 €/m² bei gleicher Wohnungsgröße etwas teurer und kann den Kostenrahmen nur gerade so erfüllen. Etwas günstiger ist ein dezentrales System mit sogenannten Thermolüftern. Diese sitzen in der Außenwand und sind ebenfalls mit Wärmerückgewinnung ausgestattet. Zusätzlich ist bei innenliegenden Bädern trotzdem eine Abluftanlage nötig. Insgesamt besticht das System durch den einfachen Planungs- und Montageaufwand, da abgesehen von Abluft im Bad keinerlei Kanalsystem nötig ist. Allerdings sind die kleinen Lüfter nur in einer geringen Stückzahl pro Wohnung wirtschaftlich, also nur zur Belüftung kleiner Wohnungen bis max. 70 m² geeignet. Im Vergleich zu den dezentralen bzw. Kombinations-Lösungen scheint die klassische zentrale Dacheinheit für mehrere Wohnungen vollkommen unwirtschaftlich, obwohl sie dem heutigen Standard der Wohnungslüftung entspricht. Der Kostenvergleich beruht hierbei allerdings RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 196 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht auf einer Kostenschätzung, da Gebäudeteil Mitte noch nicht umgesetzt wurde. Vorteil der zentralen Anlage ist natürlich der geringe Wartungsaufwand und die leichte Zugänglichkeit des Geräts in Dach oder Keller. Besonders beachtet werden muss jedoch die akustische Planung, da hier die größte Fehlerquelle liegt. Eine Mängelbeseitigung ist im nachhinein oft schwierig, da die Kanäle in abgehängten Decken und vorgesetzten Wänden verlaufen. Die Minimierung des Volumenstroms bis zur Abschaltung der Anlage kann die Folge sein. Die Wirtschaftlichkeit letzterer Maßnahme ist nicht zu diskutieren. Das System der reinen Abluft mit separaten Zuluftelementen in Fenstern oder Außenwand sollte hingegen etwa das Kostenniveau der dezentralen Lösungen erfüllen. In Frage zu stellen sind allerdings Energieeinsparung und Komfort. Da die Außenluftdurchlässe kaum steuerbar sind und keinerlei Wärmerückgewinnung erlauben, erscheinen sie nach heutigen Standards kaum mehr sinnvoll. Auch die Komfortminimierung durch kalte Frischluftbereiche vor allem im Winter an den Auslässen ist selbst im Sozialwohnungsbau nicht mehr zeitgemäß. Eine Übersicht der Zielkosten ist in folgender Tabelle dargestellt: Variante 1) zentral gesamt 2) Kombination (bis zu 3 WE) 3) dezentral ohne Kanäle 4) dezentral mit Kanälen 5) Abluft zentral, Zuluft mit ALD Klassische zentrale Dacheinheit Typische EFH Einheit im MFH Einfachmontage ohne Kanäle dezentrale Einheit in WE Klassischer zentraler Dachventilator + ALD in Fenstern Konzepte Variante 1 Aerex zentral für WE Variante 2 Vaillant EFHSystem für 3 WE Variante 3 LTM dezentral für WE Variante 4 Vaillant EFHSystem für WE Variante 5 Aereco Abluft zentral Variante 5 Aerex Abluft zentral Gesamtfläche / Anzahl WE 633 m² 10 x 63 m² 210 m² 3x70 m² < 70 m² 1 100 m² 1 809 m² 13 x 62 m² 809 m² 13 x 62 m² Investkosten pro m² 100 / 70 / 50 m² 88 € 21€ / 30€ / 42€ 35 € 25€ / 36€ / 51€ 31 € ca. 39 € Investkosten pro WE netto 5517 € 2104 € 2450 € 2532 € 1908 € ca. 2463 € ContractingKosten je m²/M auf 10J* 0,67 € 0,05 / 0,16 / 0,30 € 0,24 € 0,22 / 0,40 / 0,63 € 0,30 € 0,37 € Kostenfaktor Gerät pro WE 1100 € 290 € 1540 € 700 € 164 € 142 € Tab. 10-3: Übersicht Zielkosten unterschiedlicher Lüftungssysteme [B&O] Abschließend ist zu sagen, dass je nach Projektgröße und gewünschtem Standard eine Lösung zu finden ist. Jedes Konzept hat seine Vor- und Nachteile, deshalb sollte gut abgewogen werden. Für alle Lüftungskonzepte ist jedoch eine genaue und rechtzeitige Planung im Vorhinein sehr wichtig, um unnötige Kosten und Komplikationen zu vermeiden. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 197 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.4.2 Innovative Lüftungsanlagen mit hohem Komfort und minimalem Energieverbrauch HS-Rosenheim Die Langberichte zu den Themen der HS-Rosenheim finden sich auf der Daten-CD unter Anlage A3. - Einleitung Mit stetig verbesserten Gebäudehüllen rücken bei der energetischen Betrachtung von Gebäuden, zunehmend auch Lüftungswärmeverluste in den Vordergrund. Passivhäuser funktionieren deshalb nur mir einer kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Aber auch die Bestandssanierung fordert im Hinblick auf Bauschäden, verursacht durch einen zu geringen Luftaustausch und damit erhöhter Raumluftfeuchten eine Planung der Lüftungssituation. Durch die Einführung der novellierten DIN 1946-6 im Jahr 2009 wird die Einhaltung einer notwendigen Lüftungsmaßnahme für Wohngebäude auch für die Bestandssanierung Pflicht. Im Sinne einer „Nullenergiestadt“ ist die Einführung und Umsetzung energieeffizienter Lüftungsanlagen daher fast unausweichlich. Im Forschungsvorhaben wurden Konzepte zur Umsetzung der Forderungen nach DIN 1946-6, sowie nach Kriterien für die Wohnungswirtschaft untersucht. Ziel dabei war es, lüftungstechnische und energieeffiziente Lösungen für die Nullenergiestadt zu finden, die gleichzeitig die Anforderungen eines Wohnungswirtschaftsmarktes erfüllen können. Hauptkriterien sind vor allem die Nutzerakzeptanz, die durch einen geringst möglichen Nutzereinfluss und einer Nutzer unabhängig laufenden Lüftung begründet ist, sowie geringe Investitionskosten. In mehreren, unterschiedlichen Sanierungsmaßnahmen der „Nullenergiestadt“ kommen verschiedene Systeme der Lüftung zum Einsatz, die in diesem Bericht näher beschrieben werden. Für die Berechnung der erforderlichen Luftvolumenströme nach DIN 1946-6 wurde schließlich ein Tool entwickelt, das zur einfachen Anwendung der Norm verwendet werden kann. Eine weitere wichtige Aufgabe bestand darin, die für Lüftungsmaßnahmen wichtigen Regeln zusammen zu fassen und für den Anwendungsfall der Nullenergiestadt zu bewerten. Herausgekommen ist eine Bewertungsmatrix, die in erster Linie die Anforderungen der DIN 1946-6 berücksichtigt. In einem separaten Bericht durch die B&O Wohnungswirtschaft GmbH wurden die Ergebnisse dieser Matrix mit verschiedenen Lüftungssystemen und deren Kosten dargestellt. Abschließend wurden Musterplanungen verschiedener Lüftungsansätze erarbeitet und bewertet. Dabei wurde nach Maßgabe der Energieeffizienz nach Lösungen von reinen Abluftsystemen, sowie nach Lösungen mit Wärmerückgewinnung gesucht, die ein gutes Wirtschaftlichkeitsverhältnis Kosten/Leistung beinhalten. - Lüftungssysteme für die Sanierung Bei der Modernisierung oder Sanierung eines Gebäudes ergeben sich zum Teil Anforderungen an eine lüftungstechnische Maßnahme, welche von denen im Neubau deutlich abweichen. Dies sind: • Eingeschränkte Möglichkeiten für eine Leitungsführung bei ventilatorgestützten Anlagen z.B. durch begrenzte Raumhöhen, fehlende Installationsschächte. • Oft kleine Funktionsräume, so dass wohnungsweise Lüftungsgeräte schwer unterzubringen sind. • Geringe Luftdichtheit des Gebäudes führen zu hohen Infiltrationsverlusten und damit geringer Effizienz von Wärmerückgewinnungsanlagen. • Undichtheiten zwischen den Wohneinheiten können zu Geruchsübertragung führen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 198 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht -- Überblick Lüftungssysteme gem. DIN 1946-6 Die DIN 1946-6 beschreibt als lüftungstechnische Maßnahmen Systeme der freien sowie der ventilatorgestützten Lüftung. Einen Überblick liefert Abb.10-28. Bild 10-28: Lüftungssysteme nach DIN 1946-6 [HS-Rosenheim] Im Rahmen des Projektes wurden nur die farblich hinterlegten Systeme näher untersucht. Zur Ausführung kamen schließlich nur ventilatorgestützte Systeme. -- Freie Lüftung Als technisch einfachstes System kommt die freie Lüftung in Form des Systems Querlüftung zum Feuchtschutz in Betracht. Als Antriebsmechanismus für den Außenluftvolumenstrom wirken dabei Druckdifferenzen aufgrund von thermischem Auftrieb und Windanströmung des Gebäudes. Laut DIN 1946-6 sind solche Systeme je nach Lage und Anzahl der Geschosse mit 2 bis 5 Pa Auslegungsdifferenzdruck zu dimensionieren. Zur Freien Lüftung zählt auch die Fensterlüftung. Diese kommt allerdings für einen nutzerabhängigen Betrieb für die Feuchtschutzlüftung nicht in Betracht, sondern in solchen Systemen zur Sicherstellung des hygienischen Luftwechsels durch manuellen Betrieb. -- Ventilatorgestützte Lüftung Hauptmerkmal ventilatorgestützter Lüftungssysteme ist der Einsatz elektrischer Energie zur Förderung notwendiger Luftströmungen. Die möglichen Systeme hierbei sind die Abluftanlage, die Zuluftanlage und die Zu- und Abluftanlage. Zur weiteren Klassifizierung müssen die Systeme • Zentralgeräte • Dezentrale Geräte (zentrale Wohnungsgeräte) • Einzelraumlüftungsgeräte (ERLG) beschrieben werden. Bei den lüftungstechnischen Sanierungsmaßnahmen der „Nullenergiestadt“ kommen alle drei Varianten zum Einsatz. Die ventilatorgestützte Lüftung bietet auch prinzipiell die passive Rückgewinnung der Wärme (WRG) aus der Abluft durch einen LuftLuft-Wärmeübertrager an. Dies ist systembedingt nur bei Zu- und Abluftsystemen möglich. Reine Abluftsysteme, wie sie auch im Forschungsvorhaben eingesetzt werden sollen, führen kalte Außenluft durch Außenluftdurchlässe nach. Wärmerückgewinnung aus der Abluft wäre nur durch Einsatz einer Wärmepumpe möglich, deren COP-werte aber deutlich niedriger sind als bei Luft-Luft-Wärmerübertragern. Ein weiteres für die Sanierung wichtiges Kriterium ist RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 199 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht die Luftdichtheit des Gebäudes, dessen n50-Wert bei Einsatz einer ventilatorgestützten Lüftungsanlage maximal 1,0 h-1 betragen darf. - Entwicklung einer Kriterienliste Die DIN 1996-6 stellt eine Reihe von technischen Kriterien für die Auslegung, Ausführung und Wartung von Lüftungsanlagen im Wohnbau zur Verfügung. Neben den technischen Kriterien sind auch die objektspezifischen Bewertungen verschiedener Anlagenkonzepte und eine wirtschaftliche Bewertung nötig. Für eine gesamtheitliche Bewertung wurde im Rahmen der Planungen für die Sanierung der Wohnbauten eine Bewertungsmatrix entwickelt. Zunächst wurden übergeordnete Ziele für alle Lüftungskonzepte aus Nutzersicht definiert. 1. Ausreichende Volumenströme (Nennlüftung DIN 1946-6) 2. Hohe Luftqualität (CO2-Konzentrationen, Filterqualitäten) 3. Thermischer Behaglichkeit (z.B. keine Zugerscheinungen) 4. Keine Schallbelästigung durch oder über die Lüftungsanlage 5. Geringer Energiebedarf - hohe Wärmerückgewinnung 6. Einfache Bedienung 7. Dauerhafte Technik, geringer Wartungsaufwand Auf dieser Basis wurden die technischen Anforderungen aus Regelwerken und aktuellen praktischen und wissenschaftlichen Erkenntnissen in einer Reihe von Qualitätskriterien formuliert. Die Kriterienliste ist in folgende Bereiche untergliedert: 1. Anlagenauslegung (Kriterien 1 – 14) ausreichende Volumenströme, Mindesttemperatur am Lufteinlass, Schallpegelanforderungen,... 2. Ansaugung / Fortluft / EWÜ (Kriterien 15 – 20) Außenluft-Ansaugung, angepasster EWÜ,... 3. Lüftungsgerät / Wärmeübertrager (Kriterien 21 – 41) Wärmebereitstellungsgrad, Filterqualität, stromeffiziente Lüftungsgeräte, Volumenstromregelung,… 4. Luftverteilung (Kriterien 42 - 57) geringer Druckabfall im Rohrnetz, geeignete Ein,Aus- und Durchlässe,... 5. Montage und Baustellenablauf (Kriterien 58 – 65) 6. Lieferanten- und Kostenkriterien (Kriterien K1 – K10) RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 200 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 1 Kriterien der Anlagenauslegung 1 2 3 Beschreibung Anforderung Quelle Mindestaußenluftvolumenstrom pro Person für die gesamte Wohneinheit Auslegungsluftwechselrate für Wohneinheit 30m³/h und Person DIN 1946 Teil 6 (2009) Luftwechselrate n ist bei ventilatorgestützter Lüftung auf Nennlüftung gem. DIN 1946 T6 auszulegen. n hängt von der Wohnfläche ab. Typische Werte bei ca. 60 bis 100 m² Wohnfläche n = 0,4 bis 0,5 pro h Küche/Kochnische: 45 m³/h Bad: 45 m³/h WC: 25 m³/h (evtl. direkt aus der WCSchale 10 m³/h) Abstellraum 10 m³/h DIN 1946 Teil 6 (2009) Mindestabluftvolumenströme für Ablufträume DIN 1946 Teil 6 (2009) Tab. 10-4: Ausschnitt aus „Bewertungsmatrix – 1 Allgemeine Qualitätskriterien - Auslegungskriterien In Zusammenarbeit mit der B&O Wohnungswirtschaft fand die Kriterienliste in Bezug auf 5 Lüftungsvarianten Anwendung. Untersucht und bewertet wurden die Varianten zentrale Lüftung, dezentrale Lüftung und zentrale Abluft. Das dezentrale System wurde nochmals untergliedert in dezentral mit und ohne Luftverteilsystem und in eine kombinierte Lösung mit 3 Wohnungseinheiten an einer Lüftungsanlage. Umgesetzt wurden schließlich 3 der dezentralen Varianten im Gebäude 356, deren Systeme in der Musterplanung genauer beschrieben werden. - Entwicklung einer nutzerfreundlichen Excelanwendung zur Volumenstromauslegung Die in 2009 überarbeitete DIN 1946-6 fordert für jeden Neubau und für Modernisierungsmaßnahmen mit lüftungstechnisch relevanten Änderungen im Wohnungsbau, die Erstellung eines Lüftungskonzepts. Dieses stellt nun fest, welche lüftungstechnischen Maßnahmen zu ergreifen sind und welche Volumenströme zum Erreichen der Mindestanforderungen bestehen. Um die im Rahmen der Nullenergiestadt getätigten Sanierungsmaßnahmen in lüftungstechnischer Hinsicht schnell erfassen und bewerten zu können, wurde für das Projekt ein einfaches Excel-Tool entwickelt, das die schnelle Auslegung der notwendigen Volumenströme berechnet. Zum derzeitigen Projektstand ist das Tool nur für die Auslegung der freien Lüftung zu verwenden. Es wird jedoch angestrebt, das Tool fertig zu stellen, sodass im Rahmen der weiteren Sanierungsmaßnahmen darauf zurück gegriffen werden kann und somit die integrale Planung unterstützt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 201 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Berechnungstool zur freien Lüftung von Wohnungen nach DIN 1946-6:2009-05 Allgemeine Angaben zum Projekt: Projektname: Planer: Datum: Lüftungsplaner: Name: Straße: PLZ: Ort: Ansprechnpartner: Telefon: Fax: Email: Bauherr: Name/Bezeichnung: Straße: PLZ: Ort: Ansprechpartner: Telefon: Fax: Email: Objekt: Nullenergiestadt Rafael Botsch 30.03.2010 B&O Wohnungswirtschaft GmbH & Co. KG Parkgelände Mietraching - Bad Aibling Gebäude 356 - Wohnung 1 Dachgeschoss Angaben zum Objekt: Gebäudedaten: Gebäudetyp: Gebäudehöhe: Gebäudelage: Neubau/Sanierung/Bestand: Mehrfamilienhaus 13,0 m windschwach Modernisierung Anzahl Wohnungen: Anzahl Geschosse: Windschutzklasse: Wärmeschutz: normal hoch Nutzungseinheit: Fläche der Nutzungseinheit ANE: Luftvolumen der Nutzungseinheit VNE: Höhenlage der Nutzungseinheit: 100,3 262,9 0 bis 15 m m² m³ m Anzahl Räume: ein- /mehrgeschossig: mittlere Raumhöhe hNE: 7 eingeschossig 2,62 m Luftdichtheit: Messwert vorhanden: nein wenn ja wenn nein gemessene Werte: Luftwechsel n50: h-1 - Druckexponent n: Vorgabewerte: Luftwechsel n50: Druckexponent n: 1,50 0,67 h-1 - Ergebnisse: Lüftung zum Feuchteschutz qv,ges,NE,FL: 38 m³ / (h * NE) wirksame Lüftung durch Infiltration qv,Inf,wirk: 22 m³ / (h * NE) Maßnahmen erforderlich: Maßnahmen erforderlich ! Bild 10-29: Auszug aus Excelanwendung zur Bestimmung einer lüftungstechnischen Maßnahme [HS-Rosenheim] - Musterplanung im Wohnungs- und Gewerbebau Im Forschungsvorhaben „Auf dem Weg zur Nullenergiestadt“ wurden in mehreren Häusern unterschiedlicher Nutzung, verschiedene Systeme zur Lüftung von Wohnungen und Bürogebäuden umgesetzt. Die installierten Systeme reichen von der reinen Abluftanlage im Wohnungsbau, über Einzelraumlüftungsgeräte und dezentrale (wohnungszentrale) Geräte bis hin zur klassischen zentralen Lüftungsanlage für den Wohnungs- und den Bürobau. -- Zentrale Lüftungsanlage mit WRG – Gebäude 358 In den Gebäuden 353 (Wohnen), 359 – 362 (Hotel) und 358 (Bürobau) wurden zentrale Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung in der Sanierung umgesetzt. Der betrachtete Gebäudeteil des Gebäudes 358 soll zu einem Bürogebäude saniert werden, in dem die B&O Wohnungswirtschaftsgesellschaft untergebracht werden soll. Als Besonderheit dieses Bürogebäudes ist das Callcenter mit etwa 150 m² anzusehen, das mit einer geplanten Belegungsdichte von unter 5 m²/Person eine hohe Kühllast erwarten lässt. Das Erdgeschoss des Gebäudes mit einer Netto-Raumfläche von etwa 750 m², wird in zwei Lüftungszonen eingeteilt. Das Callcenter, mit erhöhten Anforderungen an eine Kühlfunktion bildet eine Zone, die andere Zone ist der Büroteil für „normale“ Bürotätigkeit ohne besondere Anforderungen. Das Obergeschoss ist von der Lüftungsplanung ausgenommen, da hier noch keine konkrete Nutzung vorliegt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 202 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Die ermittelten, personenbezogenen Luftvolumenströme betragen für das Callcenter 900 m³/h und für das allgemeine Büro 780 m³/h. Bild 10-30: Grundriss Gebäude 358 mit den Grundflächen „Bürofläche“ und „Callcenter“ [HSRosenheim] Ohne die solaren Kühllasten, die durch einen konstruktiven Sonnenschutz zu vermeiden sind, bestimmen sich die Kühllasten durch: • Wärmeabgabe der arbeitenden Personen (70 W/Person) • Wärmeabgabe der technischen Ausrüstung (175 W/Arbeitsplatz) • Wärmeabgabe durch Beleuchtung (25 W/m²) Die maximale Kühllast ergibt sich mit diesen Annahmen zu 11 kW oder 75 W/m². Gleichzeitig wurden die Kühllasten über das Passivhausprojektierungspaket PHPP 2007 berechnet. Diese stellen die Kühllasten als statisches Mittel über einen Tag dar und sind somit nicht mit den Spitzenlasten der vorangegangenen Berechnung zu vergleichen. Die Kühllast nach dieser Berechnung beträgt etwa 2,8 kW oder 19 W/m². Demgegenüber steht die über die Lüftungsanlage transportierte Kühlleistung von max. 3,3 kW (bei erhöhtem Luftvolumenstrom von 40 m³/h). Das entspricht also rund einem Drittel der anfallenden maximalen Kühllast. Der Rest muss über ein separates Kühlsystem, bspw. einer Kühlfläche in der abgehängten Decke abgeführt werden können. -- Wohnungsweise Lüftungsanlage mit WRG – Gebäude 356 Als beispielhafte Vergleichsstudie wurden im Gebäude 356 Bauteil Süd, das vorrangig dem Wohnen dient, mehrere unterschiedliche dezentrale Lüftungskonzepte realisiert. Folgende Konzepte kommen hier zum Einsatz: • Einzelraumlüftungsgeräte mit WRG kombiniert mit Abluftanlage • dezentrale Lüftungsanlage mit Lüftungsgerät in/außerhalb des Wohnraums • dezentrale Lüftungsanlage für 3 Wohneinheiten (Zentralgerät) • dezentrale Lüftungsanlage für Seminarräume RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 203 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht EG OG SE 2 SE 1 WE 1 Pausenraum Lager WC WC SE 3 WE 2 Lager WE 7 WE 8 SE4 WE 10 WE 11 WE 3 Dezentral Büroräume Dezentral - Gerät im Dach Dezentral - Gerät in Wohnung Dezentral kombiniert (3 WE) Einzelraumlüftungsgerät mit WRG DG Spitzboden WE 4 WE 5 WE 9 WE 11 WE 6 Dezentral - Gerät im Dach 2 x Sammelkanal Fortluft Dezentral kombiniert (3 WE) 2 x Sammelkanal Außenluft Bild 10-31: Grundrisse und Überblick Lüftungssysteme am Gebäude 356 [HS-Rosenheim] Neben den unterschiedlichen Lüftungskonzepten wurden auch teilweise unterschiedliche Hersteller und Systemtypen in der Luftverteilung umgesetzt. Eine Besonderheit stellt die kombinierte Lösung der dezentralen Geräte im Dach dar, die alle über einen Sammelkanal für Außenluft und Fortluft angeschlossen sind. Die Luftleitungen sind hierbei getrennt geführt worden, je eines nach Osten und eins nach Westen um Kurzschlüsse zu vermeiden. Zusammenfassung Mit fortschreitendem Ausführungsprozess der lüftungstechnischen Sanierungsmaßnahmen der „Nullenergiestadt“ hat sich gezeigt, dass das Kriterium Kostenfaktor eine zentrale Rolle für die Wohnungswirtschaft darstellt. Gleichzeitig hat sich auch gezeigt, dass aufgrund der erhöhten bauphysikalischen Anforderungen im energetischen Sanierungsfall, eine lüftungstechnische Maßnahme zwingend zu berücksichtigen und nach normativen Anforderungen auch zwingend einzuhalten ist. Des Weiteren ist nach ersten Erfahrungen festzustellen, dass die Nutzerakzeptanz von zentraler Bedeutung ist, um ein Lüftungssystem nach Installation auch konstant betreiben zu können. Hierbei spielt vor allem die Akustik eine wichtige Rolle, da sie Hauptursache für Beschwerden bis zur Außerbetriebnahme einer Anlage ist. Ziel ist eine maximale Schallentwicklung von 25 dB(A) in einem Meter Entfernung zum Lüftungsauslass. Um dies zu erreichen sollte der Volumenstrom auf maximal 2 m/sec ausgelegt und auf Vermeidung von Druckverlusten geachtet werden. Die im Forschungsvorhaben umgesetzten Lösungsansätze zeigen schließlich mehrere Lüftungssysteme in der Sanierung, die miteinander verglichen und bewertet werden konnten. Inwiefern sich die energetischen Ziele mit den vorhandenen Systemen realisieren lassen, wird mit dem Monitoring der Gesamtstadt dargestellt werden können. Aus heutiger Sicht ist sicherlich schon jetzt die Tatsache positiv zu bewerten, dass der Einsatz von Wärmerückgewinnung in der Sanierung der „Nullenergie- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 204 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht stadt“ vermehrt zum Einsatz kommt. Somit rückt das angestrebte Ziel, innovative Lüftungsanlagen mit minimalem Energieverbrauch einzusetzen, in greifbare Nähe. Die innovativen Konzepte, dargestellt in der Variantenbetrachtung der Lüftungssysteme am Gebäude 356, wurden schließlich auch kostenseitig ausführlich bewertet, sodass der Faktor finanzielle Umsetzbarkeit belastbar wird. Mit dem angestrebten, durch führende Hersteller der Lüftungstechnik akzeptiertem Kostenrahmen, komplette Lüftungssysteme mit WRG unter 2.500,- €/WE in der Wohnungssanierung zu realisieren, wurden die Hürden sehr hoch gesteckt, zumal bisherige Systeme derzeit mit dem 2-fachen der Kosten anzusetzen sind. Nichtsdestotrotz konnte in ersten Analysen der Nettokosten an Hand der Sanierung im Gebäude 356 festgestellt werden, dass das festgelegte Limit eingehalten wurde. Für den weiteren Sanierungsprozess der „Nullenergiestadt“ werden die Ergebnisse dieser Untersuchungen auch im Hinblick auf eine sichere Ausführungsqualität, von Vorteil sein. 10.4.3 Innovationen im Bereich Warmwasserbereitung EnWerk Dezentrale Trinkwassererwärmung mit nur 50°C Vorlauftemperatur Als ein weiterer innovativer Bestandteil wurde ein neuartiges dezentrales Trinkwassersystem auf 4-Leiter-Basis (pewoTherm 4L) im Gebäude 356 installiert. Das Gebäudenetz teilt sich in einen witterungsgeführten Vorlauf-Strang für die Fußbodenheizung mit Vorlauftemperaturen von 30-35°C, einen Festwert-Vorlauf-Strang für die Warmwasserbereitung mit Vorlauftemperaturen von 50°C sowie einen gemeinsamen Rücklauf-Strang mit Rücklauftemperaturen von 20-28°C. Somit sind die Verbraucher (Heizkreis, Warmwasserbereitung) auf ihr jeweilig gefordertes Temperaturniveau ideal angepasst. Diese Lösung wurde in Form einer modifizierten Wohnungsstation pewoTherm realisiert. Bild 10-32: Wohnungsstation pewoTherm 4L mit Warmwasserbereitung im dezentralen Durchlaufprinzip mit 2 Vorlauf- und 2 Rücklaufanschlüssen [EnWerk] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 205 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Vorteile der 4-Leiter-Technologie: - Hygienische Warmwasserbereitung trotz niedriger Vorlauftemperaturen bis 50°C - Keine Zirkulation notwendig -> erhebliche Energie-Einsparungen durch minimierte Bereitstellungstemperaturen - Werksseitiger hydraulischer Abgleich durch integrierte Differenzdruckregler - Ideal für den Einsatz von Niedertemperaturerzeugern (Wärmepumpen, Solar) - Ganzjährige Bereitstellung von Wärme für komfortable Handtuchtrockner in den Bädern - Kein „Runtermischen“ von aufwendig erzeugter Hochtemperatur für die Warmwasserbereitung in den Fußbodenheizkreis -> witterungsgeführte Regelung für die Niedertemperatur – Heizkreise möglich - Minimales Risiko der Verkalkung bei der Warmwasserbereitung - Möglichkeit der exakten Abrechnung der einzelnen Wohnungen durch Einsatz von Wärmezählern Warmwasserbereitung: Die Warmwasserbereitung erfolgt durch ein integriertes Durchlaufsystem mittels eines großzügig ausgelegten Edelstahlplattenwärmeübertrager. Das eigens entwickelte thermische Regelungssystem TFS (Thermo Fluid System) regelt dabei immer die exakt gewünschte Warmwassertemperatur ohne Schwankungen aus. Bei Einhaltung der 3-Liter-Grenze (DVGW Arbeitsblatt W551) auf der Trinkwasserseite können Temperaturen unter 60°C realisiert werden. Eine Steigerung von Hygiene und Komfort werden bei gleichzeitiger Energieeinsparung erreicht. Die Wohnungsstation kommt ganz ohne elektrische Hilfsenergie aus und ist somit ideal für die Gebäudesanierung einsetzbar. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 206 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.5 Tages- und Kunstlichtoptimierung HS Rosenheim Die Langberichte zu den Themen der HS-Rosenheim finden sich auf der Daten-CD unter Anlage A3. 10.5.1 Notwendigkeit eines energieeffizienten Lichtkonzepts Die Konversion der Kaserne wird im Rahmen des Eneff:Stadt-Programms gefördert. Der Projektbeschreibung entsprechend besitzt ein typisches Bürogebäude das Potential, den Endenergiebedarf von 268 kWh/m²a auf 89 kWh/m²a zu verringern. Für ein typisches Wohngebäude wird eine mögliche Reduktion von 351 kWh/m²a auf 130 kWh/m²a angenommen. Diese Werte entsprechen 33% bzw. 37% des berechneten bestehenden Zustands nach ENEV 2007. Der genannte Endenergiebedarf² setzt sich aus mehreren Bestandteilen zusammen, einer davon ist der elektrische Strom für die Kunstlichtanlagen. Nach dem Verfahren der ENEV wird eine Referenzanlage als Vergleichsgrundlage herangezogen. Wird eine solche nach DIN V 18599-4 erstellt und mit den vorhandenen Randbedingungen des Kasernengeländes angesetzt, erhält man eine Obergrenze, um im Rahmen des angegeben Potentials zu bleiben. Beispielhaft wurde diese Grenze für je ein typisches Gebäude ermittelt. Für ein Bürogebäude liegt sie bei ca. 14,8 kWh/m²a Endenergie (ca. 38,5 kWhPEB/m²a). Die Wohnnutzung wird in der DIN V 18599-4 nicht beschrieben, das Verfahren kann mit dem im Bericht und seinen Anhängen beschriebenen Randbedingungen dennoch verwendet werden, woraus eine Obergrenze von 21,5 kWh/m²a resultiert (ca. 56 kWhPEB/m²a). 10.5.2 Zielsetzung des Berichts Der Teilbericht, der auf den folgenden Seiten stark gekürzt wiedergegeben wird, verfolgt zwei Ziele. Die Erstellung von gebäudebezogenen Konzepten, um die potenziellen Bedarfe zu erreichen, ist eines davon. Darüber hinaus sollen sich diese auch an zukünftige bauliche Entwicklungen und Vorstellungen der Planer anpassen können. Als Folge dieser Anforderung ist das zweite Ziel die Erstellung eines sog. Planerwerkzeugs. Beteiligte an der Sanierung der Kaserne sind damit in der Lage, Konzepte und ihre Bewertungskriterien zu verändern, ohne detaillierte Fachkenntnis der verwendeten Technik zu benötigen. Die Betrachtungen der folgenden Seiten beziehen sich auf die Innenraumbeleuchtung. Dies schließt natürliche und künstliche allgemeine Beleuchtung ein, wie auch gestalterische Lichtakzente. Nicht integriert sind jedoch Flucht- und Not-Beleuchtung, sowie spezielle Arbeitsbeleuchtung. 10.5.3 Analyse der bestehenden Situation In der „Nullenergiestadt“ gibt es Gebäude mit verschiedensten Nutzungen und Zuständen. Gemein haben sie in der Regel eine massive Bausubstanz aus der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Unterschiede gibt es jedoch bei den bereits sanierten Gebäuden, die andere Wandstärken, Fenster, und verbaute Technologie aufweisen. Abbildung 10-33 gibt eine Übersicht darüber, welche Flächen und Nutzungen für die lichttechnische Untersuchung gewählt wurden. Insgesamt handelt es sich um 14 separate Gebäude mit ca. 29.000 m². Diese Fläche bezeichnet die Summe aller betrachteten Bereiche. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 207 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Gebäude Nr. 301 (a) 301 (b) 302 303 305 306 320 (a) 320 (b) 322 323 350 352 (a) 352 (b) 353 354 355 358 (a-g) 358 (h) 358 (i) Gesamt Nutzung Kindergarten Büro Büro Kinderkrippe/-garten Festhalle Turnhalle Büro Ausstellungsraum Büro / Montage Bowling Wohnen Restaurant Sportsbar Wohnen / Tagung Wohnen Schule Klinik Vereinsheim Klinik erfasste Fläche 1718 267 256 744 2603 2663 1358 511 1568 951 1275 1003 445 2401 1663 1672 6003 197 1419 erfasste Räume m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² m² 28717 m² 71 17 16 20 22 32 33 14 53 22 52 21 7 137 64 56 139 13 61 Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume Räume 850 Räume Bild 10-33: Luftbild mit Gebäudebezeichnungen und Markierungen, Quelle: Verfasser Übersicht erfasste Gebäude und Flächen, Quelle: Verfasser [HS-Rosenheim] Die meisten Bauwerke werden bereits genutzt, oder es steht ein Nutzer fest. Für die Gebäude 358, 320b, 302 und 301b ist dies hingegen nicht der Fall. Um dennoch Aussagen treffen zu können wurde je eine beispielhafte Nutzung betrachtet. Siedlungsweit haben die Bauten gemein, dass sie sich durch die lockere Stellung zueinander kaum gegenseitig verschatten. Die Bäume der Siedlung bilden teilweise die primäre äußere Verschattung. Dabei handelt es sich um Laubbäume, die gegebenenfalls auch Einfluss auf die Tageslichtsituation haben. Auf Sonnenschutzvorrichtungen kann aber auch an den enger bepflanzten Gebäuden nicht verzichtet werden. - Zusammenfassende Analyse Zwar ist in fast allen Gebäuden eine Kunstlichtanlage vorhanden, diese muss aber in ca. 80% der Fälle im Rahmen einer Sanierung ausgetauscht werden. Allen gemein ist eine rein manuelle Schaltung des Kunstlichts. Momentan werden fast ausschließlich Leuchtstofflampen in unterschiedlichen Ausführungen verwendet, die allein aber auch keine Garanten für eine effiziente und behagliche Lichtsituation sind. Tageslicht ist unter anderem durch die Begrünung der Siedlung trotz großzügiger Gebäudestellung nur begrenzt verfügbar, das Potential in den Gebäuden aber keineswegs ausgeschöpft. Fenster mit hohen Rahmenanteilen bis zu 50%(!!) der Rohbauöffnung bieten hier einen guten Ansatzpunkt. Dies kann aber nur im Zusammenspiel mit Beschattungssystemen sinnvoll sein, die Licht- und Wärmeeintrag in die Räume kontrollieren. 10.5.4 Entwicklung einer flexiblen Konzeption Vorrangiges Ziel dieser Bearbeitungsphase war die Entwicklung eines Planerwerkzeugs, das den am Bau Beteiligten die Anpassung oder Neuerstellung von Tages- und Kunstlichtkonzepten bereits in sehr frühen Planungsphasen erlaubt und Konsequenzen der Auswahl aufzeigt. Rahmenbedingungen für das Werkzeug sind die bestehende bauliche Substanz, sowie der Nutzer mit seiner jeweiligen „Sehaufgabe“. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 208 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Gebäudestrukturierung Große Unterschiede der Gebäude verhindern eine Zusammenfassung auf Siedlungsebene. Auf Gebäudeebene ist dies sinnvoll. Räume und zusammengehörige Raumkomplexe (bspw. Sanitärbereiche) – insgesamt 850 in den erfassten Siedlungsgebäuden - wurden hierfür nummeriert, tabellarisch aufbereitet und in verschiedene Gruppen eingeteilt, die als Strukturen bezeichnet werden (Abbildung 10-34). Bild 10-34: Beispiel Strukturen: Strukturdokumentation 1 und 4, Gebäude 320, Auszug Anhang 3, Quelle: Verfasser [HS-Rosenheim] - Bestimmung der Tageslichtversorgung Der Tageslichtquotient beschreibt den Anteil (in Prozent) des diffusen Tageslichtanteils, der einen bestimmten Punkt im Raum erreicht. Auf seinem Weg wird dieser Anteil durch Transmission, Reflexion und Absorption immer kleiner, je tiefer er in den Raum dringt (Abbildung 10-35). Bild 10-35: Tageslichtverteilung im Raum, Schemata, Quelle: Siemens [HS-Rosenheim] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 209 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht In der Norm dient der Tageslichtquotient als Grundlage der Berechnung der Tageslichtversorgung. Unter 2% wird als nicht ausreichend tageslichtversorgt definiert, über 6% als gut. Der Tageslichtquotient (inkl. Rahmenanteil) wurde für alle Strukturen ermittelt. Er variiert im Bestand im Mittel zwischen 1 und 8%. - Nutzeranforderungen Alle Gebäude wurden mit der tatsächlichen, der geplanten oder einer angenommenen Nutzung betrachtet. Der Einfluss der Art der Nutzung ist vielfältig. Von der täglichen Nutzungszeit bis zur Vorgabe des Beleuchtungsstärkeniveaus für die Sehaufgaben gibt sie Mindestangaben für Quantität und Qualität des Lichts vor. Grundsätzlich stammen diese Angaben aus der DIN. Im Zuge der Begehung wurden die Informationen anhand von Nutzerangaben konkretisiert bzw. abgeändert. Für einige Bereiche existieren keine Vorgaben (bspw. Wohnen) und mussten erst erstellt werden. 10.5.5 Bewertung der Konzeption Für die Bewertung werden drei Maßstäbe angesetzt: Investive Kosten, laufende Kosten und Gestaltung. - Investive Kosten bezeichnen den Aufwand in € um die gewählten Konzepte in den Gebäuden umzusetzen. Dabei sind sowohl Material- und Produktkosten, als auch Arbeitszeiten integriert. Basis für die Angaben sind Listenpreise mit Stand Februar 2010. - Laufende Kosten setzen sich aus dem Energiebedarf mal dem gewählten Strompreis, sowie Verschleißmaterial wie etwa Lampen zusammen. - Gestaltung ist schwer quantifizierbar. Ein von der Firma Zumtobel in Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau entwickeltes Tool versucht dies in Form des ELI-Rechners (Ergonomic Lighting Indicator) durch die Bewertung einer Lichtlösung über 33 Eigenschaften. Dieser Fragenkatalog mündet in 5 separaten Attributen der Lichtlösung. Eine entscheidende, wenn auch schwer mess- und planbare Größe für die spätere Akzeptanz der Lösung. Die Bewertungskriterien resultieren aus einzelnen Konzeptbestandteilen die auf Räumlichkeiten angewendet werden können. Diese sogenannten Maßnahmen sind in verschiedene Kategorien unterteilt: Kunstlicht, Tageslicht, Steuerung und Regelung sowie Nutzer. - Kunstlicht beschreibt alle Maßnahmen, die das in den Nutzungsrandbedingungen geforderte Niveau bereitstellen. Zusätzlich wird die Möglichkeit für den Einbezug gestalterischer Lichtakzente geboten. Kennwerte für diese Maßnahme entstammen den in Anhang 4 genannten Herstellerkatalogen und Listenpreisen. - Tageslichtmaßnahmen beziehen sich auf die Veränderung und Optimierung des einfallenden natürlichen Lichts. Dies wird durch Änderungen an den Fenstern und Fensteröffnungen erreicht. Zugehörige Kostenkennwerte entstammen hier Angeboten, die für diesen Bericht in Auftrag gegeben wurden (Anhang 4 digital). - Steuerung/Regelung bezeichnet die Automation im Bereich von Kunst- und Tageslicht. Für diese Maßnahmen ist im Gebäude ein vernetzendes Grundgerüst nötig, das BUSSystem. Dieses kann auch für andere Bereiche der Gebäudeautomation genutzt werden, RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 210 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht wodurch sich seine Anschaffungs- und Installationskosten wirtschaftlicher verteilen. Kennwerte für Kosten und Bedarf stammen von Fa. Siemens (Katalogwerte und –preise). - Nutzerverhalten hat einen enormen Einfluss auf die Verwendung einer Anlage. Über Simulationen mit einem evaluierten Verfahren wird der Bedarf, welcher von einem definierten Nutzer erzeugt wird ermittelt. Die dem Modell zugrunde liegende Untersuchung sagt aus, dass Schaltverhalten von Beleuchtung zwar individuell ist, aber nicht beliebig. Somit werden diese berechenbar. Drei Gruppen werden dabei unterschieden: aktive, passive und eine gemischte Nutzergruppe (genaue Informationen über Definition und Einfluss der Nutzer im Teilbericht der Hochschule Rosenheim). 10.5.6 Bedarfsberechnungen Um die Maßnahmen in den Gebäuden zu konkretisieren, wurden Berechnungen für die jeweiligen Gebäudestrukturen erstellt. - Relux diente zur Berechnung der Tageslichtquotienten, sowie der benötigten Anzahl an Leuchten, um das geforderte Niveau zu erreichen. - Daysim berechnete unter Berücksichtigung von verschiedenen Automationsszenarien den künftigen Strombedarf. Hierfür wurde zum einen das Tageslichtangebot ermittelt um dann das Nutzerverhalten einzupflegen. Durch Vergleich solcher Szenarien innerhalb derselben Struktur konnten mögliche Einsparpotentiale ermittelt werden. - Planerwerkzeug Für eine manuelle Konzeptzusammenstellung würde es ausreichen, die Informationen der tabellarisch aufbereiteten gebäudebezogenen Maßnahmen zu kombinieren. Um den Prozess so weit wie möglich zu vereinfachen, bilden diese erzeugten Werte das Kernstück des für die Nullenergiestadt erzeugten Planerwerkzeugs in Form einer Excel-Datei. Mit einem minimalen Grundwissen über die Gebäude und ihr Layout, können mit dem Excel-Tool innerhalb von Minuten Vorstellungen der Planer konzeptioniert und finanziell wie energetisch bewertet werden. Im Anhang 6 der Langfassung wird die Nutzung ausführlich erläutert. Folgend wird ein Beispiel des Werkzeugs gezeigt. -- Gebäudeauswahl Formular März 2010, Johannes Zauner Lichtkonzept für Gebäude Nr.: 320 - B&O Zentrale Konzept: Eigenes Konzept Konzeptvergleich: Betrachtete Flächen (Nach DIN 277) 1326 m² Hauptnutzflächen (HNF) 701 m² Büroräume, Besprechungsräume Verkehrsflächen (VF) 367 m² Flure, Treppenhäuser Nebennutzflächen (NNF) 258 m² Lager, Sanitär, Nebenräume RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 211 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht -- Konzeptbestandteile Übersicht Lichtlösung (Genaue Beschreibung der Maßnahmen und verwendeten Geräte in der separaten Datei/Anhang "Maßnahmenkatalog") 1) Nutzer Eigenes Konzept Aktiv Aktiv / Passiv Passiv 2) Kunstlicht Eigenes Konzept a) Abstrahlung Allgemeinbeleuchtung HNF VF NNF Direkt Direkt/Indirekt b) Allgemeinbeleuchtung Bestand Halogen-Strahler Leuchtstofflampen LED-Beleuchtung Metalldampflampen c) Akzentbeleuchtung Halogen-Strahler Leuchtstofflampen LED-Beleuchtung Metalldampflampen 3) Tageslichteintrag Eigenes Konzept HNF a) Öffnung Sturz erhöhen Oberlicht(er) b) Durchlass Fensterwechsel Beschattung mit TLT Behang Beschattung mit Lichtlenkung Eigenes Konzept HNF VF 4) Steuerung / Regelung Präsenzmeldung Konstantlichtregelung Beschattungs-Steuerung Präsenz+Konstantlicht Berechnung Reset -- Auswertung Auswertung Gebäude 320 - B&O Zentrale Gestaltung (ELI) HNF: Konzept: Eigenes Konzept Betrachtete Flächen: VF HNF Strompreiseingabe: 18 Ct/kWh Energieverbrauch Ø: 12,9 kWh/m²a Kosten (Investiv) Ø: Kosten (Jährlich) Ø: Sehleistung 2 1 NNF 0 Individualität und 4 Flexibilität5 3 -1 4 Vitalität 5 291,4 €/m² 2,595 €/m²a Werte 0,07 3 2 1-2 1 2 1 -2 -1 2 3 0 2,17 Sehleistung Erscheinung 5 4 Erscheinungsbild 1 Sehkomfort 2 0,57 Sehkomfort 2,74 Vitalität 2,07 Individualität Teilergebnisse Maßnahmenauswertung: Kunstlicht: u st c t aupt ut Gebäude Nutzer 320 Passiv äc e Lampe / Typ LED Direkt Anschlussleistung 40 W/St. Leuchtenpreis Leuchtendichte Kosten Initial 698 €/St 0,33 St/m² 235,95 €/m² 0,33 Teilergebnis Kunstlicht Hauptnutzflächen Gebäude Nutzer 320 Passiv Lampe / Typ LED Direkt (Gesamt 701 m²) Anschlussleistung 40 W/St. 235,95 €/m² Leuchtenpreis Leuchtendichte Kosten Initial 698 €/St 0,12 St/m² 86,32 €/m² 0,12 Teilergebnis Kunstlicht Verkehrsflächen Gebäude Nutzer 320 Passiv Lampe / Typ LED Direkt (Gesamt 367 m²) Anschlussleistung 40 W/St. Kosten Initial Kosten Initial 86,32 €/m² Leuchtenpreis Leuchtendichte Kosten Initial 698 €/St 0,11 St/m² 77,36 €/m² Kosten Initial Teilergebnis Kunstlicht Nebennutzflächen (Gesamt 258 m²) 77,36 €/m² Verbrauch/Jahr 32,80 kWh/m²a Kosten/Jahr 6,71 €/m²a Verbrauch/Jahr Kosten/Jahr 32,8 kWh/m²a 6,71 €/m²a Verbrauch/Jahr 4,45 kWh/m²a Kosten/Jahr 0,91 €/m²a Verbrauch/Jahr Kosten/Jahr 4,449 kWh/m²a 0,91 €/m²a Verbrauch/Jahr 1,27 kWh/m²a Kosten/Jahr 0,26 €/m²a Verbrauch/Jahr Kosten/Jahr 1,271 kWh/m²a 0,26 €/m²a Bild 10-36: Planerwerkzeug für Beleuchtungskonzepte [HS-Rosenheim] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 212 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.5.7 Tages- und Kunstlichtoptimierte Konzepte - Einzelpotentiale von Maßnahmen Die Wirkung einzelner Maßnahmen auf die Bewertungskriterien variiert stark. Viele zeigen ihr Potential zudem erst in der Kombination mit anderen. Eine kurze Zusammenfassung einer Auswahl von Maßnahmen verdeutlicht dies: - Der Einsatz der in diesem Fall gewählten LED-Beleuchtung im Vergleich zu Leuchtstofflampen führt zu Mehrkosten von 17-121%, abhängig von Art und Ausführung. Im Gegenzug ist eine Senkung von Bedarfskosten bis zu 12% möglich. - Der Fensterwechsel mit Reduktion des Rahmenanteils führt zu Kosten von ca. 38€/m². Das Einsparpotential liegt zwischen 2-8% bei manueller Schaltung. Mit Konstantlichtregelung verbessern sich diese Werte auf 5-9% - Wird eine Beschattung notwendig, fallen ca. 12€/m² an Einbaukosten an. Eine TLT-Ausführung mit lichtlenkendem Oberteil kostet einmalig 22€/Behang Aufpreis und ist bereits mit eingerechnet. Durch Reduktion des Lichteinfalls bei Nutzung des Systems steigen gegebenenfalls die die Energiekosten. - Die grundsätzliche Vorbereitung des Gebäudes auf Automation ist der Einbau des BUSSystems mit ca. 5€/m². Der BUS wird bspw. bei der Beschattungssteuerung benötigt, welche zusätzlich mit ca. 9€/m² integriert werden kann. Diese Steuerung verringert die Bedarfe mit Beschattung im Normalfall um bis zu 4%, bei Konstantlichtregelung um bis zu 15%. - Automationsmaßnahmen, die das Kunstlicht betreffen, benötigen eine Vorbereitung der Leuchten selbst und führen zu Mehrkosten von 15 - 80 €/Leuchte. - Wird Konstantlichtregelung gefordert, können für zusätzlich ca. 5€/m² für Sensoren und Anbindung bis zu 15 - 48% Bedarfsreduktion erreicht werden. Die Investition für Präsenzmeldung liegt bei ca. 8 €/m² und erbringt bis 25% Verringerung im Bedarf. Eine Kombination aus Konstantlichtregelung und Präsenzmeldung führt bei einem relativ geringem Aufpreis von ca. 9€/m² zu 20-57% Einsparung. - Aktive Nutzer benötigen ca. 40% weniger elektrische Energie als passive. Mit zunehmender Automationstechnik wird dieser Unterschied geringer. - Diese Werte beziehen sich auf die Flächen der Nullenergiestadt und basieren auf konkreten Produktwerten. Wird dies beachtet, sind die angegebenen Werte in hohem Maße belastbar. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 213 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Siedlungsweites Einsparpotential Energetischer Vergleich 60 kWh/m²a 50 Vorschlag Vergleich 40 30 Ø Vergleich 20 Ø Vorschlag 10 0 301 301b 302 303 305 306 320 320b 322 323 350 352a 352b 353 353b 354 355 358 358h 358i Gesamt 350 352a 352b 353 353b 354 355 358 358h 358i Gesamt Gebäude Kostenvergleich Investiv 250 Vorschlag Vergleich €/m² 200 150 Ø Vorschlag 100 Ø Vergleich 50 0 301 301b 302 303 305 306 320 320b 322 323 Gebäude Gebäude Nr. Bezugsfläche m² Energie Vorschlag kWh/m²a Vergleich kWh/m²a Unterschied % Investition Vorschlag €/m² Vergleich €/m² Unterschied % 301 301b 1718 267 302 256 303 744 305 306 320 320b 322 2603 2663 1358 511 1568 323 951 350 352a 352b 353 353b 354 355 358 358h 1275 1003 445 2257 144 1663 1672 6003 1419 6,2 14,9 42% 15,1 24,6 61% 5,7 14,6 39% 6,7 10 67% 13,5 15,5 87% 9,3 37 25% 17 23,4 73% 7,2 10,6 68% 9,6 22,7 42% 4 20,3 20% 5,5 14,7 37% 19,5 33 10 50,5 33 30,4 39% 100% 33% 20,4 35,7 57% 33,4 44,7 75% 4,9 11,6 42% 18,5 43,5 43% 358i Gesamt 197 28717 24,6 3,8 13,181 37,2 3,8 27,054 66% 100% 49% 122,2 118,6 121,7 74,64 29,41 40,39 148 136,3 52,63 104,9 111,9 112,4 0 122,9 48,4 66,28 106,7 205,6 166 95,5 114,31 73,1 88 86,5 25,9 11,4 12,7 81,7 85,2 0 28,1 83,8 80 0 99,3 0 56,4 73,7 90,3 96,6 95,5 61,336 167% 135% 141% 288% 258% 318% 181% 160% 373% 134% 141% 100% 124% 118% 145% 228% 172% 100% 186% Bild 10-37: Ergebnisdarstellung Einsparpotentiale Beleuchtung [HS-Rosenheim] Für alle betrachteten Gebäude wurden anhand der aufgestellten Maßnahmen sinnvolle Konzepte im Sinne der Bewertungskriterien gebildet. Wirtschaftliche Randbedingung war dabei die Amortisation von Mehrkosten im Vergleich zum Einsatz von Standard-Beleuchtung. Eine Übersicht der Ergebnisse ist in obigen Abbildungen zu finden. Trotz der Individualität der Gebäude in den Eigenschaften und Nutzungen, lassen sich aus den Konzepten einige allgemeingültige Aussagen für die Siedlung treffen: - Bei einer Neuanschaffung der Kunstlichtanlage entwickelt sich die LED-Technik zunehmend zu einer Alternative. - Umso mehr, wenn man den Zeithorizont der Teilprojekte beachtet. - Ferner wird deutlich, dass auch bei bestehenden Anlagen eine zusätzliche Automation im wirtschaftlichen Bereich liegen kann. 10.5.8 Zusammenfassung Angestrebt wurde ein durchschnittlicher Bedarf für Bürogebäude von 14,8 kWh/m²a und 21,5 kWh/m²a für Wohngebäude. Wird nur die Büronutzung betrachtet, beträgt der potentielle Durchschnittsbedarf ca. 8,7 kWh/m²a. Im Wohnbereich kann er auf ca. 16,7 kWh/m²a End- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 214 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht energie gesenkt werden. Das allgemeine Konzeptziel ist demnach deutlich erfüllt. Alle Gebäude und Nutzungen aufsummiert, sind Ø 13,2kWh/m²a (Energiebedarf) bei 114,31 €/m² Investition möglich. Das entspricht einer Einsparung im Bedarf von 51%! Ein beachtliches Potential im Rahmen des ökonomisch möglichen, insbesondere unter Aufrecht-erhaltung gleicher Beleuchtungsstärkeniveaus bei fast durchgängiger Erhöhung gestalterischer Qualitäten. Die energetische Optimierung im Bereich der Beleuchtung darüber hinaus weiter zu führen wäre möglich, würde aber den Verlust der Wirtschaftlichkeit und/oder Einbußen der Qualität bedeuten. Dies kann nur durch Änderungen der Kosten- und Leistungskennwerte oder auch der Randbedingungen erreicht werden. Auch das Zusammenspiel der Kunst- und Tageslichttechnik mit anderen Gewerken der technischen Gebäudeausrüstung, wäre ein Ansatzpunkt. Die grundsätzliche Entscheidung über verwendete Maßnahmen, fällt letztendlich den Planern und Investoren zu. Mit dem speziell auf das Kasernengelände zugeschnittenen Planerwerkzeug, sowie den entwickelten Konzepten, soll ihnen diese Aufgabe erleichtert werden, um dem Ziel „Nullenergiestadt“ einen weiteren Schritt näher kommen. 10.6 Passivhäuser mit verstärktem Einsatz von Holzbauweisen HS Rosenheim Die Langberichte zu den Themen der HS-Rosenheim finden sich auf der Daten-CD unter Anlage A3. 10.6.1 Einleitung Auf dem ehemaligen Kasernengelände in Mietraching soll neben den sanierten Barackengebäuden auch eine neu gebaute Siedlung mit Ein- und Zweifamilienhäusern, sowie viergeschossigen und siebengeschossigen Holzgebäuden entstehen. Wie alle Gebäude der „Stadt“ müssen auch diese wärmetechnisch auf ein hohes Niveau gebracht werden, um den Energiebedarf zu senken und das Projektziel „Nullenergiestadt“ zu erreichen. Die architektonische Ausgestaltung wurde vom Architekturbüro Schankula geplant. Die Gebäude sind würfelartig mit Flachdächern aufgebaut. Der in dieser Planung vorliegende 4- und 7-Geschosser ist ein großer Kubus mit vorgesetzten, vierseitig verkleideten Balkonen. Die Zweifamilienhäuser bestehen aus 2 übereinander gesetzten Kuben, die gegeneinander verschobenen sind. Die Verschiebung gewährt der oberen Wohnung eine großzügige Terrassenfläche, sowie der unteren einen überdachten Eingangsbereich. Die Zielvorgabe der „Nullenergiestadt“ bedarf einer genauen Ausarbeitung und Planung vor allem der Detailausbildung und Wandaufbauten, die bis zum Passivhausstandard reichen sollen. Hierbei wird der vorwiegende Einsatz von Holz als Baustoff und Gestaltungselement angestrebt. Die Konstruktion wird vom regionalen Holzbauunternehmen Huber und Sohn GmbH und Co. KG geplant und ausgeführt. Für alle Gebäude wurden der Heizwärmebedarf sowie die Heizlast ermittelt. Im Falle des 4geschossigen Holzbaus und des Zweifamilienhauses wurde darüber hinaus die Konstruktion optimiert. Dies beinhaltet eine Optimierung des Aufbaus der Bauteile sowie eine Betrachtung und Optimierung der Wärmebrücken. Die Zweifamilienhäuser sind Inhalt einer vergleichenden Betrachtung einer Auswahl verschiedener Bausysteme und Heizsysteme. Verglichen wurden drei Systeme für die Außenwandkonstruktion, der vorwiegende Einsatz von Massiv- RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 215 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht holz, Holzrahmenbau sowie gedämmte Massivbauweise. Für die Variantenstudie der Heizsysteme wurde eine Beheizung jeder Hauseinheit über eine Wärmepumpe und durch eine Holzpelletanlage untersucht. 10.6.2 Berechnungsgrundlagen Die Berechnungen der Energiekennwerte erfolgten mit dem Passivhausprojektierungspaket 2007 (PHPP 2007), die Wärmebrückenberechnungen mit Win Iso 5.2 Professional. Alle ΨWerte sind auf die jeweiligen Regel-Außenbauteile Wand bzw. Dach bezogen. Dabei wurde als Regel-U-Wert der Dämmstoffbereich verwendet, wie es die DIN 4108 Bbl. 2 vorsieht. Die Ψ-Werte liegen somit auf der sicheren Seite. Bei einer Berechnung der Heizlast mit PHPP liegt die Höchstgrenze für den Heizwärmebedarf bei 15 kWh/m²a. Wird dieser Wert überschritten, ist eine Heizlastberechnung nicht validiert. Bei einer Heizlastberechnung nach DIN 12831 bezieht sich die Außentemperatur auf -16° C (Normwert für Bad Aibling). 10.6.3 Betrachtung des 4-geschossigen Holzgebäudes Der 4-geschossige Holzbau wurde vom Architekturbüro Schankula als Wohngebäude geplant. Die Wohnfläche gliedert sich in 6 Wohneinheiten mit je etwa 60 - 120 m² auf. Betrachtet wurde der Einfluss verschiedener Verglasungsarten und Detailausführungen. Zur erweiterten Betrachtung zählt in erster Linie die detaillierte Analyse der Wärmebrücken, deren Kennwerte und Einflüsse. Im Nachfolgenden befindet sich eine Aufstellung aller berechneten Details mit Ergebnissen und Randbedingungen der Wärmebrückenberechnung, sowie der Feuchtebetrachtung. - Feuchtetechnische Auswertung Um einen Tauwasserausfall und eine Schimmelgefahr zu vermeiden, ist bei der Feuchtbetrachtung einzelner Bauteile in erster Linie die Innenoberflächentemperatur zu prüfen. Kenngrößen zu Bewertung sind: ≥ 0,7 fRSI : ≥ 12,6 °C Innenoberflächentemperatur: Werden diese Werte eingehalten, so sind die Details unkritisch in Bezug auf Schimmelpilzwachstum anzusehen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 216 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 1-1 Dacheinbindung 1-2 Dacheinbindung 1-3 Dacheinbindung 1-4 Dacheinbindung 2 Balkontüranschluss oben 3 Balkontür unten 4 Geschossdeckeneinbindung 5 Außenecke 6 Fensteranschluss oben 7 Fensteranschluss unten 8 Fensteranschluss seitlich 9 Kelleranschluss 10 Trennwand 11 Fenster Süd oben mit Fensteranschluss mit Fensteranschluss und Raff mit Balkonanschluss Geschossdecke integriertes Regenrohr nicht überdämmt zu Keller 12 Fenster Süd seitlich 13 Balkontür seitlich 14 Fenster Süd unten 20 Te in C° -5 Tmin in C° ψ in W/mK Detailbezeichnung Ti in C° fRsi 0,13 fRsi 0,25 0,004 0,131 15,89 14,61 0,78 0,84 0,118 0,081 14,57 14,05 0,78 0,76 0,059 0,072 17,11 15,48 0,88 0,82 0,029 18,24 0,93 -0,047 17,17 0,89 0,070 16,26 0,85 0,052 15,29 0,81 0,108 -0,001 0,177 0,112 16,48 17,46 18,53 15,21 0,86 0,81 0,065 0,076 0,046 16,59 17,00 16,17 0,86 0,88 0,85 0,90 0,94 Tab. 10-4: Aufstellung der Ergebnisse der Wärmbrückenberechnung des 4-Geschossers - Auswertung der Wärmebrücken Zur Ermittlung des gesamten Wärmeverlustes über ein Anschlussdetail muss dieser Wert mit der jeweiligen Länge multipliziert werden. Die Ergebnisse sind in obiger Tabelle zusammengefasst. So kann eine konkrete Aussage über den Verlust des jeweiligen Details gemacht werden. Bezogen auf die Gebäudehüllfläche ergibt sich ein gesamter Wärmebrückenzuschlag von ΔUWB = 0,027 W/m²K. Eine graphische Aufstellung der berechneten Ψ-Werte in Verbindung mit der jeweiligen Bauteillänge macht den Einfluss der jeweiligen Wärmebrücke je Kelvin Temperaturdifferenz sichtbar. 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 kWh/a 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 1- 2 1- 1- 1 Da ch Da e in b 3 ch e i nd D u i 2 1- a ch n b i n g nd Ba 4 e lko Da in b un n t ch i nd g 4 ü r e in u G an es bi ng n s ch os 3 B c hl u d u n al s g sd e c ko n s o ke tü be ru n n6 ei Fe nt n en 7 n s te 5 A bi n d F e ra uß u n n n 8 F e ste s c e ne g ck n s ra n h l u e s te ra sc h s o n s lu b e c s n 9 h lu s u K e ss nt e lle se n r 1 1 1 a ns it li c 0 c h F T 1 2 e n re h lu F e s te n n s s n s r S wa 1 3 ter ü d n d o B S 1 4 alk ü d be n F e on sei n s t ür t li c te s e h r S it ü d l ic h un te n W/K Darstellung der Verluste der einzelnen W ärmebrücken Bild 10-38: Darstellung der Verluste der einzelnen Wärmebrücken [HS-Rosenheim] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 217 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Energetische Betrachtung Dieser Absatz befasst sich mit der erweiterten energetischen Betrachtung des 4-geschossigen Wohngebäudes in Holzbauweise. Auf der Grundlage einer vorangegangenen Untersuchung vom 03.11.2009, werden verschiedene Verglasungs- und Wärmebrückenvarianten miteinander verglichen. - In Variante 1 ist die ursprüngliche Ausführung vom 03.11.2009 (Anfangszustand) ohne die oben genannten Änderungen dargestellt. Die Änderungen gehen in die Varianten 2 – 6 ein. - In Variante 2.1 ist der verbesserte Fensterrahmen der 3-fach Wärmeschutzverglasung berücksichtigt. Hier gehen auch die berechneten Wärmebrücken detailliert ein. Variante 2.2 beinhaltet die zusätzliche Verschattung durch eine vorgesetzte Balkonkonstruktion. - Variante 3 enthält, wie Variante 2.1, die detaillierte Wärmebrückenberechnung, sowie eine 3-Fach Sonnenschutzverglasung. - Variante 4 beruht auf der Berechnung von Variante 3, enthält allerdings den pauschalen Wärmebrückenaufschlag 0,05 W/m²K. - In Variante 5 wird eine wärmebrückenfreie Konstruktion zu Grunde gelegt. - In Variante 6 wurde der Einsatz einer 2-fach Wärmeschutzverglasung berechnet. Die Ergebnisse sind in Bild 10-39 auf folgender Seite dargestellt. 10.6.4 Betrachtung des 7-geschossigen Holzgebäudes In der Betrachtung des Heizwärmebedarfs des 7-geschossigen Holzgebäudes wurden verschiedene Szenarien berechnet. Einerseits wurde der Bedarf für den Wohnbereich (Heizwärmebedarf 54 kWh/m²a), andererseits der Bedarf für den Büroteil (Heizwärmebedarf 103 kWh/m²a) sowie eine Gesamtbetrachtung beider Bereiche (Heizwärmebedarf 61 kWh/m²a) berechnet. Da die derzeitigen weiterführenden Planungen vorerst still liegen, wurde keine weitere Variantenbetrachtung durchgeführt. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 218 von 244 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design W/(m²K) W/(mK) Wärmebrücken flächenbezogener Zuschlag Psi-Wert kW W/m² Heizlast in Anlehnung an DIN 12831 flächenbezogen nach B vom erechnun 09.1 1.20 gen 09 18,8 39,2 14 29,1 31,4 65,3 0,39 0,05 3-fach 1,1 0,6 0,5 0,94 12,4 25,8 8,6 17,9 14,9 31 0,31 0,027 3-fach 1,0 0,6 0,5 0,91 ohne S Verg Slasun g, D e t a illi Bere erte WB ch n u ng 2.1 2.2 12,4 25,8 8,4 17,4 13,8 28,8 0,31 0,027 3-fach 1,0 0,6 0,5 0,91 wie 2 . 1 Verg aber mi t SSlasun g 12,1 25,1 8,7 18,1 16,4 34,1 0,3 0,027 3-fach 1,0 0,5 0,37 0,84 3 12,9 26,9 9,4 19,6 18,5 38,4 0,323 0,05 11,2 23,3 7,9 16,5 14,2 29,6 0,273 0 ≤ 0,01 3-fach 1,0 0,5 0,37 0,84 wie 2 .1 Verg aber mit lasun g un SSpau d s c h Zusc aler WB hlag 3-fach 1,0 0,5 0,37 0,84 5 w i e 2 .1 Verg aber mit las S WB- ung und Sf r e i nach PHP P 4 14,3 29,7 10,6 22,1 22 45,7 0,363 0,027 2-fach 1,1 1,1 0,37 1,29 wie 3 a Fens ber mit 2 -fach ter 6 Hervorzuheben ist noch die Variante 6, die lediglich eine 2-fach Verglasung der Fenster vorsieht. Sieht man sich die Ergebnisse für den Heizwärmebedarf an, so ist festzustellen, dass dieser um fast 12 kWh/(m²a) oder um ein Drittel höher liegt, als die vergleichbare Variante 3 mit 3-fach Verglasung. Die neuen Varianten 2 - 6 beruhen allesamt auf neuen Planungsständen wie sie auf den vorhergehenden Seiten beschrieben wurden. Lediglich in einzelnen Details wie der Verglasung oder der Berücksichtigung von Wärmebrückeneinflüssen unterscheiden sich diese Ergebnisse. Zu bemerken ist, dass lediglich in Variante 2.2 eine verbesserte Verschattungssituation ohne der neuen Balkone berücksichtigt ist. Im Mittel macht die Verschattung, wie sie in allen übrigen Varianten berechnet wurde, ein Mehr an Heizwärmebedarf von etwa 2 kWh/(m²a) aus. Weiterhin erhöht der Einsatz von Sonnenschutzverglasungen, wie sie in den Varianten 3 - 5 zum Einsatz kommen, den Heizwärmebedarf um weitere 3 kWh/(m²a) oder etwa 10 %. Die Variante 1 beschreibt den Ausgangszustand, wie er in den ersten Berechnungen des 4-Geschossers vom 09.11.2009 erstellt wurde. In diesem Ergebnis waren noch keine Angaben zur Gebäudetechnik, also der Wärmebereitstellung und -verteilung, Lüftungsanlage und der Solarflächen berücksichtigt. Erläuterung zur Übersicht: kW W/m² MWh/a kWh/(m²a) Energiekennwerte: Heizwärme (Monatsverfahren) flächenbezogen Heizlast nach PHPP flächenbezogen W/(m²K) U-Wert im Mittel: thermische Hülle W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) B e s c hreib ung Anzahl Scheiben U-Rahmen U-Glas g-Wert mittlerer U-Wert Fenster Kennwerte: 1 wie 2 . 1 aber z u k s e . i Ve ne durc rschattu h Ba n lkone g Variante: EnEffStadt Bad Aibling Schlussbericht B&O Wohnungswirtschaft Bild 10-39: Ergebnisse der PHPP Berechnung: 4-Geschosser Wohnen [HS-Rosenheim] Seite 219 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 10.6.5 Betrachtung der Zweifamilienhäuser Grundlage der Betrachtung sind die Planungen des Architekturbüros Schankula. Die Zweifamilienhäuser bestehen aus 2 Kuben, die aufeinander gesetzt und gegeneinander verschoben sind. Aus der Nord-Ost Verschiebung des oberen Teils ergibt sich für die obere Wohnung nach Süd–West eine Terrasse, sowie für die untere ein überdachter Eingangsbereich im Osten. Die Erschließung der oberen Wohnung erfolgt über eine Außentreppe im Norden. Die Wohnungen sind ohne Unterkellerung betrachtet. Jedes Haus ist mit einer separaten Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung ausgestattet. Da nur für ein Haus ein bestehender Keller vorhanden ist, wird in der Varianten Betrachtung von Häusern, die auf eine Bodenplatte gebaut werden ausgegangen. - Ergebnisübersicht der optimierten Varianten Ergebnisse der PHPP-Berechnung: Zweifamilienhäuser 4 U-Wert Fenster: U-Wert AW: U-Wert Boden: U-Wert Dach: U-Wert Außentüre: W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) 0,9 0,14 0,44 0,21 0,8 0,9 0,14 0,16 0,09 0,8 0,9 0,1 0,16 0,09 0,8 0,9 0,1 0,16 0,09 0,8 0,9 0,1 0,11 0,09 0,8 U-Wert im Mittel mit ΔWB 0,01: W/(m²K) 0,304 0,201 0,202 0,197 0,195 kWh/(m²a) 57,5 35,3 25,4 18,1 20 W/m² 25,5 28,9 16,1 13,1 14,4 Besc hreib ung Varia nte 3 in Vers atzop cl. timie rung 3 Varia nte 2 .1. Integ rierte incl. r Wint erga optim rten au f PH iert 2.2 Varia nte incl.in 2 te Winte grierter rgarte n 2.1 Varia nte 1 verb esse rte Wan dauf r bau 1 gepla nte V arian te Variante: Kennwerte: U-Werte: Energiekennwerte: Heizwärme (Monatsverfahren) flächenbezogen Heizlast nach PHPP flächenbezogen bei einem Heizwärmebedarf, der die Höchstgrenze für Passivhäuser übersteigt, ist die Heizlastberechnung nach PHPP nicht zulässig ! Bild 10-40: Variantenstudie Zweifamilienhäuser [HS-Rosenheim] Abbildung 10-40 zeigt deutlich, dass eine Einsparung des Heizwärmebedarfs über einen veränderten/optimierten Aufbau der Bauteile um die Hälfte möglich ist. Verändert wurde der Aufbau der Bauteile um U-Werte kleiner 0,12 zu erreichen, sowie die Integration der Wintergärten in die beheizte Fläche. - Betrachtung weiterer Bauweisen Untersucht wurden verschiedene Bauteilaufbauten in verschiedenen Bauweisen. Diese Betrachtung soll einen Überblick über mögliche Bauvarianten geben, um sie potenziellen Kunden als Vergleich vorlegen zu können. Als Zielvorgabe wurde Variante 2 mit einem Heizwärmebedarf von etwa 26 kWh/m²a festgelegt. Anhand dieser Festlegung ändern sich nur die Bauteil-Aufbauten und die damit verbundenen Dicken der Bauteile. Als Vergleich wurden Holzmassiv-, Holzrahmen-, sowie Massivbauweise mit einander verglichen RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 220 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Ergebnisse der PHPP-Berechnung: Zweifamilienhäuser 1 W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) W/(m²K) 0,9 0,1 0,14 0,09 0,8 0,9 0,09 0,14 0,11 0,8 0,9 0,1 0,1 0,11 0,8 U-Wert im Mittel mit ΔWB 0,01: W/(m²K) 0,2 0,2 0,2 m m m 0,47 0,67 0,45 0,44 0,66 0,41 0,45 0,67 0,43 kWh/(m²a) 27 26 28 W/m² 16 16 17 €/m² 200 140 130 r-Wa it Einh e Kennwerte: nd U-Wert Fenster: U-Wert AW: U-Wert Boden: U-Wert Dach: U-Wert Außentüre: wan Unip o 2.2 Holz rahm enba wan ud 2.1 Holz mas siv d Variante: U-Werte: Bauteildicken Außenwandstärke Bodensträrke Dachstärke Energiekennwerte: Heizwärme (Monatsverfahren) flächenbezogen Heizlast nach PHPP flächenbezogen ca. Preise je m² Außenwand Bild 10-41: Ergebnisse des Variantenvergleichs der Baustoffe [HS-Rosenheim] - Betrachtung verschiedener Heizsysteme Da die Ein- und Zweifamilienhäuser nicht an das Nahwärmenetz des B&O Parkgelände angeschlossen werden sollen, benötigt jedes Gebäude eine separate Versorgung. Als Varianten der Wärmeerzeugung werden vom Bauträger 2 Versorgungssysteme zu Untersuchung vorgeschlagen. Zum einen werden eine Erdwärmepumpe sowie eine Holzpelletheizung betrachtet. Grundlage der Berechnung ist die Basisvariante 2 in Holzmassivbauweise mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Die Betrachtung gilt jedoch nur für Gebäude mit Bestandskeller, da diese über einen Raum verfügen, in dem die Gebäudetechnik untergebracht und der Brennstoff gelagert werden kann. Im Kostenvergleich der beiden Heizsysteme ist die Wärmepumpe ca. 490 € pro Jahr günstiger als die Holzpelletheizung. 10.6.6 Zusammenfassung In diesem Teilbericht „Passivhäuser mit verstärktem Einsatz von Holzbauweisen“ wurden die geplanten Konstruktionen auf ihren Heizwärmebedarf hin untersucht und verschiedene Optimierungslösungen aufgezeigt. - Betrachtung des 4-geschossigen Holzgebäudes Für den 4-geschossigen Holzbau wurde eine Betrachtung des Einflusses verschiedener Verglasungsarten und Detailausführungen durchgeführt. Hierbei zeigt sich, dass die berechnete Heizlast des Gebäudes sich durch eine Dreischeibenwärmeschutzverglasung und eine wärmebrückenfreie Ausführung deutlich reduzieren lässt. Kann, wie in diesem Fall, eine Wärmebrückenfreiheit nicht hergestellt werden, können diese Einflüsse detailliert erfasst werden und ergeben einen verminderten Zuschlag von ΔUWB = 0,027 W/m²K (Normativer Zuschlag RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 221 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 0,05 W/m²K). Der Einsatz einer Sonnenschutzverglasung führt zu keiner deutlichen Verbesserung. - Betrachtung des 7-geschossigen Holzgebäudes Im Falle des 7-geschossigen Holzgebäudes wurden eine Heizwärmebedarfsberechnung für den Wohnbereich, den Büroteil sowie eine Gesamtbetrachtung beider Bereiche durchgeführt. - Betrachtung der Zweifamilienhäuser Herausgearbeitet wurden verschiedene Optimierungsschritte auf dem Weg vom derzeitigen Planungsstand bis zum Passivhaus. Zunächst wurde der Aufbau der Bauteile (U-Werte kleiner 0,12) optimiert, was eine Einsparung des Heizwärmebedarfs um die Hälfte ermöglicht. Nur über eine Veränderung der Gebäudegeometrie würde man die für Passivhäuser geltenden Vorschriften einhalten. Anschließend wurden verschiedene Bauteilaufbauten in verschiedenen Bauweisen untersucht. Diese Betrachtung soll einen Überblick über mögliche Bauvarianten geben, um sie potenziellen Kunden als Vergleich vorlegen zu können. Verglichen wurden Holzmassiv-, Holzrahmen-, sowie Massivbauweise, somit ändern sich anhand dieser Festlegung nur die Bauteil Aufbauten. Durch den Einsatz von Materialien mit hoher Dämmwirkung ändern sich die Eigenschaften der Aufbauten nur unwesentlich. Da die Ein- und Zweifamilienhäuser nicht an das Nahwärmenetz des B&O Parkgelände angeschlossen werden sollen, benötigt jedes Gebäude eine separate Versorgung. Es wurden eine Erdwärmepumpe sowie eine Holzpelletheizung betrachtet. Die Betrachtung gilt jedoch nur für Gebäude mit Bestandskeller, da diese über einen Raum verfügen, in dem die Gebäudetechnik untergebracht und der Brennstoff gelagert werden kann. Mit den vorliegenden Ergebnissen kann im Kostenvergleich beider Heizsysteme die Wärmepumpe einen kleinen Vorsprung gegenüber der Holzpelletheizung erreichen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die untersuchten Varianten derzeit von dem Ziel eines Passivhauses noch ein Stück weit entfernt sind. Lediglich durch die Veränderung des Verhältnisses von Fläche zu umbautem Raum der Zweifamilienhäuser könnte schließlich das Ziel „Passivhaus“ erreicht werden. Die angestrebten Veränderungen zeigen hierin auch, welchen Aufwandes es bedarf, um auf das Niveau eines Passivhauses zu kommen. Das Material Holz lässt sich hierbei durchaus positiv bewerten, auch wenn es nicht maßgeblich zum Erreichen des Ziels notwendig ist. Das haben ebenfalls die Variantenuntersuchungen der Zweifamilienhäuser gezeigt. Im Hinblick auf die Untersuchung der kostengünstigen Einbindung der Gebäudetechnik kann schließlich festgestellt werden, dass die Wärmepumpe kostentechnisch ihre Vorteile ausspielen kann. Wird das Ganze auf die Gegebenheiten der Nullenergiestadt bezogen, wo die Neubauten teilweise auf Bestandskellern aufgebaut werden können, so fällt unter primärenergetischen Gesichtspunkten, der Vorsprung wieder geringer aus und die Holzpelletheizung wird attraktiver. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 222 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 11. Aktueller Stand der Planung und Umsetzung RK-S Mit Stand April 2010 sind folgende Gebäude bereits saniert: - Hotelkomplex mit 4 Gebäuden 359, 360, 361 und 362 - Gebäude 353 (Wohnen) In Sanierung befinden sich die Gebäude 356 und der Ostflügel von Gebäude 358, in den nach Fertigstellung die B&O-Zentrale einziehen wird. Abgerissen wurden bereits Gebäude 310, 311 und 313 sowie ein Teil des südlichen Flügels von Gebäude 356. Folgen sollen Gebäude 314, 315, 316 und der Südflügel von Gebäude 350. Anfang Mai 2010 wird auf dem ehemaligen Keller von Gebäude 310 der erste Neubau errichtet, ein viergeschossiges vorgefertigtes Wohnhaus in Holzfertigteil-Bauweise. Seit Sommer 2009 ist das „Test“-Solarnetz 1 in Betrieb, das mit gebäudeweisen Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung ausgestattet ist. Angeschlossen sind die Gebäude 301, 302, 303, 350, 352, 353, 354, 355 sowie der Hotelkomplex Gebäude 359 – 362. Von Seiten B&O hat man sich zwischenzeitlich dazu entschlossen, das gesamte Projektgebiet hydraulisch in ein Nordnetz und ein Südnetz aufzutrennen und im Nordnetz ein solarisiertes Nahwärmenetz mit dezentralen Einspeisepunkten zu etablieren (siehe auch Kapitel 8.6). Weiterhin wird für das Nordnetz das bilanzielle fossile Nullenergieziel angestrebt. Dazu dienen, neben den Verbesserungen auf der Bedarfsseite, ein Hackschnitzelkessel, großdimensionierte thermische Solarflächen, sowie – als neu hinzugekommene Komponente – eine große Freiflächen-PV-Anlage und eine PV-Anlage auf den Dächern der ehemaligen Flugzeughangars. Zurzeit sind folgende thermischen Kollektorflächen installiert: Gebäude 353 A: 213 m2 Gebäude 356: 340 m2 Gebäude 362/361: 160 m2 Hinzu kommen sollen in Kürze 300 m2 Vakuumröhrenkollektoren auf dem Ostflügel von Gebäude 358, sowie ggfs. weitere kleinere Flächen auf den Neubauten. Damit stehen insgesamt rund 1.000 m2 Kollektorfläche zur Verfügung. Im späteren Endausbau sind etwas über 2.000 m2 Kollektorfläche vorgesehen (siehe auch Kapitel 9.2) Für die PV-Flächen sind in der ersten Phase folgende Größenordnungen geplant: Festinstallierte Aufdachanlagen: 0,5 MWp Nachführbare Freiflächenanlagen: 2,4 MWp Der erwartete Stromertrag liegt bei 3,0 GWh/a. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 223 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 11-1: Saniertes Hotelgebäude 359 [RK-S] Bild 11-2: Saniertes Hotelgebäude 360 mit großer Terrasse [B&O] Bild 11-3: Saniertes Hotelgebäude 361 [RK-S] Bild 11-4: Hotelgebäude 362 mit 160 m² Kollektorfläche [RK-S] Bild 11-5: Saniertes Wohngebäude 353 [RK-S] Bild 11-6: Auch dies ist Quartiersentwicklung: Bauschutthügel aus dem Abriss mehrerer Gebäude [RK-S] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 224 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 12. Messungen 12.1 Wärmemengenmessungen im Nordnetz B&O Die Dimensionierung des gesamten Wärmenetzes der ehemaligen US-Kaserne wurde ursprünglich auf ca. 18 MW ausgelegt. Anteilig davon beanspruchte der Nordteil (abgehend vom Heizhaus) über 8 MW. Im heutigen Bestand benötigen die Verbraucher im Nordnetz im Winter lediglich zwischen 400 und 500 kW Wärmeleistung. Das bedeutet, dass das Wärmenetz mittlerweile deutlich überdimensioniert genutzt wird. Um die Vorgänge innerhalb dieses hydraulischen Systems besser zu verstehen und um Daten für eine Simulation zu erhalten, wurden etliche Wärmemengen- und Wärmeleistungsmessungen durchgeführt. Weiterhin sollen die Auswertungen Rückschlüsse für bestehende Leitungsverluste liefern. Die Vorgehensweise und die Ergebnisse sind im Folgenden näher beschrieben. 12.1.1 Einspeisung Gesamtnetz Die Versorgung des Wärmenetzes erfolgt durch einen 3 MW-Ölbrenner im Heizhaus. Aufgrund der hohen Taktrate wurde dieser Anfang Dezember 2009 auf eine Maximalleistung von 750 kW reduziert, sodass durch die längeren Taktzeiten ein geringerer Wärmeverlust durch Ein- und Ausschaltvorgänge und somit eine Einsparung des Ölverbrauchs von über 25% festgestellt werden konnte. Von Dezember 2009 bis Januar 2010 wurden sechs Messungen am Ölkessel durchgeführt. Hierbei wurden einerseits der Ölverbrauch und andererseits die ausgehende Wärmemengen des Kessels erfasst. Neben dem Wirkungsgrad wurde somit die durchschnittliche Wärmeeinspeisung in das Gesamtnetz (vor Aufteilung in die einzelnen Netzbereiche), abhängig von der Außentemperatur, dokumentiert. Bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von -2°C beträgt der durchschnittliche Leistungsausgang etwa 610 kW. Die Wirkungsgradmessungen des Kessels ergaben Werte zwischen 73 und 78 %. Bild 12-1: Lage Heizhaus [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 12-2: Gesamtwärmeeinspeisung Heizhaus [B&O] Seite 225 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 12.1.2 Einspeisung Nordnetz - Nordnetz Gesamt In einem weiteren Schritt wurde wiederum in Abhängigkeit der Außentemperatur die Wärmemenge erfasst, die nur in das Nordnetz eingespeist wird. Bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von 3,4°C liegt der Leistungsbedarf bei 365 kW. Die Messung erfolgte direkt am Ausgang des Heizhauses, was bedeutet, dass die Leistungsverluste über die Rohrleitungen und das Gesamtsystem inkludiert sind. Auch berücksichtigt ist hier der Verbrauch der Gebäude 341, 301, 302, 303 sowie 352. - Nordnetz ab Gebäude 353 Beim Anschluss des mobilen Wärmemengenzählers im Keller des Gebäudes 353 konnte der Wärmebedarf auf die bereits sanierten Gebäude weiter eingeschränkt werden. Ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Außentemperatur und der Heizlast ist aus Bild 12-5 ersichtlich. Bei einer Durchschnittsaußentemperatur von -1,5°C wurde eine Leistungseingang von 270 kW verzeichnet. Einbezogen in die Messung sind auch die Gebäude 355 und 358, die bisher keiner energetischen Sanierung unterzogen wurden. Zusammengefasst stellt dies die Leistung für die Gebäude 353, 354, 355, 356, 359, 360, 361, 362 sowie 358 (kleiner Flügel) inklusive der Leitungsverluste dar. Bild 12-3: Abgrenzung Nordnetz [B&O] Bild 12-4: Eingrenzung Leistungsmessung [B&O] Bild 12-5: Abhängigkeit der Leistung von der Außentemperatur [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 226 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 12.1.3 Leitungsverluste Zur Bestimmung der Leitungsverluste im Nordnetz zwischen dem Heizhaus (Geb. 342) und dem Gebäude 350 wurde von den Stadtwerken eine mobile Wärmestation ausgeliehen, welche direkt hinter dem Gebäude 350 aufgestellt und angeschlossen wurde. Somit versorgte das Heizhaus im Nordnetz lediglich die Gebäude 341, 352 sowie 301-303. - Leitungsverluste 342 – 301 Für die Bestimmung der Leitungsverluste zwischen dem Heizhaus und den Gebäuden 301303 wurde die Wärmeabnahme des Gebäudes 352 für den Zeitraum der Messung unterbunden. Durch die Erfassung der Wärmeeinspeisung im Heizhaus und der Wärmemengenverbräuche der Gebäude 341, 301-303 konnten die Wärmeverluste über die Leitungen bestimmt werden. Bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von +1°C wurde über den Zeitraum von drei Stunden ein Leitungsverlust von 30 W/m definiert. - Leitungsverluste 342 – 353 Ein ähnliches Vorgehen wurde auch bei der Bestimmung der Leitungsverluste zwischen dem Heizhaus und dem Gebäude 353 angewandt. Mit einem zusätzlichen mobilen Wärmemengenzähler wurden gleichzeitig die Wärmemengeneinspeisung im Heizhaus, wie auch der Wärmedurchfluss im Keller des Gebäudes 353 gemessen. Während der Messung wurden die Gebäude 341, 352 sowie die Stichleitung zu den Gebäuden 301-303 abgeschiebert. Bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von +1,5°C wurde über den Zeitraum von zwei Stunden ein Leitungsverlust von ca. 90 W/m gemessen (Ungenauigkeiten der Messgeräte bereits eingerechnet). Bild 12-6: Leistungsverlust 342301 [B&O] Bild 12-7: Leitungsverlust 342353 [B&O] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Bild 12-8: Leitungsverlust 353359 [B&O] Seite 227 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Leitungsverluste 353 - 359 Bei gleicher Vorgehensweise ist auch der Leitungsverlust zwischen den Gebäuden 353 und 359 festgestellt worden. Auch diese Leitung wurde ohne Last aufgenommen, indem während der Messung das Gebäude 356 abgetrennt wurde. Bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von -1°C wurde über den Zeitraum von 44 Stunden ein Leitungsverlust von ca. 6 W/m gemessen (Ungenauigkeiten der Messgeräte bereits eingerechnet). - Leckagemessung Aufgrund der hohen Leitungsverluste zwischen dem Heizhaus (Geb. 342) und dem Gebäude 353 wurde die Firma Isoplus Fernwärmetechnik aus Rosenheim mit einer Leckagemessung beauftragt. Vermutet wurden undichte Stellen in der Isolierung der Fernleitung im Erdreich. Das Ergebnis der Untersuchung schließt jedoch feuchte Stellen in dem genannten Strang aus. Lediglich hinter dem Gebäude 303 (Kindergarten) ist sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf ein Feuchtefehler festgestellt worden, der durch eine nass gewordene Muffe erklärt werden kann. Dieser Schaden sollte in absehbarer Zeit behoben werden. - Leitungsverluste im Bereich der Bachüberquerung Eine weitere Vermutung war eine schlechte Isolierung im Bereich der Bachüberquerung. Genauere Untersuchungen im Rahmen der Leckagemessung haben jedoch ergeben, dass die Isolierung im Bereich der Brücke ausreichend, trocken und intakt ist. Bild 12-9: Isolierung der Fernwärmeleitung im Bereich der Bachüberquerung [B&O] Bild 12-10: Untersuchung des PU Schaums [B&O] Ein weiterer Ansatz zur Erklärung der hohen Leitungsverluste ist das Vermessen des Verteilers im Keller des Gebäudes 350. Evtl. sollte auch eine Messung über einen längeren Zeitraum erfolgen, damit Ungenauigkeiten minimiert werden. 12.1.4 Gebäudeverbrauch Zur Erfassung der Gebäude des Nordnetzes, die noch nicht mit einem Wärmemengenzähler ausgestattet waren und zur Kontrolle der Messwerte, die über die bereits installierten Zähler ausgelesen werden, wurden zusätzlich die unten aufgeführten Gebäude mit dem mobilen Wärmemengenzähler erfasst. Die verbrauchte Wärmemenge wurde im Keller jedes Gebäudes primärseitig ausgelesen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 228 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 12-11: Gegenüberstellung der einzelnen Gebäudeverbräuche [B&O] 12.1.5 Vergleich mobiler WMZ mit installierten Messgeräten Bei den Kontrollmessungen der einzelnen Gebäudeverbräuche wurde eine teilweise nicht unerhebliche Abweichung der Wärmemengen festgestellt. Die Differenzen zwischen den fest installierten Messgeräten und dem mobilen Wärmemengenzähler betrugen bis zu Faktor acht. Bei genauer Auswertung der Messdaten wurde festgestellt, dass die Volumenströme zum Berechnen der Heizlast einiger Gebäude nicht oder nur teilweise erfasst wurden. In Abb.12-12 sind die Messwerte des mobilen Wärmemengenzählers (blau) den Messwerten der fest installierten Messgeräte (rot) gegenübergestellt. Dargestellt ist die Gesamtleistung des Gebäudes 353 über 24 Stunden. Bei der blauen Linie ist die Heizlast sowie die Zeiträume für die Beladung der Pufferspeicher für das Trinkwarmwasser eindeutig festzustellen. Bei der roten Linie ist jedoch zu erkennen, dass nur die Beladung der Pufferspeicher (Flügelradzähler) und nicht die Heizlast (Vortex-Zähler) erfasst wurde. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 229 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Vergleich mobiler WMZ mit installierten Messgeräten Geb. 353 am 20.02.2010 70 mobiler WMZ installierte Messgeräte 60 Leistung in KW 50 40 30 20 10 23:00:00 22:00:00 21:00:00 20:00:00 19:00:00 18:00:00 17:00:00 16:00:00 15:00:00 14:00:00 13:00:00 12:00:00 11:00:00 10:00:00 09:00:00 08:00:00 07:00:00 06:00:00 05:00:00 04:00:00 03:00:00 02:00:00 01:00:00 00:00:00 0 Zeit in hh:mm:ss Bild 12-12: Vergleich mobiler WMZ mit installierten Messgeräten [B&O] Einige Vortex-Zähler waren nicht auf den entsprechenden Durchfluss ausgelegt. Mittlerweile wurden diese Sensoren durch Flügelradzähler ersetzt. Kontrollmessungen werden folgen. 12.2 Solarnetz 1 EnWerk Im Sommer des Jahres 2009 wurde das Saisonnetz 1 (Absenkung der Netzvorlauftemperaturen auf bis zu 25°C) im Nordteil der EnEff:Stadt errichtet und betrieben. Ziel ist die Maximierung der Solarerträge sowie die Nutzung dieser auch in Gebäuden ohne Solarkollektoren. Erreicht das Netz Vorlauftemperaturen unter 60°C, dann schalten sich bei Bedarf Wärmepumpen im jeweiligen Gebäude zu und „heben“ das Temperaturniveau auf die geforderten 60°C mit einer Leistungszahl > 4 wieder an. Das Netz sowie der installierte Großspeicher stellen dann ausreichend Wärmeenergie für ca. 5 - 7 Tage ohne Solarertrag zur Verfügung. Somit wird ein ständiges Zuschalten des Kessels in den Sommermonaten verhindert. Nur im absoluten Notfall wird dieser wieder in Betrieb gesetzt. Zur Messung, Überwachung, Erkenntnissammlung dieser neuartigen Anlagentechnik wurde durch PEWO/Enwerk eine gesamtheitliche Visualisierung auf Web-Plattform-Basis aufgesetzt. Dabei werden zwei Darstellungsformen unterschieden: 1. Front-Ansicht Eine einfach verständliche, grafische Ansicht der Gebäude des Nordnetzes stellt die derzeitigen Wetterdaten (Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit, Globalstrahlung, Windstärke) sowie die Energiebilanzen der einzelnen Gebäude in Echtzeit dar. Über eine dynamische Balkendarstellung vom derzeitigen Wärmeverbrauch und dem Solarertrag erkennt man sofort den solaren Deckungsgrad. Ziel ist, dem „Nicht-Techniker“ die dezentrale solare Einspeisung bildhaft sinnvoll darzustellen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 230 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 12-13: Front-Ansicht während des Abends ohne solarem Ertrag [Enwerk] Bild 12-14: Front-Ansicht während des Tages mit solarem Ertrag [Enwerk] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 231 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 12-15: Front-Ansicht während der Nacht [Enwerk] Bild 12-16: Front-Ansicht Klappe Energiebilanz [Enwerk] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 232 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 2. Backend-Ansicht Die technische Darstellung des Nordnetzes wurde in der Backend-Ansicht umgesetzt. Hier ist es möglich alle Vorgänge der einzelnen Gebäude-Module zu beobachten und gegebenenfalls anzupassen. Mittels dieser Darstellung können erst Regelalgorythmen entwickelt werden, um diese später in eine intelligente Leittechnik zu integrieren. Bild 12-17: Backend-Ansicht Gesamtnetz mit allen Gebäuden [Enwerk] Bild 12-18: Backend-Ansicht Gebäude 356 mit Heizkreismodul, Frischwasserstation, Pufferspeicher, Wärmepumpe (v.l.n.r.) [Enwerk] RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 233 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 12.3 Gesamtmessprogramm HS-Rosenheim Einleitung Das 2007 vom Projektträger PTJ des Forschungszentrums Jülich neu aufgelegte BMWiFörderkonzept „Energieeffiziente Stadt“ kurz „EnEff:Stadt“, führt die langfristig angelegten Forschungsaktivitäten zur Verbesserung der Energieeffizienz im kommunalen und regionalen Bereich, die unter anderem auch in der bisherigen Fördermaßnahme „Lokale und regionale Energieversorgungskonzepte“ enthalten waren, fort. Die in den meisten Kommunen bestehenden Potenziale zur Energieeinsparung sind groß und liegen bei heutigen Energiepreisen und verfügbaren Technologien bereits vielfach im wirtschaftlich darstellbaren Bereich. Allerdings wird die Realisierung ambitionierter Projekte durch eine Reihe von Hemmnissen behindert. Viele Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung beeinflussen sich gegenseitig, einerseits durch Synergieeffekte, andererseits als konkurrierende Investitionen. Die Wechselwirkungen sind komplex und nicht immer einfach zu analysieren. Der Betrachtungswinkel und die Betrachtungszeiträume der beteiligten Akteure differiert stark: Mieter haben beispielsweise einen anderen Blickwinkel als Eigentümer, Energieversorger einen anderen als Verwaltungen. Hemmnisse bei der Realisierung von Siedlungs- oder Quartiersprojekten zur Steigerung der Energieeffizienz können überwunden werden durch • den Einsatz innovativer Technologien • die Nutzung moderner Managementmethoden und Planungsinstrumente (integrale Planung) • die Vernetzung unterschiedlicher Bereiche und Akteure und • durch ein methodisch überzeugendes Monitoring Schwerpunkt der Förderinitiative ist die Umsetzung von Pilotprojekten, in denen ein Maximum an Energieeffizienzsteigerung und damit CO2-Emissionsminimierung erreicht werden kann. FuE-Ergebnisse aus der BMWi-Energieforschung sollen dabei integriert werden. Die wissenschaftliche Konzeption, Koordination, Auswertung und Verbreitung der Ergebnisse des Vorhabens wird über eine Begleitforschung sichergestellt. Die Förderung bezieht sich auf konkrete Projekte und erstreckt sich von intelligenten Planungskonzepten über den Einsatz innovativer Technologien bis zum Messprogramm zur Betriebsoptimierung. Drei Phasen der Vorhaben sind dabei zu unterscheiden: 1. Planung 2. Bauliche Realisierung, Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung 3. Wissenschaftliches Messprogramm über 3+2 Jahre Monitoring Konzept Für die Analyse des Gesamtenergieverbrauchs der Parkgelände GmbH in Bad Aibling und des Anlagen- und Gebäudeverhaltens zur Kontrolle der erarbeiteten Konzepte für Lüftung, Kühlung und Beleuchtung auf ihre Wirksamkeit wird eine an das Energiekonzept angepasste Messwerterfassung entwickelt und installiert. Der thermische und elektrische Energieverbrauch des Gesamtgeländes und der Einzelgebäude sowie der Einzelkomponenten Heizungsanlage, Lüftungsanlage, Klima- und lichttechnische Anlagen sowie das Zusammenwirken dieser Komponenten innerhalb der Gebäude stehen im Fokus dieser Messungen. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 234 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Dazu sollen in den einzelnen Wohn- und Nichtwohngebäuden des Parkgeländes Sensoren in erforderlichen Umfang eingesetzt werden, die im gesamten Erfassungszeitraum von bis zu 5 Jahren eine erhebliche Datenmenge liefern. Um die Daten über einen längeren Zeitraum mit durchgängiger Qualität aufbewahren und auch bei großen Datenvolumen noch leicht auswerten zu können, werden von der Universität Karlsruhe entwickelte Strategien für die Datenhaltung, -übertragung, -verarbeitung und schließlich für die Auswertung und Visualisierung verwendet und projektspezifisch weiterentwickelt. Die Messwerterfassung in den einzelnen Gebäuden erfolgt in Unterstationen, die wiederum über das auf dem Gelände vorhandenen Lichtwellenleiternetz mit der zentralen Erfassung auf PC Basis kommunizieren. Die für die Regelung der Gebäudetechnik vorgesehenen Komponenten kommunizieren in weiten Teilen auf dem aus dem Automobilbau bekannten CAN-Bus und dem in der Verbrauchserfassung von Gebäuden verbreiteten M-BUS und ergänzen die Ideen des Monitorings hervorragend. Eine Fernwartung des Datenerfassungssystems wird über eine DSL-Anbindung erfolgen. Die Weiter-verarbeitung der Daten erfolgt datenbankbasiert mit grafischer Darstellungsmöglichkeit über einen Web-Server. Eine Online-Visualisierung garantiert die durchgängige Präsentation der Messdaten und bietet die Möglichkeit zu schnellen Kontrollen durch die unterschiedlichen Projektbeteiligten. Arbeitsprogramm Monitoring In Anbetracht der Größe und Komplexität des vorliegenden Gesamtprojektes und unter Berücksichtigung des aktuellen Planstandes ist es unvermeidlich, dass das vorliegende Arbeitsprogramm „Monitoring“ in einzelnen Teilbereichen noch Unschärfen aufweist. Zur Aufnahme in das beim Förderträger PTJ angesiedelten Förderprogramms EnEff:Stadt, werden zwei gesonderte Anträge gestellt. Zum einen für die Unterstützung der integralen Planungsphase und zum anderen für das Monitoring des Parkgeländes in Bad Aibling. Einzelne Arbeitspunkte im Paket Monitoring sind unmittelbar abhängig von Ergebnissen der integralen Planungsphase. Zum Zeitpunkt der Antragsstellung Monitoring sind jedoch bereits Teilleistungen in der Integralen Planungsphase erbracht und der Antrag kann mit hoher technischer und finanzieller Verbindlichkeit gestellt werden. In einem weiteren Schritt wird der Antrag für das Monitoring in zwei Teilen erfolgen. Mit der wissenschaftlich-technischen Untersuchung und Bewertung des Monitoring wird die Hochschule für angewandte Wissenschaften – Fachhochschule Rosenheim ihr Arbeitsprogramm durchführen und hierzu einen Antrag stellen. Auf der anderen Seite erfolgt der Antrag für das messtechnische Equipment durch die B&O Parkgelände GmbH. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 235 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Bild 12-19: Funktionsprinzip der Software „MoniSoft“ des fbta Karlsruhe [HS-Rosenheim] AP 1 Bedarfsberechnungen, Vergleich Historie Im ersten Schritt steht rechnerische Ermittlung der Energiebedarfe und Energieverbräuche aller Einzelgebäude an. Dazu werden Bedarfsrechnungen sowie Hochrechnungen aus Verbrauchswerten der Vergangenheit erstellt, die als Referenzwerte in das Messkonzept eingehen. Es gilt zunächst die allgemeine Systematik der Erfassung festzulegen. Darunter ist bspw. die Verteilung der Energieverbräuche auf einzelne Gebäude, der Vergleich der Verbräuche mit historischen Wetterdaten oder der Vergleich der Verbräuche bezogen auf den Gebäudetyp etc. zu verstehen. Da der Grad der Energieeffizienz nach der Sanierung, und damit die Aussagen des Monitorings auf den Ergebnissen des AP 1 aufbauen, ist dieser Arbeitsschritt von großer Bedeutung. Deshalb werden in einem AP1.8 die Ergebnisse zu einer Zusammenfassung zusammengetragen und dokumentiert. AP 2 Aufstellen des Messkonzepts Um eine genaue Kenntnis des Anlagen- und Gebäudeverhaltens zu erhalten und damit auf den Gesamtprimärenergiebedarf der B&O Parkgelände GmbH schließen zu können, wird im Arbeitspunkt 2 das detaillierte Mess- und Auswertungskonzept erarbeitet. In dieser Phase wird auch identifiziert, ob es ggfs. nicht sinnvoll ist, alle Messpunkte durch fest installierte Messtechnik zu erfassen. Hierfür wird der Einsatz von fliegenden Messtechniken erforderlich sein. In der zweiten Phase werden die Spezifikationen der Geräte der eingesetzten Messwerterfassung festgelegt. Dies umfasst die Hardwaretechnische Ausstattung der einzelnen Messpunkte (Sensoren, Datenlogger etc.), die Vernetzung der Datenmesspunkte, sowie die soft-waretechnische Ausstattung für das Monitoring. Anschließend werden in AP 3 die ausgewählten Netzwerkstrukturen, die einzelnen Datenmesspunkte in den Gebäuden und das gesamte Leitungsnetz installiert. Zum Zeitpunkt der Beendigung der integralen Planungsphase ist dieser Arbeitspunkt bereits so gut wie abgeschlossen, da die Synergieeffekte zur Planungsphase genutzt werden sollten. Aufgrund der immer wechselnden Planungen der Nullenergiestadt ist es jedoch nicht auszuschließen, dass auch im AP2 noch Nachbesserungsbedarf besteht. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 236 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht AP 3 Beschaffung und Installation der Messdatenerfassung Nachdem im zweiten Arbeitspunkt festgelegt wurde, was, wo installiert werden muss, werden im dritten Arbeitspunkt die Geräte beschafft und die Installationen vorgenommen. Dazu wird eine Vielzahl von Datenmesspunkten in den Gebäuden installiert. Die installierten Datenmesspunkte können Folgende sein: • Stromzähler (digital) für: Beleuchtung, Lüftung, WW-Bereitung (Wärmepumpe), Kühlung • Wärmemengenzähler für Heizungen(digital, mit/ohne eigener Recheneinheit) • (Warm-)Wasserzähler, • Lufttemperaturen, (außen, innen) • Luftfeuchten, (außen, innen) • Messungen Stromerzeugung bzw. Strombereitstellung aus verschiedenen Quellen (Netz, PV, Wasserkraft, BHKW) • Messungen Wärme- und Kälteerzeugung aus verschiedenen Quellen • Fensteröffnungszeiten • Präsenzmelder • Messungen der Lichtqualität (Helligkeit, Leuchtdichte etc.) Optional: • Luftqualität (CO2-Gehalt, Mischgasgehalt) • Luft-Volumenströme • Luftwechselraten, Nutzereingriffe • Heizung, sonstige Haustechnik (Aufzüge, Regelsysteme) Durch fliegende Messtechnik werden partiell folgende Datenpunkte aufgenommen, welche Aussagen zu etwaigen Nachbesserungsmaßnahmen zulassen: • Durchflussgeschwindigkeiten, Wärmemengenzähler des Nahwärmenetzes (Ultraschall-Verfahren) • Beleuchtungsstärken bzw. Leuchtdichten an Orten, an denen es keine Möglichkeit für eine fest installierte Messtechnik gibt • Oberflächentemperaturen • Thermographische Fotoaufnahmen der Gebäudehülle vor und nach der Sanierung • Blower-door-Messungen vor und nach der Sanierung (auch Neubauten) Nach der Installation wird sich das Augenmerk auf den Probebetrieb und die Qualitätssicherung der Messtechnik richten. Hier werden vereinzelt die Geräte justiert, ggf. nochmals kalibriert und die Übermittlung der Daten an den Schnittstellen überprüft. Aufgrund des sukzessiven Fortschreitens der Sanierungsmaßnahmen, das sich über einen mehrjährigen Zeitraum erstreckt, und aufgrund der Größe des Vorhabens, ist es nicht möglich, einen definierten Zeitraum für die Installationen zu benennen. Vielmehr werden die einzelnen Gebäude nacheinander mit ihrer Fertigstellung an das Monitoring-Netz angeschlossen und in das Messprogramm aufgenommen. Daraus resultiert eine relativ lange Installationsphase von bis zu 31 Monaten. Im Anschluss daran findet die 24-monatige Messwerterfassung des bis dahin fast vollständigen Areals statt. Die Arbeitsschritte hierfür sind in den Arbeitspunkten AP4.1 und AP4.2 zusammengefasst. RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 237 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht AP 4 Auswertungsprogramm und Datenanalysen Die Tätigkeiten im vierten Arbeitspunkt befassen sich mit der Analyse und der Auswertung der erfassten Daten. Dazu soll das Messprogramm MoniSoft der Universität Karlsruhe (TH), verwendet werden, welches sich als System zur Datenerfassung bereits vielfach in vergleichbaren Projekten bewährt hat. Bei der eingesetzten Monitoring-Software „MoniSoft“ handelt es sich um eine speziell auf das Monitoring angepasste Software zur Datenauswertung von typischen Messwerten, wie sie in Gebäuden auftreten. Entwickelt wurde sie vom „Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau“ (fbta) der Universität Karlsruhe (TH) und basiert auf ursprünglich skriptbasierten Softwarebausteinen, die bereits in einigen MonitoringVorhaben eingesetzt wurden. Mittlerweile ist das Softwarepaket „MoniSoft“ zu einem eigenständigen Produkt weiterentwickelt worden und wird derzeit in mehreren vom BMWi geförderten Sanierungsvorhaben für das Monitoring eingesetzt. In Abbildung 12-20 ist die Funktionsweise von Monisoft schematisch dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Rohdaten aus der Gebäudeleittechnik sowie von den Sensoren über eine geeignete Schnittstelle kontinuierlich in die Datenbank geschrieben werden, auf welche MoniSoft Zugriff hat. Die Software erlaubt es nun verschiedenste Grafiken zu erstellen, aus denen sich das Betriebsverhalten und die Zustände der Gebäude ablesen lassen. Des Weiteren ist ein umfangreiches Export- und Report-Modul integriert, was die Handhabung der Daten nochmals erheblich erleichtert und hilft das latente Risiko von nicht mehr handhabbaren „Datenfriedhöfen“ in Monitorprojekten zu begrenzen. Bild 12-20: Beispiel zur Datenkontrolle (Ausschnitt aus MoniSoft) [HS Rosenheim] Zu den zu analysierenden Datensätzen sollen folgende zählen: • Der thermische Energieverbrauch des jeweiligen Gebäudes • Der thermische Energieverbrauch je Park • Der thermische Energieverbrauch der gesamten B&O Parkgelände GmbH • Das Betriebsverhalten der Lüftungsanlagen • Das thermische Verhalten der Gebäude insbesondere der Büros • Das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten (Solarthermie, SolarerPufferspeicher, Wärmepumpe, Solarnetz) • Wärmespeichereffekte, zu- und abgeführte Wärmemengen • Optional zu analysierende Datensätze • Die Beleuchtung mit Kunst- und Tageslicht insbesondere der Büros • Effizienz einer Nachtlüftung RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 238 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht Im Arbeitspunkt 4 soll weiterhin neben der Datenverdichtung auch eine Fehleranalyse und eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt werden. Daraus sollen Aussagen z.B. über die Optimierung der Heizkurve, der Gebäudeverluste, der Netzverluste und ggf. Erzeugungsverluste getroffen werden. Die Datenhaltung ist bei einer Messdatenerfassung ab einer gewissen Größe von entscheidender Bedeutung. Die Daten müssen über einen längeren Zeitraum sicher und vor allem mit durchgängiger Qualität aufbewahrt werden und sollten auch bei großem Datenvolumen noch leicht ausgewertet werden können. Besonders letzterer Punkt wird in diesem Projekt eine einmalige Herausforderung, denn bei über 300.000 Einzelwerten pro Tag und damit über 200 Millionen Datenpunkten im Erfassungszeitraum muss die Möglichkeit geschaffen werden auf alle Daten schnell zugreifen zu können. Auch sehr komplizierte Fragestellungen sollen ohne viel Neu- oder Umprogrammieraufwand beantwortet werden können. Um bei einer solchen Datenmenge keinen Datenfriedhof zu produzieren, soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die wichtigsten Größen jederzeit „nebenbei“ im Blick zu halten. Um alle genannten Anforderungen zu erfüllen wird ein entsprechendes Konzept ausgearbeitet. Die Auswertung und Datenanalyse der Messungen wird sich über zwei Jahre entsprechend des Baufortschritts des Quartiers hinausziehen. Dabei werden kontinuierlich folgende Leistungen erbracht. • Betreuung des Messsystems • Abnahme der Messdaten im festgelegten Rhythmus • Überprüfung der Funktionstüchtigkeit anhand von Plausibilitätskontrollen • ggfs. Wartung und Instandsetzung des Messsystems AP 5 Dokumentation In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse des Monitoring zusammengefasst und dargestellt. Die Messperiode mit den abgesicherten Messwerten wird sich voraussichtlich von April 2013 bis März 2015 erstrecken. Zur Verfügung stehen dann also aufgezeichnete Messdaten von zwei kompletten Jahren aller teilnehmenden Gebäude – für einzelne Gebäude teilweise auch über einen deutlich längeren Zeitraum. Für die Gesamtbetrachtung der eingesetzten thermischen Energie werden die Zählerstände der Wärmemengenzähler von der Messwerterfassung ausgelesen. Somit wird die Energiebilanz sowohl für diese beiden Jahresperioden als auch für die Monatsbetrachtungen richtig wiedergeben. Zwischenzeitlich und abschließend werden Dokumentationen des Monitoring erstellt, welche das Erreichen des Ziels des Gesamtvorhabens „Auf dem Weg zur Nullenergiestadt“ dokumentieren sollen. Dazu gehören folgende Dinge: • jeweils aktuelle Ausarbeitung von inhaltlichen Teilschlussberichten zu unterschiedlichen Projektphasen und Projektbereichen • Zusammenführung der Datenanalyse und Gesamtauswertung, Erfüllung der Berichtsverpflichtungen gegenüber dem Fördergeber (Schlussbericht). • Zusammenstellung übertragbarer Ergebnisse für die energetische Optimierung von Konversionsvorhaben im Quartiersmaßstab. Herausarbeitung des weiteren FuEBedarfs. • Publikationen in Fachzeitschriften • Aufbau und Pflege einer Internet-Website, mit Projektpräsentation und ggfs. mit Online-Messwerten RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 239 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 13. Innovationsgrad, Multiplikationsfähigkeit, Anschlussfähigkeit RK-S 13.1 Innovatives Wärmenetz mit Zukunftsperspektive Neben energieeffizienten Sanierungen und Neubauten, wie sie sich auch in anderen Modellprojekten finden, hat man sich bei B&O zu einem extrem innovativen Wärmeversorgungskonzept entschlossen: Eine Biomasseheizanlage und dezentrale solare Einspeisungen in das vorhandene Nahwärmenetz werden kombiniert mit exergetisch optimierten Netztemperaturen und Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung. Die dezentrale Einspeisung von Niedertemperaturwärme in Nah- und Fernwärmenetze wird eine wichtige Rolle bei der Konzeption künftiger Wärmeversorgungsstrategien spielen, wenn die fossilen Energieträger allmählich ersetzt werden müssen. Allerdings gilt es hier, einen enormen Forschungs- und Entwicklungsbedarf bis zur Realisierung großer komplexer Netzstrukturen abzuarbeiten. Das EnEff:Stadt-Modellprojekt Bad Aibling ist einerseits noch übersichtlich genug, um die offenen Fragen und Probleme zielgerichtet anzugehen und bietet andererseits bereits einen Maßstab, der die Übertragbarkeit in reale Stadtquartiere erlaubt. Die bisherigen Konzeptions- und Planungsanstrengungen zeigen einen erfolgversprechenden Weg, jedoch sind die zu lösenden Probleme deutlich komplexer als ursprünglich eingeschätzt. Weitere Untersuchungen, Planungs- und Entwicklungsarbeiten sind notwendig, um optimale Projektergebnisse zu erreichen. Weiterhin ist eine Begleitung bei Inbetriebnahmen und eine sorgfältige Betriebsoptimierung der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems notwendig. 13.2 Anschlussfähigkeit, offene Fragen Die bisherigen Arbeiten haben zu vielen wichtigen Ergebnissen geführt, wie in diesem Bericht dargestellt. Allerdings verbleiben in weiten Bereichen auch offene Fragen, die hier mit Kenntnisstand 1. Mai 2010 zusammengestellt sind: - Wärmeerzeugung - Klärung Standort und Technologie für Biomassekessel Nordnetz - Klärung Technologie für Kessel Südnetz - Klärung konventioneller Spitzen-/Schwachlastkessel - Klärung Technologie, Dimensionierung und Standort Zentralspeicher - Klärung BHKW für Südnetz - Einbindung unterschiedlicher Kollektortypen in das Wärmenetz - Wärmenetz - Verbesserung des vorhandenen Wärmenetzes. Ursachenforschung und Eliminierung überhöhter Netzwärmeverluste. - Optimale Dimensionierung des Netzes sowie Speicherelemente unter Berücksichtigung des zukünftigen Wärmebedarfs, der Abnahmeleistungen mit „minimalinvasiver“ hydraulische Optimierung. Falls notwendig, bereichsweise Änderung von Rohrquerschnitten - Rechnerische und messtechnische Evaluierung von Fließgeschwindigkeiten unter 0,1 m/s im Wärmenetz. Begleiterscheinungen, Folgen, Probleme, Lösungsansätze RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 240 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht - Instationäre Simulation des Wärmenetzes mit verteilten, volatilen Wärmeeinspeisern. Erarbeitung optimaler Betriebszustände, Schaltpunkte, Betriebszustandsübergänge, Temperaturfahrweisen unter Berücksichtigung von dezentralen und zentralen Wärmespeichern. - Bedarfsseite - Modellhafte Anwendung von vorgefertigten Holz-Fassadensanierungselementen der zweiten Generation (mit integrierten haustechnischen Komponenten) - Modellhafte Anwendung neu entwickelter kostengünstiger und innovativer Lüftungsanlagen mit optimierter Betriebsführung in der Mehrfamilienhaussanierung - Nutzerinformation und Nutzerführung durch intelligente Verbrauchsanzeige und Verbrauchsmanagement mittels Raumluftdiagnostik in den Wohnungen. Ziel ist die Reduzierung und Steuerung der Volumenströme bei Wohnraumlüftungen unter Einhaltung der hygienischen Anforderungen. - Gesamtsystem - Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung unter Nutzung der Messdaten des Monitoring - Test unterschiedlicher Temperaturfahrweisen und Schaltpunkte des Netzes - Quantifizierung des Nutzens der Betriebsoptimierung - Primärenergetische und exergetische Systemoptimierung unter Bezug auf unterschiedliche Systemgrenzen - Nachführen der Energiebilanzen entsprechend den tatsächlichen Realisierungen Eines oder mehrere Anschlussvorhaben bieten sich an, um die o.g. Themen abzuarbeiten. Gedacht ist dabei diesbezüglich zurzeit an - Ein Vorhaben zum Monitoring - Ein Vorhaben zur Netzoptimierung - Ggfs. ein Vorhaben zur Bedarfsseite und zum Gesamtsystem RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 241 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 14. Beteiligte Zuwendungsgeber des Modellvorhabens war das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Das Projekt wurde gefördert im Rahmen des Förderkonzeptes EnEff:Stadt. Mit der Abwicklung des Förderkonzeptes sowie mit allen damit zusammenhängenden administrativen Aufgaben des Fördergebers war der Projektträger Jülich (PTJ) im Forschungszentrum Jülich betraut. www.eneff-stadt.de Als Zuwendungsempfänger und Projektleitung fungierte der Eigentümer des Areals, die B&O Wohnungswirtschaft GmbH und Co. KG. B&O (kurz B&O) übernahm weiterhin in inhaltlicher Bearbeitung die Variantenbetrachtung energetischer Standards, der Baukonstruktion sowie der Haustechnik für alle Gebäude des Förderbereichs.www.bo-wohnungswirtschaft.de Für die wissenschaftlich-technische Begleitung und inhaltliche Koordination und Dokumentation wurde das Büro RK-Stuttgart, Architekten und Ingenieure, kurz RK-S, ausgewählt, ähnlich wie bereits in mehreren erfolgreichen EnSan-Vorhaben des PTJ. www.rk-stuttgart.de Die GEF Ingenieur AG, Leimen, kurz GEF, übernahm die Ausarbeitung von Versorgungskonzept-Varianten, sowie deren Simulation und Bewertung. www.gef.de Firma PEWO / EnWerk, kurz Enwerk, in Elsterheide konnte im Bereich BHKW und Hausübergabestationen große Erfahrung einbringen und beteiligte sich bei der Definition und Ausarbeitung der Versorgungskonzept-Varianten. Weiterhin hat EnWerk die Planung des Testnetzes „Solarnetz 1“ übernommen und zusammen mit PEWO die haustechnischen Komponenten geliefert und installiert. Aktuell wird von EnWerk ein Online-Monitoring für Solarnetz 1 betrieben. www.enwerk.de Firma Huber+Sohn, kurz Huber, in Bachmehring entwickelte und lieferte die innovativen großflächigen Holzfassaden-Dämmelemente. www.huber-sohn.de Vom Ingenieurbüro Molz wurden Untersuchungen und Konzepte zum Ausbau der Wasserkraft auf dem Gelände und am nahegelegenen Spitzingsee erstellt. Die Hochschule Rosenheim, kurz HS-Rosenheim, lieferte konzeptionelle Beiträge zu den Passivhaus-Neubauten, vor allem unter dem Aspekt komplexer Vorfertigungsgrade. Ein Schwerpunkt war auch das energiesparende Bauen mit Holz, da die Hochschule Rosenheim sich in diesem Gebiet stark engagiert. Weiterhin wurden Beiträge zur Tages- und Kunstlichtoptimierung im Bürobereich und zu innovativen Lüftungssystemen im Bereich Wohnen, Sportpark und Büro, sowie zur Wärmebrückenminimierung erbracht. In einem separaten Antrag hat die Hochschule Rosenheim das Monitoring beantragt. www.fh-rosenheim.de RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 242 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 15. Referenzen Bundesministerium für Wirtschaft und Technolgie, Projekträger Jülich PTJ: Förderkonzept „Energieeffiziente Stadt“EnEff:Stadt, 2007 www.eneff-stadt.info Website des Förderkonzeptes EnEff:Stadt A. Kerschberger, M. Brillinger, M. Binder: Energieeffizient Sanieren. Mit innovativen Techniken zum Niedrigenergiestandard. Solarpraxis-Verlag, Berlin, 2007 S. Richter: Beschreibung und Optimierung urbaner Energiesysteme – Methodenentwicklung und erste Anwendung am Beispiel Augsburg. Buchreihe des Wissenschaftszentrums Umwelt der Universität Augsburg, Band 2. Oekom-Verlag, München, 2004 M. Ehlers, H. Krause: Holz Innovativ, Rosenheim 2007, Passivhaussiedlung Esslingen: Energiekonzept – Wirtschaftlichkeit von Versorgungsvarianten“ A. Kerschberger, S. Ruff: Neubau der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg in Sankt Augustin Begleitforschung und Messprogramm BMWi-Demonstrationsbauvorhaben BEO 0335006M Schlußbericht Teil 2: Messungen, Auswertungen Stuttgart, Juni 2002 Fabian Rommel: Revitalisierung und Entwicklung von Brachflächen. Hochschule Nürtingen, 2004 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 243 von 244 EnEffStadt Bad Aibling B&O Wohnungswirtschaft Schlussbericht 16. Bisherige Veröffentlichungen zum Projekt E. Böhm, A. Kerschberger Sanierung und Konversion als Herausforderung für die Wohnungswirtschaft – das Beispiel Bad Aibling Vortrag bei den Berliner Energietagen 2009, 4. – 6. Mai 2009 A. Kerschberger, J. Gehrmann EnEffStadt: Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt Beitrag zum Kurs 33/09 Städtebau und Energie, Berlin 26. – 27.11.2009 Institut für Städtebau Berlin der Deutschen Akademie für Städtebau und Landesplanung J. Huber, K. Fritzen Experimentelles Bauen: Nullenergiestadt bauen mit holz Heft 3 / 2009. S. 20 - 24 A. Kerschberger From Military Base to Zero Energy City - The B&O-Park in Bad Aibling on its Way to the Future. Concepts, Methods, Preliminary Results Vortrag im Rahmen einer Tagung des IEA-Annex 41, Bad Aibling, 14. Oktober 2009 A. Kerschberger Konversion – Auf dem Weg zur Nullenergiestadt. Das B&O-Parkgelände Bad Aibling auf dem Weg in die Zukunft. Vortrag bei der Fachtagung 33/09 Städtebau und Energie des Instituts für Städtebau, Berlin Berlin 26. – 27. November 2009 A. Kerschberger, S. Richter Energy Master Planning Vortrag beim Energy Master Planning Workshop der US Army, Orlando, Florida, 20.1. 2010 E. Böhm Konversion – Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt Vortrag bei der CEP Clean Energy and Passivehouse Tagung, Stuttgart, 25.2.2010 R. Botsch Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt – Neue Wege in der Bestandssanierung: die Fassadenheizung Vortrag beim Internationalen Anwenderforum Energetische Sanierung von Gebäuden 2010 OTTI, Ostbayrisches Technologie Transfer Institut, Neumarkt, 18.3.2010 J. Eitner, W. Schroeder Von der Militärbrache zur Nullenergiestadt – Das B&O-Parkgelände Bad Aibling auf dem Weg in die Zukunft Vortrag beim Internationalen Anwenderforum Energetische Sanierung von Gebäuden 2010 OTTI, Ostbayrisches Technologie Transfer Institut, Neumarkt, 18.3.2010 RK-Stuttgart+++Architektur und Energy Design Seite 244 von 244
