Gebäudestrategie

Stadt Olten
Gebäudestrategie
Stadtratsbeschluss vom 21. April 2008
Die Gebäudestrategie wurde im Rahmen des Reaudits Energiestadt 2008 erarbeitet.
Mitglieder der Arbeitsgruppe Energiestadt:
Adrian Balz, Verwaltungsleiter Baudirektion, Leiter Hochbau
Regina Flury von Arx, Leiterin Umweltfachstelle
Aldo Stoppa, Stadtplaner
Beat Erne, Leiter Marketing und Kommunikation, Aare Energie AG
Fachliche Begleitung:
Christian Amoser (Ingenieurbüro Amoser, Olten)
Sibylle Roshardt (Nova Energie GmbH, Aarau)
Pius Hüsser (Nova Energie GmbH, Aarau)
GEBÄUDESTRATEGIE
1
Einleitung
Die Stadt Olten möchte im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung im Gebäudebereich Schritte in Richtung 2000-Watt-Gesellschaft einleiten und damit einen Beitrag zur Reduktion des Energieverbrauchs
und des CO2-Ausstosses leisten. Die Gebäude spielen eine bedeutende Rolle: Mehr als die Hälfte des
Primärenergieverbrauchs der Schweiz wird für die Erstellung, den Betrieb, die Instandhaltung und die
Sanierung von Gebäuden benötigt. Zur Umsetzung der Ziele der 2000-Watt-Gesellschaft im Gebäudebereich dient der SIA Effizienzpfad Energie. Er enthält Zielwerte und Massnahmen, die es ermöglichen, heute schon Neu- und Umbauten zu realisieren, die den Anforderungen der 2000-WattGesellschaft entsprechen. Die Stadt Olten strebt für Neu- und Umbauten die Einhaltung der Zielwerte
des SIA Effizienzpfades Energie an. Diese Zielwerte verlangen nach einer Gebäudehülle, die nahezu
dem Standard Minergie-P entspricht.
2
Politische Einbettung
Am 28. Juni 2007 wurde im Gemeindeparlament von Markus Ammann und Mitunterzeichnenden der
SP-Fraktion ein Postulat eingereicht, welches den Stadtrat aufforderte, eine Richtlinie zur Umsetzung
des Minergie-Standards bei allen städtischen Neu- und Umbauprojekten zu erlassen. Die Richtlinie
sollte klare und konkrete Kriterien enthalten, in welchem Fall die Nichteinhaltung des Standards toleriert wird (z. B. Denkmalschutz, unverhältnismässige Kosten etc.) sowie Vorgaben darüber, in welchen
Fällen eine strengere Handhabung (Minergie ECO, Minergie-P etc.) zur Anwendung kommt. In seiner
Antwort verwies der Stadtrat auf die Absicht, im Rahmen des alle vier Jahre anstehenden Reaudits für
das Label Energiestadt eine langfristige Strategie für die städtischen Hochbauten auszuarbeiten. Diese solle einerseits den sogenannten SIA Effizienzpfad Energie berücksichtigen und andererseits die
Lebensdauer der Bauteile und Anlagen mit der Wirtschaftlichkeit der Massnahme verknüpfen. Aus
diesen Überlegungen sollten auch konkrete Handlungsanleitungen für die Planenden von städtischen
Neubauten und Sanierungen resultieren. Das Postulat wurde vom Parlament am 22. November 2007
mit 41:1 Stimme überwiesen und mit 25:18 Stimmen gleichzeitig abgeschrieben. Die hier vorliegende
Gebäudestrategie erfüllt die angekündigte Absicht des Stadtrates.
3
Begriffserklärungen
2000-WATT-GESELLSCHAFT
Die 2000-Watt-Gesellschaft steht für das Ziel, langfristig eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen.
Das angestrebte Wirtschaftswachstum soll bei deutlich reduziertem Primärenergieeinsatz und drastisch reduzierten CO2-Emissionen realisiert werden (ETH-Rat 2005). Erreicht wird dieses Ziel dadurch,
dass in jedem Land der Erde pro Person maximal 2000 Watt Energie verbraucht wird (17'500 Kilowattstunden = 1750 Liter Öl pro Person und Jahr). In der Schweiz betrug der Energieverbrauch im
Jahr 2000 pro Person aber 5000 Watt (ohne Graue Energie), was demzufolge eine Reduktion erforderlich macht.
Um den Klimawandel zu bremsen, ist zudem eine langfristige Reduktion des CO2-Ausstosses auf eine
Tonne pro Person und Jahr nötig, was in etwa einem fossilen Energieverbrauch von 500 Watt pro
Person entspricht. In der Schweiz betrug der Verbrauch fossiler Energien im Jahr 2000 pro Person
Version März 2008, Seite 3 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
3000 Watt. Aus nuklearen und erneuerbaren Quellen stammten je 1000 Watt pro Person. Eine Halbierung des fossilen Energieverbrauchs auf 1500 Watt pro Person soll bis zum Jahr 2050 erreicht werden
(Novatlantis 2005).
Primärenergieverbrauch (ohne Graue Energie) in der Schweiz
Quelle: Leichter leben (Novatlantis, 2005)
Die Umsetzung dieser Vision ist technisch machbar: Erstens ist eine Erhöhung der Material- und
Energieeffizienz nötig. Zweitens sollen die fossilen Energieträger einerseits durch erneuerbare substituiert und andererseits bei der restlichen Nutzung fossiler Energien die CO2-Intensität gesenkt werden.
Drittens sind neue Lebens- und Unternehmensformen – Stichwort: nutzen statt besitzen – sowie eine
Professionalisierung in der Planung, der Investition und im Betrieb von Bauten und Anlagen anzustreben (Novatlantis 2005).
S I A EF F IZ IE N Z P F A D E N ERG I E
Als Instrument für energieeffizientes Bauen konkretisiert der SIA Effizienzpfad Energie die Strategie
des Bundesrates für eine nachhaltige Entwicklung im Sinne einer höheren Energieeffizienz, dem vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien und damit verbunden einer Reduktion des klimarelevanten
CO2-Ausstosses. Der SIA Effizienzpfad Energie zeigt auf, wie das Ziel der 2000-Watt-Gesellschaft im
Gebäudebereich erreicht werden kann. Dabei wird die in den verwendeten Gütern enthaltene, sogenannte ’Graue Energie’ sowie die durch die Nutzung des Gebäudes induzierte Mobilität mit berücksichtigt. Der Wert für den Energieverbrauch der Schweiz im Jahr 2000 beläuft sich dadurch auf 6000
Watt pro Person, wovon 4000 Watt fossiler Natur sind. Die bis zum Jahr 2050 angestrebte Halbierung
des fossilen Energieverbrauchs führt demzufolge zu einer ’fossilen 2000-Watt-Gesellschaft’.
Version März 2008, Seite 4 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
Auf dieses mittelfristige Ziel beziehen sich die Zielwerte des SIA Effizienzpfades Energie, welche für
Neu- und Umbauten gleichermassen gelten: Zielwert A steht für ’2000-Watt-kompatibles’ Bauen: Diese Gebäude erfüllen bereits heute den Standard der fossilen 2000-Watt-Gesellschaft. Zielwert B steht
für ’2000-Watt-fähiges’ Bauen: Diese Bauten lassen sich in einer nächsten Erneuerungsphase so
nachbessern, dass die Anforderungen der fossilen 2000-Watt-Gesellschaft erfüllt sind. Die Zielwerte
beziehen sich auf den Verbrauch an Primärenergie der drei Nutzungen Wohnen, Büro und Schulen.
Über Plausibilitätsrechnungen wurden die Zielwerte pro Nutzung für jeweils fünf Themenbereiche
separat erarbeitet: Baumaterial, Raumklima, Warmwasser, Licht + Apparate und Mobilität. Angesprochen sind die drei Zielgruppen Politiker + Behörden, Bauherrschaften + Investoren und Planende.
Systematik des SIA Effizienzpfades Energie
Quelle: SIA Effizienzpfad Energie (Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA Zürich, 2006)
Für jede Zielgruppe werden Anreize und Strategien eruiert, wie sie in ihrem Handlungsspielraum Einfluss nehmen können auf die Realisation der Zielwerte bei einem konkreten Bauvorhaben. Massnahmen, die das Bau-Umfeld positiv für energieeffiziente Vorhaben beeinflussen, sind in einem Katalog
getrennt für die Zielgruppen aufgeführt. Die Massnahmen sind jeweils nach dem Bauablauf geordnet
und mit Hintergrundinformationen, einer Einschätzung der Wirkung, Hinweisen zu Literatur sowie mit
Fragen und Anmerkungen dokumentiert. Damit liefert der SIA Effizienzpfad Energie eine konkrete
Grundlage für die Umsetzung der Ziele der 2000-Watt-Gesellschaft.
Version März 2008, Seite 5 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
4
Ist-Zustand städtischer Gebäude verglichen mit Soll-Zustand
Der Energieverbrauch der städtischen Gebäude wird den Zielwerten der 2000-Watt-Gesellschaft aus
dem SIA Effizienzpfad Energie gegenüber gestellt. Zur Vergleichbarkeit der verschiedenen Energieträger wird der Energieverbrauch pro Quadratmeter beheizte Fläche (Energiekennzahl) in Primärenergie angegeben. Dies ist die Energie in der Form, wie sie in der Natur anfällt, also vor jedem Umwandlungsprozess. Für die Berechnung der Primärenergie von Erdgas, Heizöl und Strom werden die
Umrechnungsfaktoren des SIA Effizienzpfades Energie verwendet. Für das vorliegende Gebäudestrategie werden die Themenbereiche Raumklima, Warmwasser und Licht + Apparate betrachtet. Die
Themenbereiche Baumaterial und Mobilität werden aufgrund der fehlenden Datengrundlage nicht
berücksichtigt.
Aus der unten stehenden Grafik ist ersichtlich, dass die Energiekennzahl der städtischen Gebäude
Oltens in den letzten Jahren stets geschwankt hat. Dabei hat die Energiekennzahl Wärme im Verlauf
ganz leicht abgenommen und die Energiekennzahl Elektrizität ist deutlich angestiegen. In der Energiekennzahl Wärme sind der Energieverbrauch für die Heizung und zur Bereitstellung von Warmwasser enthalten. Die Energiekennzahl Elektrizität beinhaltet den Strom für Licht und Apparate sowie für
Hilfs- und Lüftungsgeräte für die Regelung des Raumklimas.
Zur langfristigen Erreichung des Zielwertes A des SIA Effizienzpfades Energie im Jahr 2050 muss der
Energieverbrauch der städtischen Gebäude in den nächsten vierzig Jahren insgesamt um rund zwei
Drittel vermindert werden. Im Wärmebereich muss der Energieverbrauch stärker vermindert werden
als im Strombereich: Während eine Halbierung im Strombereich zur Zielerreichung genügt, ist im
Wärmebereich eine Reduktion auf einen Fünftel des heutigen Verbrauchs nötig.
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs der städtischen Gebäude Oltens
Quelle: Energiebuchhaltung Olten (EnergieSchweiz für Gemeinden, 2008)
Version März 2008, Seite 6 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
Der Energieverbrauch der einzelnen Gebäude der Stadt Olten ist unterschiedlich nahe am Ziel der
2000-Watt-Gesellschaft, wie aus der nächsten Grafik hervorgeht. So erreicht das im Jahr 1998/99
sanierte Schulhaus Bannfeld bereits heute beinahe den Zielwert B des SIA Effizienzpfades Energie.
Dies bedeutet, dass bei einer nächsten Sanierung des Schulhauses der Zielwert A erreicht und damit
der Standard der 2000-Watt-Gesellschaft erfüllt werden kann. Für das Schulhaus Säli, welches demnächst saniert werden soll, ist zur Erreichung der 2000-Watt-Gesellschaft eine Drittelung des Energieverbrauchs notwendig.
Beim Entscheid, welches der städtischen Gebäude prioritär saniert werden soll, ist auf die Höhe der
Energiekennzahl zu achten. Ebenfalls entscheidend ist die beheizte Fläche (Energiebezugsfläche),
denn diese bestimmt den Anteil des Energieverbrauchs des Gebäudes am Gesamtenergieverbrauch
aller Gebäude massgeblich mit. Die Stadt Olten lebt dieses Prinzip für Sanierungsentscheide bereits
aktiv vor: Bei der Erneuerung des Schulhauses Bannfeld konnte der Energieverbrauch auf weniger als
die Hälfte reduziert werden. Als nächste Gebäude sollen das Säli-Schulhaus und das Stadthaus saniert werden, welche beide sowohl eine hohe Energiekennzahl als auch eine grosse Energiebezugsfläche aufweisen.
Primärenergieverbrauch pro beheizte Fläche der städtischen Gebäude Oltens
Quelle: Energiebuchhaltung Olten (EnergieSchweiz für Gemeinden, 2008)
Version März 2008, Seite 7 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
5
Umsetzung SIA Effizienzpfad Energie für die städtischen Gebäude
Als Grundsatz gilt, dass alle baulichen Massnahmen, welche erwartungsgemäss bis zum Jahr 2050
nicht nochmals saniert werden, bereits heute so ausgeführt werden, dass sie 2000-Watt-fähig sind
(Zielwert A des SIA Effizienzpfades Energie). Das Amt für Bundesbauten hat die Nutzungszeiten für
Bauteile tabellarisch erfasst. Gemäss dieser Liste haben die meisten Bauteile eine Lebenserwartung
zwischen 25 und 50 Jahren, falls sie in einer guten Qualität ausgeführt werden.
Grundsätzlich sollen also Massnahmen wie die Erneuerung der Gebäudehülle mit einer erwarteten
Lebensdauer von mindestens 30 bis 40 Jahren dem Zielwert A entsprechen. Dieses Ziel soll erreicht
werden, indem nach den Zielwerten der Norm SIA 380/1:2007 (Thermische Energie im Hochbau)
gebaut wird. Wird also heute eine Fassade erneuert, muss diese mit mindestens 20 bis 25 Zentimetern gedämmt werden, da sie eine Lebensdauer von mehr als 40 Jahren hat und somit bis zum Jahr
2050 nicht nochmals erneuert wird.
Bei Massnahmen wie der Heizungserneuerung, welche eine Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren haben, können eher noch Übergangstechnologien eingesetzt werden. Solche Massnahmen sollen so
ausgeführt werden, dass sie 2000-Watt-kompatibel sind, also heute den Zielwert B des SIA Effizienzpfades Energie erreichen. Dadurch sind diese Massnahmen darauf ausgelegt, dass sie bei einer
nächsten Sanierung das Ziel der 2000-Watt-Gesellschaft erreichen.
Bei der bevorstehenden Sanierung der Fassade des Säli-Schulhauses soll diesem Grundsatz nachgelebt werden. Bei der Ausschreibung wird die wärmetechnische Qualität gemäss den Zielwerten der
Norm SIA 380/1:2007 vorgegeben. Diese Vorgaben können mit dreifach verglasten Fenstern mit handelsüblichen Gläsern erreicht werden.
6
Wirtschaftlichkeit
Massnahmen sind vor allem dann wirtschaftlich, wenn sie frühzeitig geplant und vor allem im Zuge
einer bereits vorgesehenen Modernisierung durchgeführt werden. Die Mehrkosten für eine bessere
Dämmung amortisieren sich bei den heutigen Energiepreisen problemlos innerhalb der Lebensdauer
des Bauteiles. Betrachtet man beispielsweise einen Fensterersatz, so betragen die Mehrkosten einer
Dreifachverglasung gegenüber einer Zweifachverglasung maximal rund 100 Franken pro Quadratmeter. Die Einsparung gegenüber einer Standardlösung betragen etwa 40 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Bei den heutigen Energiepreisen von 10 Rappen pro Kilowattstunde resultiert daraus
eine Einsparung von 4 Franken pro Jahr. Das heisst die Mehrkosten sind ohne Berücksichtigung von
Kapitalzinsen in 25 Jahren amortisiert. Bei einer angenommenen Energiepreissteigerung von 2 % pro
Jahr sind die Mehrkosten bereits nach 20 Jahren amortisiert. Die Umsetzung dieser Gebäudestrategie
soll dadurch mittel- und langfristig zu tieferen Kosten führen.
Version März 2008, Seite 8 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
US-Dollar/Barrel
Entwicklung des Erdölpreises in den letzten 20 Jahren
Monatsmittel von Juli 1988 bis Februar 2008
Quelle: Schlusspreise von Brent Erdöl im Intercontinental Exchange (www.oilnergy.com, 2008)
7
Erfolgskontrolle
Die mindestens jährlich nachzuführende Energiebuchhaltung dient als Kontroll- und Führungsinstrument. Einerseits hilft sie bei der gezielten Allokation der vorhandenen (beschränkten) Mittel,
andererseits zeigt sie auf, ob die durchgeführten Massnahmen zielführend waren. Die Energiebuchhaltung ist ein integrierter Bestandteil des Verwaltungsberichts der Stadt Olten.
Energieverbrauchsentwicklung der letzten 10 Jahre (Stadthaus)
Quelle: Energiebuchhaltung Olten (EnergieSchweiz für Gemeinden, 2008)
Version März 2008, Seite 9 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
8
Handlungsanleitung: Beispiele einzelner Bauelemente
In der Praxis stehen viele Sanierungsentscheide zeitlich gestaffelt an. Grundsätzlich ist es immer
sinnvoll, bei einer anstehenden Sanierung die wärmetechnischen Eigenschaften der Bauteile zu
verbessern. In der Art einer Handlungsanleitung sollen hier klare Vorgaben für einzelne Bauelemente
zur Erfüllung der Zielvorgaben des SIA Effizienzpfades Energie aufgelistet werden.
Die Sanierung der vier Bauteile Flachdach, Aussenwand, Estrichboden und Kellerdecke wird in der
folgenden Grafik beispielhaft dargestellt. Aufgezeigt wird die wärmetechnische Qualität (U-Wert) in
Abhängigkeit der gewählten Dämmstärke. Der U-Wert ist ein Mass für den Wärmeverlust. Die Dämmwirkung ist somit umso besser, je kleiner der U-Wert ist. Im Bereich der Grafik, wo die Kurven steil
verlaufen, wird mit jedem zusätzlich angebrachten Zentimeter Wärmedämmung eine grosse Wirkung
erzielt. Es lohnt sich hier, in gutes Dämmmaterial mit tiefer Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) zu investieren.
Im flachen Bereich der Kurven nimmt die zusätzlich erreichte Verbesserung der Dämmwirkung mit
steigender Dämmstärke ab. Bei einem U-Wert von ca. 0.15 Watt pro Quadratmeter und Kelvin (Zielwert SIA 380/1:2007) kann eine zusätzliche Verbesserung der Wärmedämmung nur mit einem grossen Materialaufwand erreicht werden. In diesem Bereich der Kurven ist die Dämmwirkung derart hoch,
dass nur wenig Wärme abfliessen kann, so wie dies beispielsweise bei Gebäuden nach dem Standard
Minergie-P der Fall ist.
Wärmetechnische Qualität von Bauteilen in Abhängigkeit von der Dämmstärke
Quelle: Energieberatung Olten / Ingenieurbüro Amoser (2008)
Version März 2008, Seite 10 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
Die aktuelle Norm SIA 380/1:2007 gibt folgende Vorgaben für die Zielwerte der einzelnen Bauteile:
Zielwerte Uta in W/(m2*K)
Bauteil gegen
Aussenklima
oder weniger als 2 m
im Erdreich
Unbeheizte Räume
oder mehr als 2 m
im Erdreich
Opake Bauteile (Dach, Decke, Wand, Boden)
0.15
0.25
Opake Bauteile mit Flächenheizung
0.15
0.20
Fenster, Fenstertüren und Türen
1.00
1.20
Fenster mit vorgelagerten Heizkörpern
0.90
1.10
Tore (Türen mit mehr als 6 m )
1.40
1.70
Storenkasten
0.40
0.40
Bauteil
2
Orientiert man sich an den Zielwerten der Norm SIA 380/1:2007, müssen Aussenbauteile in der Sanierung zwischen 20 und 25 Zentimetern und Bauteile gegen unbeheizte Räume zwischen 10 und
15 Zentimetern gedämmt werden. Die konkret erforderliche Dämmstärke ist von der bestehenden
Konstruktion und von der Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) des gewählten Dämmmaterials abhängig.
Die exakten Werte können berechnet oder einfach aus Bauteilekatalogen gelesen werden. Die folgende Grafik zeigt als Beispiel einen Ausschnitt aus dem vom Bundesamt für Energie herausgegebenen Bauteilekatalog "Sanierungen" für die Sanierung eines verputzten Backsteinmauerwerks. Der SIA
380/1-Zielwert für eine Aussenwand beträgt 0.15 Watt pro Quadratmeter und Kelvin (gelbe Markierung in der Grafik). Dieser Wert kann erreicht werden mit einer Dämmstärke von 20 Zentimetern und
einem Lambda-Wert von 0.035 Watt pro Meter und Kelvin. Der Bauteilekatalog kann auf der Internetseite der Kantonalen Energiefachstelle (www.energie.so.ch) eingesehen werden.
Sanierung eines verputzten Backsteinmauerwerks ohne Wärmedämmung
Quelle: Bauteilekatalog „Sanierung“ (Bundesamt für Energie BFE, 2001)
Version März 2008, Seite 11 von 12
GEBÄUDESTRATEGIE
Kann bei einem Bauteil wie beispielsweise der Wand oder dem Boden die erforderliche wärmetechnische Qualität gemäss den SIA 380/1-Zielwerten nicht erreicht werden, kann zur Kompensation dieses
Wärmeverlustes eine höhere Dämmstärke beim Dach und insbesondere auch beim Estrichboden
geprüft werden. Bestehen nur begrenzte Möglichkeiten zur Aussendämmung, sind zudem auch Innendämmsysteme zu prüfen. Diese sind aber bauphysikalisch heikel.
Die Übergänge zwischen zwei Bauteilen sind ebenfalls bautechnisch anspruchsvoll. Es ist zu beachten, dass bei den Bauteilanschlüssen eine spätere optimale Sanierung eines angrenzenden Bauelementes ebenfalls möglich bleibt. Wird also beispielsweise in einem ersten Schritt die Wand saniert
und in einem zweiten Schritt das Dach, so muss bereits bei der Wandsanierung der Dachrand derart
ausgebildet werden, dass bei der späteren Dachsanierung die Zielwerte SIA 380/1:2007 eingehalten
werden können.
9
Quellenangaben
• ETH-Rat, 2005, Jahresbericht 2005 des ETH-Rats. www.ethrat.ch
• Novatlantis, 2004, Leichter Leben – die 2000-Watt-Gesellschaft, Zürich. www.novatlantis.ch
• Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA, 2005, Dokumentation D 0216, SIA Effizienzpfad Energie, Zürich.
Version März 2008, Seite 12 von 12