Dr. Burkhard Schulze Darup

klimaschutzagentur.org

Dr. Burkhard Schulze Darup

Chancen und Nutzen von Energieeffizienz und Erneuerbaren Energien

Fachtagung im Rahmen der SOLTEC Hameln 7. September 2012

Klimaneutralität im Gebäudebestand bis 2050


Schlüsselfunktion Energieeffizienz

Dr. Burkhard Schulze Darup

schulze darup & partner architekten nürnberg


Entwicklung des weltweiten Energiebedarfs bis 2100

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

Energieeinsparung

noch unerforschte Energien

Geo-/Ozeanische Energie

Solarenergie

Windenergie

Wasserkraft

Neue Biomasse

Trad. Biomasse

Kernkraft

Erdgas

Erdöl

Kohle

200

Etajoule

0

1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090

Reference: Shell-Study (till 2005), Scenario with high efficiency and regenerative usage of energy


Entwicklung des weltweiten Energiebedarfs bis 2100

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

Energieeinsparung

noch unerforschte Energien

Geo-/Ozeanische Energie

Solarenergie

Windenergie

Wasserkraft

Neue Biomasse

Trad. Biomasse

Kernkraft

Erdgas

Erdöl

Kohle

200

Etajoule

0

1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090

Reference: Shell-Study (till 2005), Scenario with high efficiency and regenerative usage of energy


EnEV 2009

EnEV 2013

EnEV 2016

EU-Gebäuderichtlinie 2020:

Nahe Nullenergiegebäude

Plusenergie I

Plusenergie II

Plusenergie III

Grundlagen

Entwicklung der Energiestandards bis 2050

Anforderungsszenario zukünftiger Verordnungen

kWh/(m²a)

Niedrigenergiehaus

Passivhaus

Plusenergiehaus

Erneuerbare Energie


EnEV 2009

EnEV 2013

EnEV 2016

EU-Gebäuderichtlinie 2020:

Nahe Nullenergiegebäude

Plusenergie I

Plusenergie II

Plusenergie III

Grundlagen

Entwicklung der Energiestandards bis 2050

Innovationszyklen als Chance zur Optimierung

500

450

400

350

300

250

200

150

100

kWh/(m²a)

Anforderung Bestand

Anforderung Neubau

Haushaltsstrom

PE-Anlagenaufw.

Warmwasser

Entwicklung Gesamtbestand

50 Heizwärme KFZ 1 KFZ 2 KFZ 3 KFZ 4 KFZ 5 KFZ 6 7 8 9 10 11

0

Erneuerbare Energie

Gebäudehülle Bestand

Gebäudehülle saniert

-50

Gebäudetechnik 1 Technik 2 Technik 3 Technik 4 Technik 5

-1001950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050


EnEV 2009 &

weitere Entwicklung

Primärenergie-Kennwerte

von Baustandards

regenerativ

erzeugt

PV

20-60 m²


Gebäudetechnik:

effizient &

erneuerbar

Effizienz-Komponenten

Dach

25 - 45 cm

Wärmedämmung

Zu-/Abluftanlage

mit WRG

Passivhaus-

Fenster

Dreischeiben-

Wärmeschutzvergl.

Wand

20 - 30 cm

Wärmedämmung

Luftdichtheít

n 50 0,6 h -1

Wesentliche Passivhaus Kriterien:

HeizwärmebedarfSanierung HeizwärmebedarfNeubau 15 25 kWh/(m²a)

Primärenergie Heizen,WW,Hilfsenergie,Strom 120 kWh/(m²a)

Kellerdecke

16 – 25 cm

Wärmedämmung


kWh/(m²a)

300

250

200

150

100

50

0

254 37

Bestand

Heizwärmebedarf

(kWh/m²a)

saniert

Mehrfamilienhaus - Gründerzeit

4 WE / Büro – 1998-2002

Bauherr: AnBUS

Mathildenstraße, Fürth

Arch./Energiekonzept:

Schulze Darup & Partner


kWh/(m²a)

Sanierung 2002

Karlsbader Straße, Nürnberg

Arch. Schulze Darup & Partner

350

250

150

Berechnung PHPP

kWh/(m²a)

304

QP nach EnEV

WW solar

WW

Heizwärme

50

-50

34 32

Bestand Planung Verbrauch EnEV

Reiheneckhaus Baujahr 1930


Einfamilienhaus

Nürnberg

Arch. Benjamin Wimmer

Schulze Darup & Partner


kWh/(m²a)

350

300

250

200

150

100

50

0

Berechnung PHPP

kWh/(m²a)

207

26 24

QP nach EnEV

WW

Heizwärme

Bestand Planung Verbrauch EnEV

Mehrfamilienhaus

30 WE - 2006

Bernadottestraße 42-48

wbg Nürnberg

Architekten:

Schulze Darup & Partner


kWh/(m²a)

350

300

250

200

150

100

50

0

Berechnung PHPP

kWh/(m²a)

235

26 26

QP nach EnEV

WW

Heizwärme

Bestand Planung Verbrauch EnEV

Mehrfamilienhaus

78 WE - 2009

Kollwitzstraße 1-17

wbg Nürnberg

Architekten:

Schulze Darup & Partner

und Aicher & Hautmann


Heizwärmebedarf kWh/(m²*a)

Energetische Gebäudesanierung mit Passivhauskomponenten

Faktor 10

1969-77

1. WSVO

2. WSVO

3. WSVO

Niedrigenergie-Standard

Passivhaus-Standard

Heizenergie-Reduktionspotenzial

300

bis 1918 1919-48 1949-57 1958-68

250

200

150

100

50

0

energetisch optimaler Standard

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Anteil der Wohnungen (%)

Quellen: ARENHA 1993, IWU 1994, Bundesarchitektenkammer 1995, Schulze Darup 1998/2000


Heizwärmebedarf kWh/(m²*a)

EnEV-Standard Bestand

und KfW-Programm Energieeffizient Sanieren

im Mittel 75 %

1969-77

1. WSVO

2. WSVO

3. WSVO

Niedrigenergie-Standard

Passivhaus-Standard

Heizenergie-Reduktionspotenzial

300

bis 1918 1919-48 1949-57 1958-68

250

200

150

100

Bestand: EnEV 2009 zgl. 40 %

50

0

EnEV 2009-Neubau: KfW EH 115

KfW EH 100

KfW EH 85

KfW EH 70

KfW EH 55

Effizienzhaus Plus

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Anteil der Wohnungen (%)

Quellen: ARENHA 1993, IWU 1994, Bundesarchitektenkammer 1995, Schulze Darup 1998/2000/2009


Konstruktion

Außenwand

WDVS

18–30 cm WLG 035


Porosierter Ziegel

X-Richtung: = 0,07 W/(m²K)

Y/Z-Richtung: = 0,13 W/(m²K)

Außenwand - Geschossdecke

= 0,009 W/(mK)

UNIPOR Wärmebrückenkatalog Leipfinger&Bader 2011


Außenwand mit WDVS

Anschluss Wand-Geschossdecke

Wärmebrückenverlustkoeffizient

= 0,00 W/mK

Quelle: KS-Dienstleistung GmbH, Hannover, www.kalksandstein.de


Forschungsvorhaben Vakuum-Innendämmung

im Rahmen der Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ des BBSR

Horizontalschnitt

Quelle: www.variotec.de, Passivhaus Institut www.passivehouse.com , Schulze Darup & Partner


Wandkonstruktionen

Holzfachwerk mit Typha-Dämmung

Quelle: Alexandra Fritsch – fkk Architekten Nürnberg 0911 2388722


Wandkonstruktionen

Holzfachwerk mit Typha-Dämmung

Typha Massiv Rohdichte 320 kg/m³

Lambda-Wert 0,06 W/(mK)

Druckfestigkeit 0,80 N/mm²

Typha Dämmplatte Rohdichte 260 kg/m³

Lambda-Wert 0,052 W/(mK)

Druckfestigkeit 0,54 N/mm²

Typha Leicht Rohdichte 220 kg/m³

Lambda-Wert 0,048 W/(mK)

Druckfestigkeit 0,30 N/mm²

Quelle: Dipl. Ing. Werner Theuerkorn, Postmünster – w.theuerkorn@typhatechnik.com


Konstruktion

Kellerdecke –

Bodenplatte

Kellerdecke

15–25 cm WLG 035


Konstruktion

Dach-DG

Dach

30-50 cm WLG 035

Flachdach

20-40 cm WLG 035


Wärmebrücke Traufe 50er-J.

Detail und Temperaturbild = -0,001 W(mK)

Quelle: DBU 2004


Komponentenentwicklung

Fenster


Quelle: www.variotec.de


Konstruktion - Sanierung

Passivhaus-Fenster-Detail: seitlich

= 0,017

Quelle: Wärmebrückendarstellung: Passivhaus Institut, Darmstadt; Detail: Schulze Darup


Fenster

Kastenfenster – innenseitig Dreischeiben-Wärmeschutzglas

Wärmestrom = 8,4520 W

U f =

PsiSpacer =

U w =

0,635 W/(m²K)

0,0267 W/(mK)

0,687 W/(m²K)

Quelle: PHC Franz Freundorfer, mail: phc@freundorfer.eu


Fenster

Kastenfenster mit Geißfuß

Wärmestrom = 8,4701 W

U f =

PsiSpacer =

0,459 W/(m²K)

0,0504 W/(mK)

keine Kittfuge

wechselbarer Wetterschenkel

Zertifizierung durch PHI

sichergestellt

Quelle: PHC Franz Freundorfer, mail: phc@freundorfer.eu


Gebäudehülle

Luftdichtheit

Durchgehende

Luftdichtheitsebene

Anforderung:

EnEV: n 50 1,5 h -1

Passivhaus: n 50 0,6 h-1

Nachweise durch

Blower Door Test


Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung

Schema Einfamilienhaus

2 m

Erdreichwärmetauscher 2 % Gefälle

Kondensatablauf


Zu-/

Abluftanlage mit

Wärmerückgewinnung

Schema

Mehrfamilienhaus

Dezentrale

Anlagen

Wohnen

Kind

Eltern

Bad

Küche


Zu-/

Abluftanlage mit

Wärmerückgewinnung

Schema

Mehrfamilienhaus

Lüftungszentrale


Erneuerbare Energien - Wärme

Quelle: PHI Darmstadt

Solarthermie

KWK-erneuerbar

Pflanzenöl, Biogas, Stirling

Biomasse

Tiefengeothermie

Biogas

Wärmerückgewinnung


Erneuerbare Energien - Strom

Solar:

Photovoltaik &

solartherm. Kraftw.

Tiefen-

Geothermie

Wasserkraft,

Speicherkraftwerk

Biomasse

Heizkraftwerk,

Biogas,

Biokraftstoff

Windkraft

Gezeiten-, Wellen-,

Strömungskraftwerk


kWh/(m²a)

PE-Verbrauch 4 Pers. – 120 m²: altes Gebäude – normales Verhalten

400

350

300

250

200

150

kWh/(m²y)

Train & Bus

Flight NY

Flight Holiday

Flight 1

Car 12,5 L/100 km

Electricity

Prime Energy Factor

Losses

Warm Water

Heating

100

50

0

10.000 km/a

12,5 l/100 km

5.000 km/a

1,8 l/100 km

Heating/WW Electricity Car Plane Train&Bus


kWh/(m²a)

PE-Verbrauch 4 Pers. – 120 m²: Passivhaus – Verkehr optimiert

400

350

300

250

200

150

kWh/(m²y)

Train & Bus

Flight NY

Flight Holiday

Flight 1

Car 3,0 L/100 km

Electricity

Prime Energy Factor

Losses

Warm Water

Heating

100

50

10.000 km/a

3,0 L/100 km

10.000 km/a

1,8 l/100 km

0

Heating/WW Electricity Car Plane Train&Bus


kWh/(m²a)

PE-Verbrauch 4 Pers. – 120 m²: Passivhaus – Verkehr optimiert

400

350

300

250

200

150

kWh/(m²y)

Train & Bus

Flight NY

Flight Holiday

Flight 1

Car 3,0 L/100 km

Electricity

Prime Energy Factor

Losses

Warm Water

Heating

100

50

0

10.000 km/a

3,0 L/100 km

Plus Energy Building: Photovoltaic-Panels > 64 m²

10.000 km/a

1,8 l/100 km

Heating/WW Electricity Car Plane Train&Bus


Wohnungsbau: Passivhäuser – Plusenergiehäuser

Residential Buildings: Passive houses – Plus energy houses

250

200

kWh/(m²y)

Prime Energy

Photovoltaics

Electricity

150

100

kWh/(m²y)

Cooling

Warm Water

Heating

50

0

-50

Standard Efficient PV

EFH Erlangen

Schulze Darup & Partner, Nürnberg


dena- Modellprojekt „Effizienzhaus Plus“: HOLZ5 in Bad Aibling

Effizienzkomponenten

Heizung / WW

Nahwärme

mit Biomasse

Photovoltaik

Smart Grid

Zu-/Abluftanlage

mit 85 % WRG

Flachdach

U = 0,11 W/(m²K)

Fenster

Uw = 0,85 W/(m²K)

Außenwand

U = 0,14 W/(m²K)

Qualitätssicher.

- Luftdichtheit

- Wärmebrücken

- Bauprozess

- Facility Manag.

Bodenplatte

U = 0,10 W/(m²K)


HOLZ5 Bad Aibling

Primärenergiebilanz


Realschule Feuchtwangen - Plusenergiebilanz

Secondary school Feuchtwangen – Plus energy balance


Playground

Meeting Places

Tenants-

Gardens

Balkonies

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Städtebauliche Entwicklung

Urban development

Photovoltaics

Electricity

Warm Water

Heating

-1000

-2000

Standard Planning PV

-3000


2010

Primeenergy

Heating,

Warmwater

kWh/m²a

>300

250

200

175

150

125

100

75

50

25

0

-25

-50

Klimaschutzkonzept Neumarkt i. d. Oberpfalz

Quelle: arge etz Nürnberg, kewog Regensburg, Schulze Darup & Partner Nürnberg


2050

Primeenergy

Heating

Wrmwater

kWh/m²a

>300

250

200

175

150

125

100

75

50

25

0

-25

-50

Klimaschutzkonzept Neumarkt i. d. Oberpfalz

Quelle: arge etz Nürnberg, kewog Regensburg, Schulze Darup & Partner Nürnberg


Nürnberg – CO 2 -Reduktion bis 2050: 80 %


2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

2035

2036

2037

2038

2039

2040

2041

2042

2043

2044

2045

2046

2047

2048

2049

2050

Heizenergiebedarf (MWh/a) – Referenzszenario /1,2 % San.-Quote

4.000.000

MWh/a

3.500.000

1988-1994

3.000.000 1979-1987

2.500.000

1969-1978

Neubau

2.000.000

1958-1968

1.500.000

1949-1957

1.000.000

500.000

1919-1948

bis 1918

0

Neubau

MFH 2005-2010

EFH 2005-2010

MFH 2002-2004

EFH 2002-2004

MFH 1995-2001

EFH 1995-2001

MFH 1988-1994

EFH 1988-1994

MFH 1979-1987

EFH 1979-1987

MFH 1969-1978

EFH 1969-1978

MFH 1958-1968

EFH 1958-1968

MFH 1949-1957

EFH 1949-1957

MFH 1919-1948

EFH 1919-1948

MFH bis 1918

EFH bis 1918

Sonstiges


2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

2035

2036

2037

2038

2039

2040

2041

2042

2043

2044

2045

2046

2047

2048

2049

2050

Heizenergiebedarf (MWh/a) – Klimaschutzszenario /1,5 % San.-Quote

4.000.000

MWh/a

3.500.000

1988-1994

3.000.000

1979-1987

2.500.000

1969-1978

2.000.000

1958-1968

Neubau

1.500.000

1949-1957

1.000.000

500.000

1919-1948

bis 1918

0

Neubau

MFH 2005-2010

EFH 2005-2010

MFH 2002-2004

EFH 2002-2004

MFH 1995-2001

EFH 1995-2001

MFH 1988-1994

EFH 1988-1994

MFH 1979-1987

EFH 1979-1987

MFH 1969-1978

EFH 1969-1978

MFH 1958-1968

EFH 1958-1968

MFH 1949-1957

EFH 1949-1957

MFH 1919-1948

EFH 1919-1948

MFH bis 1918

EFH bis 1918

Sonstiges


2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

2035

2036

2037

2038

2039

2040

2041

2042

2043

2044

2045

2046

2047

2048

2049

2050

Heizenergiebedarf (MWh/a) – Klimaschutzszenario /2,0 % San.-Quote

4.000.000

MWh/a

3.500.000

1988-1994

3.000.000

1979-1987

2.500.000

1969-1978

2.000.000

1958-1968

1.500.000

Neubau

1949-1957

1.000.000

500.000

1919-1948

bis 1918

0

Neubau

MFH 2005-2010

EFH 2005-2010

MFH 2002-2004

EFH 2002-2004

MFH 1995-2001

EFH 1995-2001

MFH 1988-1994

EFH 1988-1994

MFH 1979-1987

EFH 1979-1987

MFH 1969-1978

EFH 1969-1978

MFH 1958-1968

EFH 1958-1968

MFH 1949-1957

EFH 1949-1957

MFH 1919-1948

EFH 1919-1948

MFH bis 1918

EFH bis 1918

Sonstiges


2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

2035

2036

2037

2038

2039

2040

2041

2042

2043

2044

2045

2046

2047

2048

2049

2050

Heizenergiebed. (MWh/a) – Best Practice Szenario /2,0% San.-Quote

4.000.000

MWh/a

3.500.000

3.000.000 1988-1994

1979-1987

2.500.000

1969-1978

2.000.000

1958-1968

1.500.000

Neubau

1949-1957

1.000.000

500.000

1919-1948

bis 1918

0

Neubau

MFH 2005-2010

EFH 2005-2010

MFH 2002-2004

EFH 2002-2004

MFH 1995-2001

EFH 1995-2001

MFH 1988-1994

EFH 1988-1994

MFH 1979-1987

EFH 1979-1987

MFH 1969-1978

EFH 1969-1978

MFH 1958-1968

EFH 1958-1968

MFH 1949-1957

EFH 1949-1957

MFH 1919-1948

EFH 1919-1948

MFH bis 1918

EFH bis 1918

Sonstiges


Gründerzeitgebiet – Energiedichte pro m² Grundstücksfläche

GFZ: 2,5 / Beheizte Fläche pro m² Grundstücksfläche: 1,8 m²/m²


Gründerzeitgebiet – Energiedichte pro m² Grundstücksfläche

GFZ: 2,5 / Beheizte Fläche pro m² Grundstücksfläche: 1,8 m²/m²


Energieeffizienzstrategie Nürnberg 2050 – Klimaschutzszenario

Energy strategy Nuremberg 2050 – climate protection scenario

GWh/a

Effizienz

efficiency


Kommunale und regionale Wertschöpfung

Communal and regional value creation

GWh/a

Effizienz

efficiency

Wertschöpfung:

Überregional BRD/EU

Region/Bayern

Stadt Nürnberg

Fossil - Global


Kommunale und regionale Wertschöpfung

Communal and regional value creation

GWh/a

Effizienz

efficiency

Wertschöpfung:

Überregional BRD/EU

Region/Bayern

Stadt Nürnberg

Fossil - Global

650 Mio €/a

(0,05 €/kWh)

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