Von der Energieschleuder zum Plusenergiehaus? - Die neue ...

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Haustechnik
Von der Energieschleuder zum Plusenergiehaus?
Teil 1: Heizungsumbau in einem MFH mit Passivhausziel
Bei der Haustechnik eines Mehrfamilienhauses im Altbau-
Passivhaus-Standard, der vom Passivhaus-Institut nun den Namen
„EnerPHit“ bekommen hat, gibt es vieles zu beachten.
Eine besondere Herausforderung ist die effiziente Bereitstellung
von Heizwärme und Warmwasser. Dabei gibt es mehrere
Wege, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Vor allem
geht es um die Begrenzung von Verlusten, die können am
Ende mehr ausmachen, als der eigentliche Bedarf.
Autor:
Friedemann Stelzer,
Ingenieurbüro Energiebuendel,
Reutlingen
Im letzen Jahr hat der Autor
ein Mehrfamilienhaus energetisch
modernisiert, das 1903
als Fabrikantenvilla gebaut,
im Krieg ausgebombt und
danach mit einfachen Mitteln
wieder aufgebaut wurde.
Neben den vielen Wärmebrücken-
und Luftdichtheits-
Details und dem Einbau von
Lüftungstechnik ist eine besondere
Herausforderung die
Modernisierung der 8 Heizungen
gewesen. Die Umsetzung
durch einen kompetenten und
engagierten Fachbetrieb war
Voraussetzung für das gute
Gelingen. Nunmehr wird zentral
mit solarer Unterstützung
geheizt.
Ausgangsbasis:
7 Gasetagenheizungen
Im Altbau gab es 4 Kamine
für die ehemaligen Kohleöfen
und Etagen-Heizungen. Die 7
Gas-Kombithermen (Baujahre
von 1994 bis 2008) hingen in
den Bädern bzw. Küchen und
waren an zwei der Kamine
angeschlossen. Entsprechend
gab es für jede Wohnung
eigene Gaszähler. Eine Wohnung
war sogar noch mit
Gaseinzelöfen und einem
Gasdurchlauferhitzer für
Warmwasser ausgestattet.
Eine Wohnung im Dachgeschoss
hatte allerdings schon
eine Brennwert-Therme.
Ein derartiger Versorgungsmischmasch
ist in MFH mit
Privateigentümern weit verbreitet
– besonders wenn sie
gebaut wurden, bevor die
Zentralheizung Usus wurde.
Die Umrüstung auf wohnungsweise
Warmwasserheizung
(meist ab den 60er
Jahren) hatte für die Vermieter
Vorteile. Ein Kochgasanschluss
war oft schon vorhanden
und so konnten die Wohnungen
nach und nach, z.B.
bei Mieterwechsel, heiztechnisch
modernisiert werden
und die entsprechenden Mieterhöhungen
ließen sich leicht
am Wohnungsmarkt realisieren.
Außerdem ist der Verwaltungsaufwand
für den Eigentümer
minimal: Er hat nichts
mit der Heizkostenabrechnung
zu tun. Das Gas wird von den
Mietern direkt mit dem Versorger
abgerechnet. Die auf
Dauer relativ hohen Wartungskosten
stören den Besitzer
auch nicht, sie werden
umgelegt. Allerdings sind die
Investitionskosten auf Grund
der begrenzten Haltbarkeit
von ca. 15 Jahren durch häufiges
Takten der Geräte nicht
zu unterschätzen.
Nachteilig sind Etagenheizungen
auch aufgrund der
vielfachen Verluste der
Wärmebereitstellung für die
Heizung. Ein Außentemperaturfühler
ist meist nicht vorhanden.
Sofern die Mieter/
innen nicht z.B. bei Abwesenheiten
am Tag die Nachtabsenkung
einschalten, läuft die
Heizung und auch die Umwälzpumpe
durch. Bei dem
schlechten Dämmstandard
damals auch über weite Zeiträume
des Jahres.
Die geringen Vorhalte-Verluste
für Warmwasser sind dagegen
günstig, denn dieses
wird in den üblichen Kombithermen
nur bereitet, wenn
gezapft wird. Der im Gerät
integrierte Speicher ist sehr
klein – wenn überhaupt vorhanden.
Abb. 1:
Eine stattliche Fabrikantenvilla
Ansichtsplan von 1903, im Krieg ausgebombt,
als Mehrfamilienhaus wieder
aufgebaut und 60 Jahre später
mit einer energetischen Grundsanierung
fit gemacht für die Zukunft.
Die Heizkörper und Leitungsnetze
waren in allen
Wohnungen unterschiedlich,
zum Teil gab es Zweirohrsysteme,
teils Einrohrnetze und
sogar eine Mischung aus
beiden.
Auf dem Weg zur
Energiewende vor Ort
Bei der Entscheidung für
ein neues Heizsystem sind
gerade bei Mehrfamilienhäusern
mit einer wärmetechnischen
Sanierung, die dem
Passivhaus-Niveau nahe
kommt, die möglichen Verteilungsstrategien
und notwendigen
Temperaturen entscheidend,
wenn man die
Verluste klein halten will.
Außerdem ist natürlich die
Frage wichtig, welche Energieträger
bzw. Heizsysteme
eingesetzt werden können und
sollen.
Grundsätzlich ist es das
Ziel, das Gebäude erst auf

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Abb. 2:
Verteilung der Heizleitungen über
alte Kamine und Anschluss an das
vorhandene Wohnungsnetz
Abb. 3:
Neue Heizzentrale mit Pufferspeicher,
alter Brennwert-Therme und
Warmwasserbereiter über externen
Wärmetauscher. Erst in Bau, dann
sind die Heizleitungen in der Deckendämmung
verschwunden.
einen sehr geringen Energiebedarf
zu bringen und dann
den Restwärmebedarf möglichst
auf erneuerbare Energien
umzustellen. Als Wege
dahin gibt es zwei Möglichkeiten:
a) die Umrüstung auf einen
Holz-Pellets-Kessel und
b) eine gasbetriebenes BHKW
mit der Nutzung von Biogas,
wenn solches zukünftig
nachhaltig erzeugt zur
Verfügung steht.
Aus zwei Gründen wurde
Variante b) gewählt. Zum
einen sind vordergründig die
Kosten entscheidend, da in
diesem Fall durch die Reduktion
des Wärmebedarfs vorerst
eine der vorhandenen Thermen
für die Erzeugung des
gesamten Wärmebedarfs für
Heizung und Warmwasserbereitung
ausreichend ist. Gewählt
wurde natürlich die
Brennwert-Therme. Zum anderen
ist eine spätere Nachrüstung
eines Micro-BHKW
möglich, was auch den vor
Ort generierten erneuerbaren
Stromanteil deutlich erhöhen
würde. Eine Deckung des
Gebäudeenergiebedarfs aus
100 % erneuerbaren Energien
ist möglich.
Aus 8 mach 1: Wärmeerzeugung
und -verteilung
Die bislang genutzten
Kamine konnten stillgelegt
und für die Leitungsführung
der Heizwärmeverteilungen
genutzt werden. Ein bislang
ungenutzter Kamin wurde
durch die Umstellung auf
Brennwert-Nutzung sehr kostengünstig
so auf den Stand
gebracht, dass darin auch die
Solarleitungen verlegt werden
konnten.
Diese Konfiguration setzt
einen Pufferspeicher voraus,
weil die Anlage für 12 Personen
ausgelegt wurde. Die
vorhandene 24 kW-Therme
kann zwar das 7-Familienhaus
mit Heizwärme versorgen,
aber keine ausreichende
Leistung für die Warmwasser-
Erzeugung bereit stellen. Hierzu
passt eine thermische
Solaranlage, die neben der
WW-Bereitung gerade bei den
niedrigen Vorlauftemperaturen
für die PH-Heizung einen
relevanten Beitrag leisten
kann. Dazu mehr im zweiten
Teil.
Die größte Schwierigkeit ist
dann die Notwendigkeit für
eine neue Zentralheizung mit
Warmwasser-Versorgung das
Leitungsnetz hinsichtlich der
Druckverluste und der Temperaturen
zu optimieren. Vorhanden
waren die wohnungszentralen
Verteilsysteme mit
Heizung und Trinkwarmwasserverteilung.
Und diese
sollten auch bleiben, da die
Wohnungen weiter bewohnt
wurden.
Heizungsverteilung
optimieren
Nun gibt es in den Wohnungen
zwei notwendige
Temperaturniveaus für die
Heizung. Zum einen für die
Heizung im Winter (unter
10°C Außentemperatur) mit
einer Vorlauftemperatur von
40°C bei 0°C Außentemperatur
für die alten Heizkörper und
zum anderen für die ganzjährige
Warmwasser-Bereitung
(46 °C). Gerade die Zirkulationsverluste
für die Bereitstellung
der Wärme sind relevante
Größen.
Für die Heizung wurde eine
möglichst tiefe Außentemperatur
für das Einschalten der
Pumpe gewählt, damit diese
nicht zu lange im Jahr läuft,
wenn keine Wärme in den
Wohnungen abgenommen
wird. Eine Innentemperatursteuerung,
wie das im Einfamilienpassivhaus
sinnvoll
sein kann, ist im Mehrfamilien-Haus
nicht angebracht.
Geschossweise sind sehr unterschiedliche
Heizleistungen
nötig. Passive Solargewinne
(und ihr Fehlen bei zeitweisen
Verschattungen) erfordern bei
niedrigen Wärmeverlusten individuelle
Anpassungen. Deshalb
ist kein Führungsraum
für eine zentrale Steuerung
definierbar.
Ein weiteres Problem waren
die unterschiedlichen 1- und
2-Rohrsysteme in den Wohnungen.
Hierzu konnte keine
Lösung gefunden werden, weil
zum einen die Mieter durch
Fenstertausch und Lüftungseinbau
ausreichend belastet
waren, zum anderen auch
kostenseitig eine komplett
neue Heizungsverteilung inkl.
Heizkörpern nicht akzeptabel
gewesen wäre. Deswegen
muss das Heizungswasser leider
mit relativ hohem Druck
umgewälzt werden, da dies
für die Einrohrsysteme notwendig
ist. Hier wäre ein weiteres
Einsparpotential.
Warmwasser: Zirkulationsverluste
minimieren
Beim Warmwasser kann
man auf verschiedene Strategien
zur Reduktion der Zirkulationsverluste
zurück
greifen.

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Haustechnik
Infokasten
Abb. 4:
Wohnungsübergabe-Station
Bei dem Gebäude handelt
es sich um eines der ersten
Gründerzeitgebäude, die
mit einer Holz-Zellulose-
Bauweise in Passivhaus-
Bauweise saniert wurde.
Die Wanddämmung besteht
Tabelle: U-Werte
U-Werte W/(m 2 K)
Dach 0,10
Außenwand 0,12
Fenster 0,77
Kellerdecke 0,11
aus Holzstegsträgern (300 mm, mit Einblasdämmung) und
60 mm Holzfaserdämmplatten.
Im Dach sind die partiellen Überreste der Mineralfaser durch
Zellulose-Zwischensparrendämmung ersetzt worden, die mit
OSB, ebenfalls ausgeflockten 300 mm Holzstegträgern und
3,5 cm Holzfaserplatte ergänzt wurde.
Luftdichtheitsebene ist der alte Außenputz und im Dach die
OSB-Platte. Die IV 92 Holzfenster mit Dreifachverglasung
wurden in Leibungskästen vor die alte Fassade in die
Dämmebene gesetzt (vgl. Beitrag in Heft 5-2009, S. 13 ff.).
Die Kellerdecke wurde mit 280 mm Mineralfaser (Brandschutz)
gedämmt. Hinzu kommen eine Sockeldämmung und
eine neue Haustüre.
Besonderheiten sind z.B. die fensterindividuelle Optimierung
von U- und g-Werten der Gläser und die Anmutung der
originalen Fassadenoptik mit Bögen am Fenstersturz.
Dahinter befinden sich Sonnenschutzjalousien und kostengünstige
rechteckige Fenster.
Die Wärmebrücken wurden im ersten Schritt in der Summe
mit einem Wert von DU WB
=0,02 W/(m 2 K) angesetzt.
Der PHPP-Heizwärmebedarf im Endzustand von
25 kWh/(m 2 a), entspricht dem vom Passivhaus-Institut
für Altbauten definierten EnerPHit-Niveau.
Sparsame Temperatursteuerung
Zum einen kann die Zirkulations-Solltemperatur
unterhalb der Warmwasser-
Solltemperatur und mit einer
größeren Hysterese gewählt
werden. Die Zirkulationstemperatur
hat dann z.B. nur
40°C. Wenn diese Temperatur
erreicht ist, wird die Zirkulation
gestoppt und erst wieder
eingeschaltet, wenn die
Temperatur eine Grenze von
z.B. 35°C unterschritten hat.
Damit läuft die Zirkulation
nur wenige Mal pro Tag.
Impulssteuerung beim
Zapfen
Eine andere Variante wäre
eine reine Pulssteuerung, bei
der die Zirkulation nur auf
Anforderung läuft. Sie springt
also für wenige Minuten an,
sobald jemand Warmwasser
zapft, was ein Pulsgeber erfasst.
Der Nutzer zapft kurz,
stellt das Wasser wieder ab
und kann dann nach kurzer
Zeit gewohnt Warmwasser
zapfen. Dies ist weniger
komfortabel und im Mehrfamilienhaus
unüblich.
Im umgesetzten Fall wird
eine Kombination aus beiden
Möglichkeiten gewählt. In den
Hauptnutzungszeiten läuft die
Zirkulation nach Temperatur,
ansonsten auf Pulsanforderung.
Die Alternative:
Übergabestationen
Alternativ zu zwei getrennten
Verteilungen für Heizung
und Warmwasser gibt es sogenannte
Wohnungsübergabestationen,
die auch an den
Plätzen der ehemaligen Thermen
hätten installiert werden
können. Diese vormontierten
Module enthalten wohnungsweise
alle notwendigen Armaturen
inkl. Zähler. Über Wärmetauscher
speisen sie sowohl
die Heizung als auch die
Trinkwarmwasser-Zapfstellen.
Der Vorteil ist die größere
Trinkwasser-Hygiene, weil das
warme Trinkwasser nicht zirkuliert
wird. Der Nachteil ist
aber, dass die Heizwasser-Zirkulation
ganzjährig mit relativ
hohen Temperaturen (min.
ca. 50°C) und quasi rund um
die Uhr laufen muss, weil
sonst die Verzögerungszeiten
für die Warmwasserzapfung
zu lange werden. Eine Pulssteuerung
wäre aber auch hier
denkbar.
Zum Zeitpunkt der Entscheidung
war den Beteiligten die
Entstehung der neuen, jetzt
aktuellen Trinkwasserverordnung
nicht bekannt. Das
gewählte System hat diesbezüglich
den Nachteil, dass nun
alle 3 Jahre das Warmwasser
stichprobenartig auf Legionellen
untersucht werden muss.
Beim Alternativsystem würde
dies entfallen.
Fazit
Vor allem aus den Aspekten
der verschwenderischen oder
sparsamen Verteilung von
Wärme kann man sehr unterschiedliche
Anlagenkonfigurationen
wählen. Jedenfalls
sind neue Heizungsanlagen,
die hydraulisch richtig ausgeführt
werden, viel sparsamer.
Günstiger werden:
die Investitionskosten, weil
nicht für jede Wohnung
komplette Anlagen vorgehalten
werden müssen
Wartungs- und Schornsteinfeger-Kosten
Nutzung von Solarwärme
Pumpenstrom, da nur eine
Pumpe das ganze Gebäude
versorgen kann
Teurer dagegen werden
Verluste der Trinkwasserzirkulation
bzw. Bereithaltung
des dafür notwendigen
Heizungskreislaufes. Vor
allem, wenn auf permanenten
Schutz vor Legionellen
geachtet wird.
Untersuchungen nach der
neuen Trinkwasserverordnung,
falls diese erforderlich
werden.
Im zweiten Teil dieses
Praxisberichtes geht es um die
Solar- und Lüftungsanlagen
und die Berechnung und Bewertung
der Energiebilanz.