32.863 KB - Energetische Sanierung der Bausubstanz - EnSan

IBP-Bericht WB 139/2008
Wissenschaftliches Begleitprojekt zum
Förderkonzept
Energetische Verbesserung der Bausubstanz
(EnSan)
im Energieforschungsprogramm des BMWi
Abschlussbericht der Projektphase 2
Johann Reiß
Hans Erhorn
Das Begleitprojekt wird gefördert vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
(BMWi)

Bauaufsichtlich anerkannte Stelle
für Prüfung, Überwachung und
Zertifizierung
Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile
und Bauarten
Forschung, Entwicklung, Demonstration
und Beratung auf den Gebieten
der Bauphysik
Institutsleitung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Sedlbauer
IBP-Bericht WB 139/2008
Wissenschaftliches Begleitprojekt zum Förderkonzept
Energetische Verbesserung der der Bausubstanz (EnSan)
im Energieforschungsprogramm des BMWi
(Förderkennzeichen:0329828E)
Abschlussbericht der Projektphase 2
Der Bericht umfasst
138 Seiten Text mit
20 Tabellen und
114 Abbildungen
und 13 Seiten Anhang
Stuttgart, 21. April 2008
Institutsleiter Abteilungsleiter Bearbeiter
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Gerd Hauser Dipl.-Ing. Hans Erhorn Dipl.-Ing. Johann Reiß
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Nobelstraße 12 · D-70569 Stuttgart
Telefon +49 (0) 711/970-00
Telefax +49 (0) 711/970-3395
www.ibp.fraunhofer.de
Institutsteil Holzkirchen
Fraunhoferstr. 10 · D-83626 Valley
Telefon +49 (0) 8024/643-0
Telefax +49 (0) 8024/643-66
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Projektgruppe Kassel
Gottschalkstr. 28a · D-34127 Kassel
Telefon +49 (0) 561/804-1870
Telefax +49 (0) 561/804-3823

Inhalt
1 Einleitung und Aufgabenstellung 4
2 Zusammenfassende projektübergreifende
Auswertung mit Erstellung von Leitfäden 6
2.1 Querauswertung und Beschreibung abgeschlossener Vorhaben 6
2.1.1 Solare Fassaden 6
2.1.2 Beschreibung der in den Demonstrationsprojekten umgesetzten
Anlagentechniken 7
2.1.2.1 3-Liter-Haus-Mannheim 7
2.1.2.2 Modernisierung von drei kleinen Wohngebäuden in Hofheim 11
2.1.2.3 Gründerzeitgebäude Zittau 13
2.1.2.4 Sanierung eines innerstädtischen Geschoss-Wohnungsgebäudes mit
gewerblicher Nutzung in Hamburg 14
2.1.2.5 Sanierung eines Wohnhochhauses in Karlsruhe 15
2.1.2.6 Sanierung eines großen Mehrfamiliengebäudes vom Typ P2 auf das
Niveau eines Niedrigenergiehauses in Berlin-Friedrichshagen 16
2.1.2.7 Sanierung eines Wohngebäudes in Schwabach 17
2.1.2.8 Revitalisierung des Haupthauses der KfW in Frankfurt 18
2.1.2.9 Sanierung eines Bürogebäudes im Passivhaus-Standard in Tübingen 19
2.1.2.10 Sanierung der Käthe-Kollwitz-Schule in Aachen 20
2.1.2.11 Sanierung Universitäts-Bibliothek Bremen 23
2.1.2.12 Sanierung der Kindertagestätte Plappersnut in Wismar 25
2.1.2.13 Sanierung Altenpflegeheim Haus Sonnenberg in Stuttgart (KORIAS) 26
2.1.2.14 Sanierung des Studentenwohnheimes „Neue Burse“ in Wuppertal 27
2.1.2.15 Sanierung des Laborgebäudes Jülich 28
2.1.2.16 Sanierung des Gutshofkomplexes in Wietow 29
2.1.2.17 Sanierung des katholischen Gemeindezentrums in Ulm-Böfingen 30
2.1.3 Auswertung und Beschreibung abgeschlossener
Demonstrationsvorhaben 31
2.1.3.1 3-Liter-Haus Mannheim 32
2.1.3.2 Sanierung von Wohngebäuden aus der Gründerzeit am Beispiel der
Bautzener Straße 11 38
2.1.3.3 EnSan-Projekt Karlsruhe – Goerdelerstraße 51
2.1.3.4 Innovative Niedrigenergiesanierung Albert –Schweitzer-Viertel in Berlin-
Friedrichshagen 61
2.1.3.5 Sanierung der Käthe-Kollwitz-Schule in Aachen 71
2.1.4 Gegenüberstellung der Vorhaben und der Energieverbräuche vor und
nach der Sanierung 86
2.2 Beschreibung von Energieeinspartechniken und Erstellung von
Leitfäden 88
2.2.1 Energieeinspartechniken 88
2.2.1.1 Bauliche Systeme 88
2.2.1.2 Anlagentechnik 94
2.2.1.3 Hybride Systeme 104
2.2.1.4 Beleuchtung und Belichtung 107
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2.2.1.5 Effizienter Sonnenschutz 111
2.2.1.6 Regelung 114
2.2.2 Leitfäden 117
2.2.2.1 Energetische Inspektion von Lüftungs- und Klimaanlagen sowie
Kälteanlagen 117
2.2.2.2 Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten 118
2.2.2.3 Schulen 119
3 Internetpflege und -fortschreibung 120
3.1 EnSan-Demonstrationsvorhaben 121
3.2 Internationale Zusammenarbeitsprojekte 127
3.3 EnSan-Veröffentlichungen 127
3.4 EnSan-Veranstaltungen 130
3.5 Nachfragestatistik der EnSan-Internetseite 131
4 Durchführung geeigneter Aktivitäten zur Verbreitung und
Umsetzung der Ergebnisse bei Projektpartnern, in die
Berufspraxis und in Planungsbüros 134
4.1 Juli 2003, Stuttgart 134
4.2 September 2003, Bremen 134
4.3 Februar 2004, Stuttgart 134
4.4 Oktober 2004, Jülich 135
4.5 März 2006, Stuttgart 135
4.6 Juli 2006, Frankfurt 136
4.7 Januar 2007, München 136
5 Zuarbeit für PTJ/BMWi bei der Bewertung neuer
Projektskizzen 137
6 Teilnahme an Lenkungsausschusssitzungen und
Abstimmungsgesprächen 137
7 Veröffentlichungen 138
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1 Einleitung und Aufgabenstellung
Das Förderkonzept „Energetische Sanierung der Gebäudesubstanz EnSan“ wurde
1998 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) mit dem Ziel initiiert,
Konzepte zu entwickeln und zu demonstrieren, mit denen zielgerichtet und beschleunigt
der Energieaufwand für Altbauten signifikant reduziert werden kann. Die
Erfolge und Fortschritte, die in den vorausgegangenen 15 Jahren mit der Effizientsteigerung
im Bereich der Neubauten gemacht wurden, wollte man auch auf den
Bestandsbau übertragen. Denn nur durch die energetische Verbesserung der Altbausubstanz
können die CO 2 -Emissionen im Gebäudesektor nachhaltig gesenkt
werden. Zum Zeitpunkt der Auflegung des Förderkonzeptes waren die Bauaktivitäten
im Bereich der Sanierung noch gering. Maßnahmen, die bei einer Sanierung
vorgenommen wurden, führten häufig nur zur unwesentlichen Reduzierung des
Energieverbrauchs.
EnSan ist mit dem damals ehrgeizigen Ziel angetreten, den Endenergieverbrauch für
Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung um mindestens 50 % gegenüber dem
Zustand vor der Sanierung zu senken. Dabei sollte der Stromverbrauch für die Hilfsenergie,
die für die Beheizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung notwendig
ist, primärenergetisch bewertet werden. Es sollten möglichst alle Gebäudetypen,
die Raumwärme benötigen, ins Vorhaben aufgenommen werden. Dies führte zu
den folgenden 7 Gebäudegruppen:
−
−
−
−
−
−
−
Kleine Wohngebäude
Innerstädtische Wohn- und gemischt genutzte Gebäude
Große Gebäudekomplexe
Büro- und Verwaltungsgebäude
Bildungsstätten
Beherbergungsgebäude, Wohnheime und Pflegestätten
Sonstige Gebäude
Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik wurde zusammen mit der TU München (Prof.
Rouvel) in einer ersten Projektphase, die sich vom 1. August 1998 bis 31. Januar
2003 erstreckte, mit folgenden Aufgabenschwerpunkten beauftragt:
−
−
−
−
−
Unterstützung des BMWA beim Bekanntwerden des Förderkonzeptes und bei
der Auswahl geeigneter Projektvorschläge.
Koordination des Projektverbundes auf der Basis abgestimmter Mindestanforderungen
an Forschungsinhalte und Validierungsmessprogramme.
Zusammenfassende projektübergreifende Auswertung.
Durchführung geeigneter Aktivitäten zur Vorbereitung und Umsetzung der Ergebnisse
in die Berufspraxis im Handwerk und in Planungsbüros.
Vorbereitung eines IEA-Projekts „Retrofitting of Educational Buildings“
Am Ende dieser Phase 1 umfasste EnSan 14 Demonstrationsprojekte. Die bis dahin
vom Begleitteam durchgeführten Arbeiten sind im Abschlussbericht der Projektphase
1 zusammengefasst. Die darauf folgende Projektphase 2, in der neben der TU
München noch das Fachinstitut Gebäude-Klima e.V. – FGK eingebunden war, erstreckte
sich vom 1.Februar 2003 bis 31. Januar 2006. Während dieser Laufzeit stellten
die folgenden Themen die Aufgabenschwerpunkte dar:
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−
−
−
−
−
Zusammenfassende projektübergreifende Auswertung mit Erstellung von Leifäden
Internetpflege und –fortschreibung
Durchführung geeigneter Aktivitäten zur Verbreitung und Umsetzung der Ergebnisse
bei Projektpartnern, in der Berufspraxis und in Planungsbüros
Zuarbeit für PTJ/BMWi bei der Bewertung neuer Projektskizzen
Teilnahme an Lenkungsausschusssitzungen und Abstimmungsgesprächen
Im Anschluss daran folgte eine Aufstockung bis Ende April 2007. Danach wurde das
Vorhaben kostenneutral verlängert bis Ende Juli 2007. Da Professor Rouvel im Dezember
2005 emeritiert wurde, war eine weitere Zusammenarbeit über diesen Zeitpunkt
hinaus nicht mehr möglich. Auch das Fachinstitut Gebäude-Klima e.V. – FGK
war im Rahmen der Aufstockung nicht mehr im Begleitteam involviert. Um weiterhin
einen Vertreter der Anlagentechnik im Begleitteam zu haben, wurde Professor
Jensch von der Fachhochschule München ins Vorhaben mit eingebunden.
In den folgenden Kapiteln des Berichtes sind die wichtigsten durchgeführten Arbeiten
beschrieben.
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2 Zusammenfassende projektübergreifende Auswertung
mit Erstellung von Leitfäden
Im Rahmen der Begleitforschung wurden Querauswertungen durchgeführt, abgeschlossene
Vorhaben ausgewertet und Leitfäden erstellt.
2.1 Querauswertung und Beschreibung abgeschlossener Vorhaben
2.1.1 Solare Fassaden
Fassaden haben eine multifunktionale Aufgabe. Sie schützen beispielsweise vor
Wind, Regen, Kälte, Hitze und Schalleinwirkung. Im Buch „Solare Fassadensysteme“,
das vom Begleitteam erstellt und 2005 vom IRB Verlag veröffentlicht wurde,
Bild 2.1.1.1:
Titelseite des vom EnSan-Begleitteam erstellten Buches über solare Fassadensysteme
liegt das Augenmerk speziell auf den solaren Fassadensystemen, die im Rahmen von
Sanierungen umgesetzt wurden. Es werden daher gezielt EnSan-Demonstrationsvorhaben
mit ausgeführten und untersuchten solaren Fassadensystemen beschrieben.
Zu den solaren Fassadensystemen rechnet man passive Systeme wie beispielsweise
Fenster, Atrium, Wintergarten, transparente Dämmung, und Doppelfassade.
Daneben zählen Hybridsysteme wie Bauteilaktivierung mit Luft/Wasser sowie
hybride transparente Wärmedämmung ebenso zu den solaren Fassadensystemen,
wie auch die aktiven Systeme der direkten Zuluftvorwärmung mittels Luftkollektoren
und die speichergestützten Systeme für Trinkwassererwärmung und Raumheizung.
Anhand ausgeführter Demonstrationsvorhaben erfolgt die Beschreibung und Funktionsweise
der solaren Komponenten. Ferner werden die durch die Systeme bewirk-
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ten, real gemessenen Energiegewinne dargestellt. Neben diesen Gewinnen sind
auch die Investitionskosten angegeben. Dies ermöglicht die Darstellung der Wirtschaftlichkeit.
Um eine möglichst breite Basis zu erhalten, wurden neben den EnSan-
Demoprojekten zusätzlich auch andere Forschungsvorhaben des Alt- und Neubaus
herangezogen. Die Auswertung und Gegenüberstellung aller solaren Systeme zeigt
die energetische, kostenmäßige und wirtschaftliche Rangfolge.
2.1.2 Beschreibung der in den Demonstrationsprojekten umgesetzten
Anlagentechniken
Neben der Verbesserung des Wärmeschutzes wurde bei allen Vorhaben auch die
Anlagentechnik saniert. Einige Gebäude waren vor der Sanierung nur mit Einzelofenheizung
ausgestattet. In diesen Fällen erfolgte eine komplette Neuinstallation.
Bei anderen Vorhaben wiederum erfolgte nur ein Austausch unterschiedlicher Komponenten.
In Folgenden sind die Anlagenschemen aller fertig gestellten Vorhaben
zusammengestellt.
2.1.2.1 3-Liter-Haus-Mannheim
Vor der Sanierung waren in den Wohnungen Einzelfeuerstätten eingebaut, die mit
Kohle, Öl oder Gas versorgt wurden. Das Trinkwarmwasser wurde in dezentralen
Elektroboilern, Kohlebadeöfen oder Gasdurchlauferhitzern erzeugt. Da im Rahmen
der Sanierung auch die Grundrisse umgestaltet wurden, war eine komplette Neuinstallation
notwendig. Die Wärmeversorgung erfolgt jetzt zentral in einem eigens dafür
neu erstellten Technikraum, angebaut an ein Nachbargebäude. Die Wärmeerzeugung
erfolgt mit einem Stirling-BHKW, das eine thermische Leistung von 6 kW
und eine elektrische von 850 W aufweist. Der vom BHKW produzierte Strom wird in
Bild 2.1.2.1:
Schematische Darstellung der Energieerzeugung, Speicherung und Verteilung in der Technikzentrale
des Nahwärmenetzes
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das öffentliche Netz eingespeist. Die überschüssige Wärme wird in einen Pufferspeicher
eingelagert. Die Abdeckung der Lastspitzen erfolgt mit einem Brennwertkessel
mit der Leistung von 185 kW. Von der Zentrale aus werden neben den 12 Wohnungen
des 3-Liter-Hauses noch weitere Gebäude versorgt. Es handelt sich hier um ein
Nahwärmenetz. In Bild 2.1.2.1 ist das Anlagenschema der Technikzentrale dargestellt.
Bild 2.1.2.2:
Schematische Darstellung des Gesamtgebäudes mit Angabe der Heiz- und Lüftungsvarianten, die in
den einzelnen Wohnungen installiert sind
Die GBG – Mannheimer Wohnungsbaugesellschaft saniert in naher Zukunft ein
Großteil seiner Wohnungen. Um Erfahrungen und Hinweise zu erhalten, welche
Heizsysteme sich bei den niedrigen Heizwärmeverbräuchen eignen, wurden in den
Bild 2.1.2.3:
Schematische Darstellung der Anagenvariante 1 (Standard). Die Zuluft wird in alle zu beheizenden
Räume mit der gleichen Temperatur eingeblasen.
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12 Wohnungen 5 unterschiedliche Varianten umgesetzt. In Bild 2.1.2.2 sind die
Wohnungen, die mit den unterschiedlichen Varianten ausgestattet sind, angegeben.
Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch den Komplexheitsgrad.
Bei Variante 1 (Luftheizung Standard) handelt es ich um ein Zu- und Abluftsystem
mit Wärmerückgewinnung. Die Außenluft wird zentral durch den Ventilator angesaugt,
dann über den Wärmerückgewinner geleitet und dabei durch die Wärme der
Abluft vorgewärmt und anschließend bei Bedarf durch ein warmwasserversorgtes
Heizregister auf die gewünschte Zulufttemperatur gebracht. Die Zuluft strömt mit
dieser Temperatur in alle beheizten Räume. Eine weitere Temperaturabstufung ist
bei diesem einfachen Luftheizsystem nicht möglich. Bild 2.1.2.3 zeigt die Anlagenvariante
1. Im Bad ist zusätzlich ein Heizkörper vorgesehen worden.
Bild 2.1.2.4:
Schematische Darstellung der Anagenvariante 2 (Luftheizung EG/OG). Die Zuluft kann dem Erd- und
Obergeschoss mit unterschiedlicher Temperatur zugeführt werden.
Die in Bild 2.1.2.4 dargestellte Anlagenvariante 2 (Luftheizung EG/OG) unterscheidet
sich von der Variante 1 dadurch, dass die Variante 2 zwei Heizregister für die Nacherwärmung
der Zuluft besitzt und so die zugeführten Luftströme im Erd- und Obergeschosse
unterschiedliche Lufttemperaturen aufweisen können. Diese Regelung
ermöglicht eine unterschiedliche Temperierung der Schlafräume im Obergeschoss
und der Wohnräume im Erdgeschoss.
Bei Anlagenvariante 3 (Luftheizung Komfort) kann die Zuluft vor jedem Raum mit
einem separaten Heizregister erwärmt werden. Eine Ausnahme stellen Bad und Küche
dar. Es handelt sich hier um Nassräume, in denen die Abluft abgezogen wird.
Das Bad ist wie bei Variante 1 und 2 mit einem Heizkörper ausgestattet.
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Bild 2.1.2.5:
Schematische Darstellung der Anlagenvariante 3 (Luftheizung Komfort)
Die Anlagenvariante 4 (Luftheizung Standard und Heizkörper) hat die Anlagenvariante
1 als Grundlage und zusätzlich ist noch in jedem Raum ein Heizkörper installiert.
Bei dieser Variante erfolgt die Lüftung einschließlich Wärmerückgewinnung
Bild 2.1.2.6:
Schematische Darstellung der Anlagenvariante 4 (Luftheizung Standard und Heizkörper)
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über das Lüftungssystem und die Heizung über die Heizkörper. Auf diese Weise
kann in jedem Raum eine individuelle Raumlufttemperatur vorgegeben werden.
Anlagenvariante 5 (Luftheizung Standard und Kapillarrohrmatten) unterscheidet sich
von Anlagenvariante 4 dadurch, dass statt Heizkörper Kapillarrohrmatten an der Decke
zur Beheizung der Räume oberflächennah im Putz verlegt sind. Die Kapillarrohrmatten
werden im Sommer auch zur Kühlung herangezogen. Hierzu ist außerhalb
des Gebäudes in einer Tiefe von ca. 1,2 m ein Flächenabsorber verlegt, der für
die Abkühlung des Wassers sorgt, das durch eine Umwälzpumpe zwischen Kapillarrohrmatten
und Erdabsorber zirkuliert.
Bild 2.1.2.7:
Schematische Darstellung der Anlagenvariante 5 (Luftheizung Standard und Kapillarrohrmatten)
Der Erdkollektor wurde nicht zu Heizzwecken herangezogen. Rechnerische Abschätzungen
vor der Messphase ergaben, dass der Arbeitsaufwand der Umwälzpumpe
höher ist als die aus dem Erdreich gewonnene Wärmemenge.
2.1.2.2 Modernisierung von drei kleinen Wohngebäuden in Hofheim
Die Wärmeerzeugung erfolgte je Gebäude zentral über einen im Keller installierten
Gas-Wärmeerzeuger (atmosphärischer Kessel), die Warmwasserbereitung zentral
über einen direkt beheizten Standspeicher.
Die Beheizung der Wohnflächen wurde über Kompaktheizkörper unter den Fensterflächen
gewährleistet, die mit kurzen Anbindungen an die auf Putz verlegten, ungedämmten
Steigleitungen angeschlossen waren. Die horizontale Verteilung war unter
der Kellerdecke außerhalb der thermischen Gebäudehülle installiert.
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Für die drei Gebäude wurde nach Sanierung eine zentrale Wärmeerzeugung konzipiert.
Diese wurde in dem endständigen Gebäude (Nr. 39) installiert, die beiden nebenliegenden
Gebäude (Nr. 35 + 37) werden über kurze erdverlegte Nahwärmeleitungen
bzw. Kellerleitungen versorgt.
Als Wärmeerzeuger wurde ein Pelletkessel mit einer Nennleistung von 35 kW installiert,
die Brennstofflagerung erfolgt in dem nebenliegenden Kellerraum. Aufgrund
des Mieter-Waschmaschinenbereiches zwischen Pelletlager und Kessel erfolgt die
Pelletförderung über Förderschnecke und Saugförderung.
Bild 2.1.2.8:
Schematische Darstellung der Energieerzeugung, Speicherung und Verteilung im Technikraum (Gebäude
Nr. 39) des Nahwärmenetzes.
Der Pelletkessel speist die erzeugte Wärme in zwei in Reihe geschaltete Pufferspeicher
ein, aus diesen werden über einen Verteiler zwei Heizkreise (für Haus Nr. 39
sowie Häuser Nr. 35+37) bedient. In jedem Gebäude ist ein Heizkreis mit witterungsgeführter
Vorlauftemperaturregelung (Mischer) mit Vorrangschaltung für die
Ladung des Warmwasserspeichers installiert. Je Gebäude ist ein zentraler Warmwasserspeicher
(300 Liter) vorhanden, die Speicherladung erfolgt über einen eingebauten
Wärmetauscher. Die Einzel-Regler der Gebäude sind mit der zentralen Kesselregelung
verknüpft.
Die vorhandene Gebäude-Wärmeverteilung wurde komplett ersetzt. Um die Heizleitungen
im Wesentlichen innerhalb der thermischen Hülle verlaufen zu lassen, wurde
je Geschoss eine Horizontal-Verteilung aufgebaut. Die Vertikalverteilung erfolgt über
eine Steigleitung vom KG bis DG im Installationsschacht Bäder. Die Horizontalleitungen
in den Wohnungen wurden in Sockelleisten verkleidet verlegt.
Die Heizkörper in den bewohnten Wohnungen wurden wieder an die neue Verteilung
angeschlossen, in den weiteren Wohnungen einschließlich Dachgeschoss wur-
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den neue Ventilheizkörper installiert. Alle Heizkörper wurden mit voreinstellbaren
Vorlaufventilen / Rücklauf absperrbar / Thermostatkopf ausgestattet.
2.1.2.3 Gründerzeitgebäude Zittau
Vor der Sanierung wurden die Wohnungen mit Einzelfeuerstätten beheizt. In den
Toiletten stand bisher kein Trinkwarmwasser zur Verfügung. Die Bäder waren meist
mit mietereigenen elektrischen Warmwasserspeichern ausgestattet. Eine zentrale
Trinkwarmwasserversorgung war nicht vorhanden.
Bild 2.1.2.9:
Schematische Darstellung der Heizungs- und Trinkwarmwasserversorgungsanlage des Gründerzeitgebäudes
in Zittau
Im Zuge der Sanierung wurde eine zentrale Warmwasserheizung und Trinkwarmwasserversorgung
installiert. Die Wohnungen sind mit Heizkörpern ausgestattet. In
der Gewerbeeinheit, die sich im Erdgeschoss befindet, wurde eine Fußbodenheizung
vorgesehen. Die Belüftung der Wohnungen erfolgt über Zuluftkastenfenster. In der
Gewerbeeinheit wurde nachträglich auch die Toilettenabluft am Abluftstrang der
Wohnungen angeschlossen.
Die Wärmeerzeugung erfolgt durch einen Gasbrennwertkessel (120 kW) und eine
elektrisch betriebene Abluftwärmepumpe (12 kW). Der Verdampfer der Wärmepumpe
befindet sich im Lüftungskanal der Wohnungsabluft. Die von der Wärmepumpe
erzeugte Wärme wird in einen Trinkwarmwasser-Vorwärmspeicher eingelagert.
Ferner besteht auch die Möglichkeit, die Überschusswärme an einen Pufferspeicher
abzugeben und somit die Heizung zu unterstützen. Der Gasbrennwertkessel
ist mit der Verteilung verbunden von der aus die Heizkörper in den Wohnungen,
die Fußbodenheizung und das Zuluft-Heizregister der Gewerbeeinheit sowie der
Wärmetauscher im Trinkwarmwasserspeicher versorgt wird. In Bild 2.1.2.9 ist die
Anlage schematisch dargestellt.
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2.1.2.4 Sanierung eines innerstädtischen Geschoss-Wohnungsgebäudes mit gewerblicher
Nutzung in Hamburg
Das Gebäude verfügte über keine einheitliche Raumwärmeversorgung und auch
keine einheitliche Trinkwarmwasserbereitung. Das Spektrum verwendeter Energieträger
reichte von Holz oder Kohle über Gas bis Strom. Die zur Energiewandlung
benutzten Wärmeerzeuger waren veraltet, bzw. an der Grenze ihrer Lebensdauer.
Von den Mietparteien wurden über Jahre Installationen in Eigenregie verändert.
Das Gebäude im Zuge der Sanierung insgesamt mit einem Brennwertkessel (60 kW
modulierend), einer Solarkollektoranlage (30 m²), Heizungspufferspeicher und drehzahlgeregelten
Pumpen ausgestattet. Die Trinkwarmwasserbereitung erfolgt über
einen zentralen Plattenwärmetauscher vom Pufferspeicher. Die gesamte Elektroinstallation
wurde erneuert. In der Standard-Gebäudehälfte erfolgt die Lüftung der innen
liegenden Bäder über Dachventilatoren und wohnungsweise eingestellten Volumenstrom-Regler.
In Bädern mit Fenster (nur 1 x im DG) erfolgt die Lüftung über
das Fenster.
Bild 2.1.2.10:
Schematische Darstellung der Anlagentechnik für die beiden Gebäudeteile
Die Rohrleitungen (Heizung und alle Wasserleitungen) wurden entsprechend EnEV
gedämmt. Die Wärmeverteilung in den Wohnungen und Gewerbeeinheiten erfolgt
über Heizkörper, dimensioniert entsprechend des Wärmebedarfs (Transmission und
Lüftung). In der EnSan - Gebäudehälfte erhielten alle Wohn- und Gewerbeeinheiten
eine Lüftungsanlage mit WRG, stufenlos regelbar (Zuluft in Wohn- und Schlafräumen,
Abluft über Bäder/Küchen). Die Wohnungstemperaturregelung erfolgt zusätzlich
zu den Thermostatventilen über ein zentrales elektronisches Wohnungsthermostat.
Die Rohrleitungen (Heizung und alle Wasserleitungen) wurden mit dem 1,5 fachen
EnEV-Dämmstandard gedämmt. Die Wärmeverteilung in den Wohn- und Ge-
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werbeeinheiten erfolgt über Heizkörper, dimensioniert entsprechend des Wärmebedarfs
(Transmission mit geringen Lüftungsanteilen).
2.1.2.5 Sanierung eines Wohnhochhauses in Karlsruhe
Vor der Sanierung erfolgte die Beheizung und Warmwasserbereitung des Gebäudes
durch erdgasbetriebene Kessel. Zur Warmwasserbereitung befand sich im Gebäude
eine Speicherbatterie, die von der Kesselanlage mittels Wärmetauscher beheizt wurde.
Insgesamt entsprach die Anlage bezüglich Wirkungsgrad, Regelung und Wärmedämmung
der Rohrleitungen nicht mehr dem Stand der Technik. Die Wohnungen
wurden über Dachventilatoren entlüftet. Die Abluft wurde in den Küchen, Bädern
und WCs zu festgelegten Zeiten entnommen und ließ sich nicht durch die Mieter
beeinflussen. Frischluft konnte über je eine Klappe im Rahmen des Wohnzimmerfensters
und über Undichtheiten nachströmen. Die Lüftungsanlagen entsprachen
nicht den heutigen Anforderungen an den Brandschutz und mussten daher
sowieso saniert werden.
Im Rahmen der Sanierung wurden die erdgasbetriebenen veralteten Kessel durch
zwei BHKW-Anlagen und einen Niedertemperatur-Spitzenlastkessel ausgetauscht.
Die jeweilige thermische Leistung liegt bei 200 kW und die elektrische bei 120 kW.
Der Spitzenlastkessel weist eine Leistung von 1150 kW auf. Die Wärmeerzeuger sind
im Technikraum aufgestellt, der sich im Untergeschoss des mittleren Gebäudekomplexes
befindet. Sie führen die erzeugte Wärme einer ebenfalls im Technikraum installierten
Verteilung zu. Von dort aus erfolgt der Wärmetransport über Heizleitungen
zur Unterverteilungsstation der zu versorgenden Gebäudeblöcke. Die Trinkwarmwassererwärmung
wird zentral über einen außerhalb des Trinkwarmwasser-
Bild 2.1.2.11:
Schematische Darstellung der Energieerzeugung, Speicherung und Verteilung im Technikraum (Gebäudeblock
2) des Nahwärmenetzes
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speichers installierten Wärmetauscher bewerkstelligt. Um ein häufiges Takten der
Wärmeerzeuger zu verhindern, wurden im Technikraum zwei jeweils 3.000 Liter fassende
Pufferspeicher untergebracht.
Die Abluftanlage mit regelbaren Abluftventilen entnimmt die Luft aus Küche, Bad
und WC und führt sie über Dach ab. Die Zuluft strömt über Außenluftdurchlässe,
die sich im oberen Blendrahmen der Fenster befinden, in die Wohn-, Schlaf- und
Aufenthaltsräume. Eine Wärmerückgewinnung findet nicht statt. Bild 2.1.2.11 zeigt
das Anlagenschema der Heizwärme- und Trinkwarmwasserversorgung.
2.1.2.6 Sanierung eines großen Mehrfamiliengebäudes vom Typ P2 auf das Niveau
eines Niedrigenergiehauses in Berlin-Friedrichshagen
Bei der ersten Heizungssanierung, die bereits 1994/95 stattfand, wurde die ursprüngliche
Einrohrheizung modernisiert und durch eine Zweirohrheizung mit Cu-
Rohren und Plattenheizkörpern ersetzt. Doch die Belüftung der innen liegenden Küchen
und Bäder war weiterhin als reine Konvektionslüftung ohne Ventilatoren und
Filter über einen Einfachverbundschacht ausgeführt. Die Zuluft gelangte über Fugen
und Undichtigkeiten in die Räume, was hohe Wärmeverluste im Winter und ungenügende
Lüftung im Sommer verursachte. Die Warmwasserbereitung erfolgte dezentral
mittels über 30 Jahre alte Gas-Warmwasserbereiter.
Die Gebäude werden auch nach der Sanierung mit Fernwärme beheizt. Eine Fernwärmeübergangsstation
versorgt jeweils 50 Wohnungen. Die Wohnungen des
Bild 2.1.2.12:
Schematische Darstellung der Wärme- und Trinkwarmwasserversorgung der Wohnungen des Albert
Schweizer Viertels 31-35 (ASV 31-35).
Albert Schweizer Viertels (ASV 31-35) sind mit Abluftanlagen ausgestattet. Im Abluftstrom
ist eine elektrische Wärmepumpe eingebaut, die die aufgenommene Energie
über einen außen liegenden Wärmetauscher an den Pufferspeicher abgibt. Die
Zuführung der Zuluft wird über Außenluftdurchlasselemente (ALD), die im Fenster-
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16

ahmen integriert sind, bewerkstelligt. Vom Pufferspeicher aus erfolgt dann die Wärmeübertragung
an den Trinkwarmwasserspeicher. In Bild 2.1.2.12 ist das Anlagenschema
dargestellt.
Bild 2.1.2.13:
Schematische Darstellung der Wärme- und Trinkwarmwasserversorgung der Wohnungen des Albert
Schweizer Viertels 36-40 (ASV 36-40).
Die Wohnungen des Albert Schweizer Viertels 36-40 werden mit einer mechanischen
Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung belüftet. Die Wärme der Abluft
wird für die Erwärmung der Zuluft genutzt. Zur Unterstützung der Trinkwarmwassererwärmung
dient eine thermische Solaranlage. Die Kollektorfläche beträgt
60 m². Die über die Solaranlage gewonnene Energie wird in den Pufferspeicher eingelagert
und von dort in der gleichen Weise wie bei den Wohnungen ASV 31-35
dem Trinkwarmwasserspeicher zugeführt. Bild 2.1.2.13 zeigt das Analagenschema
der Wohnungen des Albert Schweizer Viertels 36 – 40.
2.1.2.7 Sanierung eines Wohngebäudes in Schwabach
Die Beheizung erfolgte vor der Sanierung über Einzelöfen mit Kohle und Heizöl. Das
Trinkwarmwasser wurde ebenfalls dezentral über Elektroboiler und Durchlauferhitzer
erwärmt.
Im Rahmen der Sanierung wurde eine zentrale Heizungs- und Trinkwarmwasserversorgungsanlage
installiert. Die Wärmeerzeugung erfolgt mit einer Gasbrennwerttherme.
Die Trinkwarmwasserversorgung wird solar unterstützt durch einen 15 m²
großen Flachkollektor auf dem Westdach, einen 10 m² großen Fassadenkollektor
am Südgiebel und einen 15 m² umfassenden Röhrenkollektor ebenfalls auf dem
Westdach. Die von den Kollektoren gewonnene Wärme wird in zwei Pufferspeicher
eingelagert und von dort dann dem Ladespeicher und schließlich dem Trinkwarmwasserspeicher
zugeführt. Bild 2.1.2.14 zeigt das Anlagenschema des Innovationsgebäudes.
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17

Bild 2.1.2.14:
Schematische Darstellung des Wärme- und Trinkwarmwasserversorgungssystems.
2.1.2.8 Revitalisierung des Haupthauses der KfW in Frankfurt
Bild 2.1.2.15:
Schematische Darstellung des Wärme- und Trinkwarmwasserversorgungssystems.
Das Haupthaus der KfW wurde vor der Sanierung mit drei BHKW-Einheiten und
zwei Gaskessel beheizt. An dieser Konstellation wurde im Zuge der Sanierung nichts
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geändert. Man hat lediglich die beiden alten Gaskessel durch zwei Gasbrennwertkessel
ersetzt. Die Beheizung der Büroräume erfolgt über Plattenheizkörper vor der
Brüstung. Die Wandelhalle im Erdgeschoss ist mit einer Fußbodenheizung ausgestattet.
Der große Sitzungssaal besitzt einen Klimaboden, über den geheizt und gekühlt
werden kann.
Die Trinkwarmwasserbereitung erfolgt dezentral mit elektrischen Untertischdurchlauferhitzern,
da der Warmwasserbedarf niedrig ist und bei einer zentralen Versorgung
infolge der großen Leitungslängen die Zirkulations- und Leitungsverluste unverhältnismäßig
hoch wären.
Im Zuge der Sanierung wurde eine zentrale Abluftanlage installiert. Die Zuluft strömt
über Zuluftelemente, die über dem Fenster angebracht sind, in den Raum. Die Abluft
wird zentral in einem Steigkanal abgeführt.
2.1.2.9 Sanierung eines Bürogebäudes im Passivhaus-Standard in Tübingen
Das in den 50er Jahren erbaute Gebäude wurde erst vom französischen Militär genutzt
und diente später einer deutschen Behörde als Verwaltungsgebäude. Die Beheizung
erfolgte durch zwei in einer benachbarten Kaserne installierte Ölkessel. Die
Räume waren mit konventionellen Radiatoren ausgestattet. Das Warmwasser wurde
elektrisch erwärmt. Die Belüftung erfolgte über Fenster.
Im Rahmen der Sanierung wurde ein komplett neues Anlagensystem zur Beheizung,
Belüftung und Trinkwarmwasserversorgung installiert. Die Wärmerzeugung erfolgt
durch eine modulierende Gasbrennwerttherme (24 kW). In den einzelnen Räumen
sind Heizkörper installiert. Das benötigte Trinkwarmwasser wird im Durchlaufverfahren
erwärmt.
Bild 2.1.2.16:
Darstellung des Anlagenschemas für die Beheizung, Belüftung und Trinkwarmwasserversorgung.
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Das Gebäude ist mit einer Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung ausgestattet.
Die Außenluft wird im Winter über einen Sole/Luft-Wärmetauscher und anschließend
über den Luft/Luft-Wärmetauscher geführt. Durch die Vorwärmung der
Außenluft durch den Sohle/Luft-Wärmetauscher kann im Winter Frostfreiheit am
Luft/Luft-Wärmetauscher erreicht werden. Im Sommer kann die Zuluft auf diese
Weise gekühlt werden. Außerhalb der Heizzeit wird der Luft/Luft-Wärmetauscher
durch den Bypass beidseitig umfahren. Der Ventilatorstromverbrauch wird dadurch
reduziert. Die Sohlerohre sind im Arbeitsraum des Gebäudes verlegt worden. In Bild
2.1.2.16 ist das Anlagenschema dargestellt.
2.1.2.10 Sanierung der Käthe-Kollwitz-Schule in Aachen
Vor der Sanierung erfolgte die Wärmeerzeugung mit zwei gasbetriebenen Heizkesseln
mit der Einzelleistung von 500 kW. Über eine Einrohrheizung mit oberer Verteilung
wurden die installierten Guss- und Stahlheizkörper mit Heizwasser versorgt.
Thermostatventile waren nicht in allen beheizten Räumen eingebaut. Das Trinkwarmwasser
wurde in zwei jeweils 500 Liter fassenden Speicher durch die vorhandene
Kesselanlage erwärmt. Mit Ausnahme der Lüftung in der Schulküche und kleineren
Abluftanlagen in den Fachklassen verfügte die Schule über keine weitere Lüftung.
Im Zuge der Sanierung wurden die Heizkessel durch einen Fernwärmeanschluss (Anschlussleistung
550 kW) der Stadt Aachen ersetzt. Die Einrohrheizung wurde zu einer
Zweirohrheizung umgebaut. Durch Rückbau der Heizflächen erfolgte die Anpassung
der Heizleistung. Die beiden alten Trinkwarmwasserspeicher wurden durch einen
300 Liter fassenden ersetzt. Das vorhandene Trinkwarmwassernetz wurde stillgelegt
und nur für den Küchenbereich durch ein neues ersetzt. In Bild 2.1.2.17 ist
das Anlagenschema für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung dargstellt.
Bild 2.1.2.17:
Darstellung des Anlagenschemas für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung
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Aufgrund der Messergebnisse der Bestandsaufnahme zur CO 2 -Konzentrationen in
Klassenräumen beschloss die Bauherrschaft, mechanische Lüftungssysteme einzusetzen.
Um die Effizienz unterschiedlicher Anlagensysteme zu untersuchen, wurden
folgende Systeme umgesetzt:
− Fensterlüftung
− WRG-E-600-FL (Wärmerückgewinnung, Einzelraum, Aufstellort: Flur, 600 m³/h)
− WRG-E-300-DG (Wärmerückgewinnung, Einzelraum, Aufstellort: DG, 300 m³/h)
− WRG-E-300-FA (Wärmerückgewinnung, Einzelraum, Aufstellort: vor Fassade,
300 m³/h)
− WRG-E-600-DG (Wärmerückgewinnung, Einzelraum, Aufstellort: DG, 600 m³/h)
− Abluft-E-300-DG (Abluftanlage, Einzelraum, Aufstellort: Dachgeschoss, 300
m³/h)
− Abluft-E-600-DG (Abluftanlage, Einzelraum, Aufstellort: Dachgeschoss, 600
m³/h)
− WRG-Z-600-DG (Wärmerückgewinnung, Zentral, Aufstellort: Dachgeschoss,
600 m³/h)
Die Bilder 2.1.2.18 bis 2.1.2.22 zeigen die umgesetzten Lüftungssysteme.
Bild 2.1.2.18:
Schematische Darstellung der Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung für einen Einzelraum. Der
Wärmeübertrager befindet sich im Flur.
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21

Bild 2.1.2.19:
Schematische Darstellung der Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung für einen Einzelraum. Der
Wärmeübertrager befindet sich im Dachgeschoss.
Bild 2.1.2.20:
Schematische Darstellung der Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung für einen Einzelraum. Der
Wärmeübertrager befindet sich im Brüstungsbereich innerhalb des Klassenraumes.
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Bild 2.1.2.21:
Schematische Darstellung der Abluftanlage ohne Wärmerückgewinnung
2.1.2.11 Sanierung Universitäts-Bibliothek Bremen
Die Universität bezieht die Wärme aus einem Fernwärmenetz, das überwiegend
durch eine Müllverbrennungsanlage gespeist wird. Die Wärme wird in Form von
Heißwasser (130 °C/ 90 °C, 8 bar) durch eine zentrale Medienübergabestelle der
Universität auf dem Campus verteilt. Die Kälte wird in der universitätseigenen Energiezentrale
erzeugt und in gleicher Weise wie die Fernwärme verteilt.
Die Beheizung, Kühlung, Be- und Entfeuchtung sowie Belüftung erfolgte ausschließlich
über das Trägermedium Luft. Für die Luftaufbereitung befanden sich in Ebene 0
insgesamt zehn RLT-Zentralgeräte mit Auslegungsvolumenströmen von 4.000 bis
91.000 m³/h. Die Anlagen wiesen kein Wärmerückgewinnungssystem auf und wurden
mit konstanten Volumenströmen durchgehend betrieben. Der durchschnittliche
Luftwechsel lag bei ca. 5 h -1 .
Aufgrund der Tatsache, dass die Versorgung des Gebäudes mit Fernwärme und
Fernkälte erfolgt, deren Abnahme durch langfristige Lieferverträge fixiert ist, ergab
sich bei dem Vorhaben kein Grund, ein anderes Konzept zu entwickeln. Das Beheizungs-
und Belüftungssystem wurde jedoch grundlegend geändert. Für die Büroräume
wurde ein weitgehender Rückbau der früheren raumlufttechnischen Anlagen
vorgenommen. Überall dort, wo aufgrund der Raumtiefen eine Fensterlüftung zulässig
ist, wurde auf mechanische Lüftung und Kühlung vollständig verzichtet. Anstelle
der Kühlung wurden passive Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz vorgesehen.
Die Bibliotheksflächen werden nicht mehr monovalent über die Klimaanlage beheizt,
gekühlt und belüftet, wie das vor der Sanierung der Fall war. Es wurden wie in Bild
2.1.2.22 dargestellt, die Funktionen voneinander getrennt. Statische Heizflächen
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übernehmen die Beheizung, Deckenkühlgeräte die Kühlung und die Lüftungsanlagen
stellen den notwendigen Luftwechsel sicher.
Bild 2.1.2.22:
Schematische Darstellung der Heiz- und Raumlufttechnik der Bibliotheksflächen nach der Sanierung.
Der Bibliothekssaal war mit einer Fußbodenheizung ausgestattet, die lange nicht
mehr in Betrieb war. Sie wurde wieder aktiviert und dient seit der Sanierung zur Beheizung
des Raumes. Die Belüftung erfolgt nutzerabhängig. Der Zu- und Abluftvolumenstrom
wird über den LUQAS-Sensor geregelt. Bild 2.1.2.23 zeigt das Anlagenschema
für den Bibliothekssaal.
Bild 2.1.2.23:
Schematische Darstellung der Heiz- und Raumlufttechnik für den Bibliothekssaal nach der Sanierung.
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2.1.2.12 Sanierung der Kindertagestätte Plappersnut in Wismar
Das Gebäude war ursprünglich am Fernwärmenetz der Stadt Wismar angeschlossen.
Im Rahmen einer späteren Heizungssanierung wurde dann ein gasbefeuerter Heizkessel
mit einer Wärmeleistung von 128 kW installiert. Die Wärmeübergabe erfolgte
durch Gussradiatoren, Konvektortruhen und Plattenheizkörper. Die Räume wurden
über Fenster belüftet.
Der vorhandene Niedertemperatur-Gasheizkessel wurde im Zuge der Sanierung
durch zwei Gas-Brennwertkessel mit angepasster Leistung (je 47 kW) ersetzt.
Bild 2.1.2.24:
Darstellung des Anlagenschemas für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung
Auf dem Dach des Nordgebäudes ist ein Kollektor mit einer Absorberfläche von
17,2 m² aufgestellt. Die gewonnene Wärme wird an einen Schichten-Kombispeicher
(1000 Liter) abgegeben. Im Kombispeicher ist ein Warmwasserspeicher (200 Liter)
integriert, der die Küche mit Brauchwasser versorgt. Zur schnellen Herstellung der
benötigten Warmwassertemperatur dient ein vom Kessel versorgter Wärmetauscher
innerhalb des Brauchwasserspeichers. Der Schichten-Kombispeicher ist im Heizkreis
der Heizanlage eingebunden. Die überschüssige Wärme im Winter kann daher auch
zur Heizungsunterstützung genutzt werden. Andererseits ist es auch möglich, den
Kombispeicher bei fehlender Wärmeeinspeisung durch den Kollektor mit Wärme aus
dem Heizkreis zu versorgen. Das in den Gruppenräumen benötigte Warmwasser
wird mit der Abluftwärmepumpe (2,3 kW) im Speicher (285 Liter) erwärmt. Sowohl
im Nordgebäude als auch im Südgebäude ist ein solches Gerät aufgestellt. Die tägliche
Aufheizung zwischen 20 und 22 Uhr über 60 °C erfolgt über einen am Heizkreis
angeschlossenen Wärmetauscher. Die tägliche Aufheizung des Speichers im Südge-
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äude wird über einen Heizstab bewerkstelligt. In Bild 2.1.2.24 die die Anlagentechnik
dargestellt.
Das neu installierte Wärmeverteilnetz gliedert sich auf in zwei Heizkörperheizkreise
(Nord- und Südgebäude) und einen Heizkreis für die Einbindung des Pufferspeichers.
Die Verteilleitungen wurden neu installiert und verlaufen innerhalb der beheizten
Hülle. Die Sanitärbereiche waren bereits mit neuen Heizkörpern ausgestattet, es
wurde in diesen Bereichen daher keine Änderung vorgenommen. Die in den anderen
Räumen vorhandenen alten Guss- und Konvektorheizkörper wurden komplett
demontiert und durch Flach- und Kompaktheizkörper ersetzt. Die Anbringung der
neuen Heizkörper erfolgte sowohl an den zur Außenluft als auch an den zur Zwischenklimazone
angrenzenden Außenwänden unterhalb der Fenster. Die Raumlufttemperatur
wird durch Heizkörperthermostatventile geregelt.
2.1.2.13 Sanierung Altenpflegeheim Haus Sonnenberg in Stuttgart (KORIAS)
Für die Wärmeerzeugung waren vor der Sanierung zwei Heizkessel mit einer Nennwärmeleistung
von je 931 kW installiert worden. Geregelt waren diese beiden
Wärmeerzeuger über einen Schaltschrank mit eingebauten Regelungskomponenten
aus dem Jahre 1965. Im praktischen Betrieb wurde die Automatik-Funktion wenig
genutzt. Die Einstellungen wie Kesselfolgeschaltung, Betriebszeiten, Kesselsolltemperaturen
usw. erfolgten manuell durch den Hausmeister. Die Warmwasserbereitung
erfolgt seit 1995 über 2 jeweils 1.500 Liter fassende Trinkwarmwasserspeicher.
Das über die Kesselanlage erwärmte Trinkwarmwasser wird mit 65 °C in den Desinfektionsspeicher
geladen und verweilt dort bis zum Überströmen in den ’wirksamen’
Warmwasserspeicher. Das für die Küchenversorgung und die Sanitärräume benötigte
Warmwasser wird aus hygienischen Gründen ohne Beimischung von Kaltwasser
auf die gewünschte Nutztemperatur gesenkt. Zur kontaktfreien Temperaturabsenkung
dient ein Plattenwärmetauscher.
Bild 2.1.2.25:
Darstellung des Anlagenschemas für die Heizwärme- und Trinkwarmwasserversorgung.
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Die neuwertige Warmwasser-Mischstation der Firma DMS für die thermische Desinfektion
zur Verhinderung des Legionellenwachstums ist von der Leistung ausreichend
bemessen und konnte weiterverwendet werden.
Die Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung wurde im Rahmen der Sanierung komplett
umgebaut. Im sanierten Gebäude wird die Grundlast mit einem gasversorgten
Blockheizkraftwerk (100 kW thermisch und 50 kW elektrisch) und einem Gaskessel
(310 kW) abgedeckt. Beide Wärmeerzeuger sind mit einem Abgaswärmetauscher
zur Brennwertnutzung ausgestattet. Ein weiterer Gaskessel (310 kW) deckt den
Spitzenbedarf ab. Damit das BHKW möglichst ohne Abschaltung durchlaufen kann,
sind zwei Pufferspeicher mit jeweils 2.000 Liter Fassungsvermögen aufgestellt worden.
Die Wärmeverteilung erfolgt über eine zentrale Verteileinheit. Das Anlagenschema
ist in Bild 2.1.2.25 dargestellt.
2.1.2.14 Sanierung des Studentenwohnheimes „Neue Burse“ in Wuppertal
Die Wärmeversorgung erfolgt über Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung (Primärenergiefaktor
0,7). Die Appartements des 1. Bauabschnittes (1. BA)werden über
Heizkörper und die des 2. Bauabschnittes (2. BA) über Lüftungsanlagen mit Wärme
versorgt; lediglich im Bad und in den giebelseitigen Appartements ist immer ein
Heizkörper installiert. Die Belüftung des Wohnraumes erfolgt im 1. BA über die
Fenster, die fensterlose Nasszelle hingegen ist mit einer Abluftanlage ausgestattet.
Im 2. BA wird sowohl der Wohnraum als auch die Nasszelle mit einer kontinuierlich
laufenden Zu- und Abluftanlage belüftet. Das Trinkwarmwasser wird zentral über
Fernwärme in zwei 1.500 Liter fassenden Trinkwarmwasserspeichern erwärmt. Bild
2.1.2.26 zeigt das Anlagenschema.
Bild 2.1.2.26:
Darstellung des Anlagenschemas für die Heizwärme- und Trinkwarmwasserversorgung.
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2.1.2.15 Sanierung des Laborgebäudes Jülich
Die Entlüftung vor der Sanierung erfolgte über 55 dezentrale Einzelaggregate, die
ohne Wärmerückgewinnung einzeln aus dem Institutsdach mündeten. Eine bedarfsgerechte
Regelung der Zuluft einzelner Räume war nicht vorgesehen, sondern die
Anlagen lieferten rund um die Uhr vollklimatisierte Frischluft. Nur die Büros wurden
über die Fenster belüftet.
Die Wärmeversorgung erfolgt auch nach der Sanierung mit Fernwärme. Sie wird
vom nahegelegenen Braunkohlekraftwerk Weisweiler bezogen. Die Fernwärmeübergabe
erfolgt wie bisher indirekt über Gegenstromwärmeübertrager. Gegenüber
dem früheren Stand (1.500 kW) wurde der Wärmeübertrager auf nunmehr 580 kW
ausgelegt. Diese Leistung beinhaltet noch einen Leistungsanteil, der an ein weiteres
Labor durchgeleitet wird. Die benötigte Leistung für das sanierte Labor setzt sich aus
100 kW für die statische Heizung und 271 kW für die dynamische Leistung zusammen.
Gegenüber der früheren Auslegung wurden die Vorlauftemperaturen von 90
auf 70 °C gesenkt.
Die Heizflächen wurden im Zuge der Sanierung erneuert und dem geringeren Bedarf
angepasst. In Räumen, in denen Kühlflächen installiert sind, wurden elektronische
Regelventile eingeplant. Die Regelventile von Heizflächen und Kühlflächen wurden
mittels Sequenzreglern gegeneinander verriegelt, damit gegenseitiges Heizen und
Kühlen ausgeschlossen ist. Aufgrund der langen Wege und des geringen Trinkwarmwasserbedarfs
wird das Trinkwarmwasser dezentral erwärmt. Das Anlagenschema
der Wärmeversorgung ist in Bild 2.1.2.27 dargestellt.
Bild 2.1.2.27:
Schematische Darstellung der Wärmeversorgungsanlage.
Die Entlüftung vor der Sanierung erfolgte über 55 dezentrale Einzelaggregate, die
ohne Wärmerückgewinnung einzeln aus dem Institutsdach mündeten. Eine bedarfsgerechte
Regelung der Zuluft einzelner Räume war nicht vorgesehen, sondern die
Anlagen lieferten rund um die Uhr vollklimatisierte Frischluft. Nur die Büros wurden
über die Fenster belüftet.
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Die Lüftführung wurde in der Weise umgestaltet, dass nach der Sanierung die gesamte
Außenluft zentral in einer Teilklimaanlage konditioniert wird. Auf eine Luftbefeuchtung
und -entfeuchtung wurde aus Gründen der Kosten- und Energieeinsparung
verzichtet. Das Zuluftgerät wurde im Erdgeschoss installiert. Die Außenluft wird
in einem Ansaugbauwerk 3 m über dem Erdboden angesaugt. Die Abluft wird nach
oben über das Dach geführt. Das auf dem Dach befindliche Abluftgerät ist mit dem
Zuluftgerät im Erdgeschoss über ein kreislaufverbundenes Wärmerückgewinnungssystem
verbunden. Die Anlage wurde für einen Außenluftvolumenstrom von
44.000 m³/h ausgelegt.
2.1.2.16 Sanierung des Gutshofkomplexes in Wietow
Vor der Sanierung erfolgte die Bereitstellung der Heizwärme dezentral durch verschiedene
Techniken. Eingesetzt wurden Elektro-Nachtspeicheröfen, Kachelöfen,
Dauerbrandöfen und Kohleherde. Als Brennstoff diente Braunkohle und Holz. Die
Warmwasserbereitung erfolgte ebenfalls dezentral mittels Kohlebadöfen und Elektroboilern.
Bei der Erstellung des Energiekonzeptes wurde das Ziel verfolgt, die benötigte Heizwärme
für die Beheizung und Erwärmung des Trinkwarmwassers mit regenerativen
Energien zu erzeugen. Zum Einsatz kamen daher ein Holzpelletkessel und eine
thermische Solaranlage. Die gewonnene Solarenergie dient sowohl zur Trinkwarmwassererwärmung
als auch zur Heizungsunterstützung. Bild 2.1.2.28 zeigt das Anlagenschema.
Bild 2.1.2.28:
Darstellung des Anlagenschemas für die Heizwärme- und Trinkwarmwasserversorgung
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2.1.2.17 Sanierung des katholischen Gemeindezentrums in Ulm-Böfingen
Bild 2.1.2.29:
Darstellung des Anlagenschemas für das Gemeindehaus
Das Gemeindezentrum wird weiterhin –wie bereits vor der Sanierung- mit Fernwärme
versorgt. Zeitgleich mit der Sanierung erfolgte auch eine Umstellung im Kraftwerk
auf einen höheren Biomasseanteil (Primärenergiefaktor 0,26).
Bild 2.1.2.30:
Darstellung des Anlagenschemas für den Kindergarten
Die Fernwärmeübergabestation befindet sich im Untergeschoss des Gemeindehauses.
Von da aus verlaufen die Vor- und Rücklaufe zum Kindergarten, Pfarrhaus und
Kirche. Die Leitungen sind teilweise in Schächten und im Boden verlegt. Es war ge-
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plant, die Dämmung der Leitungen zu verbessern, wurde dann aber aus Kostengründen
nicht durchgeführt.
Die Erwärmung des Trinkwarmwassers erfolgt im Pfarrhaus im neu installierten 500
Liter fassenden Trinkwarmwasserspeicher. Die Erwärmung wird durch eine Solaranlage
(2,2 m²) unterstützt. Die Räume werden durch eine Zu- und Abluftanlage mit
Wärmerückgewinnung belüftet.
Im Kindergarten befindet sich ebenfalls ein 500 Liter fassender Trinkwarmwasserspeicher.
Mit Trinkwarmwasser werden neben den Räumen des Kindergartens auch
die drei Appartements, die sich im Geschoss darüber befinden, versorgt. Auf dem
Dach ist eine thermische Solaranlage mit einer Kollektorfläche von 6,6 m² installiert,
die zur Reduzierung des Trinkwarmwasser-Endenergieverbrauchs beiträgt. Die
Gruppenräume des Kindergartens werden durch eine Zu- und Abluftanlage mit
Wärmerückgewinnung belüftet.
Bild 2.1.2.31:
Darstellung des Anlagenschemas für das Pfarrhaus
Die Räume des Gemeindehauses werden weiterhin über Fenster belüftet; es wurde
keine mechanische Lüftungsanlage eingebaut. Im Gemeindehaus wurde bisher das
Trinkwarmwasser elektrisch über Boiler erwärmt. Da der Warmwasserverbrauch gering
ist, soll die Trinkwarmwassererwärmung in dieser Weise auch künftig verbleiben.
Im Gemeindehaus ist auch die Mesnerwohnung untergebracht, in der das
Trinkwarmwasser bisher ebenfalls elektrisch in Boilern erwärmt wurde. Auch an diesem
Konzept ist nichts geändert worden. Die Bilder 2.1.2.29 bis 2.1.2.31 zeigen die
Anlagenschemen der drei Gebäude des Gemeindezentrums.
2.1.3 Auswertung und Beschreibung abgeschlossener Demonstrationsvorhaben
Die Durchführung eines Demonstrationsvorhabens von Projektbeginn über die
Messphase bis zum Abschlussbericht nimmt mehrere Jahre in Anspruch. Im Folgenden
sind eine Reihe abgeschlossener Vorhaben beschrieben und ausgewertet.
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2.1.3.1 3-Liter-Haus Mannheim
Bauherr:
GBG – Mannheimer Wohnungsbaugesellschaft
mbH
Bauliches Energiekonzept [1]:
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Anlagentechnisches Energiekonzept und Validierungsmessung
[2]:
IGE Institut für Gebäude Energietechnik
Bild 2.1.3.1:
Ansicht des Gebäudes nach der Sanierung
Einleitung
Im Wohngebiet Mannheim-Gartenstadt führt die GBG – Mannheimer Wohnungsbaugesellschaft
umfangreiche Modernisierungsmaßnahmen durch. Die in den 30er
und 50er Jahren erbauten Wohnungen sind sanierungsbedürftig, da sie sowohl baulich
als auch anlagentechnisch nicht mehr dem heutigen Standard entsprechen. Mit
den baulichen Maßnahmen möchte die GBG auch die Attraktivität des Wohnquartiers
steigern. Bei einem Gebäude setzte sie sich das Ziel, auch im Bereich der Sanierung
das energetische Niveau eines 3-Liter-Hauses umzusetzen. Das Vorhaben wurde
vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) im Rahmen von EnSan (Energetische
Sanierung der Gebäudesubstanz) und von der dena (Deutsche Energie-Agentur) gefördert.
Beschreibung des Zustandes vor der Sanierung
Bei dem Gebäude, das in der Freyastraße 42-52 steht, handelt es sich um ein zweigeschossiges
Gebäude der 30er Jahre mit Reihenhauscharakter. In den 6 aneinander
gebauten Häusern waren vor der Sanierung jeweils 4 Wohnungen untergebracht.
Die Wohnungen waren für heutige Verhältnisse zu klein und die Grundrisse ohne
Bad nicht mehr zeitgemäß. Die Räume wurden mit Einzelöfen beheizt. Die 38 cm dicken
Außenwände waren ohne Dämmung ausgeführt. Die zweifach verglasten Verbundfenster
waren verschlissen und undicht. Die Kellerdecke und die oberste Geschossdecke
waren ebenfalls ohne Dämmung ausgeführt. Der Heizwärmebedarf vor
der Sanierung lag bei 389 kWh/m²a.
Beschreibung des sanierten Gebäudes
Die Sanierung des Gebäudes fand im unbewohnten Zustand statt. Das Dach wurde
komplett abgetragen und nahezu alle Zwischenwände sind entfernt worden. Jeweils
zwei übereinander liegende Wohnungen wurden zu einer Maisonette-Wohnung mit
innen liegender Treppe zusammengelegt. Auf diese Weise entstanden aus den 24
kleinen Wohnungen 12 Wohnungen mit modernem Grundriss. Die Außenlängswände
sind mit 20 cm, die Giebelwände und Kellerdecke mit 25 cm und das Dach
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ist mit 36 cm Polystyrolhartschaum gedämmt worden. Die U-Werte vor und nach
der Sanierung sind in Tabelle 2.1.1 zusammengestellt. Die nach der Sanierung
durchgeführten Luftwechselmessungen führten bei 50 Pa Druckdifferenz zu einem
Luftwechsel von 1,1 bis 1,2 h -1 .
Tabelle 2.1.3.1:
Zusammenstellung der U-Werte für das 3-Liter-Haus Mannheim vor und nach der Sanierung.
Bauteil
Vor Sanierung
U-Wert [W/m²K]
Nach Sanierung
Maßnahmen
Außenwand
Giebel
Außenwand
Längswand
Dach 0,94 0,11
Kellerdecke 1,37 0,11
Treppenhauswand 1,52 0,16
Fenster 2,60 0,80
1,28 0,12 25 cm Wärmedämmverbundsystem
1,28 0,15 20 cm Wärmedämmverbundsystem
26 cm Zwischensparrendämmung
10 cm Untersparrendämmung
4,5 cm unter Estrich
26 cm unter Kellerdecke
16 cm zwischen Metallständer
5 cm Zusatzdämmung
3-fach-Wärmeschutzverglasung
g = 0,6
Jede Wohnung besitzt ein separates Zu- und Abluftsystem mit Wärmerückgewinnung.
Die Geräte sind jeweils im Dachgeschoss untergebracht. Insgesamt handelt es
sich um die fünf folgenden Anlagenvarianten:
Variante 1: Luftheizung Standard
Die Zuluft wird mit der gleichen Temperatur in den Wohnraum, in das Esszimmer
und in die Schlafräume im Obergeschoss eingeblasen. Die Rückführung der Abluft
erfolgt über die Nassräume Küche, WC und Bad.
Variante 2: Luftheizung EG/OG
Variante 2 hat im Gegensatz zu Variante 1 zwei Wärmetauscher. Die Luft kann in
das Erd- und Obergeschoss mit einer unterschiedlichen Temperatur eingeblasen
werden. Die im Obergeschoss liegenden Schlafräume können somit unterschiedlich
temperiert werden.
Variante 3: Luftheizung Komfort
Bei dieser Variante befindet sich vor jedem Raum ein Wärmetauscher. Die Zulufttemperatur
jedes Raumes kann individuell eingestellt werden.
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Variante 4: Luftheizung und Heizkörper
Die mit Zuluft versorgten Räume sind mit Heizkörpern ausgestattet. Die Lüftungsanlage
entspricht der Variante 1, sie hat jedoch keine Heizfunktion. Bei einem Sollwert
von 20 °C in den Räumen wird die Zulufttemperatur lediglich auf 18 °C erwärmt.
Variante 5: Luftheizung mit Kapillarrohrmatten
Im Unterschied zu Variante 4 sind die mit Zuluft versorgten Räume mit Kapillarrohrmatten
ausgestattet. Die Kapillarrohrmatten dienen im Winter zur Beheizung der
Räume und können im Sommer auch zur Kühlung herangezogen werden. Die Kühlung
erfolgt über einen Erdreichwärmetauscher. Für die Kühlung wird nur Pumpenstrom
für den Transport der Kühlenergie benötigt.
Alle Varianten sind mit einem Heizkörper im Bad ausgestattet. In Bild 2.1.3.2 sind
die 12 Wohnungen mit den 5 unterschiedlichen Varianten dargestellt.
Bild 2.1.3.2:
Schematische Grundrissdarstellung des Gesamtgebäudes mit den 12 Wohnungen. Die in den Wohnungen
eingebauten Heizungsvarianten sind mit V1 bis V5 gekennzeichnet.
Die Wärmeversorgung erfolgt über ein BHKW (Stirlingmotor) und einen Gasbrennwertkessel,
die im Nachbargebäude untergebracht sind. Der vom BHKW erzeugte
Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist. Wenn die vom BHKW erzeugte Wärme
für die Bedarfsdeckung nicht ausreicht, wird der Gasbrennwertkessel zugeschaltet.
Während Zeiten mit geringem Bedarf, erfolgt eine Zwischenspeicherung der vom
BHKW erzeugten Wärme im Pufferspeicher.
Die Zu- und Abluftanlagen können in 3 unterschiedlichen Stufen betrieben werden.
Stufe 2 stellt mit einem Luftwechsel von 0,6 h -1 den Normalfall dar. Mit Stufe 1 kann
der Sparbetrieb (Luftwechsel 0,3 h -1 )und mit Stufe 3 der Partybetrieb (Luftwechsel
1,0 h -1 ) aktiviert werden. Die Einstellung der Stufen erfolgt am Bedientableau, das
im Esszimmer an der Wand angebracht ist. Ein Text am Tableau zeigt die jeweils
eingestellte Stufe an.
Die Lüftungsanlagen werden automatisch abgeschaltet, wenn der Tagesmittelwert
der Außenluft über 12 °C und die Ablufttemperatur über 22 °C liegt. Im ausgeschalteten
Zustand erfolgt die Lüftung über die Fenster.
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Ergebnis der Validierungsmessung
Nach Fertigstellung und Bezug der Wohnungen erfolgte durch das Institut für Gebäude
Energietechnik – IGE von Januar 2005 bis Juni 2006 eine umfangreiche Validierungsmessung
[2], die vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) gefördert wurde.
Von allen 12 Wohnungen wurden Heizwärme-, Trinkwasserwärme- und Stromverbräuche
erfasst. Die Messung der Raumlufttemperaturen und Raumluftqualitäten
erfolgte jeweils nur in einer Wohnung pro Systemvariante.
Es zeigte sich, dass die Raumlufttemperaturen im Obergeschoss bei der mit Variante
1 (Luftheizung) ausgestatteten Wohnungen teilweise deutlich über den Raumlufttemperaturen
im Erdgeschoss lagen. Auch bei Variante 2 (Luftheizung EG/OG) wurden
die gewünschten Solltemperaturen überschritten und somit nicht erreicht. Bei
den Varianten 3, 4 und 5 konnten die Solltemperaturen eingehalten werden.
Bild 2.1.3.3:
Darstellung des Heizwärmeverbrauchs der Wohnungen in der Heizperiode 2005/2006 (Okt. bis April).
In Bild 2.1.3.3 sind die in der Heizperiode 2005/2006 gemessenen Heizwärmeverbräuche
dargestellt. Die Verbräuche der Wohnungen schwanken erheblich; sie
bewegen sich zwischen 11 kWh/m²a und 60 kWh/m²a. Werden die einzelnen Varianten
miteinander verglichen, so ist zu erkennen, dass bei Variante 1 und Variante 5
mit im Mittel 38 kWh/m²a und 37 kWh/m²a die höchsten Verbräuche vorliegen. Die
kleinsten Verbräuche weist Variante 3 mit im Mittel 14 kWh/m²a auf. Es handelt sich
hier um die Luftheizung mit raumweiser Regelung der Raumlufttemperatur. Die Variante
4, bei der die Räume über Heizkörper ebenfalls individuell regelbar sind, liegt
im Mittel bei 24 kWh/m²a. Strömt die Zuluft mit unterschiedlicher Temperatur in das
Erd- und Obergeschoss wie dies bei Variante 2 der Fall ist, führt dies mit
30 kWh/m²a gegenüber Variante 1 bereits zu einer deutlichen Verringerung des
Energieverbrauchs. Da die Verbräuche auch innerhalb der Systeme sehr unterschiedlich
sind und jeweils nur 2 bzw. 3 Wohnungen mit dem gleichen System vorliegen,
darf der Variantenvergleich nicht überbewertet werden.
Die Wohnungen werden über ein Nahwärmesystem mit Wärme für die Beheizung
und Trinkwarmwassererwärmung versorgt. Die jeweils an die Wohnung abgegebe-
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ne Wärme für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung wurde mit Wärmemengenzählern
erfasst. Die Trinkwarmwassererwärmung erfolgt über ein Durchlaufsystem.
Auf diese Weise entstehen keinerlei Speicherverluste und das Problem der
Legionellenverhütung wird dadurch ausgeschaltet. In Bild 2.1.3.4 sind die Mittelwerte
der Energieanteile flächenbezogen für das Gesamtgebäude (12 Wohnungen) angegeben.
Mit 29,8 kWh/m²a weist die Beheizung den höchsten Betrag auf. Die
Nutzwärme des Trinkwarmwassers liegt bei 18,0 kWh/m²a. Für den Betrieb der Ventilatoren
und Pumpen wurde ein Hilfsstrom von 3,4 kWh/m²a benötigt.
Bild 2.1.3.4:
Darstellung des Nutzenergie- und Primärenergieverbrauchs für Heizung, Trinkwarmwassererwärmung
und Hilfsstrom für das Gesamtgebäude (12 Wohnungen).
Die Wärmeerzeugung erfolgt über das BHKW (Stirling-Motor) und den Gasbrennwert-Kessel.
Bild 2.1.3.4 zeigt auch den Gesamtprimärenergieverbrauch für die
untersuchten 12 Wohnungen. Er liegt bei 51,8 kWh/m²a insgesamt und bei
32 kWh/m²a ohne Hinzuziehung des Trinkwarmwassers. In Bild 2.1.3.5 ist das Energieflussdiagramm
dargestellt.
Bild 2.1.3.5:
Darstellung des Energieflussschemas mit Angabe der Nutzenergie und Primärenergie in kWh/m²K.
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Der Jahresnutzungsgrad des Stirling-Motors lag bei 0,71. Obwohl der Erdkollektor
neben der Kühlung im Sommer auch zu Heizzwecken im Winter genutzt werden
könnte, wurde er für diesen Zweck nicht eingesetzt, da die Berechnung ergab, dass
der Stromverbrauch für die Umwälzpumpe unter primärenergetischen Gesichtspunkten
zu hoch ist.
Der vorherberechnete Gesamtprimärenergiebedarf für Heizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung
liegt mit 37,4 kWh/m²a 90 % unter dem Bedarf des Gebäudes
vor der Sanierung (389 kWh/m²a). Der ermittelte Verbrauch im Jahr 2005
weist den Wert von 51,8 kWh/m²a auf. Wird der Heizwärmeverbrauch für die
Trinkwarmwassererwärmung nicht berücksichtigt, wie dies beim Niveau des 3-Liter-
Hauses der Fall ist, reduziert sich der Primärenergieverbrauch auf 32 kWh/m²a. Das
Niveau eines 3-Liter-Hauses, das bei 34 kWh/m²a liegt, ist somit auch in der Praxis
erreicht worden. In Bild 2.1.3.6 sind die Bedarfs- und Verbrauchswerte dargestellt.
Bild 2.1.3.6:
Darstellung der Primärenergie für das Gesamtgebäude vor und nach der Sanierung.
Fazit
Das energetische Ziel, ein in den 30er-Jahren erstelltes Bestandsgebäude in ein 3-
Liter-Haus überzuführen, ist erreicht worden. Im Jahr 2005 lag der Primärenergieverbrauch
für Heizung und Lüftung einschließlich der hierfür notwenigen Hilfsenergien
für Pumpen, Reglung und Ventilatoren bei 32 kWh/m²a. Dies entspricht einem
Heizöläquivalent von 2,8 Litern Heizöl pro m² und Jahr.
Ein weiteres Ziel war, zu untersuchen, welche umgesetzten Anlagensysteme die
heutigen Anforderungen an Komfort und Energieeffizienz erfüllen. Es hat sich gezeigt,
dass System 1, das nur eine Zulufttemperatur für das gesamte Haus bereit
stellen kann und auch System 2, das nur für das Erdgeschoss und das Obergeschoss
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unterschiedliche Zulufttemperaturen erzeugen kann, nicht den Erwartungen entspricht.
Die Kapillarrohrmatten können zur Kühlung und zur Heizung eingesetzt werden. Die
Kühlenergie wurde dem Erdreich entnommen. Dafür ist nur der Stromverbrauch für
die Umwälzpumpe des Kühlmediums (Wasser) notwendig. Den Erdkollektor auch zu
Heizzwecken heranzuziehen, ist nicht effektiv, da der Stromverbrauch (primärenergetisch
bewertet) höher ist als die gewonnene Heizenergie. Es hat sich gezeigt, dass
im Sommer in den mit Kapillarrohrmatten ausgestatteten Wohnungen höhere Temperaturen
vorlagen als in den anderen, die diese Kühlmöglichkeit nicht hatten. Eine
Kühldecke kann somit bei falschem Nutzerverhalten eine richtig durchgeführte
Nachtlüftung nicht ersetzen.
Beim Einsatz neuer noch nicht ausreichend getesteter Anlagentechnik, wie sich dies
beim Stirling-BHKW zeigte, ist es notwendig, ein zweites langjährig bewährtes System
noch zur Verfügung zu haben, um Ausfällen insbesondere in der Heizperiode
vorzubeugen.
Literatur
[1] Reiß, J.; Erhorn, H.: Bauliche Konzeptentwicklung für eine 3-Liter-
Reihenhauszeile im Rahmen von Modernisierungsmaßnahmen in Mannheim-
Gartenstadt. Bauphysik 26 (2004), Heft 6, S. 322-334.
[2] Schmidt, M.; Schmidt, S.; Treiber, M.; Arold, J.: Entwicklung eines Konzepts
für energetische Modernisierung kleiner Wohngebäude auf 3-Liter-Haus-
Niveau in Mannheim-Gartenstadt, Schlussbericht, Lehrstuhl Klimatechnik, Universität
Stuttgart, 2007.
2.1.3.2 Sanierung von Wohngebäuden aus der Gründerzeit am Beispiel der Bautzener
Straße 11
Bild 2.1.3.7:
Straßenansicht nach der Sanierung.
Bauherr:
Wohnbaugesellschaft Zittau mbH
Bauliches Energiekonzept [1]:
Obering., Dipl.-Ing. Hermann Dalitz, Zittau
Hochschule Zittau/Görlitz (FH)
Zuluftkastenfenster:
MFPA Weimar
Lichtlenkung:
TU Dresden
Anlagentechnisches Energiekonzept und
Validierungsmessungen [1]:
Ingenieurbüro für Haustechnik Dipl.- Ing.
Karsten Amthor GmbH
Hochschule Zittau/Görlitz (FH)
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Einleitung
Das Gebäude Bautzener Strasse 11 in Zittau ist ein gemischt genutztes Mehrfamilienwohnhaus
der Gründerzeit, Baujahr 1880, erweitert 1910. Es befindet sich in der
Fußgängerzone des denkmalgeschützten Altstadtkerns. Die straßenseitige Fassade
des giebelständigen Gebäudes ist Stadtbild prägend und steht unter Denkmalschutz.
Die Bausubstanz wurde weitestgehend im Original vorgefunden und ist erhaltenswürdig.
Im Ergebnis einer Marktanalyse wurde eine Umnutzung der oberen Geschosse
zu studentischen Wohnflächen und des Erdgeschosses von Ladenflächen
des Einzelhandels zu Büro- oder Gastronomieflächen vorgeschlagen. Unter diesen
Aspekten sollte das Gebäude nutzungsorientiert umgebaut und unter wissenschaftlicher
Begleitung im Rahmen des Förderprogramms EnSan als Demonstrationsvorhaben
energetisch modernisiert werden. Die Wohnmietfläche beträgt nach Sanierung
607 m², die Gewerbemietfläche 224 m² und die Gemeinschafts- und Verkehrsflächen
betragen 239 m². Die den energetischen Berechnungen zugrunde gelegte
Nutzfläche gemäß EnEV wird nach Sanierung mit A n = 0,32 *V ermittelt und beträgt
aufgrund der historischen Bausubstanz von starken Wänden und hohen Räumen
1.247 m². Das Gebäudevolumen nach Sanierung wird mit 3.897 m³ ermittelt.
Ziel dieser Maßnahme war es, neben der maßgeblichen Reduzierung des Energieverbrauchs
durch bauliche und haustechnische Maßnahmen Verfahren einer energetischen
Fassadenertüchtigung unter Beibehaltung der historischen Fassadengestaltung
zu untersuchen. Das Vorhaben wurde vom Bundeswirtschaftsministerium
(BMWi) im Rahmen von EnSan (Energetische Sanierung der Gebäudesubstanz) gefördert.
Beschreibung des Zustandes vor der Sanierung
Das relativ schmale, mehrgeschossige Wohngebäude wurde nur im Erdgeschoss zu
gewerblichen Zwecken genutzt. Die Wohnungen orientierten sich nach Ost oder
West. Im Zusammenhang mit einem Anbau im Jahre 1910 erfolgte der Umbau des
ursprünglichen Treppenhauses zu einem Lichthof. Dieser Lichthof diente der Verbesserung
der Etagenbelichtung. Das Dachgeschoss war nicht ausgebaut. In den
Wohnetagen befanden sich jeweils Außentoiletten auf der Etage. Bad- oder Duschmöglichkeiten
wurden als Mietereinbauten in den Wohnräumen vorgefunden. Die
historische Bausubstanz genügte in keiner Weise heutigen Anforderungen eines üblichen
Wohnkomforts.
Die bauliche Hülle des giebelständigen Gebäudes wurde größtenteils im Original
vorgefunden. Das Dachgeschoß wurde nicht beheizt, die oberste Geschossdecke
und die Dachflächen waren ungedämmt. Die Dachentwässerungen hatten Undichtigkeiten
und führten zu Feuchteschäden mit Schwammbefall. Die einschaligen Außenwände
aus 36,5 bis 49 cm-Ziegelmauerwerk sind mit Ausnahme der historischen,
denkmalgeschützten Stadtfassade glatt verputzt. Der Außenputz der Westfassade
wies großflächige Fehlstellen auf.
Eine Drahtglasüberdachung schützte den Lichthof vor Einregnung. Die Lichthofaußenwände
bestanden aus 30 cm-Ziegelmauerwerk beidseitig glatt verputzt. Die
Fenster der Wohngeschosse waren größtenteils als Kastenfenster zweimal einfachverglast.
Kellerdecke, Decke über Durchgang und Decke über Gewerberaum haben
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keinen Wärmeschutz. Damit sind die Bauteile der Gebäudehülle energetisch betrachtet
völlig unzureichend.
Die Wohnungen verfügten nur über kohlebetriebene Kachelöfen oder transportable
Dauerbrandöfen. Die Toiletten hatten keine Trinkwarmwasserversorgung. Mietereigene
Bad- und Duschmöglichkeiten wurden größtenteils durch Elektrospeicher mit
Trinkwarmwasser versorgt
Bild 2.1.3.8:
Darstellung der Ostfassade vor der Sanierung.
Ein Energieverbrauch aus vorangegangenen Jahren liegt nicht vor. So kann nur der
berechnete Nutzwärmebedarf für Heizung und Trinkwarmwasserwärmung angegeben
werden. Der so ermittelte Heizwärmebedarf (q h ) liegt bei 123,0 kWh/m²a und
der Trinkwarmwasserbedarf (q tw ) bei 12,5 kWh/m²a. Der Endenergiebedarf für Heizung
und Trinkwarmwasser (q H,E )+(q TW,E ) wird mit 192 kWh/m²a festgestellt. Unter
primärenergetischer Bewertung des Endenergiebedarfs werden für die Heizung
und den Energieträger Braunkohle ein Jahres-Primärenergiebedarf (q H,P ) von
211 kWh/m²a und für das Trinkwarmwasser und den Energieträger Strom ein Jahres-Primärenergiebedarf
(q TW,P ) von 48 kWh/m²a ermittelt.
Beschreibung des sanierten Gebäudes
Das Gebäude wurde nach Auszug aller Mieter umgebaut. Die Grundrisse der Wohnetagen
wurden durch Umbauten einem heutigen, für studentisches Gemeinschaftswohnen
geeigneten Wohnstandard angepasst. Bei Sanierungsbeginn stand eine
Nutzungsfolge der Gewerbeetage jedoch noch nicht fest. So wurde entschieden,
zukünftig betriebsbedingt notwendige lüftungstechnische Anlagen durch Mietereinbauten
realisieren zu lassen.
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Die Gebäudehülle war heutigen Anforderungen an Energieeffizienz anzupassen. Alle
Außenbauteile waren zu verbessern. Aufgrund der Denkmaleigenschaft der Stadtfassade
wurde dieser Bauteilbereich durch eine Innendämmung aus 50 mm Kalziumsilikatplatten
gedämmt. Auch nichtzugängliche Außenbereiche sollten in diesem
Verfahren gedämmt werden. Kalziumsilikatplatten sind kapillaraktiv, können zeitweise
auftretende Feuchtigkeit gut speichern und aufgrund ihres niedrigen Diffusionswiderstandes
raumseitig wieder abgeben.
Alle anderen Fassadenbereiche wurden mit einem Wärmedämmverbundsystem von
d =10 cm gedämmt. So werden Wärmedurchgangskoeffizienten von 0,30 W/m²K
erreicht. Der Kellerfußboden erreicht mit 10 cm Polystyroldämmung einen Wärmedurchgangskoeffizienten
von 0,30 W/m²K .
Tabelle 2.1.3.2:
Wärmedurchgangskoeffizienten der baulichen Hülle vor und nach Sanierung.
Bauteil
vor
Sanierung
U-Wert [W/m²K]
nach
Sanierung
Maßnahmen
Fenster / Fassade 2,5 1,0 1) Holzkastenfenster mit Außenluftdurchlass
Straßenfassade 0,9 bis 1,7 0,5 bis 0,7
Innendämmung, d = 5 cm,
mit kapillaraktiven Kalziumsilikatplatten
Hofseitige
Außenwand
1,50 0,30 Wärmedämmverbundsystem, d = 10 cm
Lichtschachtwand 1,20 1,20
keine, jedoch Überdachung des Lichthofes
mit Wärmeschutzverglasung
Dach 1,60 0,24
Mineralwollezwischensparrendämmung,
d = 18 cm
Flachdach Anbau 1,60 0,24
Polystyroldämmung, d = 16 cm
auf Unterkonstruktion der abgehängten Decke
Kellerdecke /
Polystyroldämmplatten, d = 10 cm
1,30 0,30
Bodenplatte
auf Gewölbedecke / Unterbeton
1)
Der Wärmedurchgangskoeffizient ist abhängig von der Sonneneinstrahlungsintensität und beträgt zwischen
0,6 und 1,1 W/m²K
Das Dach wurde mit einer Mineralwollezwischensparrendämmung d = 18 cm und
das Flachdach des Anbaus mit einer Polystyroldämmung d = 16 cm ausgeführt und
soll einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 0,24 W/m²K erreichen. Besondere
Sorgfalt wurde auf den Nachweis von Wärmebrücken in Bereichen von Bauteilanschlüssen
innen gedämmter Außenbauteile gelegt.
Die nach der Sanierung durchgeführten Luftwechselmessungen in den Wohneinheiten
des Dachgeschosses führten bei 50 Pa Druckdifferenz zu einem Luftwechsel von
7,5 bis 7,7 h -1 . Diese Werte genügten in keiner Weise den Anforderungen der EnEV
von 1,5 h -1 . Diese Untersuchung offenbarte gravierende Mängel an der Dichtheitsebene
zur Zwischensparrendämmung und den Anschlüssen des Fußbodens zur
Kniestockwand. Nach Mangelbeseitigung durch die Ausführenden konnte in diesen
Wohneinheiten der unkontrollierte Luftwechsel der baulichen Hülle nur auf 3,2 bis
3,4 h -1 verbessert werden.
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Aufgrund denkmalschutzrechtlicher Anforderung an die Ausführung der energetischen
Fassadenmodernisierung wurde das historische Kastenfenster zu einem Zuluftkastenfenster
weiterentwickelt. In Verbindung mit einer zentralen Abluftanlage
wirkt dieses Fenster wärmerückgewinnend und sorgt zusätzlich bei geschlossenem
Fenster für hygienisch ausreichende Konditionierung der Raumluftqualität von
Schlafräumen. Der Wärmedurchgangskoeffizient dieses Fensters ist abhängig von
der Sonneneinstrahlungsintensität und dem Luftdurchgang und beträgt zwischen
0,6 und 1,1 W/m²K. Als Dreifachglaselement mit unterschiedlichem Scheibenzwischenraum
ist für dieses Fenster eine Erfüllung hoher Ansprüche an den Schallschutz
zu erwarten. Ein bewertetes Schalldämmmaß dieser Konstruktion wurde jedoch
nicht angegeben.
Bild 2.1.3.9:
Darstellung der Luftführung über das Zuluftkastenfenster.
Der Innenhof wurde durch eine neue Stahl-Glasüberdachung mit Zuluftöffnungen in
die energetisch wirksame Gebäudehülle integriert und dient als Zuluft- und Lichtschacht.
Über eine G90 Verglasung und eine lichtlenkende Bekleidung gelangt Licht
bis in den Gewerberaum des Erdgeschosses. Aus Gründen des Brandschutzes ist dieser
Raum jedoch als Außenraum zu betrachten. Jedoch wurde im Lichtschacht ein
Absinken der Temperaturen unter die Frostgrenze als unwahrscheinlich nachgewiesen.
Der technische Gebäudeausbau wurde nutzungsangepasst neu installiert, wobei bei
Baubeginn der haustechnischen Gewerke die Nutzung der Gewerbeetage nicht entschieden
war. Es wurde zur Deckung des Heizwärme- und Trinkwarmwasserbedarfs
eine Anlagenkombination aus Gasbrennwertkessel mit einer Leistung von 120 kW
und elektrisch betriebener Abluftwärmepumpe mit einer Leistung von 12 kW verbunden
mit einer zentralen Abluftanlage montiert. Die Wohnetagen werden mittels
statischer Heizflächen mit Thermostatventilen oder mit Raumbediengerät und elektronischen
Heizkörperventilen mit Fensterkontakt 70/55 °C und die Gewerbeetage
mittels Niedertemperaturflächenheizung und zusätzlicher Vorlaufvorhaltung für eine
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spätere mietereigene Lüftungsanlage 50/35 °C beheizt. Über einen zentralen druckgesteuerten
Abluftventilator werden die Abluft der Wohnetagen sowie die Abluft
der Toiletten der Gewerbeetage der Wärmepumpe zugeführt.
Bild 2.1.3.10:
Schematische Darstellung der Anlagentechnik für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung
Eine Vorhaltung zur Wärmerückgewinnung aus notwendigen lufttechnischen Anlagen
der Gewerbeetage wurde jedoch im Anlagenkonzept nicht berücksichtigt. Das
Trinkwarmwasser wird zentral für das gesamte Gebäude erwärmt. Die Verteilung erfolgt
über 3 Installationsschächte, alle Stränge sind an eine Zirkulation angeschlossen.
Die Zirkulationspumpe wird zeitgesteuert betrieben. Es erfolgt eine Trinkwarmwasservorwärmung
durch die Abluftwärmepumpe und eine endgültige Aufheizung
im Nachwärmer auf über 60°C durch den Gasbrennwertkessel. In Bild 2.1.3.10: ist
das Anlagenschema dargestellt.
Aufgrund der Umnutzung des Dachgeschosses zu Wohnzwecken war auch in dieser
Ebene die Bereitstellung von Trinkwasser und Trinkwarmwasser notwendig. Da in
dieser Etage der geforderte Mindestversorgungsdruck durch den Versorger nicht bereitgestellt
werden konnte, wurde für das gesamte Gebäude eine private Druckerhöhungsanlage
realisiert, die aus technischen Gründen des Wasserversorgers nur
mittelbar in das Versorgungsnetz eingebunden werden durfte.
Der auf die Gebäudenutzfläche A n bezogene Primärenergiebedarf für Beheizung,
Trinkwassererwärmung und Lüftung einschließlich Hilfsenergie wurde unter Voraussetzung
einer gewerblichen Nutzung des Erdgeschosses als Großraumbüro mit
80,8 kWh/m²a berechnet. Hiervon beträgt der Primärenergiebedarf für Heizung
61,7 kWh/m²a und für Trinkwarmwasser 19,1 kWh/m²a. Der Nutzenergiebedarf für
Heizung und Trinkwarmwasser wurde mit 59,6 kWh/m²a ermittelt.
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Ergebnis der Validierungsmessung
Nach Fertigstellung erfolgten in der Zeit von September 2004 bis September 2006
Validierungsmessungen [1].
Zur Beurteilung der Auswirkungen von Bauteilanschlüssen in ungestörten, gedämmten
Bereichen der Gebäudehülle und in der Folge zur Vermeidung von Schimmelbildung
im Bereich von Wärmebrücken wurden 2004 im Rahmen von Diplomarbeiten
an der Hochschule Zittau/Görlitz beispielhaft die Auswirkung von Bauteilanschlüssen
vor und nach Wärmedämmung untersucht. In DIN 4108 – 2, Juli 2003 ist der Nachweis
zur Vermeidung von Schimmelbildung im Bereich von Wärmebrücken enthalten.
DIN 4108 – 2 Absatz 6.2 regelt, dass im Bereich von Wärmebrücken der Temperaturfaktor
f Rsi ≥ 0,70 zu erfüllen ist, d. h. bei einer mittleren Außentemperatur
von θ e = – 5 °C und einer Innenraumtemperatur von θ i = 20 °C mit einer relativen
Luftfeuchte von φ i = 50 % darf eine raumseitige Oberflächentemperatur von
θ si = 12,5 °C nicht unterschritten werden.
Bild 2.1.3.11:
Temperaturverlauf im Zuluftkastenfenster bei einem sonnigem, klaren (oben) und einem leicht bewölkten
Tag (unten).
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Am Zuluftkastenfenster erfolgten Messungen in verschiedenen Wohneinheiten mittels
Temperaturfühler am Außenlufteintritt und Innenluftauslass. Klimadaten wurden
aus Aufzeichnungen der Wetterstation entnommen. Die Heizkörper waren auf
Frostschutz gestellt. Der Vergleich der Messungen, dargestellt in Bild 2.1.3.11, zeigt
den Zusammenhang zwischen Solareinstrahlung und Temperaturvorwärmung. Weiter
wird festgestellt, dass auch ohne solare Einstrahlung eine Temperaturerhöhung
aus rückgewonnener Wärme abzulesen ist. Bei diffuser Himmelsstrahlung kann im
Fensterzwischenraum immer noch eine Temperaturerhöhung von 12,4 K festgestellt
werden.
Die PMV- und PPD-Indizes (predicted mean vote und predicted percentage of dissatisfied)
drücken ein warmes und kaltes Unbehaglichkeitsempfinden des Körpers als
Ganzes aus. Thermische Unzufriedenheit kann jedoch auch durch unerwünschtes
Abkühlen (oder Erwärmen) eines bestimmten Körperteils entstehen (lokale Behaglichkeit).
Die häufigste Ursache für lokale Unbehaglichkeit ist Zugluft. Die Messungen
der Zugluftrate erfolgten im Januar 2005 bei geschlossenen Innenflügeln des
Fensters. Die Außentemperatur während der Messwertaufnahme betrug 2 bis 4 °C.
Der Heizkörper unterhalb des Fensters war auf die Stufe 2 eingestellt. Weder die
Messwerte der Behaglichkeitssonde noch die gleichzeitig durchgeführte Thermografie
zeigten Stellen mit Beeinträchtigungen des Komforts, selbst nahe dem Fenster.
Die Funktionsweisen von Zuluftkastenfenster und Abluftanlage wurden nach einem
Blower Door Test durch die Messung der Luftwechselrate mittels Tracergasverfahren
gemessen.
Mit diesen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass das System „Zuluftkastenfenster
mit Abluftanlage“ einen Luftwechsel von 0,46 h -1 erreicht und somit
den gemäß DIN 1946-6 angegebenen Luftwechsel für den Wohnraum von
0,5 h -1 ohne zusätzliche Fensterlüftung etwa erreicht.
Bild 2.1.3.12:
Häufigkeiten klassenbezogener CO 2 - Konzentrationen in Wohnung 6.
Zur weiteren Beurteilung der Raumluftqualität wurden in bewohnten Mieteinheiten
über längere Dauer die Kohlendioxidkonzentrationen gemessen. Bild 2.1.3.12: zeigt
für jeden Tag des Monats Januar 2005 die prozentualen Zeitanteile der CO 2 -
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Konzentrationen. Gemäß DIN 1946-6 soll die CO 2 -Konzentration 1500 ppm nicht
überschreiten. Aus der Graphik ist ersichtlich, dass dieser Fall kaum aufgetreten ist.
Zur Validierung des konzeptionellen Primärenergiebedarfs des Gebäudes wurden im
Rahmen der Begleitforschung über die Heizperioden 2004 und 2005 nachfolgende
Daten aufgenommen, um bezugsdauerabhängig wohnungsbezogene beziehungsweise
gebäudebezogene Kenndaten bilden zu können:
−
−
−
−
−
Wetterdaten
Innenraumtemperaturen
Energieverbräuche für Heizwärme (H)
Energieverbräuche für Trinkwarmwasser (TW)
Elektroenergieverbräuche der Anlagentechnik
Die Datenerfassung erfolgte vom 1. September 2004 bis 31. Dezember 2006. Gegenüber
der Gradtagszahl GTZ 20/15 von 3.735 Kd, gemäß DIN 4108-6, lagen die gemessenen
Gradtagszahlen in den Heizperioden 2004/2005 sowie 2005/2006 unterhalb
dieses Wertes.
Heizperiode 01. September 2004 bis 30. April 2005 GTZ 20/15 = 3.499 Kd
Heizperiode 01. September 2005 bis 30. April 2006 GTZ 20/15 = 3.637 Kd
Jahr 2005 01. Januar 2005 bis 31. Dezember 2006 GTZ 20/15 = 3.755 Kd
Der Wert für das Jahr 2005 hingegen stimmt nahezu mit dem Normwert überein.
Die Raumlufttemperatur ist ein für thermische Behaglichkeit mit entscheidendes Kriterium
und bestimmt zusammen mit der Temperatur der Umschließungsflächen, der
Luftgeschwindigkeit und der Luftfeuchte das Raumklima. Die Raumlufttemperaturen
wurden in allen Wohnungen in den Wohnräumen gemessen. In der Referenzetage
im 2. OG wurden zusätzlich Temperaturen der Raumluft aller weiteren Wohnräume,
der Zuluft im Kastenfenster und der Abluft im Bad gemessen.
Bild 2.1.3.13:
Klimabereinigter Heizenergieverbrauch der Wohneinheiten 1-4, 6, 7 und 10 in den Heizperioden
2004/2005 und 2005/2006 bezogen auf die Wohnfläche der Wohneinheit.
Das Gebäude ist nur zum Teil an Studenten vermietet. Zwischen erster und zweiter
Heizperiode haben Mieterwechsel stattgefunden. Alle Mieter sind an der Betriebs-
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kostenumlage nur pauschal mit einem Festbetrag beteiligt. So kann davon ausgegangen
werden, dass Raumlufttemperaturen unter nutzerspezifischem Behaglichkeitsempfinden
geregelt wurden. Die mittleren Raumlufttemperaturen der beheizten
Wohneinheiten lagen in der Heizperiode 2004/2005 bei 20,7 °C und in der Heizperiode
2005/2006 bei 21,7 °C. Es ist festzustellen, dass zwischen den Heizperioden
54 % der Mieter gewechselt haben.
Zur Messung des Heizwärmeverbrauchs wurde die Heizwärme sowohl an den Wärmeerzeugern,
dem Heizkessel Fabrikat Vaillant, 120 kW und der Wärmepumpe Fabrikat
VWS 11C Comfort, 12 kW mit elektrischer Zusatzheizung als auch an den
Wärmeverbrauchern in Wohnungen und Gewerbeetage und zusätzlich an den
Strangverteilern gemessen. Der spezifische klimabereinigte Heizwärmeverbrauch
wird wohneinheitengetrennt ermittelt und auf die jeweiligen Nettogrundflächen der
Wohnungseinheiten bezogen.
Die Messungen des Heizenergieverbrauchs zeigen einen relativ hohen Verbrauch der
WE 6. Trotz Dämmung hat WE 6 bei drei Außenwänden einen höheren Wärmebedarf
als die übrigen Wohneinheiten dieser Etage. Allerdings ist auch festzustellen,
dass diese Wohnräume überdurchschnittliche Raumlufttemperaturen von durchschnittlich
23,0 °C (Heizperiode 2004/2005) und 22,7 °C (Heizperiode 2005/2006)
aufweisen, so dass ein Teil des Mehrverbrauches auch dem Nutzerverhalten anzurechnen
ist.
Tabelle 2.1.3.3:
Zusammenstellung der Heizwärmeverbräuche der Wohneinheiten im Obergeschoss.
Messperiode
Heizwärmeverbrauch Obergeschoss
[kWh]
[kWh/m²a]
Heizperiode 2004/2005 52.592 56,7
Heizperiode 2005/2006 69.317 74,7
Jahr 2005 58.934 63,5
In der Gewerbeeinheit ist festzustellen, dass der Betreiber im Jahr 2005 die Heizleistung
der Fußbodenheizung mit zunehmender Außentemperatur gedrosselt und abgeschaltet
und vermehrt die Heizleistung der Lüftungsanlage genutzt hat. Mit der
Aufgabe der Gewerbeeinheit im Frühjahr 2006 wurde die Anlage sich selbst überlassen.
Deutlich ist ein hoher Energieverbrauch im März und April 2006 zu sehen,
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Bild 2.1.3.14:
Heizenergieverbrauch der Gewerbeeinheit in den Jahren 2005 und 2006.
obwohl die Gewerbeeinheit bereits geschlossen war. Ab April wurde die Gewerbeeinheit
dann nur noch zum Frostschutz beheizt und die Pumpe der RLT-Anlage mit
dem Erreichen garantierter Frostfreiheit außer Betrieb genommen. Neben der Heizenergie
wurden auch 4 kWh Elektroenergie für die Pumpe pro Tag eingespart.
Bild 2.1.3.15:
Elektroenergieverbrauch der Anlagentechnik (Wärmepumpe und Abluftanlage).
Die Datenerfassung der Wärmepumpe zeigt von 2005 zu 2006 eine Erhöhung von
957 Betriebsstunden. Dies konnte durch eine Optimierung der Anlagenregelung erzielt
werden. Weiter konnte eine bessere Auslastung der Wärmepumpe durch eine
größere Spreizung der Heizungstemperaturen nach Abschaltung der Pumpe der
RLT-Anlage in der Gewerbeeinheit erreicht werden. 2006 wurden insgesamt3.287
Betriebsstunden aufgezeichnet, der Elektroenergieverbrauch betrug 14.859 kWh.
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Auf die Nutzfläche des Erd- und Obergeschosses bezogen (1247 m²) sind dies
11,9 kWh/m²a.
Der Elektroenergieverbrauch des zentralen, druckgesteuerten Abluftventilators beträgt
1.462 kWh für das Jahr 2005 und 1.419 kWh für das Jahr 2006. Auf die beheizte
Nutzfläche des Erd- und Obergeschosses bezogen sind dies ca. 1,2 kWh/m²a.
Im Februar 2005 wurde nach zweijähriger Betriebszeit ein Druckverlust über den
Wärmeübertrager von 130 Pa gemessen. Laut Herstellerangaben sollte dieser maximal
75 Pa betragen. Nach Reinigung des Wärmeübertragers bei zusätzlichem Einbau
eines Abluftfilters stieg der Abluftvolumenstrom.
Der auf Nutzflächen bezogene Nutzenergieverbrauch für die Heizung wird 2005 mit
52,5 kWh/m²a und 2006 mit 61,8 kWh/m²a ermittelt. Nutzenergieverbräuche für
Trinkwarmwasserverbräuche werden 2005 mit 25,8 kWh/m²a und 2006 mit
15,7 kWh/m²a festgestellt. Hilfsenergien für Heizung, Trinkwarmwasser und Lüftung
betragen 2005 34,5 kWh/m²a und 2006 24,4 kWh/m²a. Die Hilfsenergien enthalten
den Stromverbrauch der Wärmepumpe und des Abluftventilators. Die Arbeitszahl
der Wärmepumpe ist in [1] nicht angegeben. Insgesamt liegt der Primärenergieverbrauch
bei 122,5 kWh/m²a in 2005 und bei 118,6 kWh/m²a in 2006. Die Wärmeerzeugung
erfolgt über einen Gasbrennwertkessel in Kombination mit einer
elektrisch betriebenen Abluftwärmepumpe.
Bild 2.1.3.16 zeigt den nutzflächenbezogenen Nutzenergieverbrauch, Endenergieverbrauch
sowie den Gesamtprimärenergieverbrauch des gesamten Gebäudes im
Jahr 2005.
Bild 2.1.3.16:
Darstellung des Energieverbrauchs des gesamten Gebäudes im Jahr 2005.
Der Gesamtprimärenergiebedarf für Heizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung
nach Sanierung wurde mit 80,8 kWh/m²a vorherberechnet. Der im Jahre
2005 ermittelte Gesamtprimärenergieverbrauch beträgt jedoch 122 kWh/m²a und
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liegt somit 52 % über dem berechneten Bedarf. Die rechnerisch ermittelten Erwartungen
haben sich somit in der Praxis nicht erfüllt.
Gegenüber dem Primärenergiebedarf vor der Sanierung konnte durch die baulichen
und anlagentechnischen Maßnahmen der Primärenergieverbrauch von 259 auf
122 kWh/m²a gesenkt werden. Die Einsparungen betragen 53 %. Bild 2.1.3.17
zeigt den Primärenergiebedarf vor und nach der Sanierung und den ermittelten Primärenergieverbrauch
im Jahr 2005.
Bild 2.1.3.17:
Darstellung des Primärenergiebedarfs vor und nach der Sanierung und des ermittelten Primärenergieverbrauchs
im Jahr 2005.
Fazit
Bei dem Vorhaben konnte gezeigt werden, dass es auch bei einem innerstädtischen
Wohngebäude mit denkmalgeschützter Fassade möglich ist, den Primärenergieverbrauch
um über 50 % zu senken.
Zur Reduzierung der Transmissionsverluste hat auch die Innendämmung der straßenseitigen
Fassade mit Calciumsilikatplatten beigetragen. Die Dämmstärke der Calciumsilikatplatte
ist aus feuchtetechnischen Gründen allerdings auf ca. 5 cm beschränkt.
Dadurch konnte der U-Wert der Wand nur auf 0,5 bis 0,7 W/m²K reduziert
werden.
Obwohl an die hofseitige Fassade keine Anforderungen hinsichtlich des Denkmalschutzes
bestehen, wurde nur eine 10 cm dicke Polystyrol-Hartschaumdämmung
angebracht. Der damit erreichte U-Wert von 0,30 W/m²K hätte somit noch deutlich
verbessert werden können. Hier wurden die Möglichkeiten nicht voll ausgeschöpft.
Ebenfalls aus Gründen des Denkmalschutzes mussten wieder Kastenfenster eingebaut
werden. Das Kastenfenster als Zuluftfenster hat sich bewährt. Es hat sich gezeigt,
dass die thermischen Anforderungen erfüllt sind und dass es keine Zuglufterscheinungen
gibt. Auch der hygienische Mindestluftwechsel ist durch die Luftführung
über das Kastenfenster gewährleistet.
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Sowohl die Heizwärm- als auch die Trinkwarmwasserverbräuche waren in beiden
Messperioden deutlich höher als vorausberechnet. Dies wird darauf zurückgeführt,
dass die Raumlufttemperaturen mit über 21 °C höher sind als die in der Berechnung
angenommenen. Als Ursache hiefür wird angegeben, dass die Heizkosten pauschal
und nicht nach Verbrauch abgerechnet werden. Dadurch besteht für die Mieter kein
Anreiz zu sparen.
Es muss als Versäumnis angemerkt werden, dass die Gewerbeeinheit im Erdgeschoss
nicht am Lüftungssystem angeschlossen wurde. Die in der Abluft enthaltene Wärme
hätte genutzt werden können.
Der Innenhof wurde durch eine neue Stahl-Glasüberdachung mit Zuluftöffnungen in
die energetisch wirksame Gebäudehülle integriert und dient als Zuluft- und Lichtschacht.
Über eine G 90 Verglasung gelangt Licht bis in den Gewerberaum des Erdgeschosses.
Auch in den an den Lichtschacht angrenzenden Räumen erhalten Tageslicht.
Aus Gründen des Brandschutzes ist dieser Raum jedoch als Außenraum zu
betrachten. Obwohl im Lichtschacht ein Absinken der Temperaturen unter die
Frostgrenze als unwahrscheinlich nachgewiesen wurde, wäre aus energetischer Sicht
ein Dämmen der Lichtschachtwände mit nichtbrennbarer Dämmung empfehlenswert.
Literatur
Löber, H.; Bolsius, J., Obuchowicz, K., Zymek, M.; Vogel, L., Girlich, N., Helbig, S.,
Winges, G.;Renner, E.: Schlussbericht des Forschungsvorhabens Bautzner Straße 11
in Zittau.
2.1.3.3 EnSan-Projekt Karlsruhe – Goerdelerstraße
Integrale Sanierung auf Niedrigenergie-Standard unter Einschluss moderner Informations-
und Regelungstechnik und Beeinflussung des Nutzerverhaltens
Bild 2.1.3.18:
Ansicht des Gebäudes nach der Sanierung.
Bauherr und Architekt:
Volkswohnung GmbH, Karlsruhe
Energieberatung und Haustechnik:
Ingenieurbüro ebök, Tübingen
Forschungskoordination:
KEA Baden-Württemberg GmbH, Karlsruhe
Projektbetreuung:
Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und
Innovation, Karlsruhe
Projektbetreuung und
Validierungsmessungen:
Fachhochschule Karlsruhe,
Fachbereich Baubetrieb, Karlsruhe
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Einleitung
In Karlsruhe sanierte die Volkswohnung drei Wohnblöcke mit insgesamt 375 Wohnungen.
Die Fassaden der zwischen 1969 und 1971 erstellten Gebäude waren verschlissen
und teilweise reparaturbedürftig. Ferner waren die Fenster undicht und die
in den Nassräumen vorhandenen Abluftanlagen genügten nicht mehr den heutigen
Anforderungen. Darüber hinaus wiesen die Wohnungen auch hohe Heizwärmeverbräuche
auf. Dies nahm die Volkswohnung zum Anlass, die Gebäude nicht nur
optisch zu verschönern, sondern energetisch so zu verbessern, dass der Stand eines
Niedrigenergiehauses erreicht wird [1],[2],[3].
Der westlich liegende Block, Goerdelerstraße 12-18, mit 147 Wohnungen wurde für
das EnSan- Vorhaben ausgewählt. In Bild 2.1.3.19 sind die drei Wohnblöcke im Lageplan
dargestellt. Die Anzahl der Wohnetagen variiert in den einzelnen Häusern
zwischen 7 und 12.
Bild 2.1.3.19:
Darstellung der 3 sanierten Gebäudeblöcke. Block 3 wurde im Rahmen von EnSan (Energetische Sanierung
der Gebäudesubstanz) detailliert untersucht und wissenschaftlich begleitet.
Beschreibung des Ist-Zustandes vor der Sanierung
Die Außenwand im Erdgeschoss bestand aus 1,5 cm Gipsplatte, 3,5 cm Polystyrol
und 18 cm Beton. Die übrigen Fassaden wurden aus 1,5 cm Gipsputz, 24 cm HLZ-
Mauerwerk, 2,5 cm Mineralwolle und einer vorgehängten Fassade aus Asbestzementplatten
gefertigt. Die Vorhangfassade befand sich vor der Sanierung rein optisch
in einem sehr schlechten Zustand. Durch ihre Orientierung nach Westen und
Osten war sie sehr stark Wind und Wetter ausgesetzt und ihre Oberfläche entsprechend
angegriffen. Die Holz-Alu-Verbundfenster waren mit Jalousien im Scheibenzwischenraum
und kontrollierbaren Lüftungsöffnungen ausgestattet und verfügten
über einen U-Wert von 2,6 W/m²K. Die Verbundfenster entsprachen wärmetechnisch
nicht mehr den heutigen Anforderungen. Außerdem waren die Rahmen zum
Teil schadhaft, der Fensterkitt war teilweise herausgebrochen. Die zwischen den
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Scheiben liegenden Aluminium-Jalousien konnten nicht mehr sicher bedient werden,
so dass der sommerliche Wärmeschutz eingeschränkt war. Das Dach bestand
aus einer Kiesschüttung auf einer Bitumenabdichtung, 6 cm Dämmung und 12 cm
Stahlbeton, die Kellerdecke aus 4 cm Estrich, 2,5 cm Trittschalldämmung und
12,5 cm Stahlbeton. Die Entwässerung funktionierte nur noch mangelhaft. Bild
2.1.3.20 zeigt einen Wohnblock vor der Sanierung.
Bild 2.1.3.20:
Gebäudeansicht vor Sanierung.
Die Beheizung und Warmwasserbereitung des Gebäudes erfolgte durch erdgasbetriebene
Kessel. Die Wärmeabgabe in den Wohnungen erfolgte über Plattenheizkörper,
überall waren Thermostatventile vorhanden. Zur Warmwasserbereitung befand
sich im Gebäude eine Speicherbatterie, die von der Kesselanlage mittels Wärmetauscher
beheizt wurde. Insgesamt entsprach die Anlage bezüglich Wirkungsgrad,
Regelung und Wärmedämmung der Rohrleitungen nicht mehr dem Stand der
Technik. Die Wohnungen wurden über Dachventilatoren entlüftet. Die Abluft wurde
in den Küchen, Bädern und WCs zu festgelegten Zeiten entnommen und ließ sich
nicht durch die Mieter beeinflussen. Frischluft konnte über je eine Klappe im Rahmen
des Wohnzimmerfensters und über Undichtheiten nachströmen. Die Lüftungsanlagen
entsprachen nicht den heutigen Anforderungen an den Brandschutz und
mussten daher sowieso saniert werden.
Beschreibung des sanierten Gebäudes
Nach der Erstellung des Energiekonzeptes [1] erfolgte die Sanierung im Jahre
2000/2001 im bewohnten Zustand. Es wurden folgende Maßnahmen umgesetzt:
−
−
Erneuerung der vorgehängten Fassade mit neuer 16 cm dicker Wärmedämmung
auf U = 0,22 W/m²K.
10 cm dicke Dämmung der Kellerdecke auf U = 0,32 W/m²K.
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−
−
−
10 cm dicke Dämmung des Flachdachs auf U = 0,24 W/m²K.
Neue Fenster mit Wärmeschutzverglasung und einem U-Wert von 1,3 W/m²K
und g = 0,57.
Reinigung und Erneuerung der Wohnungslüftungsanlage sowie Installation von
neuen Dachventilatoren mit Konstantdrucksteuerung.
Die Abluftanlage mit regelbaren Abluftventilen entnimmt die Abluft aus Küche, Bad
und WC. Die Außenluft strömt über Außenluftdurchlässe nach. Lediglich in die Küchen
konnten aus Platzgründen keine regelbaren Ventile eingebaut werden. Um die
gewünschte Luftströmung sicherzustellen, musste die Dichtheit zwischen den Wohnungen
und dem Treppenhaus hergestellt werden. Dazu wurden neue Wohnungstüren
eingesetzt.
In Tabelle 2.1.3.4 sind die Wärmedurchgangskoeffizienten der Hüllflächenbauteile
vor und nach der Sanierung zusammengestellt. Der Wärmeschutz der opaken Hüllfläche
wurde durch die Sanierung um ca. 70 % verbessert. Diese aufgeführten
Maßnahmen wurden an allen drei Gebäudeblöcken vorgenommen.
Im Gebäude 14 und 16 wurden in den Wohnungen Einzelraumregelungssysteme installiert.
An einem wandmontierten Zentralgerät im Flur kann für jeden Raum das
gewünschte Temperaturprofil eingegeben werden. Im Gebäude 14 befindet sich in
40 Wohnungen das funkbasierte System der Firma Honeywell. In 35 Wohnungen
des Gebäudes 16 ist das System der Firma Dr. Riedel installiert, das über Bus-Kabel
gesteuert wird. In allen anderen Wohnungen erfolgt die Temperaturregelung über
Thermostatventile.
Tabelle 2.1.3.4:
Zusammenstellung der U-Werte für die 3 Gebäudeblöcke in Karlsruhe vor und nach der Sanierung.
Bauteil
U-Wert [W/m²K]
Vorher Nachher
Maßnahmen
Fassade 0,77 0,22 16 cm Mineralwolle, Vorhangfassade
Dach 0,86 0,24 10 cm Perimeterdämmung
Kellerdecke 1,08 0,32 10 cm Mineralwolledämmung
Fenster 2,6 1,3 2-fach-Wärmeschutzverglasung
Die Heizzentrale befindet sich im mittleren der drei Gebäudeblöcke. Die vorhandenen
Gaskessel mit der Gesamtleistung von 2.800 kW wurden durch 2 Blockheizkraftwerke
mit jeweils 120 kW el und 200 kW th sowie einem Niedertemperaturheizkessel
mit 1,15 MW th ersetzt. Die BHKW liefern die Grundlast und der Niedertemperaturkessel
wird für die Lastspitzen eingesetzt. Zwei Pufferspeicher mit jeweils 3.000
Liter Fassungsvermögen verhindern ein häufiges Takten der Wärmeerzeuger. Der
von den BHKW produzierte Strom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Das
Trinkwarmwasser wird jeweils in einem im Untergeschoss des Gebäudeblocks stehenden
Speicher erwärmt. Der Wärmetauscher befindet sich außerhalb des Speichers.
In Bild 2.1.3.21 ist das Anlagenschema dargestellt.
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Bild 2.1.3.21:
Schematische Darstellung der zentralen Wärmeversorgung. Die Wärmeerzeuger befinden sich im Untergeschoss
des Gebäudeblocks 2.
Im Innenbereich wurden die Wohnungen nicht verändert. Auch die Heizkörper sind
nicht erneuert worden. Es erfolgte lediglich ein Austausch der undichten Wohnungseingangstüren.
In Tabelle 2.1.3.6 sind die Kennwerte des Gebäudeblocks 3
(EnSan-Block), Goerdelerstraße 12-18, zusammengestellt. Der spezifische Transmissionswärmeverlust
H’ T liegt mit 0,55 W/m²K 33 % unter dem zulässigen Wert eines
Neubaus.
Tabelle 2.1.3.5:
Zusammenstellung der Kennwerte für den EnSan-Block (Gebäudeblock 3).
Bezeichnung Einheit Kennwert
Bruttogeschossfläche m² 12.612
Bruttorauminhalt m² 34.146
Wärmeübertragende Hüllfläche m² 9.808
Beheizte Wohnfläche m² 9.560
Nutzfläche A N
m² 10.927
A/V-Verhältnis m -1 0,29
Transmissionswärmeverlust H' T W/m²K 0,55
Ergebnis der Validierungsmessung
Um die Reduzierung des Energieverbrauchs nachweisen zu können, wurde ein
Messprogramm mit mehr als 1.200 Sensoren, die in den Wohnungen und in der
Heizzentrale installiert wurden, realisiert. Alle Informationen zur Beheizung, zur Belüftung
und zum Nutzerverhalten wurden über ein neuartiges funkbasiertes Messkonzept
der Fachhochschule erfasst und von einem zentralen Rechner aufbereitet,
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um eine detaillierte Energiebilanz zu erhalten. Die Messphase begann nach Abschluss
der Sanierungsarbeiten Anfang 2002 und endete im Frühjahr 2004. Von den
147 Wohnungen des Gebäudeblocks 3 wurden 24 Wohnungen detailliert vermessen.
Es handelt sich um 12 Wohnungen, die mit dem Einzelraumregelungssystem
Honeywell ausgestattet sind und um 12 Vergleichswohnungen mit konventionellen
Raumthermostaten. Von den 35 mit dem Einzelraumregelungssystem Riedel ausgestatteten
Wohnungen konnten die Verbrauchsdaten direkt vom System übernommen
werden. Um die energetische Wirkung einzelner Maßnahmen wie Einzelraumregelung,
bedarfsabhängig steuerbare Einrichtung zur Wohnungslüftung sowie Nutzerverhalten
zu erfassen, wurden weitere Sensoren installiert. Die Gesamtheizwärmeverbräuche
sowie der erzeugte Strom wurden in der Heizzentrale des Blocks 3 erfasst.
Bild 2.1.3.22:
Darstellung des Nutzenergieverbrauchs vor und nach der Sanierung. Die Nutzenergieverbräuche nach
der Sanierung beziehen sich auf folgende Wohnungen: Wohnungen ohne Einzelraumregelung, Wohnungen
mit Einzelraumregelung System Honeywell und Wohnungen mit Einzelraumreglung System
Riedel.
Bild 2.1.3.22 zeigt die gemessenen Nutzwärmeverbräuche vor und nach der Sanierung.
Beim Nutzwärmeverbrauch für die Beheizung handelt es sich um den temperaturbereinigten
Mittelwert von 5 Jahresperioden vor der Sanierung. Der Nutzwärmeverbrauch
für die Trinkwarmwassererwärmung wurde während der Messphase
2003/2004 mit 27 kWh/m²a gemessen. Da sich die Bewohnerzahl nach der Sanierung
gegenüber vor der Sanierung nicht geändert hat, kann angenommen werden,
dass auch der Nutzwärmeverbrauch früher etwa gleich hoch war. Insgesamt lag der
Nutzwärmeverbrauch somit für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung der
375 Wohnungen bei 126 kWh/m²a. Dieser Verbrauch sank infolge der Sanierung
um 35 % auf 82 kWh/m²a. Der Heizwärmeverbrauch bezieht sich auf alle Wohnungen
der 3 Blöcke mit Ausnahme der Wohnungen, die im Haus 14 und 16 mit einer
Einzelraumregelung ausgestattet sind. Die Auswertung ergab, dass in den Wohnungen,
die mit dem Honeywell-Einzelraumregelungssystem ausgestattet sind, der
Heizwärmeverbrauch um im Mittel 11 kWh/m²a unter dem Verbrauch der Referenzwohnungen
liegt. Eine weitere Reduzierung auf 38 kWh/m²a stellte sich bei den
Wohnungen ein, in denen das Riedel-Einzelraumregelungssystem installiert ist. Erwartungsgemäß
haben sich die Heizwärmeverbräuche der Wohnungen etwa hal-
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iert. Die Trinkwarmwassernutzwärmeverbräuche sind jedoch gleich geblieben, da
an diesem System auch nichts verbessert wurde. Sie sind mit 27 kWh/m²a als hoch
einzustufen. In der Energieeinsparverordnung (EnEV) wird für die Berechnung des
Trinkwarmwasserbedarfs ein Wert von 12,5 kWh/m²a angenommen.
Die zwischen der Heizzentrale und den Gebäudeblöcken entstandenen Rohrleitungsverluste
wurden nicht gemessen. Es ist zu beachten, dass die Vor- und Rücklauftemperaturen
in den Verbindungsleitungen auch im Sommer ein hohes Temperaturniveau
aufweisen, da über das ganze Jahr hindurch die in den einzelnen Gebäudeblöcken
aufgestellten Brauchwasserspeicher erwärmt werden müssen. Die
entstandenen Leitungsverluste werden im Bericht mit 4 kWh/m²a abgeschätzt und
jeweils zur Hälfte den Trinkwarmwassernutzwärmeverbräuchen und den Heizwärmeverbräuchen
zugeschrieben. Demzufolge können die im Gebäude benötigten
Verbräuche um 2 kWh/m²a reduziert werden.
Die Bewertung der Wohngebäude im EnSan-Vorhaben erfolgt auf der Basis des
Endenergieverbrauchs. Dieser lag für die Beheizung bei 112 kWh/m²a und für die
Trinkwarmwassererwärmung bei 51 kwh/m²a. Die enorme Steigerung des Endenergieverbrauchs
für die Trinkwarmwassererwärmung um nahezu 100 % gegenüber
dem Nutzwärmeverbrauch liegt an den hohen Zirkulationswärmeverlusten. Die Zirkulation
ist nicht zeitabhängig geregelt, da in einem großen Mehrfamilienhaus zu
völlig unterschiedlichen Zeiten Warmwasser entnommen wird. Der Endenergieverbrauch
für das sanierte Gebäude liegt durch die Rückspeisung des Stromes an
das öffentliche Netz bei 35 kWh/m²a, wie im Bild 2.1.3.23 dargestellt. Die beiden
BHKW-Anlagen lieferten 80 % der für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung
benötigten Wärme, die restlichen 20 % deckte der Gas-Spitzenlastkessel, der
Bild 2.1.3.23:
Darstellung des Endenergieverbrauchs vor und nach der Sanierung. Die ans Netz gelieferte elektrische
Energie wurde mit dem Primärenergiefaktor 2,7 bewertet. und vom Endenergieverbrauch des Gebäudes
subtrahiert.
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einen Wirkungsgrad von 0,9 hat, ab. Die BHKW wiesen im Mittel ebenfalls einen
Wirkungsgrad von 0,9 auf. 34 % der produzierten Energie wurden als Wärme abgegeben
und 56 % lieferte der Generator als elektrischen Strom. Der Stromanteil
kann mit dem Primärenergiefaktor (in [2] wurde 2,7 angenommen) multipliziert und
vom Endenergieverbrauch der BHKW abgezogen werden. Auf diese Weise erhält
man den geringen Endenergieverbrauch von 35 kWh/m²a.
Ergebnis der sozialwissenschaftlichen Begleitforschung
Die bei einer Sanierung erzielbaren Energieeinsparungen hängen nicht nur allein von
der Effizienz ab, sondern auch in erheblichem Maße vom Nutzer. Es wurde daher im
Rahmen des Vorhabens eine sozialwissenschaftliche Begleitforschung durchgeführt.
Sie verfolgte im Wesentlichen folgende Ziele:
−
−
−
Information der Mieter vor, während und nach der Sanierung zwecks Gewinnung
von Verständnis und Motivation zur Mitarbeit, damit die Energieeinsparund
Wirtschaftlichkeitsziele erreicht werden.
Untersuchung der Auswirkungen innovativer technischer Maßnahmen für die
Bewohner und deren Akzeptanz.
Analyse der Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten zur optimalen Ausschöpfung
der Einsparpotentiale und zur Errichtung einer größtmöglichen Nutzerzufriedenheit.
Hierzu wurden Informationsbriefe an die Mieter geschrieben, schriftliche Befragungen
und Tiefeninterviews durchgeführt, Beobachtungen bei Mieterversammlungen
vorgenommen sowie Befragungsdaten mit Messwerten verglichen.
In den Wohnungen leben überwiegend ältere Personen. Zu Beginn der Sanierung
waren 55 % im Ruhestand. Drei Viertel der Befragten hielten Energiesparen für ein
wichtiges Thema. Bei der Vorstellung der Sanierungsmaßnahmen fanden 70 % die
Maßnahmen richtig. Von knapp 90 % wurde die Heizkosteneinsparung als sehr
wichtig erachtet aber gleichzeitig erwarteten 65 % auch ein schöneres Aussehen
der Häuser.
Im Sommer 2001 wurde eine leerstehende Musterwohnung zur Besichtigung der
Messinstallation und Heizungsregelungssysteme angeboten. Etwa 1/3 der Bewohner
nahm dieses Angebot war. Die Lüftungsmöglichkeit über die Abluftanlage war für
die Mieter erklärungsbedürftig. Wenig Verständnis zeigten sie auch bei den Möglichkeiten
der Einzelraumregelung.
Die Befragung nach der Sanierung ergab, dass die Bewohner überwiegend mit den
Raumlufttemperaturen zufrieden waren. Allerdings gaben die Bewohner des Hauses
14 und 16 doppelt so häufig als vor der Sanierung an, dass es ihnen in der Wohnung
zu kalt sei. Vor der Sanierung klagten ca. 2/3 über Zugerscheinungen. Nach
der Sanierung bemerken gut die die Hälfte überhaupt keinen Zug mehr. Es ist jedoch
überraschend, dass immer noch 1/3 der Befragten „etwas“ und 13 % „erheblich“
über Zugerscheinungen klagt, obwohl umfangreiche Maßnahmen zur Herstellung
der Luftdichtheit durchgeführt wurden. Ca. 60 % der Befragten finden es angenehm,
„dass man im Winter die Fenster eigentlich zum Lüften nicht mehr öffnen
muss“. Um ein richtiges „Frischluftgefühl“ zu haben, ist laut Aussagen der Bewohner
aber zusätzlich das Fensteröffnen notwendig. Insgesamt halten 41 % der Be-
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fragten das ganze Lüftungssystem für sinnvoll und 47 % für „einigermaßen sinnvoll“.
Die Tiefeninterviews ergaben, dass die Bewohner mit der Modernisierung sehr zufrieden
sind. Die neue Fassadengestaltung kam sehr gut an. Die neuen Fenster wurden
ebenfalls positiv bewertet. Die Frischluftversorgung ohne Fensterlüftung erschien
den Mietern nicht ausreichend. Das Lüftungssystem der Gesamtwohnung
war für die meisten Bewohner nicht leicht zu verstehen.
Nach der Regelung der Raumlufttemperatur befragt, zeigte es sich, dass nur ca.
15 % des Hauses 14 (Honeywell-System) und ca. 60 % des Hauses 16 (Riedel-
System) damit gut zurechtkommen. Eine Besonderheit beim Honeywell-System ist,
dass die Thermostate nur mit Batterien funktionieren. Sind sie leer, stellt sich das
Ventil auf maximalen Durchfluss und bleibt dann stehen.
In knapp der Hälfte der Wohnungen des Hauses 14 wurden von der Fachhochschule
Pocket-PCs eingebaut, auf denen die Bewohner Wetterdaten und Informationen
über das Heizungsverhalten abrufen können. Die Hälfte der Befragten findet die Information
nützlich, die Bedienung wurde aber überwiegend als schwierig empfunden.
Die Verbrauchkontrolle fanden die meisten Benutzer interessant, doch die wenigsten
hatten diese Funktion je genutzt.
Insgesamt war eine gewisse Hemmschwelle für die Benutzung der Regelcomputer
vorhanden. Die meisten Bewohner hatten sich mit dem gesamten Regelsystem noch
wenig beschäftigt, meist noch nicht einmal die Bedienungsanleitung gelesen. Es reichen
bei der Installation solcher Regelungsmaßnahmen die schriftlichen Anleitungen
nicht aus. Die Bewohner wünschen sich eine persönliche Einweisung. Dies galt insbesondere
bei den Riedel-Systemen, bei dem die Raumlufttemperaturen zentral eingegeben
werden müssen. Die Möglichkeiten, die die Systeme zur Energieeinsparung
bieten, wurden längst nicht ausgenutzt.
Die jährlichen Heizkosten vor der Sanierung lagen im Mittel bei 5,37 €/m²a. Im ersten
Jahr nach der Sanierung reduzierte sich der Betrag um 24 % auf 4,10 €/m²a.
Die Stromkosten waren bei den meisten Bewohnern höher als die Heizkosten.
Die Mietkosten wurden von ursprünglich 3,30 €/(m² Monat) auf 4,75 €/(m² Monat)
erhöht. Für eine mittlere Wohnung von 67 m² betragen die jährlichen Mehrkosten
somit etwa 1100 €/a. Die Heizkosten reduzierten sich aber nur um ca. 160 €/a.
Trotzdem halten 75 % der Mieter die Erhöhung für gerechtfertigt, da sich auch der
thermische Komfort und das äußere Erscheinungsbild der Gebäude verbessert haben.
Kosten
In Tabelle 2.1.3.6 sind die Brutto-Gesamtinvestitionen für den Gebäudeblock 3 (En-
San-Block) zusammengestellt. Die Kosten sind in Kostengruppe 300 (Gebäude), Kostengruppe
400 (Anlagentechnik) und Nebenkosten aufgeteilt. Die Kosten der zentralen
Heizanlage wurden proportional im Verhältnis der Wohnungsanzahl (147/345)
ermittelt. Aus den auf die Wohnfläche bezogenen Kosten ist zu ersehen, dass die
Fassadensanierung mit 123 €/m² über ein Drittel des Gesamtbetrages, der bei
319 €/m² liegt, verursachte.
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Tabelle 2.1.3.6:
Zusammenstellung der abgerechneten gesamten Sanierungskosten für den EnSan-Block (Gebäudeblock
3).
Position
Bauwerk
Abgerechnete Kosten [€]
Absolut
pro m²
Wohnfläche
Flachdach 117.929 12
Fenster 458.345 48
Haustüren / Vordächer 26.344 3
Fassadenverkleidung 1.162.253 122
Balkone / Schlosserarbeiten 171.269 18
Dämmung Kellerdecken 130.742 14
Wohnungseinganstüren 224.063 23
Summe KG 300 2.290.945 240
Tech. Anlagen
Summe KG 400
Nebenkosten
Heizungsanlage 175.000 18
BHKW 82.000 9
Lüftung 278.000 29
Einzelraumregelung 135.000 14
Nebenkosten Bauwerk 68.728 7
Nebenkosten Tech. Anlagen 20.100 2
Gesamt 88.828 9
Gesamtkosten 3.049.773 319
Fazit
Der bauliche Wärmeschutz hat zu den erwarteten Einsparungen des Transmissionswärmeverlustes
geführt. Durch die kontinuierlich betriebene Abluftanlage wird ein
Grundluftwechsel erzielt. Er reicht jedoch nicht aus, um die gesamte Wohnung mit
Frischluft zu versorgen. Die Fenster müssen zusätzlich geöffnet werden. Ältere und
wenig technisch interessierte Bewohner verstehen das Lüftungssystem nicht vollkommen.
Sie sind auf Erklärungen des Gebäudeeigentümers angewiesen. Die Einzelraumregelung
bietet eine Menge Möglichkeiten, die Raumlufttemperatur in den
einzelnen Räumen gezielt nach Bedarf einzustellen, doch das Angebot wird zu wenig
genutzt, da den Bewohnern die Bendienungsführung nicht vertraut ist. Es ist
dringend notwendig, dass die Systemhersteller selbsterklärende Bedieneroberflächen
entwickeln, die ohne Handbuch verstanden werden. Der Trinkwarmwasser-
Nutzwärmeverbrauch ist mit 27 kWh/m²a mehr als doppelt so hoch wie der in der
Energieeinsparverordnung angegebene Bedarfswert von 12,5 kWh/m²a. Dies ist im
Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass keine Warmwasseruhren eingebaut sind
und deshalb keine verbrauchsabhängige Abrechnung durchgeführt werden kann.
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60

Die Warmwasserkosten werden wohnflächenbezogen abgerechnet. Der Trinkwarmwasser-Endenergieverbrauch
ist knapp doppelt so hoch wie der Trinkwarmwasser-Nutzwärmeverbrauch.
Die Zirkulationswärmeverluste wurden zwar nicht
gemessen, doch aus früheren Vorhaben ist bekannt, dass bei einer Zirkulation, die
ununterbrochen in Betrieb ist, wie das hier der Fall ist, die Zirkulations- und Speicherverluste
so hoch sind wie der Trinkwarmwasser-Nutzwärmeverbrauch. Die starke
Reduzierung des Primärenergieverbrauchs von ursprünglich 163 kWh/m²a auf
35 kWh/m²a ist zum großen Teil dem Blockheizkraftwerk zuzuschreiben. Der ins öffentliche
Netz zurück gespeiste Strom wurde mit dem Primärenergiefaktor 2,7 bewertet.
Während der dreijährigen Messzeit traten Betriebsstörungen häufiger auf als
erwartet. Dadurch waren auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten deutlich
höher als kalkuliert. Bei Betrachtung einer 12-jährigen Abschreibungszeit konnte das
BHKW erst am Ende der Messphase infolge der höheren Einspeisevergütung von
7,23 ct/kWh wirtschaftlich betrieben werden. Die Wirtschaftlichkeit eines BHKW
hängt ganz empfindlich von der Einspeisevergütung und den Gaskosten ab. Aus
energetischen und umweltrelevanten Gesichtspunkten ist der Einsatz eines BHKW
jedoch eine empfehlungswerte Maßnahme.
Literatur
[1] Hildebrand, O. et Al: Energiekonzept, Bonhoefferstraße 1-5, Goerdelerstraße
6-18, Karlsruhe. ebök, 2000.
[2] Emmerich, W.; Georgescu, M.; Ginter, M.; Garrecht, H.; Huber, J.; Hildebrand,
O., König, A.; Laidig, M.; Gruber, E.; Jank, R.; Bieber, H.: EnSan-Projekt Karlsruhe-Goerdelerstraße.
Integrale Sanierung auf Niedrigenergiestandard unter
Einschluss moderner Informations- und Regelungstechnik und Beeinflussung
des Nutzerverhaltens. Schlussbericht. FIA-Projekt – Forschungs- Informationsaustausch,
2004.
[3] BINE-Projekt-Info: Gebäude sanieren – Hochhaus-Wohnanlage 12/04.
2.1.3.4 Innovative Niedrigenergiesanierung Albert –Schweitzer-Viertel in
Berlin-Friedrichshagen
Bauherr, Architekt,
Projektleitung
KÖWOGE Köpenicker Wohnbaugesellschaft
mbH
Energiekonzept, Gesamtauswertung
ASSMANN Berlin, RK Stuttgart
Validierungsmessungen
BBP Bauconsulting, Berlin
Bild 2.1.3.24:
Ansicht des Gebäudes nach der Sanierung.
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61

Einleitung
Die Köpenicker Wohnbaugesellschaft besitzt eine große Zahl mehrgeschossiger Plattenbauten.
Die Gebäude – häufig in den 60er Jahren erstellt – sind zwischenzeitlich
verschlissen, weisen einen hohen Heizwärmeverbrauch auf und entsprechen nicht
mehr den heutigen Komfortansprüchen. Die Wohnbaugesellschaft setzte sich die
Umsetzung eines energetischen Gesamtkonzeptes unter Einbeziehung der Lüftung,
Trinkwarmwassererwärmung sowie Regelung und Verbrauchertransparenz zum Ziel.
Bei dem ausgewählten zu sanierenden Wohngebäude aus den 60er Jahren handelt
es sich um einen 5-geschossigen Plattenbau der Bauserie P2 (Laststufe 50 kN). Das
Gesamtgebäude besteht aus zwei identischen aneinandergebauten Gebäudeblöcken
mit jeweils 50 Wohnungen. Die Blöcke 1 und 2 tragen die Bezeichnung Albert-
Schweitzer-Viertel 31-35 (ASV 31-35) und Albert-Schweitzer-Viertel 36-40 (ASV 36-
40). Zum Vergleich dienen zwei konventionell sanierte Gebäude ASV 21-30 und
ASV 41-50.
Beschreibung des Zustandes vor der Sanierung
Die Längsfassade besteht aus raumgroßen Fertigteilelementen in zweischaliger Konstruktion
mit einer innen liegenden Dämmschicht aus 4 cm dicken Holzwolleleichtbauplatten
und außen liegender tragender Betonschicht mit einem U-Wert von ca.
1,7 W/m²K. Die Giebelleichtbetonelemente weisen einen U-Wert von ca. 1,9 W/m²K
auf. Es wurden damals Holzverbundfenster ohne Dichtung eingebaut, teilweise auch
als Festverglasung. Der U-Wert liegt bei ca. 2,5 W/m²K. Ein 150 cm hoher Kriechkeller
für Installationen wird nach oben von einer Betondecke mit geringfügiger Wärmedämmung
(2 cm Trittschalldämmung zwischen Estrich und Decke) begrenzt.
Bild 2.1.3.25:
Gebäudeansicht vor der Sanierung.
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62

Das Kaltdach aus Stahlbetonelementen mit Innenentwässerung hat eine Drempelhöhe
von ca. 90-120 cm und einen U-Wert von ca. 1,6 W/m²K. Auf der obersten
Geschossdecke war keine Wärmedämmung aufgebracht. Die Treppenhäuser sowie
die Küchen und Bäder sind innen liegend.
Die Korrosionsschäden mit Betonabplatzungen an den Außenwänden sowie die
mangelnde Schlagregendichtheit der Fenster und der relativ hohe Heizwärmeverbrauch
von 180 kWh/m²a machten eine Sanierung der Fassaden dringend erforderlich.
Infolge der mangelnden Funktion der Schachtlüftung war auch eine Sanierung
der Lüftung notwendig. Die Sanierung wurde im Rahmen von EnSan unter der
Projektleitung der KÖWOGE durchgeführt. Die Erstellung des Energiekonzeptes und
die Gesamtauswertung des EnSan-Forschungsvorhabens erfolgten durch das Büro
ASSMANN [1].
Beschreibung des sanierten Gebäudes
Die beiden Gebäudeblöcke 1 und 2 im Albert-Schweitzer-Viertel erhielten an den
Längswänden eine 14 cm dicke Außenwanddämmung (U=0,24 W/m²K) und eine
20 cm dicke Giebelwanddämmung (U=0,18 W/m²K). Die oberste Geschossdecke
wurde von oben mit einer 20 cm dicken Mineralwolleschicht gedämmt
(U=0,18 W/m²K). Die Dämmung der Kellerdecke erfolgte durch eine 10 cm dicke
Dämmschicht von unten (U=0,28 W/m²K). Die vorhandenen Fenster wurden gegen
3-fach-wärmeschutzverglaste in Kunststoffrahmen ausgetauscht. Im Norden kamen
hoch gedämmte Rahmen zum Einsatz. Die gesamten Baumaßnahmen wurden im
bewohnten Zustand durchgeführt. In Tabelle 2.1.3.7 sind die U-Werte der Gebäudehüllfläche
vor und nach der Sanierung zusammengestellt. Die gesamte Nettowohnfläche
beträgt 5293 m². Die Energieverbräuche werden in [1] auf die temperierte
Nutzfläche von 5078 m² bezogen.
Tabelle 2.1.3.7:
Wärmedurchgangskoeffizienten der baulichen Hülle vor und nach Sanierung.
Bauteil
vor
Sanierung
U-Wert [W/m²K]
nach
Sanierung
Maßnahmen
Längswand 1,57 – 1,77 0,24 – 0,25 14 cm Wärmedämmverbundsystem
Giebelwand 1,67 – 1,97 0,18 20 cm Wärmedämmverbundsystem
Dach 1,64 0,18 20 cm Mineralwolledämmung
Kellerdecke 1,52 0,28 10 cm Mineralwolledämmung
Fenster Nord 2,5 0,8 3-fach-Wärmeschutzverglasung
Fenster und Balkontüren
Süd
2,5 1,1
3-fach-Wärmeschutzverglasung in hoch gedämmten
Rahmen
Die beiden Gebäudeblöcke weisen somit das gleiche Dämmniveau in der Hüllflächendämmung
auf und werden auch künftig mit Fernwärme beheizt, doch hinsichtlich
Trinkwarmwassererwärmung sowie Lüftung und Raumtemperaturregelung unterscheiden
sie sich voneinander. Die Belüftung der Wohnungen des Gebäudeblocks
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63

1 (ASV 31-35) erfolgt mit einer Abluftanlage. Im Abluftstrom ist eine elektrische
Wärmepumpe eingebaut, die die aufgenommene Energie an den Brauchwasserspeicher
abgibt. Die Zuführung der Zuluft erfolgt über Außenluftdurchlasselemente
(ALD), die im Fensterrahmen integriert sind. Der Luftwechsel ist so eingestellt, dass
er in der Grundlüftungsstufe bei 0,35 h -1 und in erhöhter Stufe, die manuell betätigt
werden kann, bei 0,8 h -1 liegt. Das installierte Riecon-System der Fa. Dr. Riedel stellt
sicher, dass der mittlere Luftwechsel von 0,42 h -1 gewährleistet ist. Wird die erhöhte
Stufe von den Bewohnern zu kurz betätigt, so erfolgt die Umschaltung auf die erhöhte
Stufe selbstständig und zwar zu Zeiten, während denen die Lufttemperatur in
den Räumen abgesenkt ist. Auf diese Weise sind die Lüftungswärmeverluste minimal.
Die Regelung der Luftvolumenströme erfolgt über das motorisch betriebene
Abluftventil. Die Absaugung der Abluft erfolgt über Dachventilatoren, die mit elektrisch
kommutierten 24 V-Außenläufermotor (EC-Motor) betrieben und strömungsabhängig
geregelt werden.
Mit dem Riecon-System erfolgt ferner die Einzelraumregelung. In jedem Raum kann
damit ein zeitliches Temperaturprofil vorgegeben werden. Bei geöffnetem Fenster
schließt das Heizkörperventil. Auf diese Weise werden die Lüftungswärmeverluste
bei geöffnetem Fenster etwas reduziert. Die Heizkostenabrechnung kann ohne Betreten
der Wohnungen ebenfalls mit dem Riecon-System vorgenommen werden.
Bild 2.1.3.26:
Isometrische Darstellung der drei baugleichen Gebäude. Das mittlere Gebäude wurde im Rahmen von
EnSan (Energetische Sanierung der Gebäudesubstanz) untersucht.
In den Wohnungen des Gebäudeblocks 2 (ASV 36-40) sind dezentrale Zu- und Abluftanlagen
mit Wärmerückgewinnung installiert. Die Außenluft wird im Drempelbereich
an der Nordfassade angesaugt, gefiltert und durch den Zuluftventilator in den
vertikalen Zuluftkanal transportiert. In den einzelnen Wohnungen ist zwischen Bad
und Küche ein Kreuzstromwärmetauscher im Lüftungskanal installiert, in dem die
Wärme der Abluft an die Zuluft übertragen wird. Das Einblasen der Zuluft in die
Zimmer erfolgt über der Tür. Die Abluft strömt von den Räumen über die Abluftdurchlässe
in den Zimmertüren in den Flur und von dort in das Bad und in die Kü-
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che. Nachdem die Abluft den Kreuzstromwärmetauscher passiert und die Wärme an
die Zuluft abgegeben hat, strömt sie in dem senkrechten Abluftrohr über Dach ins
Freie. Aus Gründen der Kosten, Wartung und Geräuschentwicklung kamen keine
wohnungsweisen Ventilatoren zum Einsatz, sondern gleichstrombetriebene zentrale
Dachventilatoren. Die Lüftungsanlage ist mit einer Zeitsteuerung ausgestattet, die
die Anlage außerhalb der Intensivnutzungszeiten in den reduzierten Betrieb schaltet
(60 % des Gesamtvolumenstroms). Bei Außenlufttemperaturen unter –5 °C schaltet
die Anlage ebenfalls in den reduzierten Betrieb um. Die Heizkörper sind mit elektronischen
batteriebetriebenen Thermostatventilen ausgestattet (System Honeywell HR-
40). Es kann somit in gleicher Weise wie in Block 1 in jeder Wohnung und in jedem
Raum ein individuelles zeitliches Temperaturprofil vorgegeben werden. Wenn ein
Fenster geöffnet wird, schließt das Heizkörperventil für 30 Minuten.
Das Trinkwarmwasser der beiden Gebäudeblöcke wird mit Fernwärme erwärmt. Eine
zusätzliche unterstützende Erwärmung erfolgt im Gebäudeblock 1 durch eine
Abluftwärmepumpe. Verdampfer und Expansionsventil der Wärmepumpe befinden
sich im Drempel und der Verflüssiger ist im Bereich der Hausanschlussstation untergebracht.
Die der Abluft entzogene Wärme wird in den 2000 Liter fassenden Pufferspeicher
eingelagert und von dort über einen externen Wärmtauscher der Trinkwarmwassererwärmung
zugeführt. In den Wohnungen sind auch Waschmaschine
und Geschirrspüler an der Trinkwarmwasserversorgung angeschlossen.
Bild 2.1.2.27:
Schematische Darstellung der Wärme- und Trinkwarmwasserversorgung des Gebäudeblocks 1 (ASV
31-35).
Im Gebäudeblock 2 (ASV 36-40) wird die der Abluft entzogene Wärme direkt der
Zuluft zugeführt und kann daher nicht für die Trinkwarmwassererwärmung herangezogen
werden. Es wurde daher auf dem Dach des Gebäudes eine 66 m² große
Kollektorfläche installiert. Die gewonnene Wärme wird in gleicher Weise wie beim
Gebäudeblock 1 über den Pufferspeicher und den externen Wärmetauscher zur
Trinkwarmwassererwärmung herangezogen.
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Bild 2.1.3.28:
Schematische Darstellung der Wärme- und Trinkwarmwasserversorgung des Gebäudeblocks 1 (ASV
36-40).
Direkt neben dem Gebäue, das die beiden Gebäudeblöcke 1 und 2 umfasst, befindet
sich der Gebäudeblock (ASV 21-25), der ebenfalls 50 Wohnungen enthält und
standardmäßig entsprechend den Anforderungen der Energieeinsparverordnung
(EnEV) saniert und mit einer ungeregelten Abluftanlage ausgestattet wurde. Die Zuluft
wird dabei über Undichtheiten in der Gebäudehülle oder auch aus dem Flur angesaugt.
Die zweistufig betriebenen Abluftventilatoren, die weder druck- noch volumenstromgeregelt
sind, befinden sich auf dem Dach des Gebäudes. Dieses Gebäude
kann zum Vergleich der Energiekennwerte herangezogen werden.
Ergebnis der Validierungsmessung
Die Messungen hatten zum Ziel, das energetische Sanierungskonzept der beiden
Blöcke zu validieren und die gemessenen Heiz- und Primärenergieverbräuche für
Heizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung den vorherberechneten gegenüberzustellen.
Neben der Erfassung des Benutzerverhaltens sollte auch ermittelt
werden, ob und wie die Nutzer mit der innovativen Technik zurechtkommen. Die
Ermittlung der energetischen Effizienz der Komponenten wie Wärmepumpen, Kollektoren,
Einzelraumregelung usw. war ebenfalls Gegenstand der Messungen, die
von März 2002 bis Dezember 2003 durchgeführt wurden.
An den Hausanschlussstationen der Gebäudeblöcke ASV 20-25 sowie ASV 30-35
und ASV 36-40 wird die Fernwärme an die Gebäude übergeben und dort auch
messtechnisch erfasst. Der klimabereinigte Fernwärmeverbrauch für die Beheizung
für das Jahr 2003 liegt beim Referenzblock bei 97 kWh/m²a, beim Block 1 bei
66 kWh/m²a und beim Block 2 bei 60 kWh/m²a. Der ermittelte Fernwärmeverbrauch
im unsanierten Zustand weist den Wert von 180 kWh/m²a auf.
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Tabelle 2.1.3.8:
Zusammenstellung der gemessenen Trinkwarmwassernutzwärmen und dessen Deckung.
Bezeichnung
Referenzgebäude
(ASV 21-25)
[kWh/m²a]
Block 1 (ASV 31-35)
Abluftsystem und
Wärmepumpe
[kWh/m²a]
Block 2 (ASV 36-40)
WRG und
Kollektoren
[kWh/m²a]
Nutzwärme TWW 26,7 25,8 28,3
Deckung
Wärmepumpen - 7,9 -
Kollektoren - - 8,8
Fernwärme 26,7 17,9 19,5
Deckungsanteil [%] 0 31 31
Die Trinkwarmwasserverbräuche einschließlich Zirkulationsverluste liegen im Referenzblock
(ASV 21-25) bei 26,7 kWh/m²a und in den Blöcken 1 (ASV 30-35) und 2
(ASV 36-40) bei 25,8 und 28,3 kWh/m²a. Im Referenzblock muss dieser Energieaufwand
komplett durch die Fernwärme gedeckt werden. Bei Block 1 hingegen reduziert
sich der Energiebetrag um 7,9 kWh/m²a, da dieser Anteil über die Luft-
Wasser-Wärmepumpen abgedeckt wird. Beim Block 2 erfolgt ebenfalls eine Reduktion
um 8,9 kWh/m²a infolge der solaren Unterstützung. Durch die Beiträge der
Wärmepumpen und der Kollektoren konnte der Fernwärmanteil wie aus Tabelle
2.1.3.8 zu ersehen ist, somit um 31 % reduziert werden.
Neben der Fernwärme ist für die Beheizung, Trinkwassererwärmung und Lüftung
noch Elektroenergie für Umwälzpumpen, Wärmepumpe sowie Ventilatoren und Regelungen
notwendig. Die benötigte elektrische Hilfsenergie für die Beheizung des
Referenzblockes zum Betreiben der Umwälzpumpen und Regelungen beträgt
0,7 kWh/m²a. Für die Beheizung des Blocks 1 wird die Elektroenergie von
1,6 kWh/m²a benötigt. Sie ist gegenüber dem Referenzblock höher, da die Wohnungen
mit einem Einzelraumregelungssystem ausgestattet sind. Für die Beheizung
des Blocks 2 ist mit 0,6 kWh/m²a etwa die gleiche Hilfsenergie wie beim Referenzblock
notwendig.
Das Trinkwarmwasser des Referenzblockes (ASV 20-25) wird vollständig mit Fernwärme
erwärmt. Ein Hilfsstromverbrauch wird in [1] hierfür nicht angegeben. Im
Block 1 (ASV 30-35) hingegen erfolgt eine Unterstützung mit einer Abluftwärmepumpe.
Der Stromverbrauch hierfür liegt bei 2,9 kWh/m²a. Die solar unterstützte
Brauchwassererwärmung beim Block 2 (ASV 36-40) benötigt für die Solarkreispumpe
einen Stromaufwand von 0,3 kWh/m²a. Die Stromverbräuche für die Abluftanlagen
des Referenzblocks und des Blocks 1 liegen bei 1,6 kWh/m²a und 1,2 kWh/m²a.
Einen deutlich höheren Betrag mit 5,7 kWh/m²a weist Block 2 mit den installierten
Zu- und Abluftanlagen auf.
Für die Gegenüberstellung der Verbräuche für Heizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung
wurde im EnSan-Förderkonzept der Primärenergieverbrauch als
Bewertungsgröße festgelegt, wobei allerdings nur der Stromverbrauch primärenergetisch
mit dem Faktor 2,8 zu berücksichtigen ist, die Fernwärme wird mit dem Primärenergiefaktor
1 angesetzt.
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Die so ermittelten Primärenergieverbräuche für Beheizung, Trinkwarmwassererwärmung
und Belüftung liegen für den Referenzblock sowie Block 1 und Block 2 bei
130,5 kWh/m²a, 99,4 kWh/m²a und 97,9 kWh/m²a. Wird jedoch nur der Primärenergieverbrauch
für die Beheizung und Belüftung betrachtet, so ergeben sich die
Werte von 103,8 kWh/m²a für den Referenzblock, 73,4 kWh/m²a für Block 1 und
77,7 kWh/m²a für Block 2. Obwohl der Heizenergieverbrauch des Blockes 1 bei
65,8 kWh/m²a und der des Blockes 2 bei 60,0 kWh/m²a liegt, erhöht sich der Primärenergieverbrauch
auf 73,4 kWh/m²a und 77,7 kWh/m²a. Durch den höheren
Stromverbrauch der Zu- und Abluftanlagen mit Wärmerückgewinnung liegt der Primärenergieverbrauch
des Blockes 2 über dem des Blockes 1. In Tabelle 2.1.3.9 sind
die Energieanteile zusammengestellt.
Tabelle 2.1.3.9:
Zusammenstellung der Nutz-, Hilfs-, End- und Primärenergien für die Beheizung, Trinkwarmwassererwärmung und Lüftung.
Gesamt
Lüftung Trinkwarmwasser Heizung
Gebäude
Referenzgebäude
(ASV 21-25)
Block 1 (ASV 31-35)
Abluftsystem und
Wärmepumpe
Block 2 (ASV 36-40)
WRG und Kollektoren
Referenzgebäude
(ASV 21-25)
Block 1 (ASV 31-35)
Abluftsystem und
Wärmepumpe
Block 2 (ASV 36-40)
WRG und Kollektoren
Referenzgebäude
(ASV 21-25)
Block 1 (ASV 31-35)
Abluftsystem und
Wärmepumpe
Block 2 (ASV 36-40)
WRG und Kollektoren
Referenzgebäude
(ASV 21-25)
Block 1 (ASV 31-35)
Abluftsystem und
Wärmepumpe
Block 2 (ASV 36-40)
WRG und Kollektoren
Nutzenergie
[kWh/m²a]
Hilfsenergie
[kWh/m²a]
Endenergie
[kWh/m²a]
Primärenergie
[kWh/m²a]
97,3 0,7 98,0 99,4
65,8 1,6 67,4 70,2
60,0 0,6 60,6 61,8
26,7 0,0 26,7 26,7
17,9 2,9 20,8 25,9
19,5 0,3 19,8 20,3
0,0 1,6 1,6 4,4
0,0 1,2 1,2 3,2
0,0 5,7 5,7 15,9
124,0 2,3 126,3 130,5
83,7 5,6 89,3 99,4
79,5 6,6 86,1 97,9
Ein Vergleich der Messergebnisse mit den vorherberechneten Heizwärmebedarfswerten
für den sanierten Zustand und den Verbrauchswerten im unsanierten Zustand
zeigt, dass die Wohnungen mit Abluftsystem und Wärmepumpe im Abluftwärmestrom
(ASV 30-35) eine Heizenergieeinsparung von 63 % aufweist (der prog-
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nostizierte Wert liegt bei 57 %). Die Heizenergieeinsparung der Wohnungen mit
mechanischer Zu- und Abluftanlage (ASV 36-40) liegt hingegen bei 67 % ( vorherberechneter
Wert beträgt 68 %). In beiden Blöcken wurde für Heizung, Lüftung und
Trinkwarmwassererwärmung mit der erreichten Primärenergie von 99,4 kWh/m²a
und 97,9 kWh/m²a gegenüber dem ursprünglichen Wert im unsanierten Zustand
von 214 kWh/m²a eine Einsparung von über 50 % erreicht. In Bild 2.1.3.29 sind die
Primärenergieverbräuche für den Zustand vor und nach der Sanierung dargestellt.
Bild 2.1.3.29:
Darstellung des Primärenergieverbrauchs (nur Stromverbrauch primärenergetisch bewertet) vor und
nach der Sanierung.
Tabelle 2.1.3.10:
Zusammenstellung der energierelevanten und nicht energierelevanten Sanierungskosten sowie der
energetisch bedingten Mehrkosten gegenüber dem nach EnEV gedämmten Referenzgebäude.
Bruttokosten
Absolut
[€]
Kosten
Pro Wohnung
[€]
Flächenbezogen
[€/m²]
Energierelevante Kosten 1.788.039 17.880 352
Nicht energierelevante
Kosten
1.785.431 17.854 352
Gesamt 3.573.470 35.735 704
Energetische Mehrkosten
gegenüber Referenzblock
902.635 9.026 178
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69

Kosten
Die Gesamtbaukosten einschließlich Baunebenkosten und Mehrwertsteuer belaufen
sich für die beiden Blöcke 1 und 2 auf ca. 3,5 Mio. €. Sie teilen sich je hälftig in
energierelevante und nichtenergierelevante Kosten auf. Auf die temperierte Fläche
bezogen sind dies 352 €/m². Gegenüber dem Referenzblock, der gemäß EnEV saniert
wurde, entstanden somit Mehrkosten von 178 €/m².
Fazit
Die energetische Sanierung hat gezeigt, dass mit Maßnahmen, die über den Standard
der EnEV hinausgehen, der Primärenergieverbrauch für Heizung, Lüftung und
Trinkwarmwassererwärmung sowie der hierzu benötigten Hilfsenergie um über
50 % gegenüber dem Zustand vor der Sanierung bei gleichzeitiger Komfortverbesserung
eingespart werden kann.
Die Kollektoren trugen dazu bei, dass sich der Endenergieverbrauch für die Trinkwarmwassererwärmung
um 31 % reduzierte. Die Erwartungen wurden damit nahezu
erreicht. Die Messwerte liegen nur minimal unter den vorherberechneten Erträgen.
Die von den Wärmepumpen durch Abkühlen der Abluft erzeugte Energie trug ebenfalls
zu einem um 31 % reduzierten Endenergieverbrauch für Trinkwarmwassererwärmung
bei. Im Gegensatz zum solar erzeugten Beitrag ist der Stromverbrauch der
Hilfsenergie mit 2,9 kWh/m²a etwa um einen Faktor 10 höher. Primärenergetisch
betrachtet schneidet die Wärmepumpenlösung gegenüber der solaren Variante
deutlich schlechter ab. Hinzu kommt noch, dass die Wärmepumpe oft ausfiel und
einen hohen Wartungsaufwand nach sich zog.
Die Wärmerückgewinnung hat nicht die erwartete Endenergieeinsparung bei der
Beheizung erbracht. Die Bewohner der Wohnungen mit Wärmerückgewinnung öffneten
häufiger die Fenster als die Bewohner, in dessen Wohnung eine Abluftanlage
installiert ist. Bei der Bewohnerbefragung stellte es sich heraus, dass die Mieter das
Gefühl haben, die über die Anlage zugeführte warme Luft sei nicht frisch. Über die
Abluftanlagen wird den Wohnungen kalte Luft zugeführt, die dann auch als frisch
empfunden wird. Allerdings, so stellte es sich bei der Befragung heraus, treten dabei
häufig auch Zugerscheinungen auf.
Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigen, dass die Wärmeschutzmaßnahmen
deutlich wirtschaftlicher sind als die anlagentechnischen Maßnahmen. Die Kollektoranlage
liegt mit 9,5 c/kWh noch im akzeptablen Bereich, doch die Wärmepumpenvariante
ist mit 14,5 c/kWh weit außerhalb des Wirtschaftlichkeitsbereichs.
Es ist in einem großen Mietshaus schwierig, die langjährig gepflegten Nutzungsgewohnheiten
der Bewohner zu ändern.
Literatur
Kerschberger, A ; et al. : Innovative Niedrigenergiesanierung Albert-Schweitzer-
Viertel. Sanierung Typ 2 auf NEH-Niveau. Integration verschiedener Lüftungsstrategien.
Schlussbericht Teil 1,2,3. Stuttgart/Berlin 2002-2004.
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2.1.3.5 Sanierung der Käthe-Kollwitz-Schule in Aachen
Bauherr:
Stadt Aachen, Abteilung Gebäudemanagement
Bauliches Energiekonzept [1]:
Contor für Architektur und Planung
Aachen
Anlagentechnisches Energiekonzept und
Validierungsmessungen [1]:
Bauabschnitte 1 und 2:
VIKA Ingenieure GmbH, Aachen
Inst. für Licht- und Bautechnik, FH Köln
Bauabschnitt 3:
Ingenieurbüro Inco, Aachen
Bild 2.1.3.30:
Straßenansicht nach der Sanierung.
Einleitung
Das Gebäude der Käthe-Kollwitz-Schule in Aachen, ein Berufskolleg mit ca. 2200
Schülern und 85 Lehrern, wurde in den Jahren 1951 und 1955 erbaut und durch
weitere Ergänzungsbauten den wachsenden Anforderungen dieser Schule angepasst.
Die 1951 und 1955 errichteten Gebäudeteile dieser Schule wurden mit Ausnahme
kleinerer Instandsetzungsmaßnahmen im Original vorgefunden. Bauform und Baukonstruktion
sind typisch für Schulgebäude der 50er Jahre. Die bauliche Hülle dieser
Gebäudeteile entspricht aus energetischen und hygienischen Gesichtspunkten nicht
mehr den heutigen Anforderungen einer zukunftsweisenden Ausbildungsstätte.
Die Stadt Aachen beabsichtigte diese Gebäudeteile der Schule unter wissenschaftlicher
Begleitung im Rahmen des Förderprogramms EnSan als Demonstrationsvorhaben
zur Gebäudevitalisierung von Schulen der 50er Jahre beispielhaft zu sanieren.
Ziel dieser Maßnahme war es neben der maßgeblichen Reduzierung des Energieverbrauchs
durch bauliche und haustechnische Maßnahmen auch allgemeine Rahmenbedingungen
für die Lüftung von Schulen sowie Vor- und Nachteilen unterschiedlicher
Lüftungssystemen in Schulen verbunden mit dem Einsatz unterschiedlicher
Regelungstechniken, unter anderen mit LON-Komponenten, unter Nutzereinbindung
zu untersuchen.
Das Vorhaben wurde vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) im Rahmen von
EnSan (Energetische Sanierung der Gebäudesubstanz) gefördert.
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71

Beschreibung des Zustandes vor der Sanierung
Bild 2.1.3.31:
Lageplan
Der überwiegend zweigeschossige nur im Bereich des Verwaltungstraktes dreigeschossige
Baukörper der Schule ist von Süd nach Nord betrachtet in nachfolgende
Bauteile gegliedert:
− Küchentrakt mit Haupteingang und Gewerbetrakt (Sanierungsabschnitt 3),
− Verwaltungstrakt und Bauteil 1-Südostflügel mit Heizzentrale im Untergeschoss
(Sanierungsabschnitt 1)
− Bauteil 1 mit Fachschule im Bauteil 1-Nordwestflügel und Fröbeltrakt (Sanierungsabschnitt
2)
− Anbau Hausmeisterwohnung im Norden an Bauteil 1-Nordwestflügel (keine Sanierung
geplant)
− Anbau 88 (keine Sanierung geplant)
Die in den 50er Jahren errichteten zwei-, in Teilbereichen dreigeschossigen, größtenteils
unterkellerten Gebäudetrakte der Schule weisen ein Wechselspiel aus Lochfassade
und horizontal gegliederter Fassade vor.
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Die einschaligen Außenwände aus 36,5 und 49 cm-Ziegelmauerwerk sind ungedämmt,
Fenster sind größtenteils einfach verglast. Das Dachgeschoss ist in weiten
Bereichen nicht ausgebaut und nicht gedämmt. Damit sind die Bauteile der Gebäudehülle
energetisch betrachtet völlig unzureichend.
Die bestehende Zentralheizung wurde durch eine gasbetriebene Zweikesselanlage
versorgt. Die Kessel haben je eine Nennleistung von jeweils etwa 500 kW. Die Wärmeübergabe
an die Räume erfolgte über Einrohrsystem nach Tichelmann mit oberer
Verteilung und statischen Heizflächen aus Guss- oder Stahlgliederradiatoren. Thermostatventile
waren nicht in allen Räumen installiert. Die Anlage gliederte sich in
mehrere Regelzonen auf. Die Regelzonen wurden über einen Führungsraum mit
Raumfühler gesteuert. Folgende Forderungen der Heizungsanlagenverordnung werden
von dieser Anlage nicht erfüllt:
−
−
Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen
Fehlende selbsttätige hydraulische Absperreinrichtungen der Einzelkessel einer
Mehrkreiskesselanlage
Die Trinkwarmwasserversorgung erfolgte über ein weitläufiges Verteilnetz und zwei
an die Heizanlage angeschlossene Warmwasserspeicher mit je 500 l Fassungsvermögen.
Mit Ausnahme der Schulküche und einige kleinere Abluftanlagen in den Fachklassen
verfügte die Schule über keine Lüftungsanlagentechnik. Klassenräume wurden ausschließlich
fensterbelüftet. Zur Überprüfung der Raumluftqualität wurden CO 2 -
Messungen durchgeführt. Kohlendioxyd, das in Konzentrationen unter 5.000 ppm
völlig unbedenklich ist, stellt einen guten Indikator für die Verunreinigung der
Raumluft dar. Es wird in DIN 1946-6 davon ausgegangen, dass Luftverunreinigungen
mit einer CO 2 -Konzentration von über 1.500 ppm zu vermeiden sind.
Bild 2.1.3.32:
Kohlendioxidverlauf im Raum 34 bei Fugenlüftung und Kipplüftung der Fenster in den Pausen
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Bild 2.1.3.33:
Kohlendioxidverlauf im Raum 112 bei Fugenlüftung und ohne instruierte Fensterlüftung
Die Bilder 2.1.3.32 und 2.1.3.33 zeigen CO 2 -Konzentrationen, in verschiedenen
Räumen während eines Schulvormittages gemessen wurden.
Die Beleuchtungsanlagen waren in großen Teilen veraltet. In einigen Bereichen wurden
Modernisierungen vorgenommen, jedoch ohne die Möglichkeiten auszunutzen,
Energie konsequent einzusparen. In Klassenräumen waren teilweise noch Leuchten
mit frei strahlenden Leuchtstoffröhren oder Opalwannenleuchten installiert.
Der auf die Bruttogeschossfläche der zu sanierenden Gebäudetrakte bezogene Primärenergiebedarf
lag bei 247 kWh/m²a, der Nutzenergiebedarf für Heizung und
Trinkwarmwasser bei 177 kWh/m²a.
Beschreibung des sanierten Gebäudes
Die Sanierung der Gebäudetrakte erfolgte unter Schulbetrieb in drei Bauabschnitten
jeweils in den Sommerferien energetisch auf dem Niveau des EnSan-Standards.
Gleichzeitig wurden im Rahmen dieser Sanierung hygienische Anforderungen an die
Raumluft in Schulgebäuden weiter untersucht und verbessert. Die sanierten Bautrakte
haben eine Bruttogeschossfläche von 8.737 m². Klassenräume haben im Durchschnitt
mit 244 m³ ein gegenüber der Mindestanforderung von 196 m³ großzügiges
Raumvolumen. Die Nutzfläche der Klassen beträgt im Durchschnitt 72 m². Berufskollegsklassen
sind im Mittel mit 22 Personen belegt.
Die Fassadengliederung aus zwei unterschiedlichen Fassadenstrukturen wurde beibehalten.
Man entschied sich im Bereich der Lochfassade für ein Bekleidung durch
ein Wärmedämmverbundsystem mit einer Wärmedämmstärke von 12 cm und in
den horizontal gegliederten Bereichen zu einer 12 cm gedämmten vorgehängten
Ziegelelementfassade. Die Holzfenster wurden durch Wärmeschutzverglasung in
Teilbereichen auch als Sonnenschutzverglasung in Holz-Aluminium Rahmen ersetzt.
So konnte auf einen außen liegenden Sonnenschutz verzichtet werden.
Untergeschossdecken und Untergeschosswände konditionierter Bereiche wurden
nur im ersten Bauabschnitt innen gedämmt. Hierbei war jedoch unbedingt darauf zu
achten, dass diese Innendämmungen unter realen Bedingungen bezüglich des
hygrothermischen Verhaltens der Baukonstruktion nachgewiesen wurde. Als Dämmstoffe
waren kapillaraktive (Feuchte leitende) Systeme zu wählen wobei zu beachten
ist, dass bei höherem Feuchteeintrag auf organische Stoffe im Systemaufbau ver-
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zichtet werden sollte. In den beiden anderen Bauabschnitten wurde aus Kostengründen
auf eine Dämmung der Untergeschossräume verzichtet. Die daraus resultierenden
Wärmebrücken wurden in Kauf genommen werden.
Im nicht ausgebauten Dachgeschoss wurde auf der obersten Geschossdecke eine
20 cm dicke Zelluloseschüttung als Dämmung eingebracht. Besondere Sorgfalt wurde
auf die Beseitigung der Wärmebrücke im Drempelbereich gelegt. Durch Änderung
der Traufen konnten diese Bereiche ausreichend gedämmt werden.
Die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) vor und nach der Sanierung sind in
Tabelle 1 zusammengestellt. Die nach der Sanierung durchgeführten Luftwechselmessungen
führten bei 50 Pa Druckdifferenz zu einem Luftwechsel von 0,87 h -1 bis
1,4 h -1 .
Tabelle 2.1.3.11:
Wärmedurchgangskoeffizienten der baulichen Hülle vor und nach Sanierung.
Bauteil
vor
Sanierung
U-Wert [W/m²K]
nach
Sanierung
Maßnahmen
Fenster / Fassade 5,20 1,20
Wärmeschutzverglasung in Holz-Aluminiumrahmen
und Holzaluminiumfenster
Fassadenstützen 2,95 0,27 Mineralfaser, d = 12 cm, Metall-Lisene
Straßenfassade 1,30 bis 1,70 0,25
Außenwand 1,30 bis 1,70 0,24 bis 0,27
Außenwand
(Heizkörpernische)
Innenwände zum
Dachgeschoss
Oberste
Geschossdecke
1,55 bis 1,70 0,25 bis 0,27
1,90 0,33 / 1,90
1,60 0,18
Mineralfaser, d = 12 cm, Luftschicht, Ziegelelementfassade
Wärmedämmverbundsystem,
d = 12 cm
Wärmedämmverbundsystem,
d = 12 cm
teilweise Holzfaserdämmplatte,
d = 10 cm
Zelluloseschüttung,
d = 20 cm
Kellerdecke 1,28 1,28 keine Maßnahmen
Kellerwände konditionierter
Kellerräume
Kellerdecke / Bodenplatte
1,26 0,34 / 1,26
Innendämmung, d = 8 cm
(nur in Bauabschnitt 1)
1,70 1,70 keine Maßnahmen
Die vorhandene mit Gas betriebene Zweikesselanlage wurde durch einen Fernwärmeanschluss
der Stadtwerke Aachen mit einer Leistung von 550 kW ersetzt. Der alte
Heizkreisverteiler wurde zusammen mit der Pumpentechnik und der zentralen Regelungstechnik
erneuert. Heizkreise wurden zusammengefasst. Die ungeregelten
Pumpen wurden durch elektronisch geregelte Pumpen und die Mischer durch Ventile
ersetzt.
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In den ersten beiden Bauabschnitten wurde das vorhandene Einrohrsystem in ein
Zweirohrsystem umgebaut, wobei die Rohrverteilung als Tichelmannsystem konzipiert
beibehalten wurde. Die notwendige zweite Steigleitung wurde in den Klassenräumen
auf Putz verlegt. Die Heizflächen wurden durch Rückbau dem neuen Wärmebedarf
angepasst und hydraulisch optimiert. Erst im dritten Bauabschnitt konnte
durch eine geänderte Planung auf das Verlegen neuer Steigestränge weitestgehend
verzichtet werden. Durch sinnvolle Verschaltung der Heizkörper wurden alte Vorlaufstränge
als Rücklaufstränge genutzt. Dies ersparte Aufwendungen in den Gewerken
Trockenbau, Putz und Maler.
Die vorhandenen Trinkwarmwasserspeicher wurden durch einen kleineren mit 300 l
Fassungsvermögen ersetzt. Das vorhandene Trinkwarmwassernetz wurde stillgelegt
und nur für den Küchenbereich durch ein neues ersetzt. In anderen Teilbereichen
wurden Untertischgeräte oder Durchlauferhitzer ergänzt.
Die Gebäuderegelungstechnik wurde in Kombination aus LON-Komponenten in den
ersten beiden Bauabschnitten und Komponenten einer Standardgebäudeleittechnik
im dritten Bauabschnitt realisiert. Dies erwies sich wegen der Schnittstellenproblematik
bei den LON-Komponenten, die einerseits anfällig für Fehler und andererseits
in der Beschaffung kostenintensiv waren, Kosten reduzierend. Die spezifischen Kosten
pro Mess- beziehungsweise Regelpunkt waren im dritten Bauabschnitt ca. 40 %
günstiger als in den vorangegangenen Bauabschnitten.
Aufgrund der Messergebnisse der Bestandsaufnahme zu CO 2 -Konzentratrionen in
Klassenräumen beschloss die Bauherrschaft, Lüftungssysteme einzusetzen. Da kaum
Erfahrungen zur mechanischen Lüftung in Schulen vorlagen, entschied man sich, im
Sanierungsabschnitt 1 unterschiedliche Lüftungssysteme einzusetzen, um mit Hilfe
der messtechnischen Begleitung die Wirksamkeit dieser Systeme dokumentieren und
vergleichen zu können.
Es wurden folgende Systeme zum Vergleich realisiert:
1 Fensterlüftung mit Erprobung der „Lüftungsampel“ der Stadt Aachen (violett):
Strategische Fensterstoßlüftung in den großen Pausen verbunden mit notwendiger
Fensterstoßlüftung aufgrund Hinweis der Ampel
2 WRG-E-600-FL (grün, Raum 23, Aula):
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Einzelversorgung von Klassenräumen
mit 300 m³/h bzw. 600 m³/h im Flur
3 WRG-E-300-DG (blau, Raum 110):
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Einzelversorgung von Klassenräumen
mit 300 m³/h im Dachgeschoss
4 WRG-E-300-FA (gelbgrün, Raum 123):
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Einzelversorgung von Klassenräumen
mit 300 m³/h bzw. 600 m³/h als Fassadengeräte
5 WRG-E-600-DG (türkis, Raum 205):
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Einzelversorgung von Klassenräumen
mit 600 m³/h im Dachgeschoss
6 Abluft-E-300-DG (gelb, Räume 34,111,125,132,206):
Abluftanlage zur Einzelversorgung von Klassenräumen im Dachgeschoss mit
300 m³/h
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7 Abluft-E-600-DG (orange, Räume 126,133):
Abluftanlage zur Einzelversorgung von Klassenräumen im Dachgeschoss mit
600 m³/h
8 WRG-Z-600-DG (rot, Räume 19,20,22,113,114,116):
Zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zur Versorgung von 6
Klassenräumen mit 300 m³/h bis 400 m³/h im Dachgeschoss.
Bild 2.1.3.34:
Darstellung der Räume, in denen die unterschiedlichen Lüftungssysteme installiert sind.
Alle Lüftungsvarianten des 1. Sanierungsabschnitts wurden in der Messphase raumbezogen
stufenlos über einen Mischgassensor geregelt. Die Volumenströme der Anlagen
wurden in einigen Räumen gemäß DIN 1946 mit einem Volumenstrom von
30 m³/h pro Person, dies entspricht bei einer durchschnittlichen Belegung der Berufsschulklassen
von 20 Personen einem Volumenstrom von 600 m³/h, bemessen. In
anderen Räumen wurden Anlagen installiert, die mit Volumenströmen von 450 m³/h
und 300 m³/h betrieben werden können. Im Rahmen der folgenden Messphase sollen
Luftqualitätsmessungen und CO 2 -Messungen Aufschluss darüber geben, welche
Volumenströme in Klassenräumen auch verbunden mit strategischer Fensterstoßlüftung
in den Pausen eine gute Luftqualität in Schulen bei Raumbelegungsdauern
zwischen 8.00 Uhr und 17.00 Uhr mit Belegungsstärken von 20 Personen garantieren.
In fenstergelüfteten Klassenräumen sollte versucht werden, mittels der „Lüftungsampel“
der Stadt Aachen ein sinnvolles strategisches Stoßlüftungsverhalten durch
die Nutzer zu erzielen.
Im Sanierungsabschnitt 2 wurde die Lüftungsplanung gegenüber der Entwurfsplanung
verändert. Aus Kostengründen wurde auf den weiteren Einbau von Lüftungsgeräten
mit Wärmerückgewinnung verzichtet und stattdessen Abluftsysteme mit
300 m³/h bzw. 600 m³/h eingesetzt. Das Lüftungskonzept für den Sanierungsab-
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schnitt 3 wurde im Zuge eines Planerwechsels komplett überarbeitet. Aus Kostengründen
wurde zur Versorgung von sechs Klassenräumen des Gewerbetraktes nun
eine zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung eingebaut. Das Lüftungsgerät
wurde aufgrund der vorangegangenen Betriebserfahrungen so ausgelegt, dass
jeder Klassenraum mit 300 – 400 m³/h versorgt werden kann. Dies entspricht bei einer
mittleren Klassenstärke von 20 Schülern einem personenbezogenen Volumenstrom
von 15 – 20 m³/h. Die Einstellung der Anlage erfolgt über einen Konstantvolumenstromregler
und über eine Steuerung durch Präsensmelder. Auf eine luftqualitätsabhängige
Regelung, wie sie im 1. und 2. Sanierungsabschnitt realisiert wurde,
wurde verzichtet.
Die Beleuchtung aus frei strahlenden Leuchtstoffröhren sowie Opalwannenleuchten
wurde in allen Unterrichtsräumen und Fluren durch Spiegelrasterleuchten mit elektronischen,
dimmbaren Vorschaltgeräten (35 W) ersetzt, die größtenteils tageslichtabhängig
geregelt werden. So wurde die Beleuchtungsleistung von 11 auf 5 W/m²
gesenkt.
Ergebnis der Validierungsmessung
Nach Fertigstellung erfolgten in der Zeit von Dezember 2003 bis Januar 2006 Validierungsmessungen
[1].
Für die sanierten Gebäudetrakte der Schule wurden 2004 und 2005 Nutzenergieverbräuche
für Heizung und Trinkwarmwasser erfasst und mit den berechneten Bedarfswerten
verglichen. Die Berechnungen zum Heizenergiebedarf wurden bereits
im Vorfeld vom Planungsbüro VIKA GmbH mit dem Programm Helena durchgeführt.
Die von der Sanierung betroffenen Gebäudeteile der Kathe-Kollwitz-Schule wurden
dort geschossweise (Klassenraume und Flure) in 8 Temperaturzonen eingeteilt. Diese
Zonierung erlaubte jedoch keinen traktbezogenen Vergleich. Das Ingenieurbüro Inco
entschied sich daher eine neue Bilanzierungen durchzuführen, um die Verbrauchswerte
der Wärmemengenzähler einzelner Heizkreise mit den berechneten Werten
vergleichen zu können. Dafür wurde das Programm Visual Energy Center (VEC) von
Ennovatis ausgewählt, das in diesem Rahmen vorgestellt und gefördert wurde. Die
Verbräuche für Heizwärme und Trinkwarmwasser wurden jedoch nicht getrennt erfasst.
Beim Vergleich des berechneten Bedarfs mit dem realen Verbrauch über die beiden
Heizperioden gemittelt erkennt man, dass der Bedarf des Gewerbe- und des Verwaltungstraktes
nur geringfügig vom tatsächlichen Verbrauch abweicht, während sich
bei den übrigen Bauteilen eine hohe Differenz ergibt. Bei Bauteil 1 und dem Fröbeltrakt
liegt das an der Zoneneinteilung, da ein Teil des Heizkreises Fröbeltrakt (Flure)
mit im Bauteil 1 enthalten ist.
Der gemessene mittlere Heizwärmeverbrauch von 455.647 kWh/a überschreitet den
in der Planungsphase mittels Visual Energy Center berechneten Heizwärmebedarf
von 445.600 kWh/a nur geringfügig. Die Abweichung zwischen den Werten liegt
somit bei lediglich 2,3 %.
Die Hilfsenergieverbräuche für Heizung und Trinkwarmwasser lagen im Jahr 2005
bei 6.598 kWh. Dies entspricht in etwa 3,7 % des Gesamtstromverbrauchs. Auf die
Bruttogeschossfläche von 8.737 m² bezogen sind das 0,76 kWh/m²a.
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Tabelle 2.1.3.12:
Zusammenstellung der Bedarfs- und Verbrauchswerte für die Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung.
Heizwärme- und Trinkwarmwasserbedarf / -verbrauch
Gebäudetrakt
Bedarf Verbrauch Jahr 2004 Verbrauch Jahr 2005
kWh/a kWh/m²a 1) kWh/a kWh/m²a 1) kWh/a kWh/m²a 1)
Verwaltung 182.300 - 170.730 - 174.613 -
Bauteil 1 100.400 - 90.873 - 82.313 -
Fröbeltrakt 30.500 - 52.670 - 46.038 -
Gewerbetrakt 53.600 - 56.968 - 46.644 -
Küchentrakt 61.800 - 96.805 - 63.622 -
Lüftung Küche 17.000 - 19.759 - 10.260 -
445.600 51,0 487.805 55,8 423.490 48,5
1)
Die das Sanierungsvorhaben betreffende, konditionierte Teilfläche des Gebäudes wird als Teilfläche der
Bruttogeschossfläche mit 8.737 m² angegeben.
Für die Zeit vor der Sanierung liegen keine separaten Verbrauchswerte vor. Der
Stromverbrauch für die Hilfsendenergie wurde aber über die Pumpenleistungen und
eine angenommene Laufzeit von 6000h/a mit 33.000 kWh/a abgeschätzt. Somit
wurden im Bereich der Hilfsenergie gut 25.000 kWh/a durch Zusammenschaltung
von Heizkreisen, Anpassung der Pumpenleistung, Reduzierung der Massenströme,
Einsatz von Stromsparpumpen (Gleichstrom) und Optimierung der Pumpenlaufzeit
eingespart.
Der Heizwärmeverbrauch der unterschiedlichen Lüftungsanlagen in den Klassen ist
im Heizwärmeverbrauch der Klassen enthalten. Nur der Heizwärmeverbrauch der
Küchenlüftung wurde gesondert erfasst.
Der Stromverbrauch der einzelnen Lüftungssysteme in den Klassenräumen wurde
durch die Planer nur für einen sehr begrenzten Zeitraum ausgewertet, da die Lüftungsanlagen
zur Einzelversorgung im Jahr 2005 nicht zuverlässig liefen und da aufgrund
der realisierten LON-Schnittstelle Probleme bei der Datenübertragung auftraten.
Die folgende Auswertung kann deshalb nur auf einen Datenerfassungszeitraum
vom 9.1.2006 bis 31.1.2006 zurückgreifen. Um die einzelnen Anlagen untereinander
vergleichen zu können, wird der gemessene Stromverbrauch durch die jeweilige
Anwesenheitszeit in den Räumen geteilt. Daraus ergibt sich die Größe
Verbrauch/Anwesenheit. Multipliziert man diese Größe jeweils mit der Anzahl der
installierten Anlagen, der durchschnittlichen Anwesenheit/Schultag und der Schultage
pro Jahr, ergibt sich ein ungefährer Stromverbrauch aller Lüftungsanlagen der
Klassenräume. In Tabelle 2.1.3.13 sind die Anlagen und die Stromverbräuche zusammengestellt.
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Tabelle 2.1.3.13:
Zusammenstellung der Hilfsenergieverbräuche unterschiedlicher Lüftungssysteme der Klassenräume.
Anlagentyp
Fensterlüftung
(violett)
WRG-E-600-FL
(grün)
VEX 2.5
WRG-E-300-
DG (blau)
VEX 1.5
WRG-E-300-FA
(gelbgrün)
Krantz
WRG-E-600-
DG (türkis)
VEX 2.5
Abluft-E-300-
DG (gelb)
BESF 160-4-1
Abluft-E-600-
DG (orange)
BESB 250-4-1
WRG-Z-600-
DG (rot)
VEX 4.5
Anzahl
Geräte
[-]
Anzahl
Räume
[-]
konditionierte
Fläche 1)
[m²]
kWh /
Anwesenheit
[kWh/h]
Anwesenheit
/ Schultag
[h]
Schultage
/
Jahr
[d/a]
Verbrauch
[kWh/a]
Verbrauch
/ konditionierte
Fläche 2)
[kWh/m²a]
0 14 1.008 0 3,9 191 0 -
1 1 72 0,42 3,9 191 313 4,35
1 1 72 0,269 3,9 191 200 2,78
1 1 72 0,477 3,9 191 355 4,93
1 1 72 0,42 3,9 191 313 4,35
5 5 360 0,279 3,9 191 1.039 2,89
2 2 144 0,343 3,9 191 511 3,55
1
6
+ WCs
436 0,406 5,4 2) 191 2.497 5,72
Summe 12 32 - - - - 5.228 4,27
1)
2)
Die konditionierte Fläche ist die Nutzfläche einer versorgten Raumeinheit (72 m²/Klassenraum).
(Hinweis: da keine Raumflächen vorliegen, wird von einer mittleren Klassenraumfläche ausgegangen).
Aufgrund der Versorgung der WC-Anlage wird eine längere Anwesenheit ermittelt.
Die Stromverbräuche aller Lüftungsanlagen, die in den einzelnen Bauteilen installiert
sind, lagen im Jahr 2005 bei 5.541 kWh/a. Auf die Bruttogeschossfläche von
8.737 m² bezogen sind das 0,63 kWh/m²a. Der Stromverbrauch für die Küchenabluft
ist hierin nicht enthalten.
Gegenüber dem Vorsanierungszustand wurde die Leistung der Beleuchtung von 11
auf 5 W/m² gesenkt, über Präsenzmelder gesteuert und tageslichtabhängig geregelt.
Da für die Zeit vor der Sanierung keine Stromverbrauchswerte vorliegen, kann
aufgrund der Leistungsreduktion mindestens von einer Halbierung des Stromverbrauchs
für Beleuchtung ausgegangen werden.
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Durch die Sanierungsmassnahmen der Haustechnik konnte der jährlich steigende
Stromverbrauch abgefangen werden. Die Einsparungen des Stromverbrauchs erfolgten
durch die Reduktion der Hilfsenergien für Heizung sowie durch Einsparungen
aufgrund des Austausches der Beleuchtung. Durch diese Reduktion wurde der
Stromverbrauch für zusätzliche Konditionierung der Klassenraumluft kompensiert.
Der Gesamtstromverbrauch der Schule sank in den Jahren 2002 bis 2005 von 203
auf 179 MWh/a. Hiervon entfallen ca. 21 MWh/a auf die Turnhalle und 14 MWh/a
auf den Neubau. Somit ergibt sich für den von der Sanierung betroffenen Bereich
ein Verbrauch von ca. 144 MWh/a. Auf die Bruttogeschossfläche von 8.737 m² bezogen
sind das 16,5 kWh/m²a. Der Stromverbrauch für Raumkonditionierung von
29 MWh/a (3,3 kWh/m²a) entspricht somit 20 % des Gesamtstromverbrauches. Aus
Ermangelung der Datenerfassung des Beleuchtungsstromes wird der Endenergieverbrauch
für Beleuchtung durch die Planer aus dem gemessenen Verbrauch des
Gewerbetraktes hergeleitet und mit 2,1 kWh/m²a angegeben.
Der auf die Bruttogeschossfläche der sanierten Gebäudetrakte bezogene Primärenergieverbrauch
wurde bei einer erdgasbetriebenen Zweikesselheizanlage mit
Trinkwarmwassererwärmung jedoch ohne Berücksichtigung der Energieverbräuche
für die Lüftungsanlagen der Küche und Fachklassen sowie der betriebsbedingten
Energieverbräuche der Schule wie Stromverbräuche der Gastronomieküche oder der
Computerräume mit 247,4 kWh/m²a festgestellt.
Nach Fertigstellung der Sanierung konnte mittels Messtechnik im Jahre 2005 ein
Nutzenergieverbrauch für Heizung und Trinkwarmwasser von 48,5 kWh/m²a ermittelt
werden. Dieser Energieverbrauch für Heizung und Trinkwarmwasser entspricht
aufgrund der Fernwärmeversorgung des Gebäudes auch dem Endenergieverbrauch.
Bild 2.1.3.35:
Darstellung des Nutzenergie-, Endenergie- und Primärenergieverbrauchs für Heizung, Trinkwarmwasser,
Lüftung und Hilfsenergien für die sanierten Gebäudetrakte.
Mangels Erfassung konnten die Hilfsenergieverbräuche für Heizung und Lüftung
sowie die Energieverbräuche für Beleuchtung nur innerhalb einer begrenzten Dauer
vom 8.1.2006 bis 31.1.2006 abgelesen werden. Mit diesen Daten wurde dann
durch Umrechnung auf die Jahreshilfsenergieverbräuche für Heizung und Trink-
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warmwasser von 0,76 kWh/m²a, für Lüftung von 0,63 kWh/m²a und auf den Jahresnutzenergieverbrauch
für Beleuchtung von 2,1 kWh/m²a geschlossen. Dies führt
somit zu einem Endenergieverbrauch für Beheizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung
und Beleuchtung von 52 kWh/m²a.
Aufgrund der unterbrochenen Verbrauchsablesung und der nachträglichen Extrapolation
auf das gesamte Jahr ist der so erhaltene Wert mit einer gewissen Unsicherheit
behaftet. Jedoch darf festgestellt werden, dass der über zwei Jahre gemessene
mittlere jährliche Nutzenergieverbrauch für Heizung und Trinkwarmwasser von
455.647 kWh/a den mittels Visual Energy Center berechneten Heizwärmebedarf von
445.600 kWh/a nur geringfügig überschreitet.
Unter Berücksichtigung des Primärenergiefaktors der Fernwärme, die über Kraft-
Wärmekopplung von erzeugt wird, erhält man für das Jahr 2005 den Gesamtprimärenergieverbrauch
von 46,5 kWh/m²a. Er setzt sich zusammen aus 36,2 kWh/m²a
für Beheizung, 2,2 kWh/m²a für Hilfsenergie Beheizung sowie 1,9 kWh/m²a für
Hilfsenergie Lüftung und 6,2 kWh/m²a für Beleuchtung. In Bild 2.1.3.35 ist die
Nutzenergie sowie Endenergie und die Primärenergie einander gegenübergestellt.
Bild 2.1.3.36 zeigt das Energieflussschema.
Bild 2.1.3.36:
Darstellung des Energieflussschemas mit Angabe der Nutzenergie und Primärenergie in kWh/m²K.
Der Gesamtprimärenergieverbrauch für Heizung, Lüftung und Trinkwarmwassererwärmung
liegt bei 40,3 kWh/m²a. Bezogen auf den Primärenergieverbrauch vor der
Sanierung beträgt die Einsparung somit 84 %.
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Bild 2.1.3.37:
Bedarfs- und Verbrauchswerte für das Gesamtgebäude vor und nach der Sanierung.
In Bild 2.1.3.37 ist der Primärenergieverbrauch für Heizung und Lüftung einschließlich
der benötigten Hilfsenergie vor und nach der Sanierung dargestellt. Ferner ist
der vorherberechnete Bedarf für das sanierte Gebäude angegeben.
Kosten
Für die Sanierung aller Bauabschnitte sind Kosten in Höhe von 2,85 Millionen Euro
ermittelt worden. Die Kosten der einzelnen Positionen sowie die bauteilflächenbezogenen
Kosten der Hüllflächenbauteile bzw. BGF-bezogenen Kosten der Anlagentechnik
sind in Tabelle 2.1.3.14 dargestellt. Bei den Kosten der Position Außenwand
handelt es sich um Kosten des Wärmedämmverbundsystems, der elementierten Fassade
und Fassadengerüstkosten. Für die elementierte Fassade entstanden bauteilflächenbezogene
Kosten in Höhe von ca. 200 €/m². Ein Wärmedämmverbundsystem
für den gleichen Bauteilbereich wäre günstiger gewesen.
Der Sanierungsabschnitt 3 konnte am kostengünstigsten umgesetzt werden. Neben
den geringeren Kosten der Fassadendämmung sind insbesondere auch die Kosten
der Anlagentechnik infolge des veränderten Rohrleitungskonzeptes, das auf die
Neuverlegung von Steigsträngen weitestgehend verzichtete.
In Tabelle 2.1.3.15 sind die Kosten der umgesetzten Lüftungsanlagen zusammengestellt.
Abgesehen von der Fensterlüftung, die keine Investitionskosten und auch keine
Stromkosten verursacht, stellt die Abluftanlage die billigste Lüftungsvariante mit
60 €/m² dar. Gleich danach kommen mit 68 € die Fassadengeräte. Die zentrale Zuund
Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung, die 6 Klassenräume und 2 WCs belüftet,
nimmt mit 76 €/m² Platz 3 ein. Die höchsten Kosten von 93 € bis 132 € verursachen
die im Dach aufgestellten Einzelgeräte. Es kann nicht angegeben werden,
welches System am effizientsten ist, denn der Wärmerückgewinnungsgrad der einzelnen
Systeme wurde in [1] nicht ermittelt.
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Tabelle 2.1.3.14:
Zusammenstellung der Bruttokosten für die einzelnen Bauabschnitte.
Position
Kosten
Bauteilfläche
*Bruttogeschossfläche
Flächenbezogene
Kosten
€ [m²] [€/m²]
Sanierungsabschnitt 1
Außenwand 155.010 894 173
Fenster / Türen 232.181 762 305
Dach 47.876 770 62
Kellerdecke / Kellerwände 7.132 155 46
Sonstige Bauwerkskosten 65.070 - -
Anlagentechnik 430.012 2.996* 144*
Planungskosten 259.315 2.996* 87*
Gesamt 1.196.596 2.996* 399*
Sanierungsabschnitt 2
Außenwand 156.686 1.180 133
Fenster / Türen 174.342 626 279
Dach 43.478 940 46
Kellerdecke / Kellerwände 0 650 0
Sonstige Bauwerkskosten 87.835 - -
Anlagentechnik 293.726 2.905* 101*
Planungskosten 65.591 2.905* 23*
Gesamt 821.658 2.905* 283*
Sanierungsabschnitt 3
Außenwand 123.363 1.160 106
Fenster / Türen 232.068 626 371
Dach 36.502 820 45
Kellerdecke / Kellerwände 0 0 0
Sonstige Bauwerkskosten 138.049 - -
Anlagentechnik 174.043 2.839* 60*
Planungskosten 127.905 2.839* 44*
Gesamt 831.930 2.839* 288*
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Tabelle 2.1.3.15:
Zusammenstellung der Kosten der unterschiedlichen Lüftungsgeräte
Lüftungssystem
Fläche
[m²]
Kosten
[€]
Kosten pro
Raum
[€/Raum]
Kosten pro
Fläche
[€/m²]
Fensterlüftung 72 0 0 0
WRG-E-300-DG 72 7.884 7.884 109
WRG-E-300-FA 72 4.882 4.882 68
WRG-E-600-DG 72 9.483 9.483 132
Abluft-E-300-DG 72 4.350 4.350 60
WRG-E-600-DG 72 6.730 6.730 93
WRG-Z-300-DG 467 35.540 5.467 76
Fazit
Die Außenwände wurden mit einer Dämmstärke von 12 cm gedämmt. Dadurch verringerte
sich der U-Wert auf 0,24 W/m²K. Hier wurden eventuell noch nicht alle
Möglichkeiten voll ausgeschöpft. Die oberste Geschossdecke hingegen weist mit der
20 cm dicken Zellulosedämmung den Wert von 0,18 W/m²a auf. Holz-Glas-Fassaden
und Holzfenster wurden gegen eine Wärmeschutzverglasung in Holz-
Aluminiumrahmen mit einem Wärmedurchgangskoeffizient von 1,2 W/m²K teilweise
in Sonnenschutzverglasung getauscht. Damit konnte auf einen außen liegenden
Sonnenschutz verzichtet werden. Die Innendämmung der Untergeschosswände des
ersten Bauabschnittes konnte aus hygrothermischen Gründen nur in einer reduzierten
Dämmstärke von 8 cm ausgeführt werden. Im Weiteren wurde auf eine Dämmung
der Untergeschossaußenwände des zweiten und dritten Bauabschnittes aus
Kostengründen verzichtet. Die daraus entstehenden Wärmebrücken wurden in Kauf
genommen.
Aus energetischen und regelungstechnischen Gründen wurde die Einrohrheizung
durch eine Zweirohrheizung ersetzt. Im letzten Bauabschnitt hat man nicht mehr
genutzte Leitungen der reduzierten Heizflächen als Rücklaufleitungen verwendet
und auf diese Weise Kosten eingespart. Insgesamt konnten durch den verbesserten
Wärmeschutz ca. 40 % der vorhandenen Heizflächen demontiert werden. Der ehemals
1000 Liter fassende Trinkwarmwasserspeicher wurde durch einen kleineren,
300 Liter fassenden, Speicher ersetzt., Es wird lediglich die Küche noch mit der zentralen
Trinkwarmwasserversorgung versorgt. Die anderen Zapfstellen besitzen elektrische
Untertischgeräte.
Da der Standort der Schule im Gebiet mit der Fernwärmeanschlussmöglichkeit liegt,
hat man sich entschlossen, die Wärmeversorgung der Schule auf Fernwärme, die
durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt wird (Primärenergiefaktor 0,73), umzustellen.
Ein Schwerpunkt des Vorhabens war die Untersuchung unterschiedlicher Lüftungstechniken
im praktischen Betrieb. Die Untersuchungen ergaben, dass der in DIN
1946 empfohlene Außenluftvolumenstrom von 30 m³/h pro Schüler eher zu hoch
angesetzt ist. Ausführliche Messungen zeigen, dass schon bei einer Luftmenge von
17 m³/h und Person kombiniert mit einer Pausenstoßlüftung über Fenster eine gute
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Raumluftqualität erreicht werden kann. Folgt man diesen Erfahrungswerten, führt
dies zu kleiner dimensionierten Lüftungsgeräten und einem geringeren Stromverbrauch.
Darüber hinaus vermeidet man im Winter das auftretende Problem zu
trockener Raumluft. Die realisierten Luftvolumenströme pro Klassenraum von
300 m³/h verbunden mit einer 15-minütigen Fensterstoßlüftung nach jeder Doppelstunde
sind geeignet bei einer Klassenraumbelegung von 20 Schülern hygienisch
einwandfreie und gesunde Raumlüftqualitäten zu schaffen.
Es zeigte sich, dass sich zur Steuerung der notwendigen Außenluftmenge für eine
gute Raumluftqualität hauptsächlich Messungen der CO 2 -Konzentration anbieten.
CO 2 wird durch die Schüler als Stoffwechselkriterium abgegeben. Ein Anstieg der
CO 2 -Konzentration und damit auch der Schadstoffe kann daher nur durch einen
Luftaustausch reduziert werden.
Die Messung der Summe der flüchtigen organischen Substanzen (VOC) bietet sich
nur bedingt als Kriterium zur Ermittlung des notwendigen Außenluftvolumenstroms
für eine gute Raumluftqualität an. Der Grund hierfür liegt in der Messtechnik. Es
existieren lediglich Sensoren, die die Summe der flüchtigen organischen Substanzen
erfassen, eine Differenzierung der Gase kann nicht erfolgen. Die Messergebnisse
durch Mischgassensoren sind nicht linear zur CO 2 -Konzentration. Somit wurden mit
dem dritten Sanierungsabschnitt in den Abschnitten 1 und 2 zur Anlagensteuerung
Mischgassensoren gegen CO 2 -Sensoren getauscht.
Für Räume ohne Lüftungsanlage wurde von der Stadt Aachen eine Lüftungsampel
entwickelt, die die Luftqualität im Klassenraum anzeigt. Die Lüftungsampel ist kalibriert
und hat 2 grüne, 2 gelbe und 3 rote Leuchtdioden, die je nach Verschmutzungsgrad
der Raumluft aufleuchten. Die Lüftungsampel hat sich bewährt und wird
von den Schülern und Lehrern angenommen.
Literatur
Klima, M.; Bähr, R.; Ranft, F.; Lamberts, M. :Energetische Sanierung der Käthe Kollwitz
Schule in Aachen. Schlussbericht Oktober 2006.
2.1.4 Gegenüberstellung der Vorhaben und der Energieverbräuche vor und nach der
Sanierung
Durch die Sanierung konnte der Heizwärmverbrauch gegenüber dem Ausgangszustand
von allen Gebäuden stark gesenkt werden. Nicht von allen Vorhaben lagen
Verbrauchsdaten vom Zustand vor der Sanierung vor. In diesen Fällen wurden von
den Projektnehmern berechnete Bedarfswerte für den Ausgangszustand angegeben.
Von den 21 Projekten, die in der Tabelle 2.1.4.1 aufgeführt sind, gibt es lediglich
von Hofheim, Hamburg, Frankfurt und Wuppertal noch keinen Abschlussbericht
und daher noch keine endgültigen Messdaten. Von Hamburg und Wuppertal werden
vorläufige Verbräuche angegeben. In der Graphik sind auch die Heizwärmeverbäuche
der Bibliothek Bremen und des Labors Jülich nicht enthalten, da bei diesen
Vorhaben der Heizenergieverbrauch durch die Lüftung dominiert wird.
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Tabelle 2.1.4.1:
Pilot- und Demonstrationsgebäude – Energieverbräuche
Die Tabelle zeigt folgendes Ergebnis:
Der Heizwärmeverbrauch beim 3-Liter-Haus Mannheim konnte 87 % gesenkt werden.
Auch bei den innerstädtischen Gebäuden in Hamburg und Zittau mit denkmalgeschützter
Fassade war eine Reduzierung von 57 % möglich.
In der Kategorie der großen Mehrfamilienhäuser bewegt sich die Einsparung zwischen
55 % (Berlin-Friedrichshagen) und 80 % (Gebäude in Schwabach). Im Mittel
über die gesamte Kategorie liegt die Reduzierung bei 67 %.
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Beim Bürogebäude in Tübingen konnte der Verbrauch um 89 % reduziert werden.
Die Einsparung bei den Bildungsstätten bewegt sich zwischen 68 % (Kindertagesstätte
Plappersnut in Wismar) und 76 % (Käthe-Kollwitz-Schule Aachen).
Die Einsparung bei den Beherbergungsgebäuden liegt bei 70 % (Altenpflegeheim
Stuttgart-Sonnenberg) und 77 % (Studentenwohnheim Wuppertal). Die sonstigen
Gebäude liegen bei 83 % (Gutshofkomplex Wietow) und 65 % (Gemeindezentrum
Ulm-Böfingen).
Die Einsparung über alle genannten Vorhaben beträgt 72 %.
2.2 Beschreibung von Energieeinspartechniken und Erstellung von Leitfäden
Bei der Ausführung der Sanierung stehen eine Reihe Energieeinspartechniken zur
Verfügung. Es handelt sich sowohl um Komponenten im baulichen Bereich als auch
im Anlagenbereich. Kombinationen aus beiden Systemen werden als Hybridsysteme
bezeichnet. Nicht zu unterschätzende Energieeinsparungen sind auch durch eine effiziente
Beleuchtung und eine auf den Nutzer abgestimmte Regelung möglich.
2.2.1 Energieeinspartechniken
2.2.1.1 Bauliche Systeme
Hochwertige Verglasung
Verglasungen üben einen erheblichen Einfluss auf die Energiebilanz eines Gebäudes
aus, da auch die Wärmestrahlung am Energietransport mitbeteiligt ist. Für die energetische
Bewertung einer Verglasung ist der U-Wert und der g-Wert maßgeblich.
U-Wert
Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) ist ein Maß für den Wärmedurchgang
durch Bauteile unter Berücksichtigung der Wärmedurchlässigkeit der einzelnen Bauteilschichten
und der Wärmeübergänge an den Bauteiloberflächen. Er setzt sich wie
folgt zusammen:
U =
1
1 d 1
+ +
Σ λ
h i
h e
U = Wärmedurchgangskoeffizient der Gesamtverglasung [W/m² K]
h i = Wärmedurchgangskoeffizient innen [W/m² K]
h e = Wärmedurchgangskoeffizient außen [W/m² K]
d = Dicke der Schicht [m]
λ = Wärmeleitfähigkeit der Schicht [W/m K]
Werte nach DIN 4108: h i = 7,69 [W/m² K]
h e = 25 [W/m² K]
Je kleiner der U-Wert ist, desto weniger Wärme gelangt durch das Bauteil - in diesem
Fall die Verglasung - d.h. es geht weniger Energie durch die Verglasung verloren.
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g-Wert
Die zweite Angabe zur Kennzeichnung von Verglasungen ist der Gesamtenergiedurchlassgrad
(g-Wert). Er setzt sich zusammen aus der direkten Strahlungstransmission
und der sekundären Wärmeabgabe nach innen (Raumseite).
Der Strahlungstransmissionsgrad beschreibt den durchgelassenen Anteil der Gesamtstrahlung
durch die Verglasung.
Als sekundäre Wärmeabgabe wird der Anteil an Wärmeabgabe bezeichnet, der
durch das Glas in Form von Strahlung und Konvektion wieder abgegeben wird.
g = τ e + q i
τ e = Strahlungstransmissionsgrad
q i = Sekundäre Wärmeabgabe
Der Gesamtenergiedurchlassgrad gibt demzufolge an, wie viel Energie im Raum tatsächlich
ankommt. Je kleiner der g-Wert ist, desto geringer ist der Energieeintrag in
den Raum. Wird der g-Wert größer, erhöht sich der Energieeintrag in den Raum.
Dieser Effekt wird im Winter gewünscht, im Sommer kann dies jedoch zu hohen
Raumlufttemperaturen führen.
Eine ideale Verglasung für den winterlichen Wärmeschutz weist einen niedrigen U-
Wert und einen hohen g-Wert auf.
Bild 2.2.1.1:
Wärmedurchgang durch eine Doppelverglasung
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Bild 2.2.1.2:
Darstellung des Gesamtenergiedurchlassgrades in Abhängigkeit des Wärmedurchgangskoeffizienten
für verschiedene Verglasungen
Aus der Grafik ist zu erkennen, dass bei einer Verringerung des U-Wertes gleichzeitig
auch eine Reduzierung des g-Wertes einhergeht.
Verschiedene Arten hochwertiger Verglasungen
Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung WSV / Wärmedämmglas
U-Wert [W/m²K] g-Wert [ - ]
ca. 0,6 - 1,2 ca. 0,5 - 0,75
Nach der ersten Energiekrise Anfang der
70er Jahre wurde mit der Entwicklung
von Wärmeschutzverglasungen
begonnen, mit dem Ziel, den Verbrauch von Heizenergie zu reduzieren.
Die Verglasung zeichnet sich durch einen niedrigen U-Wert und gleichzeitig hoher
Licht- und Sonnenenergiedurchlässigkeit aus.
Das Wärmeschutzglas / Wärmedämmglas ist ein Isolierglas mit mindestens einer im
Scheibenzwischenraum beschichteten Oberfläche (= Position B im Bild 1: Wärmedurchgang).
Bei der Herstellung wird die Glasscheibe mit einer dünnen Edelmetallschicht
(Low-E-Beschichtung auf Basis von Gold, Silber oder Kupfer) bedampft. Diese
Schicht reflektiert die Wärmestrahlung und reduziert somit die Wärmetransmission
durch das Fenster von innen nach außen.
Zusätzlich zur Low-E-Beschichtung wird der Scheibenzwischenraum bei hochwertigen
Wärmeschutzgläsern mit einem Edelgas (z. B. Argon, Krypton, Xenon) gefüllt,
das eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft hat. Daraus resultieren geringere
Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion nach außen.
Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung
Hierbei sind drei Scheiben und somit zwei
U-Wert [W/m²K] g-Wert [ - ]
Zwischenräume kombiniert. Diese Aufteilung
unterbricht die Konvektion im
ca. 0,4 - 0,8 ca. 0,22 - 0,51
Scheibenzwischenraum und reduziert somit den Energietransport. Der Aufbau ist
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ähnlich einer Zweischeiben- Wärmeschutzverglasung (Bedampfung mit einer Edelmetallschicht).
Durch den erhöhten Aufwand in der Konstruktion und an Material
kommt es zu Mehrkosten im Vergleich zu anderen Wärmeschutzverglasungen.
Sonnenschutzverglasung
Mit dem Einsatz von Ganzglasfassaden in der Architektur begann die Entwicklung
der Sonnenschutzverglasung. Diese Art der Verglasung hat die Aufgabe, möglichst
viel Sonnenenergie vom Raum abzuhalten und eine unnötige Aufheizung des Raumes
zu verhindern. Dies geschieht durch Absorption und/oder Reflexion, daher unterscheidet
man zwischen Absorptions- und Reflexionsgläsern.
Absorptionsgläser
haben einen gewissen Gehalt an Metalloxyden
(Färbung: grün, grau, blau, bronzen),
welche vor allem im Langwellenbereich
die Sonnenstrahlen stärker absorbieren. Durch die größere Absorption der
Sonnenstrahlen steigen jedoch die Temperaturen der Scheiben an. Dies hat zur Folge,
dass Wärme durch Konvektion und Strahlung, zeitlich verzögert, an den Raum
abgegeben werden kann.
Reflexionsgläser
sind, ähnlich wie Wärmeschutzverglasungen,
auf der Scheibeninnenseite im Zwischenraum
(= Position A im Bild "Wärmedurchgang")
mit einer Edelmetallschicht (z. B. Gold, Platin) der sogenannten "Selektiven
Schicht" bedampft. Diese Art der Beschichtung hat den Vorteil, dass das sichtbare
Licht durch die Verglasung gelangt und die langwellige Strahlung zum großen
Teil reflektiert wird.
Variation der Fenstergröße
U-Wert [W/m²K] g-Wert [ - ]
ca. 1,3 ca. 0,2 - 0,6
U-Wert [W/m²K] g-Wert [ - ]
ca. 1,4 - 1,6 ca. 0,22 - 0,51
Die Veränderung der Fenstergröße beeinflusst den Heizwärmebedarf. Zwar erhöhen
sich durch die größeren Fensterflächen die Solargewinne - jedoch, bedingt durch die
Qualität des Fensters, ebenfalls die Wärmeverluste. Die passiven Energiegewinne
sind ebenso abhängig vom Energiedurchlassgrad, der Verglasung sowie der Orientierung
des Fensters.
Bild 2.2.1.3:
Variation der Fenstergröße
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Bei größeren Fenstern sollte auf die unerwünschte sommerliche Überhitzung ein besonderes
Augenmerk gelegt werden (Sonnenschutz!).
Wintergarten
Die energetische Wirkung hinsichtlich der Energieeinsparung hängt sehr von der
Nutzung ab. Sind die Türen zwischen Wintergarten und Wohnraum geschlossen
wenn die Lufttemperatur im Wintergarten unter der des Wohnraumes liegt, trägt
der Wintergarten in der Regel zur Energieeinsparung bei, andernfalls kann er aber
auch zu erheblichem Mehrverbrauch führen.
Bild 2.2.1.4:
Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Wintergartens
Atrium
Gegenüber freistehenden Gebäuden weisen Gebäude mit Atrium kleinere Transmissionswärmeverluste
auf. Die Raumlufttemperatur im Atrium liegt infolge der Solargewinne
über der Außenlufttemperatur und beheizt somit das Gebäude zusätzlich.
Bild 2.2.1.5:
Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Atriums
Wenn ebenfalls die Belüftung des Gebäudes über das Atrium erfolgt, können Lüftungswärmeverluste
und damit der Heizenergieverbrauch zusätzlich reduziert werden.
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Die gewonnene Nutzfläche ist ein weiteres Argument für das Atrium.
Glasdoppelfassade (GDF)
Durch die Einstrahlung der Sonnenenergie entsteht im Luftraum zwischen der inneren
und äußeren Glasfassade ein Zwischenklima, das gegenüber der Außenluft ein
höheres Temperaturniveau aufweist, was zu reduzierten Transmissionswärmeverlusten
des zu beheizenden Raumes führt und damit den Heizenergiebedarf senken
kann.
Bild 2.2.1.6:
Schematische Darstellung des Aufbaus einer Glasdoppelfassade
Probleme können entstehen, wenn vor allem im Sommer die aufgeheizte Luft im
Fassadenzwischenraum nicht schnell genug abgeführt werden kann. Der entstehende
Hitzestau macht das Öffnen der Innenfenster unmöglich – dadurch kann eine Zuund
Abluftanlage notwendig werden und unter Umständen auch die Kühlung des
Gebäudes. Die zusätzliche Anlagentechnik erfordert wiederum erhöhte Investitionskosten
und erhöht den Primärenergieverbrauch.
Die bauphysikalische Komplexität von Glasdoppelfassaden führt in der Fachwelt
noch immer zu kontroversen Diskussionen und unterschiedlichen Darstellungen von
ein und demselben Gebäude.
Transparente Wärmedämmung (TWD)
Die transparente Wärmedämmung (TWD) verbessert nicht nur den Wärmeschutz einer
Außenwand, sondern ermöglicht darüber hinaus auch solare Wärmegewinnung.
Die auf eine transparent gedämmte Wand auftreffende Solarstrahlung wird durch
die Dämmschicht transmittiert und an der dunkel gefärbten Außenoberfläche (Absorber)
der inneren Wandschale absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die davor
liegende Dämmschicht bewirkt, dass ein Großteil der gewonnenen Wärme in die innere
Wandschale eingeleitet wird. Abhängig von der vorhandenen solaren Strahlungsintensität
der Außenlufttemperatur wird dadurch der Transmissionswärmeverlust
reduziert oder der Wärmestrom sogar von außen nach innen umgekehrt. Die
transparent gedämmte Wand wirkt in diesem Fall als Heizung. Dabei dient die innere
Wandschale als Wärmespeicher und reguliert in Abhängigkeit von ihrer Wärmekapazität
die Zeitverzögerung des Wärmetransports von außen nach innen.
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Bild 2.2.1.7:
Die Abbildung zeigt das Funktionsprinzip einer TWD-Wand im Vergleich zu einer Wand mit opaker
Wärmedämmung.
2.2.1.2 Anlagentechnik
Thermische Kollektoren zur Trinkwarmwassererwärmung
Speichergestützte Systeme zur Warmwasserbereitung – besser bekannt unter der
Bezeichnung "Solarthermische Anlagen" – wandeln mit Hilfe von Absorbern bzw.
Kollektoren die direkte und diffuse solare Einstrahlung in Wärme um, welche zur
Warmwasserbereitung genutzt werden kann.
Bild 2.2.1.8:
Die Abbildung zeigt das prinzipielle Funktionsschema einer solarthermischen Warmwasserbereitung.
Die im Kollektor aus der solaren Einstrahlung gewonnene Wärme wird über einen
geschlossenen Kreislauf mittels eines Wasser-Frostschutzmittel-Gemisches zum
Trinkwasserspeicher geführt und dort gespeichert.
Der mechanisch betriebene Kreislauf ist temperaturgesteuert, wobei das Überschreiten
der maximal zulässigen Brauchwassertemperatur und das Unterschreiten der Ladetemperatur
am Kollektor die Stellgrößen sind. Derartig einfache Systeme zur solaren
Warmwasserbereitung sind oft im Einfamilienhaussektor anzutreffen.
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Im Mehrfamilienhaussektor werden üblicherweise zusätzliche Pufferspeicher verwendet,
um eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung der solarthermischen Anlage
zu erreichen. Weiterhin ist zu beachten, dass der Warmwasserspeicher und die
Warmwasserleitungen einmal täglich auf über 60 °C erwärmt werden sollten, um
der Legionellenbildung vorzubeugen. Ist ein separater solarer Pufferspeicher vorhanden,
kann darin die solare Wärme auf einem geringeren Temperaturniveau zwischengespeichert
werden.
Mit einer effizient arbeitenden solarthermischen Anlage können bei der Trinkwassererwärmung
solare Deckungsgrade von über 50 % erreicht werden.
Luftkollektoren
Luftkollektoren – oder solare Luftheizsysteme – sind Strahlungswärmetauscher mit
denen solare Strahlungsenergie absorbiert und zum Teil an die Luft übertragen wird.
Sie sind in Dächer oder in senkrechten Fassaden eingebaut.
Anwendungsbereiche
Beschreibung der unterschiedlichen Einsatzbereiche und der daraus entstandenen
Systeme:
− Solares Zuluftsystem –
Frischluft für den Wohnraum wird durch den Luftkollektor erwärmt und eingeblasen.
− Solar unterstützte kontrollierte Wohnraumlüftung –
Frischluft für den Wohnraum wird durch den Luftkollektor erwärmt und eingeblasen.
Falls die Temperatur nicht ausreicht, wird zusätzlich nachgeheizt. Der
Abluft wird die restliche Wärme mittels eines Wärmetauchers entzogen und der
Zuluft zugeführt.
− Warmwasserbereitung mittels Wärmetauscher –
der Luftkollektor unterstützt die Warmwasserbereitung.
− Trocknungsanlagen –
solare Trocknungsanlagen in der Landwirtschaft.
Funktion
Die Sonnenstrahlen dringen durch die transparente Abdeckung in das Gehäuse des
Kollektors ein und treffen auf dem Absorber auf. Die transparente Abdeckung
(meist Klarglas oder gehärtetes Spezialglas) schützt den Absorber vor Umwelteinflüssen
und soll die Wärmeverluste nach außen minimieren.
Bild 2.2.1.9:
Schematische Darstellung eines Luftkollektors
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Der Absorber besteht meist aus feuerverzinktem Stahlblech oder Aluminium welches
in der Regel mit dunkler Farbe beschichtet ist. Der Absorber nimmt die Energie der
Sonnenstrahlen auf und gibt diese an die vorbeiströmende Luft ab. Die erwärmte
Luft dient nun als Transportmittel und gelangt anschließend über die Luftkanäle in
das Gebäude.
Bauarten des Luftkollektors
Die Bauart des Luftkollektors ist ein entscheidender Faktor für den Kollektorwirkungsgrad
und demzufolge für die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems.
Wichtig sind hierbei die Art der Umströmung des Absorbers, sowie der Wärmeübergang
vom Absorber an die Luft.
Die zu erwärmende Luft strömt unterhalb
des Absorbers und wird somit
erwärmt.
Die zu erwärmende Luft strömt über
dem Absorber und wird somit erwärmt.
Die zu erwärmende Luft strömt unter
und über dem Absorber und wird
somit erwärmt.
Die zu erwärmende Luft strömt
durch den Absorber und wird somit
erwärmt.
Bild 2.2.1.10:
Zusammenstellung der verschiedenen Bauformen eines Luftkollektors
Vorteile eines Luftkollektors
− Bereits bei niedriger Einstrahlung
Nutzung des entstehenden
Temperaturniveaus
− Luft kann nicht einfrieren und
nicht sieden
− Keine Korrosionsprobleme
Nachteile eines Luftkollektors
− Keine Speicherung möglich
− Luftführung
− Elektrische Hilfsenergie ist hoch
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Aufbau eines Luftkollektorsystems
Ein Luftkollektorsystem besteht aus den Bauteilen:
− Luftkollektor (Kollektorgehäuse, transparente Abdeckung, Absorber, Dämmung
auf der Rückseite um die thermischen Verluste zu minimieren
− Ventilator
− Luftauslässe
Bild 2.2.1.11:
Beispiel: Zulufterwärmung über Luftkollektor
Solare Zuluftvorerwärmung
Hier werden Luftkollektoren zur Vorerwärmung der Zuluft in Lüftungsanlagen eingesetzt.
Bild 2.2.1.12:
Beispiel: Solare Zuluftvorerwärmung
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Blockheizkraftwerk (BHKW)
Bild 2.2.1.13:
Schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Kraft-Wärme-Kopplung eines Motor-BHKW
Ein Blockheizkraftwerk ist eine Anlage, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-
Kopplung (KWK) arbeitet.
KWK ist die gleichzeitige Bereitstellung von Elektrizität und Wärme innerhalb eines
thermischen Verbundprozesses, deren bei der Erzeugung entstehende Abwärme
und Abgase zu Heiz- oder Kühlzwecken verwendet wird. Durch die Ausnutzung der
anfallenden Abwärme können bei Blockheizkraftwerken sehr hohe Wirkungsgrade
erreicht werden – bei zugleich relativ geringen Verlusten.
Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken kann durch das KWK-Konzept bis zu
40 % Primärenergie eingespart werden. Hiermit verbunden ist ebenfalls eine Reduzierung
des CO 2 –Ausstoßes. Blockheizkraftwerke können strom- oder wärmegeführt
(Regelfall) werden. Ca. 1/3 der erzeugten Energie wird als elektrischer Strom und
2/3 als Wärme abgegeben.
Mittels der Brennstoff- und Luftzufuhr verrichtet der Verbrennungsmotor die mechanische
Arbeit, die im Generator zur Stromproduktion verwendet wird. Die Abwärme,
welche im Motorblock anfällt (Motorkühlung), wird über einen Wärmetauscher
zur Erwärmung des Heizwassers genutzt. Die im Abgas enthaltene Energie
wird zur Dampferzeugung (Prozesswärme) und/oder ebenfalls mittels eines Wärmetauschers
zur Brauchwassererwärmung verwendet.
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Tabelle 2.2.1.1:
Nutzungs- und Wirkungsgrade verschiedener BHKW-Anlagen im Vergleich zu Gaskessel-Anlagen.
Konventioneller Gaskessel
ohne Abgaskondensation
Modulierender Gaskessel
mit Abgaskondensation
Elektrischer
Nutzungsgrad
Thermischer
Wirkungsgrad
Gesamt-
Wirkungsgrad
– 0,85 – 0,92 0,85 – 0,92
– 0,92 – 1,08 0,92 – 1,08
Gasmotor-BHKW 0,30 – 0,34 0,55 – 0,58 0,85 – 0,92
Gasturbinen-BHKW 0,20 – 0,30 0,50 – 0,60 0,75 – 0,85
Gasturbinen-BHKW mit
Rückgewinnung der
Strahlungsverluste sowie
Abgaskondensation
0,25 – 0,30 0,68 – 0,73 0,95 – 1,00
Betriebsarten und Einsatzorte von BHKWs
− Netzparallelbetrieb: Industrie, Verwaltungsgebäude, Schwimmbäder, Hotels
− Netzparallelbetrieb mit Notstromversorgung: Krankenhäuser, Verwaltungsgebäude
(EDV)
− Inselbetrieb: Nicht durch das Stromnetz versorgte Liegenschaften
Bauarten
− Stationär: BHKW befindet sich immer am gleichen Standort
− Mobil: BHKW kann transportiert werden
Antriebsvarianten der Motoren
− Dieselmotoren mit den Brennstoffen Diesel, Heiz- oder Pflanzenöl, Altöl
− Otto-Motoren mit den Brennstoffen Erd-, Flüssig-, Deponie-, Gruben-, Holzoder
Biogas
Jahresdauerlinie und Laufzeiten
Die Gesamtlaufzeit der BHKWs liegt zwischen 8 und 12 Jahren (ca. 70.000 bis
105.000 Stunden). Sie ist jedoch stark abhängig vom Einsatz, dem Hersteller und
der Wartung der Anlage.
Um die Wirtschaftlichkeit des BHKWs zu gewährleisten, sollte eine Mindestlaufzeit
von 5.000 h/a erreicht werden.
Leistungsspektrum
Das Leistungsspektrum reicht von 1,3 bis 17.000 kW(el) [el: elektrisch]
Wirtschaftlichkeit
Jede Analage muss wegen der verschiedenen Ausgangsparameter einzeln betrachtet
werden. Pauschale Aussagen über die Wirtschaftlichkeit sind daher nicht möglich.
Folgende Eckdaten sollten für die Wirtschaftlichkeit beachtet werden.
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−
−
−
−
−
Auslastung des BHKWs (hohe Vollbenutzungsstunden, ca. 5.000 h/a)
installierte Leistungsgröße (niedrige spezifische Investition)
Brennstoffbezugspreis möglichst gering
Strombezugspreis möglichst gering
Stromerlös möglichst hoch
Vorteile
− geringe Verluste durch das Prinzip der Kraft-
Wärme-Kopplung
− Einsatz im Sommer zur Kälteerzeugung
− saisonaler, gleich bleibender Wärmebedarf
Nachteil
− hohe Investitionskosten
Bild 2.2.1.14:
Gasbetriebenes BHKW im Altenheim Stuttgart-Sonnenberg.
Elektrische Leistung: 50 kW, Thermische Leistung: 100 kW
Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe ist eine technische Einrichtung, welche mit Hilfe von Antriebsenergie
(Elektro-, Verbrennungsmotor, Turbine oder Stirling) Wärme aus einer Wärmequelle
(Erdreich, Luft, Grundwasser) aufnimmt und diese an ein anderes System
wieder abgibt – d.h. es wird die Wärmeabgabe genutzt.
Wird hingegen die Kälteabgabe genutzt, bezeichnet man die Anlage als Kälteanlage.
Diese nimmt die Wärme aus dem Raum auf und gibt sie an die Kältequelle (Erdreich
Luft, Grundwasser) wieder ab.
Die Energie der Wärmequelle ist kostenlos, um diese nutzen zu können, arbeitet die
Wärmepumpe nach dem thermodynamischen Prinzip des Kreisprozesses, dem Camot-Prozess.
Das Arbeitsmedium (Kältemittel) nimmt Wärme aus der Quelle auf und
gibt diese an das zu erwärmende System wieder ab. Aufgrund der physikalischen
Eigenschaften des Kältemittels ändert es den Aggregatzustand, die Temperatur und
den Druck. Entscheidend ist jedoch das physikalische Gesetz der Wärmeaufnahme
beim Verdampfen des Mediums bzw. die Wärmeabgabe beim Kondensieren des
Mediums.
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Energiefluss der Wärmepumpe
Bild 2.2.1.15:
Die Abbildung zeigt den Energiefluss einer Wärmepumpe und verdeutlicht, dass die kostenlose Wärmequelle
durch einen relativ geringen Einsatz von Antriebsenergie genutzt werden kann.
Es werden zwei Arten von Wärmepumpen unterschieden:
− Kompressionswärmepumpe
− Absorptionswärmepumpe
Ca. 98 % aller installierten Wärmepumpen in Deutschland sind Kaltdampfkompressionswärmepumpen.
Der Leistungsbereich der Wärmepumpen liegt zwischen
0,1 kW und mehreren MW.
Bild 2.2.1.16:
Funktionsschema einer Kompressionswärmepumpe
Die Kompressionswärmepumpe besitzt einen geschlossenen Kreislauf, in welchem
das Kältemittel in einer Richtung folgende Schritte durchläuft.
1. Das Kältemittel ist im ersten Wärmetauscher (Verdampfer) flüssig und hat einen
niedrigen Druck. Die Wärmequelle weist eine höhere Temperatur auf als das
Arbeitsmittel. Durch das Temperaturgefälle beginnt es, im Wärmetauscher zu
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sieden und verdampft schließlich. Das Kältemittel entzieht dabei der Wärmequelle
einen Teil der Energie.
2. Das Arbeitsmittel wird durch das Verdichten im Kompressor komprimiert und
erwärmt. durch den entstehenden Druck wird das Kältemittel auf ein höheres
Temperaturniveau gebracht und geht in den Aggregatzustand Dampf über.
3. Im Kondensator / Verflüssiger gibt das Arbeitsmedium durch Kondensation seine
Wärme an den Heizkreis ab (der Heizkreis hat eine niedrigere Temperatur als
das Kältemittel). Durch diesen Vorgang verflüssigt sich der Kältemitteldampf
wieder.
4. Im letzten Schritt des Kreisprozesses wird durch das Entspannungsventil der
Druck und somit auch die Temperatur wieder abgebaut. Der Prozess beginnt
nun wieder von neuem.
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
Jede raumlufttechnische Anlage benötigt Wärme- und Kälteenergie zur Aufheizung
bzw. Kühlung der angesaugten Außenluft. Die Wärmerückgewinnung (WRG) ist
vom Prinzip ein Wärmetauscher, der die enthaltene Energie der Abluft nutzt, um die
Zuluft vorzuwärmen bzw. vorzukühlen.
Im Winter gibt die Abluft ihre enthaltene Wärmeenergie an die kalte angesaugte
Außenluft ab um diese "vorzuwärmen". Im Sommer hingegen, wird die enthaltene
Kälteenergie an die wärmere Außenluft übergeben um diese "vorzukühlen".
Diese Wärme bzw. Kälte wurde früher in älteren Anlagen einfach an die Umwelt
abgegeben, heutzutage führt dieses "Zurückgewinnen von Energie" zu beachtlichen
Einsparpotenzialen.
−
−
−
Reduzierung der zu installierenden Leistungen für Heizung, Kältemaschinen und
Befeuchtung - Investitionskosten sinken
Reduzierung des Wärme- und Kälteenergieverbrauchs - Betriebskosten sinken.
Reduzierung der Schadstoffemissionen
Definition Rückwärmzahl
Die Rückwärmzahl Φ (auch Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung) drückt aus,
wie viel der Wärme der Abluft wieder zurück gewonnen werden kann, bezogen auf
die Außenlufttemperatur.
Φ =
t 22 – t 21
t 11 – t 21
=
tatsächliche Wärmeübertragung
mögliche Wärmeübertragung
Sie ist ebenso ein Indikator zur Bewertung von WRG-Anlagen.
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Wärmerückgewinnungsanlagen -
Beschreibung der marktüblichen Systeme
1. Rekuperative Systeme
Es wird nur die sensible (fühlbare) Wärme bzw. Kälte zurück gewonnen und es
besteht keine direkte Verbindung zwischen Fort- und Außenluft.
Beispiele:
− Plattenwärmetauscher Φ: 0,4 – 0,8
− Röhrenwärmetauscher Φ: 0,3 – 0,5
2. Regenerative Systeme
−
Kreislaufverbundsystem (KVS)
Der Wärme- bzw. Kälteaustausch erfolgt in zwei Wärmetauschern (Fortund
Außenluft), die durch ein Rohrsystem mit dem zirkulierenden Wärmeträger
verbunden sind.
Vorteile: Hygienisch, Nachrüstung mit externen Systemen geeignet.
Φ: 0,3 – 0,5
−
−
−
Kompakt-Wärmetauscher
Handelsübliche Glattrohr-, Rippenrohr- oder Blockwärmetauscher
werden im KVS zusammengefügt. Φ: 0,7 – 0,8
Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher
Zwischen den Wärmetauschern wird eine Gegenströmung erzwungen.
Wärmerohre "Heat-Pipe"
Sind lamellenbestückte Rohre, die zum Teil in den Fortluftkanal und
zum Teil in den Außenluftkanal ragen. Die Wärmeübertragung geschieht
über ein Kältemittel in den Rohren. Φ: 0,5 – 0,7
− Regenerative Systeme mit drehenden Elementen –
Rotations-Wärmetauscher
Es wird nicht nur die sensible Wärme bzw. Kälte zurück gewonnen, sondern
auch die latente Wärme in Form der relativen Feuchte. Es besteht eine
direkte Verbindung zwischen Fort- und Außenluft.
Der sich drehende Wärmetauscher wird je zur Hälfte axial im Gegenstrom
von warmer Fortluft und kalter Außenluft durchströmt. Beim Durchströmen
des Wärmetauschers wird Wärme von der Fortluft an die Speichermasse
abgeführt und danach von der Außenluft aufgenommen. Zusätzlich wird
unterschieden zwischen
−
−
Wärmetauscher mit Sorption
zur zusätzlichen Feuchteübertragung Φ: 0,7 – 0,8
Rotoren ohne Sorption
zur geringeren Feuchteübertragung Φ: 0,6 – 0,8
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−
−
Kapillargebläse
Laufrad aus porigem Schaumstoff Φ: 0,2 – 0,4
Umschaltspeicher
einfache Reinigung der Wärmeübertragungsflächen Φ: 0,6 – 0,9
−
Luftwärmepumpen
Die Luftwärmepumpe entzieht dem Luftstrom mit der niedrigeren Temperatur
Wärme und führt sie einem anderen Luftstrom wieder zu. Umgekehrt
kann auch der "warmen" Abluft die Wärme entzogen werden und der
"kälteren" Zuluft zugeführt werden, wodurch eine Vorerwärmung gewährleistet
wird.
Es wird zwischen zwei Arten von Wärmepumpen unterschieden:
2.2.1.3 Hybride Systeme
− Kompressions-Wärmepumpen Φ 1,0
− Absorptions-Wärmepumpen Φ 1,0
Bauteilaktivierung durch Luft bzw. Wasser
Bei der Bauteilaktivierung wird die im Kollektor aufgenommene Sonnenenergie in
Gebäudeteilen gespeichert und später zur Gebäudebeheizung herangezogen. Der
Energietransport vom Kollektor zum Bauteil erfolgt über einen geschlossenen Luftkreislauf
mittels Ventilator. Zeitversetzt führt das Speicherbauteil dem Raum die gespeicherte
Wärme wieder zu.
Die Bauteilaktivierung durch Wasser ist vom Prinzip her mit der Bauteilaktivierung
durch Luft identisch. Anstelle von Luft wird Wasser im Kollektor erwärmt und mittels
Pumpe zum Speicher im Gebäudinnern geführt.
Bild 2.2.1.17:
Darstellung des Prinzips der Bauteilaktivierung
Betonkerntemperierung und Kühldecke
Betonkerntemperierung
Das System der Betonkerntemperierung besteht aus Rohrleitungen, die beim Bau
des Gebäudes direkt in die Betondecken eingelegt werden. Der Verlegeabstand soll-
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te gleichmäßig angeordnet sein und erfolgt meist in Mäanderform. In den Leitungen
zirkuliert Wasser, das je nach Bedarf gekühlt oder auch erwärmt wird. Dadurch entstehen
große thermisch aktive Flächen, über die einerseits gekühlt oder auch geheizt
werden kann.
Bild 2.2.1.18:
Schematische Darstellung der Betonkerntemperierung
Bild 2.2.1.19:
Einbau der Betonkerntemperierung
Bild 2.2.1.20:
Verlegung der Rohrleitungen in Mäanderform
Vorteile
− energetisch sehr günstig, geringe
Transportenergie
− große thermisch aktive Flächen
− Strahlungswärme - hohe Behaglichkeit
− Geothermienutzung möglich
− Nutzung von Niedertemperatur und
somit geringere Energieverluste
− kein Raumverlust
− minimale bauliche Kosten
Nachteile
− wenig regelbar, träges System
− offene Decke, keine Verschalung
möglich
− begrenzte Lastabtragung
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Kühldecke
Am häufigsten kommen Kühldecken in Kombination mit raumlufttechnischen Anlagen
vor, die die Grundkonditionierung des Raumes in Bezug auf Temperatur und
Feuchte gewährleisten.
Die statische Kühlfläche (Kühldecke) wird an die zentrale Kühlwasserversorgung angeschlossen
und mit einem Kühlmedium – meist Wasser – versorgt, das in eingelegten
Rohren oder Matten zirkuliert.
Bild 2.2.1.21:
Schematische Darstellung von Kühldecken
Die Bauformen von Kühldecken können in offener oder geschlossener Form vorkommen.
Geschlossene Decken, sogenannte Strahlungsdecken, bestehen aus ganzflächigen
Elementen, die nach oben wärmegedämmt sind. Offene Kühldecken oder
Konvektionsdecken hingegen bestehen aus einzelnen Deckenelementen, die von
beiden Seiten von der Raumluft umströmt werden.
Eine dritte Bauform der Kühldecken sind Kühlsegel, die in der Regel als offene Kühlelemente
eingebaut werden. Diese Art der Kühldecke kommt meist in abgegrenzten
Bereichen wie z. B. einzelne Arbeitsplätze oder in Eingangsbereichen zum Einsatz.
Bild 2.2.1.22:
Beispiel einer abgehängten Kühldecke mit integrierter Beleuchtung
Vorteile
− energetisch sehr günstig, geringe
Transportenergie
− Geothermienutzung möglich (z. B.
Grundwasser)
− hohe Behaglichkeit
Nachteile
− im Heizfall: unerwünschte Erwärmung
des Deckenbereichs
− hohe Investitionskosten
− Raumverlust
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Hybrid-transparente Wärmedämmung (HTWD)
Um im Sommer Überhitzungen zu vermeiden muss transparente Wärmedämmung
außenseitig ein Sonnenschutz – bewegliche Verschattungselemente oder Glasperlenputz
zur Reduzierung des Energiedurchlassgrades – angebracht werden.
Bild 2.2.1.23:
Darstellung der Funktionsweise von hybrid-transparenter Wärmedämmung
Folglich kann somit nie die gesamte einstrahlende Sonnenenergie tatsächlich genutzt
werden. Dieser Nachteil wird durch HTWD ausgeglichen. Ein zwischen der
transparenten Dämmung und der massiven Außenwand angebrachter Absorber
nimmt die Überschussenergie auf und führt sie über einen Solekreislauf einem Speicher
zu, wodurch das gesamte Solarenergieangebot ganzjährig optimal nutzbar
wird.
2.2.1.4 Beleuchtung und Belichtung
Stromsparende Beleuchtung
Grundlagen
Lampen wandeln elektrischen Strom in sichtbares Licht um, wobei die Effizienz dieses
Vorgangs je nach Lampenart sehr unterschiedlich ist.
Die Lichtausbeute η [lm/W] ist das Maß dafür und gibt Aufschluss über die Wirtschaftlichkeit
der jeweiligen Lampe
η =
Φ
P
η = Lichtausbeute
η = Lichtstrom
P = Leistung
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Tabelle 2.2.1.2:
Zusammenstellung der Lampenarten
Glühlampen
wandeln nur ca. 5 % (Standart Glühlampen) des Stroms in
sichtbares Licht um, der Rest ist Abwärme.
Lichtausbeute: 12 – 15 lm/W
Halogenlampen
sind etwas effizienter als normale Glühlampen. Bei den
Niedervoltsystemen wird der Vorteil jedoch z. T. durch die
Transformatorverluste wieder aufgehoben.
Lichtausbeute: 15 – 20 lm/W
Leuchtstofflampen
wandeln ca. 25 % des Stroms in Licht um. Sie müssen mit
einem Vorschaltgerät betrieben werden, das zusätzliche
Verluste verursacht.
Lichtausbeute: 75 – 100 lm/W
Kompaktleuchtstofflampen oder Energiesparlampen
sparen nur gegenüber Glühlampen Energie ein. Sie sind
mittlerweile in so vielen Bauformen, meist mit integriertem
Vorschaltgerät, erhältlich, dass nahezu alle Glühlampen
durch sie ersetzt werden können.
Lichtausbeute: 65 – 80 lm/W
Hochdruckdampflampen
kommen aufgrund ihrer schlechten Farbwiedergabe meist
nur bei der Außenbeleuchtung zum Einsatz. Statt den
− eher bläulichen Quecksilberdampflampen (50 –
60 lm/W) oder
−
Metallhalogendampflampen (ca. 90 lm/W)
sollten möglichst die
− rot-gelb leuchtenden Natriumdampflampen (100 –
125 lm/W)
eingesetzt werden.
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Natrium-Niederdruckdampflampen
sind die effizientesten Lampen, werden wegen ihrer rein
gelben Lichtfarbe jedoch nur für die Straßenbeleuchtung
verwendet.
Lichtausbeute: 170 – 180 lm/W
Leuchtdioden (LED: Light Emissing Diods)
sind sehr kleine leuchtende Halbleiterchips, die eine Lichtstrahlung
aussenden. Sie bieten wegen ihrer sehr kleinen
Abmessungen eine sehr große Gestaltungsfreiheit. Die
Lichtausbeute liegt zwischen 20 und 40 lm/W, in Zukunft
sollen jedoch ca. 100 lm/W erreicht werden. Nennenswert
ist ebenfalls die sehr lange Lebensdauer von über 50.000
Stunden.
Tabelle 2.2.1.3:
Zusammenstellung der Lampenarten, ihrer jeweiligen Lichtausbeute und Lebensdauer
Lampenart Lichtausbeute [lm/W] Lebensdauer
Glühlampen 12 – 15 sehr gering
Halogenlampen 15 – 20 gering
Leuchtdioden 20 – 40
Neuentwicklungen bis
100
sehr hoch
Leuchtstofflampen 75 – 100 mittel
Energiesparlampen 65 – 80 hoch
Hochdruckdampflampen bis 150 hoch
Niederdruckdampflampen 170 – 180 sehr hoch
Tageslichtlenkung
Sind die Einstrahlbedingungen der Sonne ungünstig oder sind die Winkel der Einstrahlung
sehr wechselhaft, so kann die Licht- und Energieeinstrahlung durch Lichtlenkung
beeinflusst werden.
Bild 2.2.1.24:
Relativer Verlauf der Beleuchtungsstärke in einem Raum mit und ohne Tageslichtlenksystem
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Die Lichtlenkung kann einerseits als Schutz vor zu hoher Sonneneinstrahlung dienen,
und andererseits zur Verbesserung der Beleuchtungsstärke in großen Raumtiefen
führen, wobei sich durch die Minimierung der Kunstlichtzuschaltung der weitere
wichtige Vorteil der Reduzierung des Strombedarfs für die Beleuchtung ergibt.
Ausführungen von Tageslichtlenksystemen
1. Zu den effizientesten Lösungen um Tageslicht von außen in den Raum zu bringen
gehören die außen liegenden Tageslichtlenksysteme.
Das Sonnenlicht wird über außen vor der Fassade angebrachte
− Reflektoren oder
− Anidolische Spiegel –
einer speziell gekrümmte Bauform von Reflektoren, die die Ausbeute an
Tageslicht, das in den Raum gelenkt wird, gegenüber der einfachen Bauweise
deutlich erhöht, allerdings einer exakten Ausrichtung nach dem Sonnenstand
bedarf – oder
− Prismenplatten, die zwar vorwiegend als Sonnenschutz eingesetzt werden,
in einer meist asymmetrischen Bauweise aber auch lichtlenkende Funktionen
übernehmen können,
umgelenkt und in den Raum eingebracht. Die Decke sollte möglichst hell sein,
um das eingebrachte Sonnenlicht in die Tiefe des Raumes reflektieren zu können.
Vorteil:
Hohe Ausbeute an Tageslicht
Nachteil:
Da der Reflexionsgrad durch Verschmutzung der lichtlenkenden Bauteile verschlechtert
wird, ergibt sich ein hoher Aufwand an Wartungsarbeiten.
2. Das gleiche Umlenkprinzip gilt auch für die innen liegenden Tageslichtlenksysteme.
Sie unterscheiden sich nur durch die raumseitige Anbringung der
lichtlenkenden Bauteile, wie
−
−
Lichtschwert oder
Anidolische Spiegel.
Vorteil:
Wartungs- und Reinigungsarbeiten sind einfacher durchzuführen.
Nachteil:
Gegenüber den außenliegenden Tageslichtlenksystemen geringere Lichtausbeute.
3. Innen liegende Lamellen-Jalousien vereinen das Konzept von traditionellem
Sonnenschutz mit der Umlenkung des Tagelichts. Auch hier gibt es unterschiedliche
Lamellen-Bauformen.
− Prismatische Acryllamellen –
genaue Nachführung der Sonnenhöhe ist nötig
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− Gekrümmte "auf den Kopf gestellte" Metalllamellen
mit einer Spiegeloberfläche
− Gestufte Metalllamellen –
reflektieren steil eintreffende Sonnenstrahlen nach außen ab, flach eintreffende
Strahlen hingegen werden in den Raum geleitet.
Vorteil:
Einfache Durchführung von Wartungs- und Reinigungsarbeiten.
Nachteil:
Wärmeeintrag in den Raum, schlechtere Lichtausbeute.
4. Das Tageslichtlenksystem kann in die vertikale Doppelverglasung integriert
sein. Die unbewegliche Lichtumlenkung leitet das Licht mittels:
− Symmetrische Metallprofile –
Standard, lenkt einen großen Teil des Lichtes in den Raum
− Asymmetrische Metallprofile –
Sommer: Energieeintrag wird minimiert
Winter: Lichtlenkung in den Raum
− Gekrümmte Acrylstreifen –
Lenkung von direktem und diffusem Licht
− Prismatische Acrylplatten
− Geschlitzte Acrylplatten –
relativ gute Durchsicht, jedoch hoher direkter Lichteintrag
in den Raum.
Vorteil:
Niedrige Unterhaltskosten, keine beweglichen Bauteile, Blendschutz
Nachteil:
Nur bedingte Durchsicht
5. Integriert man das Tageslichtlenksystem in die horizontale Dach-
Doppelverglasung können beispielsweise Flure oder Innenhöfe mit tageslicht
versorgt werden. Die Lichtlenkung geschieht in diesem Fall durch
− Asymmetrische Metalllamellen und gekrümmte Acrylstreifen –
Lenkung von direktem und diffusem Licht oder
− Kapillarröhrchen aus Acryl oder Glas –
Lenkung der diffusen Strahlung in Lamellenrichtung
− Glasvlies –
Die Kombination mit Kapillarröhrchen aus Acryl oder Glas ergibt eine komplette
diffuse Transmission.
2.2.1.5 Effizienter Sonnenschutz
Sonnenschutzeinrichtungen werden aus Gründen der Raumbehaglichkeit sowie der
Einsparung an Energie – speziell Kühlenergie – verwendet. Würde die Solarstrahlung
ungehindert in den Raum gelangen, hätte dies einerseits die Aufheizung des Rau-
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mes und andererseits die Blendung der im Raum befindlichen Personen zur Folge.
Die Aufgabe des Sonnenschutzes ist es, diese Störgrößen zu minimieren bzw. zu
verhindern.
Die verschiedenen Bauformen von Sonnenschutzeinrichtungen (bewegliche, innen
oder außen liegende, feststehende) werden durch den Abminderungsfaktor F C -
Wert unterschiedlich bewertet. Der F C -Wert ist ein Faktor der den Gesamtenergiedurchlassgrad
des transparenten Bauteils bestimmt.
g total = F C • g
F C - Wert = Abminderungsfaktor des Sonnenschutzsystems
g - Wert = Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung
g total - Wert = Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung
inkl. Beschattungssystem
Nachstehende Tabelle gibt einen groben Überblick über die Anhaltswerte der Abminderungsfaktoren
von fest installierten Sonnenschutzeinrichtungen.
Für die Verwendung der Werte sollte jedoch in der DIN 4108-2 genauer recherchiert
werden.
Tabelle 2.2.1.4:
Anhaltswerte der Abminderungsfaktoren von fest installierten Sonnenschutzeinrichtungen
Sonnenschutzvorrichtung
Abminderungsfaktor F C
Keine 1
Innen
liegend
Außen
liegend
Weiß oder reflektierende Oberfläche 0,75
Helle Farbe oder geringe Transparenz 0,8
Dunkle Farbe oder höhere Transparenz 0,9
Drehbare Lamellen, hinterlüftet 0,25
Jalousien und Stoff mit geringer Transparenz 0,25
Jalousien allgemein 0,4
Rollläden, Fensterläden 0,3
Vordächer, Loggien, frei stehende Lamellen 0,5
Markisen 0,4 – 0,5
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Bild 2.2.1.25:
Darstellung des Abminderungsfaktors von fest installierten Sonnenschutzeinrichtungen
Mit Hilfe der Sonnenschutzeinrichtung wird der Wert des Gesamtenergiedurchlassgrades
reduziert und somit sichergestellt, dass der Wärmeeintrag in den Raum sinkt.
Bauformen
Beweglicher Sonnenschutz
Die weitere Unterscheidung ist die Lage des beweglichen Sonnenschutzes, entweder
im Außenbereich oder raumseitig. Der außen liegende Sonnenschutz hat einen geringen
F C -Wert, d. h. er verhindert das Eindringen der Energie in den Raum besser
als der auf der Raumseite liegende Sonnenschutz.
Jalousien Rollläden Markisen Lamellensysteme
Feststehender Sonnenschutz
Durch vorspringende Gebäudeteile, wie z. B. Vordächer oder Balkone, kann auf
Südseiten ein guter Sonnenschutz erzielt werden. Die hoch stehende Sommersonne
wird abgeschirmt und dadurch das unzulässige Aufheizen des Raumes verhindert.
Die tief stehende Wintersonne hingegen gelangt in den Raum und bewirkt den gewünschten
Effekt des Wärmeeintrags.
Dachüberstände Vordächer Sonstige
Sonnensegel
Prismen
Folien
Lichtlenksysteme
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2.2.1.6 Regelung
Für einen niedrigen Energieverbrauch, eine längere Anlagenlebensdauer, einen optimalen
Personaleinsatz und eine höhere Produktivität eines Gebäudes ist eine Gebäudeautomation
von großer Bedeutung.
Bild 2.2.1.26:
Aufgaben und Ziele der Gebäudeautomation
Als Gebäudeautomation werden die Einrichtungen, Software und Dienstleistungen
für automatische Steuerung und Regelung, Überwachung, Messung und Optimierung
sowie für Bedienung und Management bezeichnet.
Aufgaben der Gebäudeautomation
(Grüne Felder in der Grafik)
− Messen aller relevanter Betriebsdaten (Temperaturen, Energieverbräuche,
etc.)
− Steuern der Betriebsweise durch Webüberwachung, PC-Steuerung,
(Grundlage: tatsächliche Nutzungszeit)
− Regeln Einsatz einer sinnvollen Regelungstechnik, Anpassung dieser an
die Gebäudenutzung zum erlangen einer optimalen Behaglichkeit
− Bedienen der eingebauten Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen
(Wartung)
− Überwachen aller Störmeldungen für die Betriebssicherheit
− Optimieren des Betriebseinsatzes, spart Arbeitskraft und Kapital
Hauptziele der Gebäudeautomation
(Blaue Felder in der Grafik)
− Optimierung des Energieverbrauchs (z. B. Einsatz von Wärmemengenzählern)
− Erhöhung der Anlagenlebensdauer (z. B. Einsatz von Frostschutz)
− Steigerung der Produktivität (z. B. Einsatz von optimaler Behaglichkeit)
− Optimierung des Personaleinsatzes (z. B. Erstellung von Wartungsplänen)
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Topologie (Aufbau) und Kommunikation der Gebäudeautomation
Die Gebäudeautomation gliedert sich in drei Ebenen:
− Managementebene
− Automationsebene
− Feldebene
Der hierarchische Aufbau bietet Betriebssicherheit sowie Bedienbarkeit, Funktionalität
und Flexibilität.
Die Kommunikation innerhalb und zwischen den Ebenen erfolgt durch moderne
Bus/LAN (Local Area Network)- und LON (Local Operating Network)- Technologie,
die Kommunikationsprotokolle sind BACnet und LONtalk.
Bild 2.2.1.27:
Aufbau einer Gebäudeautomation
Managementebene
Es ist die logische Ebene, in der die Managementfunktionen für einen energieeffizienten,
wirtschaftlichen und sicheren Gebäudebetrieb zugeordnet sind. Hier fließen
alle erforderlichen Informationen der zugeordneten Technischen Gebäudeausrüstung
zusammen. Dieser Ebene können auch dialogorientierte Bedienfunktionen zugeordnet
sein.
Einrichtungen der Managementebene
− Serverstation
− Datenverarbeitungseinrichtung
− Datenschnittstelleneinheit
− Programmiereinheit (Serverstation)
− Bedienstation (Schnittstelle zwischen Bedien- und Managementfunktionen)
− Drucker (Protokolldrucker / Störmeldedrucker) unterbrechungsfreie Stromversorgung
Aufgaben der Managementebene
− Auswertung
− Trendaufzeichnung
− Energiebilanzen
− Instandhaltung
− Datenanalyse
− Datensicherung
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−
−
Zyklische und ereignisorientierte Langzeitspeicherung
Datendokumentation
Automationsebene
Es ist die logische Ebene, in der die Überwachungs- und Verarbeitungsfunktionen
zur Anlagenautomation ablaufen. Dieser Ebene können auch dialogorientierte Bedienfunktionen
zugeordnet sein.
Einrichtungen der Automationsebene
− Automationsstationen
− Programmierbare und konfigurierbare Automationseinrichtungen
− Bedienstationen
− Datenschnittstelleneinheiten (zwischen Management- und Feldebene)
− Notbedienebene / Lokale Vorrangbedieneinrichtungen (für manuelle Eingriffe)
Aufgaben der Automationsebene
− Steuern
− Erfassen
− Überwachen
− Regeln
− Optimieren
Feldebene
Es ist die logische Ebene, der die physikalische Verbindung von und zu einem Anlagenteil
für die notwendige Information und Aktion, den Betriebszustand und Messwert
des technischen Prozesses betreffend, zugeordnet ist. Feldgeräte können ggf.
auch Verarbeitungsfunktionen oder Managementfunktionen ausführen.
Einrichtungen der Feldebene
− Wächter: Rauch, Frostschutz
− Zähler: Wärme, Kälte, Strom, Wasser
− Fühler: Temperatur, Feuchte, Helligkeit, Präsenz, CO 2 , Wind
− Schalt- und Stellgeräte: Ventile, Klappen
Aufgaben der Feldebene
− Überwachung:
Eine Remote - Steuerung der Videoüberwachung ermöglicht die automatische
Weiterleitung von Gefahrenmeldungen.
− Zutrittsmanagement:
Das Zutrittsmanagement stellt sicher, dass sich nur berechtigte Personen in der
Liegenschaft oder in bestimmten Bereichen aufhalten und unterstützt eine
eventuell notwendige Evakuierung.
− Wetterstation:
In der Wetterstation werden Außentemperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck und die
Windgeschwindigkeit gemessen. Diese Daten werden an die GLT-Zentrale weitergeleitet
und dort verarbeitet.
− Bedienpaneele:
Um die Behaglichkeit in den einzelnen Räumen sicherzustellen und eine optimale
Produktivität der Nutzer erreichen zu können, werden Bedienpaneele angebracht.
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−
−
−
−
Brandmeldeanlage:
Die Anlage wird automatisch mit der Feuerwehr gekoppelt, so dass der Brandfall
unmittelbar gemeldet wird.
Heizkreisregelung:
Die zentral gesteuerten Stellmotoren ermöglichen eine aktuelle Lastanpassung
und sparen dadurch Energie.
Helligkeitssensoren:
Die Helligkeitssensoren, die an den Außenwänden angebracht sind, messen die
Umgebungshelligkeit und leiten diese an die GLT-Zentrale weiter.
Sonnenschutz:
Der Sonnenschutz wird über die GLT-Zentrale gesteuert. Hierbei haben die gewonnenen
Daten der Helligkeitssensoren und der Wetterstation eine wesentliche
Bedeutung.
2.2.2 Leitfäden
Regelwerk zur Gebäudeautomation
− VDI Richtlinie 3814
"Gebäudeautomation - Datenpunktlisten und Funktionen - Beispiele"
− DIN 18386 VOB / C
Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) - "Gebäudeautomation"
Leitfäden sollen Planern und Ausführenden helfen, energieeffiziente Maßnahmen
bei der Sanierung richtig umzusetzen.
2.2.2.1 Energetische Inspektion von Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Kälteanlagen
Die europäische Richtlinie zur Gesamteffizienz von Gebäuden (EPBD – Energy Performance
of Buildings Directive) fordert in Artikel 9 die periodische Inspektion von
Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Kälteanlagen. Eine derartige Inspektion ist in
Deutschland bisher noch nicht definiert. In den Leitfäden wird ein Verfahren für die
Umsetzung in Deutschland vorgeschlagen.
Für die energetische Inspektion von Lüftungs- und
Klimaanlagen wird ein zweistufiges Verfahren für eine
produktbezogene und eine systembezogene Inspektion
vorgeschlagen. Die produktbezogene Inspektion
umfasst die energetische Effizienz der eingesetzten
Geräte und Komponenten . Die systembezogene
Inspektion umfasst die energetische Effizienz des
Gesamtsystems unter dem Aspekt der Dimensionierung
und der Systemauswahl im Verhältnis zu Kühl- ,
Wärmebedarf und Nutzung.
Bild 2.2.2.1:
Titelseite des Leitfadens Energetische Inspektion von Lüftungs- und Klimaanlagen
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Abweichend vom Verfahren der energetischen
Inspektion der Lüftungs- und Klimaanlagen ist es bei der
energetischen Inspektion von Kälteanlagen nur mit
einem erheblichen Aufwand möglich, Bedarfswerte für
die Kälteerzeugung für das Raumkühlsystem zu
ermitteln. Hier wäre eine Berechnung nach DIN V 18599
erforderlich, die im Rahmen einer Inspektion zu
aufwendig ist. Im Leitfaden wird ein anderer Ansatz
vorgestellt.
Bild 2.2.2.2:
Titelseite des Leitfadens Energetische Inspektion von Kälteanlagen
2.2.2.2 Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten
Der vorgesehene Leitfaden über die Sanierung von Wohngebäuden konnte zum
Zeitpunkt der Projektphase 2 nicht erstellt werden, da noch nicht genügend Abschlussberichte
von EnSan-Vorhaben vorlagen. In Abstimmung mit dem Projektträger
wurde daher das Buch „Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten – Bilanzierungsgrundlagen
zur DIN V 18599“ erstellt.
Bild 2.2.2.3:
Titelseite des Buches Heizen, Kühlen, Belüften &Beleuchten
Im Buch wird die neue Methodik zur energetischen Bewertung von Gebäuden vorgestellt
und die zugrunde liegenden Überlegungen zur Ermittlung der Nutzenergiebilanz
detailliert erörtert. Die Einbindung des Kühlbedarfs in das bestehende Bilanzierungsverfahren
für die Heizwärme bildet hierbei einen Schwerpunkt. Im Buch
wurden die grundlegenden Zusammenhänge sowie Details, die sich aus der Ausweitung
auf sommerliche Klimaverhältnisse und auf die Nutzung in Nichtwohngebäuden
ergeben, erläutert. Als weiterer Schwerpunkt wird die Methodik zur Ermittlung
des Nutzenergiebedarfs für zentrale und dezentrale Luftaufbereitungsanlagen zum
Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten von Zuluft sowie der Luftförderung
behandelt. Dritter Schwerpunkt ist die Bestimmung des Energiebedarfs für die Be-
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118

2.2.2.3 Schulen
leuchtung unter Berücksichtigung der natürlichen Belichtung von Gebäuden. Beispielrechnungen
veranschaulichen die Anwendung der Methoden.
Die Arbeiten am Leitfaden über Schulgebäude wurden gestoppt, da Schulen künftig
im Rahmen der „High-Tech-Strategie Deutschland“ untersucht werden sollten. Als
Alternative wurde der „Energy Concept Adviser (Educational Buildings)“, der im
Rahmen des IEA-Vorhabens Annex 36 erstellt wurde, in Abstimmung mit dem Projektträger
ins Deutsche übersetzt. Das Programm kann kostenlos genutzt werden
http://www.annex36.de/ergebnisse.html
Bild 2.2.2.4:
Startseite der deutschen ECA - Version
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119

3 Internetpflege und -fortschreibung
Die Internetseite www.Ensan.de wurde in der zweiten Projektphase erheblich mit
nutzbaren Informationen aus dem Begleitprojekt erweitert. Hierbei sind die Ergebnisse
von 18 der nun insgesamt 21 dokumentierten Demonstrationsvorhaben zeitnah
vom Begleitteam für die Internetpräsentation aufbereitet worden. Daneben
wurden aktuelle Veröffentlichungsmanuskripte zum Thema aufbereitet, praxisrelevante
Informationsmaterialien auf der Projekthomepage bereitgestellt und Verlinkungen
zur anderen nationalen und internationalen Informationsplattformen durchgeführt.
Hierdurch konnte die Attraktivität der EnSan Homepage signifikant erhöhen
werden, wie die Zugriffsraten und die Anzahl der herunter geladenen Dokumente
eindrucksvoll zeigen. Die Internetadresse wurde auf Wunsch des Projektträgers nach
Ende des Projekts deaktiviert und dient jetzt als Weiterleitungsadresse zum EnSan
Schwerpunkt des EnOB.info Portals.
Bild 3.1:
Startseite der EnSan.de Homepage während der Projektlaufzeit. Die Internetadresse wurde auf Wunsch
des Projektträgers nach Ende der Projektlaufzeit umgeleitet auf die EnOB.info Adresse.
Die Struktur der Internetseite ist in Bild 3.1 erkenntlich. Neben allgemeinen Informationen
zum Projektrahmen und zum Projektteam sind die Schwerpunkte EnSan -
Demonstrationsvorhaben, Internationale Projekte, EnSan - Veröffentlichungen und
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120

EnSan - Veranstaltungen als Hauptinformationsblöcke im Navigator aufgeführt. Von
dort gibt es dann entsprechende Vertiefungen relevanter Informationen.
3.1 EnSan - Demonstrationsvorhaben
Die Informationen zu den EnSan Demonstrationsvorhaben wurden unterschiedlich
organisiert. Der Navigator dieses Schwerpunktes ist, wie Bild 3.2 darstellt, so aufgebaut,
dass je nach Informationsnachfragenden spezifische Themen zusammenfassend
dargestellt sind: Inhalte, Projektliste, Gebäudetypen, Innovative Techniken,
Übersichtsmatrix, Energieverbräuche, Sommerverhalten, Anlagenschemen. Hierdurch
kann der Informationssuchende schnell zu seinem Informationspool geleitet
werden, ohne die Übersicht übers Gesamtvorhaben zu verlieren.
Bild 3.2:
Navigator des Themenschwerpunktes Pilot- und Demonstrationsgebäude mit exemplarischer Darstellung
der Rubrik Gebäudetypen.
Hinter jeder Rubrik stehen themenspezifische, systematisierte Informationen, die
dem Suchenden schnell einen vergleichenden oder vertiefenden Überblick verschafft.
So beinhaltet die Rubrik Projektliste die historisch geordnete Liste aller 21
bewilligten Einzelvorhaben, die im Rahmen der Begleitforschung betreut wurden.
Von jedem der aufgeführten Vorhaben ist, wie exemplarisch in Bild 3.3 dargestellt,
ein Link auf die systematisierte Einzelprojektbeschreibung mit Statuskennzeichnung
organisiert.
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121

Bild 3.3:
Systematisierte Einzelprojektbeschreibung aller EnSan-Fördervorhaben mit Statuskennzeichnung, die als
Unternavigator dienend, die Detailinfos zu den verschiedenen Projektphasen verfügbar macht.
Eine analoge Verknüpfung erfolgte von der Übersichtsmatrix Gebäudetypen. Wie
Bild 3.2 zeigt, sind hier übersichtlich die einzelnen Demonstrationsvorhaben bestimmten
Gebäudetypen zugeordnet. Hierdurch wird der Informationssuchende
schnell in die in interessierende Gebäudekategorie geleitet. Die Gebäudebilder sind
mit Fly - over Texten hinterlegt, die beim Überfahren mit dem Cursor erscheinen und
über Projekttitel und Standort informieren. Beim Klick auf das Objekt erscheint die
im Bild 3.3 dargestellte Einzelprojektbeschreibung.
Die Übersichtmatrix Innovative Techniken informiert den Interessierten, welche innovativen
Techniken, im Rahmen der EnSan - Projekte realisiert und erprobt wurden.
Der Aufbau ist wieder analog den Vorgängerrubriken organisiert, wie Bild 3.4 zeigt.
Hier ist jetzt als Kategorie die jeweilige Technologie aufgeführt und die Demonstrationsgebäude
in denen diese Technologie angewendet wurden sind dahinter angeordnet.
Der Informationssuchende hat in diesem Fall zwei Möglichkeiten sich mit der
Thematik zu vertiefen. Entweder wählt er sich eines der aufgeführten Demonstrationsgebäude
aus und erhält hierfür die gebäudespezifische Detailinformation gemäß
Bild 3.3. In den Unterrubriken Konzept, Realisierung oder Messphase erhält er alle
vom jeweiligen Projektteam bereitgestellten Informationen zu Einzelkomponenten
oder Gesamtkonzept zur Verfügung.
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122

Bild 3.4
In der Übersichtsmatrix Innovative Techniken wird informiert, welche Technologien in welchen Demonstrationsvorhaben
realisiert wurden. Durch einen Klick auf die entsprechende Technologie oder
das entsprechende Demonstrationsgebäude können detaillierte Beschreibungen verfügbar gemacht
werden.
Die Technologieliste wiederum ist ebenfalls mit Detailbeschreibungen in einem Popup
Fenster hinterlegt, in dem der interessierte Betrachter sich mit technologischen
Hintergründen und gesammelten Erfahrungen vertraut machen kann. Bild 3.5 zeigt
exemplarisch eine solche Technologiedarstellung. Die Darstellungen sind bewusst
knapp gehalten um einen komprimierten Überblick zu der jeweiligen Technologie
bereit zu stellen, sowie über mögliche Vor- und Nachteile bei spezifischer Anwendung
aufgrund der in den verschiedenen Projekten gesammelten Erfahrungen zu informieren.
Insgesamt sind 13 verschiedene Technologierubriken aufgeführt, beginnend
bei Technologien in der Gebäudehülle (Fassadensysteme, Verglasungen, Wärmeschutz
und Sonnenschutz), die mit Systemen der Energieversorgung ergänzt
werden. Hierzu gehören sowohl Heizungs-, Lüftungs-, Kühlungs- und Beleuchtungstechniken
wie auch Technologien zur effektiven Regelung- und Steuerung von
Komponenten und Systemen. Erneuerbare Energiesysteme sind hierbei ebenso gewürdigt
wie konventionelle Techniken mit besonderen Effizienzkennwerten.
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123

Bild 3.5:
In einem Pop-up Fenster Innovative Techniken wird über das Grundprinzip der jeweiligen Technologie
informiert, sowie die möglichen Vor- und Nachteilen bei deren Anwendung dargestellt.
Die Rubrik Übersichtsmatrix zeigt eine analoge Zusammenstellung, allerdings ist hier
der Betrachterfokus auf das Demonstrationsgebäude gelegt und zeigt hier welche
innovativen Technologien dort jeweils umgesetzt wurden. Die Verlinkung zu den
vertiefenden Informationen ist hier analog organisiert. Der Klick aufs Gebäudebild
macht die Informationen des Bildes 3.3 verfügbar, der Klick auf die jeweilige Technologie
die des Bildes 3.5.
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124

Die Rubrik Energieverbräuche dokumentiert, wie Bild 3.6 zeigt, die mit den Sanierungsmaßnahmen
realisierten energetischen Verbesserungen der EnSan - Demonstrationsvorhabens.
Hier kann der Betrachter einen schnellen und beeindruckenden
Überblick über das realisierte Energieeinsparpotential erhalten. In der Übersichtsgraphik
werden die gemessenen Heizwärmeverbräuche vor und nach der Sanierung
einander gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit den Sanierungen mindestens
eine Halbierung des Heizwärmeverbrauchs, in der überwiegenden Zahl der
Objekte sogar eine Reduzierung weit darüber hinaus realisiert werden konnte. Während
vor Projektbeginn die Heizwärmeverbräuche zwischen 85 und 280 kWh/m²a
(im Mittel etwa 180 kWh/m²a) betrugen reduzierten sie sich nach der Sanierung auf
Werte zwischen 25 und 110 kWh/m²a (im Mittel etwa 60 kWh/m²a). Es ist im Mittel
über alle Demonstrationsvorhaben eine Reduzierung auf 1/3 des Ursprungswertes
gelungen. Die Übersicht soll zur weiteren Informationsabfrage auf den Detailseiten
animieren.
Bild 3.6
Die Rubrik Energieverbräuche informiert über die mit der energetischen Sanierung realisierten Energieverbrauchssenkungen
bei den beteiligten EnSan-Demonstrationsvorhaben.
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125

Neben den Energieverbrauchssenkungspotentialen wurde auch das sommerliche
Temperaturverhalten der Demonstrationsgebäude vergleichend im Rahmen des Begleitforschungsvorhabens
analysiert. Mit den durchgeführten Analysen soll herausgearbeitet
werden, wie sich die Energiesparkonzepte auf die thermische Behaglichkeit
im Gebäude auswirken. Die Projektteilnehmer wurden hierzu gebeten, je einen
Temperaturdatensatz für den thermisch günstigsten Raum und für den thermisch
ungünstigsten Raum zur Verfügung zu stellen, die verschiedenen Auswertungen unterzogen
wurden. Es wurden sowohl die Temperaturüberstunden (die Anzahl der
Stunden in der Betrachtungsperiode, in dem Raumtemperaturen über eine bestimmte
Größe aufgetreten sind) als auch die absolute Häufigkeit der Stundenmittelwerte
ausgewertet. Daneben wurden die Stundenmittelwerte der Raumtemperatur in Abhängigkeit
der Stundenmittelwerte der Außenlufttemperatur für die gesamte Betrachtungsperiode
aufgetragen. Abschließend wurde der vorhandene Sonneneintragskennwert
(nach DIN V 4108-2) dem höchstzulässigen Wert gegenüber gestellt.
Bild 3.7 zeigt die verfügbaren Auswertungen exemplarisch für eines der Demonstrationsgebäude.
Der interessierte Betrachter kann sich so schnell einen Überblick über
die Auswirkungen der realisierten Konzepte auf die sommerlichen Verhältnisse in
den Gebäuden verschaffen.
Bild 3.7:
Die Rubrik Sommerverhalten informiert über die Auswirkungen, die die energetischen Sanierung in den
EnSan - Demonstrationsvorhaben auf das sommerliche Temperaturverhalten der Gebäude haben.
Die abschließende Rubrik dieses Schwerpunktes fasst die technischen Informationen
der realisierten Energieversorgungskonzepte in Form von Anlagenschemen zusammen.
Hier kann sich der anlagentechnisch interessierte Besucher zielführend einen
Überblick über die Schaltbilder und Konfigurationen der realisierten Systeme ver-
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126

schaffen. Bild 3.8 zeigt exemplarisch eines dieser Schaltbilder. Insgesamt sind 17 der
realisierten Anlagenkonfigurationen als Anlagenschemas im Begleitprojekt vereinheitlicht
aufbereitet worden
Bild 3.8:
Die Rubrik Anlagenschemen informiert über die realisierten anlagentechnischen Konfigurationen in den
EnSan - Demonstrationsvorhaben.
3.2 Internationale Zusammenarbeitsprojekte
Die im EnSan - Begleitvorhaben aufbereiteten Informationen wurden auch auf internationaler
Ebene in entsprechenden Vorhaben eingespeist. Darüber hinaus wurde
über die Webseite die Ergebnisse der internationalen Vorhaben dem interessierten
Besucher der Webseite durch Verlinkungen zu den Projekten leicht zugänglich gemacht.
Bei den Projekten, die mit Informationen aus dem EnSan Vorhaben ausgestattet
werden konnten, handelt es sich um IEA Vorhaben aus den Implementing
Agreements ECBCS und SHC, sowie um das Integrierte Projekt BRITA in PuBs aus
dem 6 FRP der EU.
3.3 EnSan - Veröffentlichungen
Im Schwerpunkt Veröffentlichungen wurden die im Vorhaben erarbeiteten Informationen
zum Download bereit gestellt. Dieses Arbeiten wurden nach den Rubriken
Dokumentationen, EnSan Bücher, Leitfäden, Tagungsbände und EnSan - BINE Informationen
gegliedert.
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In der Rubrik Dokumentationen sind im Wesentlichen die Abschlussberichte der einzelnen
EnSan-Vorhaben zusammengestellt worden. Insgesamt 17 Berichte mit umfangreichen
Detailinformationen stehen dem interessierten Leser hier kostenlos zur
Verfügung. Bild 3.9 zeigt einen Ausschnitt von diesem Downloadbereich.
Bild 3.9
Die Rubrik Dokumentation informiert über die verfügbaren Detailinformationen aus den EnSan - Demonstrationsvorhaben
und stellt die abgeschlossenen Forschungsberichte interessierten Lesern kostenlos
zur Verfügung
Die im Rahmen des Projektes in der IRB - Dokumentationsbuchreihe EnSan aufgelegten
Bücher zu verschiedenen Querauswertungsthemen sind in der Rubrik EnSan -
Bücher zusammengefasst. Hier ist, wie Bild 3.10 zeigt, auch eine Verlinkung zum
Verlag realisiert worden. Die aufgelegten 3 Bücher sind insgesamt über 2000-mal
verkauft worden.
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128

Bild 3.10:
Die Rubrik EnSan Bücher informiert über die im Rahmen des Projektes erstellten Querauswertungsbücher
die in der IRB Schriftenreihe EnSan - Bücher veröffentlicht wurden.
Über die Bücher hinaus wurden Leitfäden zu spezifischen Themenbereichen erstellt.
Diese sind unter der Rubrik Leitfäden aufgeführt. Ein Link zur Bezugsadresse ist
ebenfalls bereit gestellt.
Die größeren EnSan Veranstaltungen wurden üblicherweise in Tagungsbänden dokumentiert
und unter der Rubrik Tagungsbände anschließend der Öffentlichkeit verfügbar
gemacht. Bild 3.11 zeigt einen Ausschnitt aus der entsprechenden Internetseite.
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129

Bild 3.11:
Die Rubrik Tagungsbände informiert über die im Rahmen des Begleitforschungsvorhabens durchgeführten
Fachgespräche, Tagungen und Symposien und bietet die Vorträge als Downloads für Interessierte
kostenlos an.
Als letzte Rubrik des Schwerpunktes Veröffentlichungen wurde schließlich noch auf
die im Rahmen der BINE Veröffentlichungsreihe erstellten Projektinfos der EnSan
Vorhaben hingewiesen. Hier stehen 11 Projekt- oder Themeninfos dem interessierten
Leser zur Verfügung.
3.4 EnSan - Veranstaltungen
Ergänzend zu den EnSan - Veröffentlichungen wurden die EnSan - Veranstaltungen
in einem gesonderten Schwerpunktbereich dargestellt. Hier können die einzelnen
Vorträge, aber auch komplette Tagungsbände herunter geladen werden, sowie photographische
Eindrücke von der Veranstaltung eingesehen werden. Bild 3.12 zeigt
einen Auszug aus der Internetseite.
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Bild 3.12
Die Rubrik Tagungsbände informiert über die im Rahmen des Begleitforschungsvorhabens durchgeführten
Fachgespräche, Tagungen und Symposien und bietet die Vorträge als Downloads für Interessierte
kostenlos an.
3.5 Nachfragestatistik der EnSan-Internetseite
Die Internetseite wurde einer kontinuierlichen statistischen Überprüfung unterzogen
um das Interesse der Öffentlichkeit am Thema zu messen und reflektieren. Hierzu
wurde sowohl der Stellenwert in der Suchmaschine Google als auch eine interne
Statistik herangezogen. In der Google - Suchmaschine erscheint die Internetseite
EnSan.de seit über einem Jahr unter dem Schlagwort energetische Sanierung auf
Platz 1. Die interne Analyse der Visits (Achtung nicht zu verwechseln mit Hits!) zeigt,
dass die ersten 2 Jahre der zweiten Projektphase eine durchschnittliche Besucherzahl
zwischen 2.000 und 3.000 pro Monat, bzw. 70 bis 100 pro Tag zu verzeichnen war.
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Ab dem Jahr 2006 ist dann ein deutlicher Anstieg zu verzeichnen. Die durchschnittliche
Besucherrate erhöhte sich dort auf 135 Besucher pro Tag mit monatlichen
Spitzenwerten von durchschnittlich bis zu 200 Besuchern pro Tag. Im letzten Projektjahr
schließlich verzeichnete sich ein signifikanter Anstieg. In den letzten beiden
Projektmonaten wurden knapp 10.000 Besuche der Webseite pro Monat verzeichnet.
In der zweiten Projektphase des EnSan Begleitvorhabens haben über 150.000
Interessierte die Internetseite besucht. Selbst nach Projektende bleibt das Interesse
der Öffentlichkeit an den Ergebnissen scheinbar bestehen. Mittlerweile werden die
monatlich einlaufenden 3.000 Anfragen auf die ENOB Portal weitergeleitet. Bild
3.13 zeigt die Visitstatistik der EnSan.de Seite.
Bild 3.13:
Die Rubrik EnSan Bücher informiert über die im Rahmen des Projektes erstellten Querauswertungsbücher
die in der IRB Schriftenreihe EnSan - Bücher veröffentlicht wurden.
Neben dem stetigen Anstieg der Besucherzahlen auf der Webseite ist auch die
Download - Statistik ein Indikator für das Interesse an den zusammengetragenen Informationen.
Hierzu ist in Bild 3.14 die Statistik der von den Besuchern herunter geladenen
PDF - Dokumente dargestellt. Der Verlauf zeigt, dass mit dem kontinuierlich
ansteigenden Angebot während der Projektlaufzeit auch das Interesse an den Informationen
angewachsen ist. Während am Anfang ca. 200 Dokumente pro Monat
abgerufen wurden, erhöhte sich die Anzahl zum Teil auf über 4.000 pro Monat. Im
letzten Jahr war das Interesse gleichbleibend hoch, so dass ein Jahresergebnis von
über 40.000 herunter geladenen Dokumenten im Jahr ein hohes Interesse an den
aufbereiteten Dokumenten widerspiegelt. Insgesamt wurden während der Projektlaufzeit
über 85.000 Dokumente von der Internetplattform heruntergeladen.
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132

Bild 3.14:
Die Rubrik EnSan Bücher informiert über die im Rahmen des Projektes erstellten Querauswertungsbücher
die in der IRB Schriftenreihe EnSan - Bücher veröffentlicht wurden.
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133

4 Durchführung geeigneter Aktivitäten zur Verbreitung und Umsetzung
der Ergebnisse bei Projektpartnern, in die Berufspraxis und in
Planungsbüros
In den vom Projektteam organisierten und durchgeführten Projektworkshops wurden
Informationen zwischen den Projektbeteiligten ausgetauscht. Jeder Workshop
stand unter einem aktuellen Themenkomplex. Dies diente dem Erfahrungsaustausch
und trug zur Problemsensibilisierung bei. Ferner konnten dadurch auftretende
Schwierigkeiten bei der Projektdurchführung aufgedeckt und Lösungen gefunden
werden.
4.1 Juli 2003, Stuttgart
Im Juli 2003 fand im IBP ein Workshop über Luftheizsysteme statt. Ausgehend von
unbefriedigenden Ergebnissen bei dem Vorhaben "Erprobung eines solargestützten
Luftheizsystems bei der energetischen Sanierung eines Wohngebäudes des Großplattenbautyps
WBS 70" in Friedland konnten die sich ergebenden Schwierigkeiten
herausgearbeitet werden, die sich beim nachträglichen Einbau einer Luftheizung bei
Sanierungsprojekten ergeben. Die notwendigen großen Rohrquerschnitte für die
Luftführung können häufig innerhalb des Wohnraumes nicht untergebracht werden.
Von einer Luftführung außerhalb des beheizten Volumens ist jedoch abzuraten,
da die Luftkanäle nicht ausreichend luftdicht ausgeführt werden können und dadurch
untragbar hohe Verluste entstehen.
4.2 September 2003, Bremen
Im September fand in Bremen ein zweitägiges
Symposium zu EnSan Teilkonzept 3 statt. Die
Vorträge sind im Band "EnSan Teilkonzept 3,
Symposium, 24. und 25.09.2003 Bremen"
veröffentlicht und können auch unter
http://archiv.ensan.de/ver_index91.html
heruntergeladen werden. Ferner kann die
Veröffentlichung auch über das Fachinstitut
Gebäude-Klima e.V., Bietigheim-Bissingen bezogen
werden.
4.3 Februar 2004, Stuttgart
Am 4. Feb. 2004 wurde vom IBP ein Fachgespräch "EnSan - Planungswerkstatt" veranstaltet,
bei dem relevante F&E - Ergebnisse sowie Ergebnisse und Erfahrungen aus
der Planungsphase der EnSan-TK3-Projekte vorgetragen wurden. Vom IBP wurde
über "Umsetzung SANIREV in DIN und CEN im Rahmen der EU-Richtlinie 'Energetische
Bewertung von Gebäuden'" und von der TUM über "SANIREV 2, Energetische
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134

Bewertung von Gebäuden mit raumlufttechnischen Anlagen" vorgetragen.
Die im Rahmen dieses Fachgesprächs gehaltenen Vorträge sind im Internet unter
http://archiv.ensan.de/publikationen/pdf/tagung_92_EnSanPlanungswerkstatt_72.pdf
abrufbar. Bei den Diskussionen stellte es sich
heraus, dass bei einer Sanierung die wesentlichen
Entscheidungen über durchzuführende
Maßnahmen zu einem sehr frühen Zeitpunkt
gefällt und in dieser Phase noch keine
Planungstools eingesetzt werden.
Bei der Diskussion über die Nützlichkeit von
Demovorhaben wurde beispielsweise angeführt,
dass Demovorhaben einen hohen Nachahmeffekt
auslösen, das Machbare zeigen, das Image der
Sanierung steigern und somit Grundlage für die
Festschreibung eines erhöhten
Anforderungsstandards bilden.
4.4 Oktober 2004, Jülich
Am 6. und 7. Oktober 2004 wurde im Forschungszentrum Jülich der EnSan - Workshop
"MSR/EMS – Inbetriebnahme, energieoptimierter Betrieb & Messprogramm"
durchgeführt. Bei den vorgestellten Demonstrationsvorhaben stand somit die Inbetriebnahme
und der energieoptimierte Betrieb im Vordergrund. Vom Begleitteam
wurden Beiträge über Validierung der Messprogramme (Reiß / Wenning) und Arbeiten
der Begleitforscher (Erhorn / Rouvel) vorgetragen. Diese und auch die übrigen
Vorträge sind unter
http://archiv.ensan.de/veranstaltungen/pdf_vortrag/97_01.pdf
als PDF-Datei abrufbar.
4.5 März 2006, Stuttgart
Am 22. und 23. März 2006 wurde vom EnSan -
Begleitteam das 3. EnSan - Symposium organisiert
und durchgeführt. Es wurde das Tagungsprogramm
aufgestellt sowie mit den Referenten
die Vortragsthemen abgesprochen. Neben der
Ankündigung im Internet sind Flyer an die Adressen
des IBP- und FGK - Verteilers geschickt worden.
Ferner erfolgten Anzeigen in diversen Fachzeitschriften.
Die Veranstaltung wurde von ca.
200 Personen besucht.
Alle Fachvorträge sind im Tagungsband veröffentlicht
und unter
http://archiv.ensan.de/ver_index91.html
abrufbar.
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An alle angemeldeten Tagungsteilnehmer wurde das fertig gestellte EnSan - Buch
"Heizen, Kühlen, Belüften & Beleuchten, Bilanzierungsgrundlagen zur DIN 18599"
ausgegeben.
Nach der Vortragsveranstaltung fand eine Exkursion zum EnSan-Projekt Alten- und
Pflegeheim Stuttgart-Sonnenberg statt. Es wurde dort die Heiz- und Anlagentechnik
sowie ein Bewohnerzimmer gezeigt. Ferner erfolgte eine Onlinepräsentation der
Messdatenerfassung im Empfangsbereich des Altenheimes.
4.6 Juli 2006, Frankfurt
Vom 6. bis 7. Juli 2006 fand in Frankfurt der Workshop „Konzepte zur optimierten
Betriebsführung von Gebäuden – Messung und Simulation“ statt. Vom IBP wurde
das Thema „Betriebsoptimierung in EnSan Projekten“ präsentiert. Da das IBP nur einige
EnSan - Projekte selbst bearbeitet, wurden Fragebogen erstellt und die EnSan -
Projektverantwortlichen zur Beantwortung zugesendet. Alle versandten Fragebogen
wurden beantwortet. Auf der Grundlage dieser Datenbasis zusammen mit zusätzlich
eingeholten telefonischen Informationen konnte eine repräsentative Übersicht hinsichtlich
der Betriebsoptimierung erstellt werden. Alle in Frankfurt präsentierten
können unter http://archiv.ensan.de/ver_index91.html abgerufen werden.
4.7 Januar 2007, München
Anfang Januar 2007 fand in München die Messe „Bau 2007“ statt. Vom Bundesministerium
für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und vom Projektträger war ein
Messeauftritt mit den vom BMWi geförderten energierelevanten Themen gewünscht
worden. Mit der Planung, Umsetzung und Präsentation wurde das Fraunhofer-
Institut für solare Energiesysteme (ISE), das Fraunhofer-Institut für Bauphysik und das
Architekturbüro Sol-id-ar beauftragt. Neben der Mithilfe bei der Standkonzeption
wurden vom IBP die folgenden EnSan - Poster erstellt:
−
−
−
−
Ziel und Umfang des Demonstrationsvorhabens
Die Demonstrationsprojekte in der Übersicht
Heizwärmeverbrauch vor und nach der Sanierung
Veröffentlichungen im Rahmen von EnSan
Aus Platzgründen konnten nicht alle Demonstrationsvorhaben detailliert präsentiert
werden. Es wurde daher eine PowerPoint-Präsentation mit allen Vorhaben erstellt,
die dann kontinuierlich zusammen mit Projekten des Vorhabens SolarBau: Monitor
während der Messe gezeigt wurde.
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5 Zuarbeit für PTJ/BMWi bei der Bewertung neuer Projektskizzen
Der Projektträger wählte aus den eingereichten Projektvorschlägen erfolgversprechende
Vorhaben zur weiteren und näheren Analyse aus. In der ersten Projektphase
erstellte das Begleitteam hierzu jeweils eine schriftliche Stellungnahme. In der zweiten
Projektphase beschränkte sich dies auf die Begutachtung einzelner Techniken
oder Innovationen. Gelegentlich war auch die Vereinbarkeit des geplanten Konzeptes
mit den geltenden Normen und Verordnungen zu prüfen. Es fanden auch Vorort-Besichtigungen
zur Einschätzung des Vorhabens statt. Bei Meilensteinsitzungen
stellten die Antragsteller ihr Projekt vor und das EnSan - Begleitteam prüfte dabei,
ob die fachlichen Kriterien an ein EnSan-Vorhaben erfüllt sind.
Beispielsweise wurde beim Vorhaben Zittau der Lichtschacht mit hoch reflektierenden
Aluminiumplatten zur besseren Tageslichtnutzung ausgekleidet. Diese ungewöhnliche
Nutzung und die damit zusammenhängenden Fragen erforderten Beratungsbedarf
und die Teilnahme an der Meilensteinsitzung. Beim Vorhaben in Hamburg
traten Fragen bezüglich der Validierungsmessung auf, die mit dem Projektleiter
zu klären waren. Auch hier war die Teilnahme an der Lenkungsausschusssitzung
notwendig. In Wismar gab es Fragen zur Dämmung der Außenwände. Das Begleitteam
beriet generell die Projektpartner bei auftretenden Fragen zur Projektdurchführung
und zur Validierungsmessung.
Das Begleitteam unterstützte den BINE-Informationsdienst bei der Erstellung folgender
BINE - Projektinfos:
− 02/04: Gebäude sanieren – Forschungsinstitut mit Laborbereich
− 12/04: Gebäude sanieren – Hochhaus-Wohnanlage
− 03/05: Gebäude sanieren – Schule aus den fünfziger Jahren
− 13/05: Gebäude sanieren – Komponenten im Test
− 14/05: Gebäude sanieren – Universitätsbibliothek
− 04/06: Gebäude sanieren – Studentenwohnheim
− 10/06: Gebäude sanieren – Kindertagesstätte
Ferner wurde vom BINE-Informationsdienst das Themen-Info I/06 veröffentlicht. Das
Begleitteam hat die folgenden Beiträge verfasst:
− Erfahrungen aus Sanierungsprojekten der Energieforschung
− Sanierungsprojekte im internationalen Vergleich – der IEA ECBCS Annex 36
Das Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme (ISE) und das Fraunhofer-Institut
für Bauphysik (IBP) wurden vom Projektträger gebeten, einen „Leitfaden für das
Monitoring der Demonstrationsbauten im Förderkonzept ENOB zu erstellten. Die
Bearbeitung erfolgte unter Zuhilfenahme der umfangreichen und vielfältigen Erfahrungen
der beiden Institute mit Gebäude- und Anlagenmonitoring.
6 Teilnahme an Lenkungsausschusssitzungen und Abstimmungsgesprächen
In der Anfangszeit der Projektphase 2 wurde eine Lenkungsausschusssitzung durchgeführt,
an der das Begleitteam teilnahm. Es ging dabei um die Neuorientierung des
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
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137

Energieforschungsprogramms im Rahmen des ENOB Förderschwerpunktes. Weitere
Besprechung mit dem SolarBau: Monitor-Begleitteam und dem Projektträger fanden
im Zusammenhang mit der Fortführung des ENOB - Förderschwerpunktes statt. An
weiteren Lenkungsausschusssitzungen war das EnSan - Begleitteam nicht beteiligt.
7 Veröffentlichungen
Im Rahmen der Begleitforschung wurde folgendes veröffentlicht:
−
−
−
−
−
−
−
−
−
Reiß, J.; Wenning, M.; Erhorn, H.; Rouvel, L.: Solare Fassadensysteme, Energetische
Effizienz – Kosten – Wirtschaftlichkeit. Dokumentationsbuchreihe des
Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2005
David, R.; de Boer, J.; Erhorn, H.; Reiß, J.; Rouvel, L; Schiller, H.; Weiß, N.;
Wenning, M.: Heizen, Kühlen, Belüften & Beleuchten, Bilanzierungsgrundlagen
zur DIN V 18599. Dokumentationsbuchreihe des Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart,
2006
Reiß, J.: EnSan – Energetische Verbesserung der Gebäudesubstanz. In: Tagungsband
der 42. Tagung des Arbeitskreises Energieberatung Thüringen am
13. März 2003 in Weimar. S. 61-74.
Reiß, J. Energetische Sanierung von Wohngebäuden und Schulen. Beispiele und
Lösungen. In. Tagungsband der 20. Tagung der Arbeitsgruppe der mittel- ost
und Südosteuropäischen Staaten (MOE) „Instandsetzung und Modernisierung
des Gebäudebestandes“ vom 23. bis 27. Juni 2003 in Minsk. S. 52-65.
Reiß, J.: Demonstrationsprojekte im Altbaubestand – Übersicht und erste Ergebnisse
des EnSan - Programms der Bundesregierung. In: Tagungsband der
Tagung der Klimaschutz- und Energieagentur Baden Württemberg GmbH Erneuerbare
Energien 2003: „Gebäudebestand und Nachhaltige Entwicklung in
der Wohnungswirtschaft vom 14.-16. Februar 2003 in Böblingen.
Erhorn, H.: Energetische Sanierung von Wohngebäuden. Maßnahmen, Kosten,
Effekte. In: Tagungsband der Berliner Energietage 2003, Berlin, S. 1-28.
Reiß, J.: Schwerpunkte bei der energetischen Sanierung von Altbauten. Wissenschaftliche
Berichte der Hochschule Zittau/Görlitz, Nr. 2060 (2004), Heft 82
Reiß, J.: Energetische Sanierung der Bausubstanz (EnSan). Erfahrungen bei der
Umsetzung der Demonstrationsvorhaben und erste Ergebnisse der Validierungsmessungen.
Reader zur 12. Baufachtagung des euz „Praxis der Energetischen
Gebäudemodernisierung vom 11.-12. November 2004 in Hannover.
S. 35-50.
Reiss, J.: Projects in Germany – Experience and First Validation Measurement
Results. In: Proceedings of the 7th Symposium on Building Physics in the Nordic
Countries. S. 195 – 202
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
IBP-Bericht WB 139/2008
EnSan II -Abschlussbericht
138

ANHANG
Abschlussbericht der TU München

PROF. DR.-ING.HABIL. LOTHAR ROUVEL EXTRAORDINARIUS FÜR ELEKTRISCHE GEBÄUDEENERGIE-
TECHNIK
AM LEHRSTUHL FÜR ENERGIEWIRTSCHAFT UND ANWENDUNGSTECHNIK . IM INSTITUT FÜR ENERGIE-
TECHNIK
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN . ARCISSTR. 21 . 80333 MÜNCHEN Φ (089) 289-28315 Fax: 289-
28313
Wissenschaftliches Begleitprojekt
zum Förderkonzept
„Energetische Verbesserung der Bausubstanz EnSan“
FKZ 0329828D
Abschlussbericht
der 2. Projektphase
Aufgabenschwerpunkt TU München: Bereich Haustechnik
vorgelegt von:
Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Rouvel
Dipl.-Ing. Martin Wenning
München, den 31.01.2006

A. Arbeitsschwerpunkte des wissenschaftlichen Begleitprojekts
Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart bearbeitete in Zusammenarbeit mit dem FGK in
Bietigheim-Bissingen und der TU München im Rahmen des Begleitforschungsprojektes EnSan Phase 2
im Wesentlichen folgende Arbeitsinhalte:
Punkt 1.) Unterstützung des BMWA bzw. PTJ bei der Konzeptfindung des ENOB-
Energieforschungsprogramms
Punkt 2.) Koordination des Projektverbundes auf Basis abgestimmter Mindest-anforderungen an
Forschungsinhalte und Validierungs-Messprogramme laufender sowie neuer Projekte
Punkt 3.) Zusammenfassende projektübergreifende Auswertung der vorliegenden Ergebnisse der
ersten und zweiten Projektphase, auch in Form von Buchveröffentlichungen
Punkt 4.) Durchführung geeigneter Aktivitäten zur Bekanntmachung, Verbreitung und
Umsetzung der Ergebnisse der ersten und zweiten Projektphase
Als Unterauftragnehmer des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, bearbeitete die TU München unter Leitung
von Prof. Rouvel in erster Linie den haustechnischen bzw. anlagentechnischen Bereich der oben
genannten Arbeitsinhalte.
Die Laufzeit der zweiten Projektphase von EnSan umfasst den Zeitraum vom 01.02.2003 bis zum
31.01.2006, der Unterauftrag für die TU München umfasst den Zeitraum 01.02.2003 bis 31.12.2005.

B. Tätigkeiten in den einzelnen Aufgabenbereichen sowie Zeitaufwand (TUM-Anteil)
Zu Punkt 1.)
Unterstützung des BMWA bzw. PTJ bei der Konzeptfindung des ENOB - Energieforschungsprogramms
Zum Tätigkeitspunkt 1 zählt die Teilnahme und Vorbereitung der Lenkungsausschusssitzungen, die anfangs
der zweiten Projektphase den gesamten EnSan-Projektverbund steuerten, also neben dem Teilkonzept
TK3 (Demonstrationsvorhaben) auch das Teilkonzept TK1 (Planungshilfsmittel) und das Teilkonzept
TK2 (Komponenten).
Am Anfang der zweiten Projektphase wurde eine Lenkungsausschusssitzung unter Teilnahme der TUM
durchgeführt, in der die Neuorientierung des Energieforschungsprogramms auf der Tagesordnung stand.
Durch die Neuordnung des EnSan-Projektverbunds im Rahmen des ENOB-Förderprogramms sind dann
aber keine weiteren Lenkungsausschusssitzungen unter Teilnahme des Begleitforschungsteams durchgeführt
worden.
Zur Vorbereitung dieser im BMWA in Bonn stattgefundenen Sitzung, wurden vorab Koordinierungsgespräche
beim Projektträger in Jülich durchgeführt. Auf weiteren Meetings wurde die
ENOB-Konzeptfindung diskutiert.
Durchgeführte Dienstreisen während der Projektlaufzeit:
01.04. - 03.04.2003 Jülich & Bonn, LA (Prof. Rouvel, Wenning)
30.04.2003 Bietigheim Bissingen, FGK (Wenning)
15.07.2004 Wuppertal, ENOB (Prof. Rouvel)
Der gesamte Arbeitsumfang dieser Tätigkeiten umfasste ca. 3 MM (siehe Anlage).

Zu Punkt 2.)
Koordination des Projektverbundes auf Basis abgestimmter Mindestanforderungen an
Forschungsinhalte und Validierungs-Messprogramme laufender sowie neuer Projekte
Die laufenden bzw. neu hinzugekommenen Projekte des EnSan-Vorhabens sind auch in der zweiten
Projektphase begleitet worden. Durch die Teilnahme an Meilensteinsitzungen einzelner Projekte konnte
beispielsweise eine Abstimmung bei Änderungen von Sanierungsmaßnahmen oder bei den Messkonzepten
erfolgen.
Die Anforderungen an den Messumfang und an die Messqualität sind projektübergreifend erarbeitet
worden, damit bei den Demonstrationsprojekten sämtliche relevanten Einflussgrößen erfasst und bewertet
werden können. Die Messungen sollen Schlussfolgerungen über die Qualität der Sanierungsmaßnahmen
zulassen und die - selbstverständlich auch bei den EnSan-Projekten nicht vermeidbaren - baulichen
und anlagetechnischen Problemfelder und Fehler zumindest im Nachhinein identifizieren.
Während der zweiten Projektlaufzeit sind im wesentlichen folgende Projekte bearbeitet bzw. begleitet
worden:
Projekt-Nr. Kurzbeschreibung
-0329750A Sanierung WBS70 Friedland (ENDBERICHT)
-0329750C Emrichstraße, Sanierung Blockbau QX-Serie (ENDBERICHT)
-0329828E Sanierung Käthe-Kollwitz-Schule, Aachen
-0329750F Sanierung Wohnhochhaus Volkswohnung Karlsruhe (ENDBERICHT)
-032292A Sanierung Uni-Bibliothek Bremen; GOSUB
-0327330A Sanierung Laborgebäude Jülich; LABSAN
Energetische Sanierung des Landgutshofs Wietow in Mecklenburg
-43S4993
Dorf
-43S4990 Kindertagesstätte Plappersnut in Wismar
-43S5043 RWTH Aachen Doppelfassade (BERICHT)
-43S4887 Kleine Freiheit 46-52 in Hamburg
-0335007S KfW-Haupthaus, Begleitforschung der Sanierung
-0329750O Stadthaus mit Jugendstilfassade in Zittau – Begleitforschung
-43S5120 Gemeindezentrum Guter Hirte in Ulm, Planung und Begleitforschung
-0329750J Innovative Niedrigenergiesanierung ASV (ENDBERICHT)
Tabelle 1:
Von der TUM in der zweiten Projektphase betreute bzw. ausgewertete Projekte

In Zusammenarbeit von PTJ, IBP, FGK und der TU München fand am 25.07.2003 in Stuttgart ein
Workshop zum Thema „Luftheizungen bei der Sanierung von Wohngebäuden“ statt, um im Zusammenhang
mit den ernüchternden Ergebnissen des Endberichts des Vorhabens „Friedland“ und der Veröffentlichung
des Themas im EnSan-Buch „Solare Fassadensysteme“ Klarheit zu schaffen.
Im Rahmen der Fertigstellung des Leitfadens „Energetische Sanierung mit solaren Fassadensystemen“
wurden die - von Prof. Schulz von der Forschungsgesellschaft Bau und Umwelt angetragenen - Kritikpunkte
zur Ergebnisdarstellung der relevanten Komponenten des Projekts Friedland in einer umfangreichen
Stellungnahme weitgehend widerlegt bzw. abweichende Sichtweisen detailliert begründet. Einige
Anregungen aus der Diskussion sind in das Kapitel 6 des EnSan-Buches „Solare Fassadensysteme“ eingearbeitet
worden. Zudem waren einige Modifikationen in den Kapiteln 3 und 10 erforderlich.
Durchgeführte Dienstreisen während der Projektlaufzeit:
05.06.2003 Berlin, KÖWOGE (Wenning)
08.07. - 09.07.2003 Wismar, Plappersnut (Wenning)
25.07.2003 Stuttgart, Luftheizungsseminar (Prof. Rouvel, Wenning)
24.09. - 25.09.2003 Bremen, GOSUB (Prof. Rouvel)
13.01.2005 Bremen, GOSUB (Prof. Rouvel)
Der gesamte Arbeitsumfang der Tätigkeiten im Punkt 2 umfasste ca. 3,75 MM (siehe Anlage).
Zu Punkt 3.)
Zusammenfassende projektübergreifende Auswertung der vorliegenden Ergebnisse der ersten und zweiten
Projektphase, auch in Form von Buchveröffentlichungen
Der Schwerpunkt der Arbeiten des Forschungsvorhabens liegt in den Auswertungen der während des
Projektzeitraumes vorgelegten Endberichte sowie in der Publikation der Erkenntnisse im Rahmen des
EnSan/ENOB-Projektverbunds. Bis zum Ende der Projektlaufzeit der 2. Phase liegen folgende Endberichte
vor:
- „Erprobung eines solargestützten Luftheizungssystems bei der energetischen Sanierung eines
Wohngebäudes des Großplattenbautyps WBS 70“; FKZ - 0329750A, Forschungsgesellschaft
Bau und Umwelt mbH, Berlin, Mai 2002.

- „Beispielhafte Sanierung eines fünfgeschossigen Plattenbaus vom Typ P2 unter Einbeziehung
solarer Energietechnik“; FKZ - 0329750B, Forschungsgesellschaft Bau und Umwelt mbH, Berlin,
August 2001.
- „Energiegerechte Bauschadenssanierung mit TWD-Einsatz; Wohnungsbauserie QX“; FKZ -
0329750C, Assmann Beraten und Planen, Stuttgart, Februar 2002.
- „Energetische Sanierung eines Bürokomplexes unter Einbeziehung einer Doppelfassade, Phase
1: Grundlagenuntersuchung“; Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH
Aachen, Aachen, Dezember 2002.
- „Integrale Sanierung auf Niedrigenergie-Standart unter Einschluss moderner Informations- und
Regelungstechniken -Volkswohnung Karlsruhe-Goerdelerstraße“; Endbericht liegt noch nicht
vollständig vor.
- „Innovative Niedrigenergiesanierung Albert-Schweitzer-Viertel – Sanierung Typ 2 auf NEH -
Niveau mit Integration verschiedener Lüftungsstrategien“; Schlussbericht Teil 1-3, Assmann
Beraten und Planen Stuttgart /Berlin 2002-2004
Da die oben aufgeführten Schlussberichte der EnSan-Projekte meist nicht den gesamten vom Begleitteam
benötigten Informationsinhalt aufwiesen, war eine zusätzliche direkte Befragung der Projektbeteiligten
(beispielsweise zu spezifischen Kosten, fehlenden Messergebnissen, Flächenangaben etc.) unabdingbar.
Die Auswertung der eingereichten Endberichte erfolgte in mehreren Schritten. Zunächst sind die Berichte
auf Vollständigkeit geprüft worden. Durch eine detaillierte Analyse der zur Verfügung gestellten
Daten ist anschließend die Plausibilität der Aussagen und Schlussfolgerungen überprüft worden. Die in
den Endberichten veröffentlichten Daten waren zum Teil unvollständig und/oder ließen keinen Nachvollzug
der Ergebnisse zu. Daher wurden teilweise recht umfangreiche Nachforderungen erforderlich.
Da nach Ende der jeweiligen Pojektlaufzeit nicht immer alle notwendigen Messdaten beschafft werden
konnten, waren teilweise auch plausible Abschätzungen notwendig.
Sanierungsmaßnahmen, die das erwartete Ziel offensichtlich nicht erreicht haben, sind möglichst genau
analysiert worden. Zur Vermeidung von vergleichbaren Fehlern in der Zukunft sind sie (zB. im FGK-

Workshop „Luftheizsysteme bei der Sanierung von Wohngebäuden“) auch mit anderen Experten im Detail
diskutiert worden.
In den folgenden Tabellen sind die geplanten bzw. bereits realisierten Auswertungen zusammengestellt
und kurz kommentiert. Da die Erstellung der Abschlussberichte von den einzelnen Projektausführenden
erst nach Ablauf der gesamten Messperiode möglich ist, sind bis Ende der zweiten EnSan-Projektphase
erst vier Abschlussberichte von derzeit 21 laufenden Projekten vom Begleitforschungsteam auswertbar
gewesen. Eine Reihe von ursprünglich in der 2. Projektphase geplanten Auswertungen mussten daher
zurückgestellt werden und sind durch alternative Themen kompensiert worden.
8
9
10
11 Leitfäden:
Nr. Thema Bearbeiter Bemerkung
1 IBP, (TUM)
Die Arbeiten am Leitfaden für Schulen wurden gestoppt, da
Schulen künftig im Rahmen der Initiative "Partner für
Innovationen" untersucht werden sollen.
Als Alternative ist in Abstimmung mit PTJ der international
im Rahmen der IEA erarbeitete "Energy Concept Adviser
(Educational Buildings)" ins Deutsche übertragen und im
Internet verfügbar gemacht worden.

2 IBP, TUM
Raumlufttechnische
3
FGK
Anlagen
4 Labor 1) Schiller
5
Bibliotheken
Schiller
Derzeit liegen nur wenige fertiggestellte Abschlussberichte von
EnSan-Demovorhaben vor, die über die Ergebnisse in den beiden
ersten EnSan-Buchveröffentlichungen hinausgehen. Somit können
noch keine neuen Erkenntnisse aus dem EnSan-Projekten
einfließen.
Als Alternative dafür ist eine Buchveröffentlichung über die
Berechnungsmethodik zur Ermittlung des Nutzenergiebedarfs
von Nichtwohngebäuden erstellt worden. Die
Grundlagen hierzu sind im Rahmen von SANIREV 2 und dem
Tageslichtverbund erarbeitet worden und auch in die deutsche
sowie europäische Normung zur “Gebäudeenergieeffizienz“
eingeflossen.
Diese Buchveröffentlichung erscheint im März 2006
Der Leitfaden für RLT-Anlagen soll aus zwei Teilen bestehen:
Teil1: Anwendung der Energiebedarfsbewertung für RLT-
Anlagen;
Teil 2: Inspektion von RLT-Anlagen
Der Leitfaden soll den Planern und den ausführenden Fachfirmen
helfen, die Methoden der Energiebedarfsbewertung
anzuwenden. Der Teil für die Inspektion soll ein verein-fachtes
Verfahren für die energetische Inspektion aufzeigen, mit dem
beispielsweise geeignete Mitarbeiter einer Service-firma schnell
und einfach mögliche Einsparpotenziale an bestehenden Anlagen
erkennen können. Auf einer Internet-plattform sollen diese
Checkliste und die entsprechenden Be-rechnungen online
präsentiert werden.
Der Laborleitfaden befindet sich in Bearbeitung. Die Messungen
und Auswertungen sind noch nicht abgeschlossen. Die Gliederung
steht, erste Kapitel sind fertig.
Für das Projekt „Universitätsbibliothek Bremen“ ist die Beantragung
einer Laufzeitverlängerung geplant, da die Begleitmessung
erst wenige Monate läuft. Teilthemen, wie die sozialwissenschaftlichen
Untersuchungen, konnten 2005 fertig gestellt werden.
Fertigstellung im Laufe des Jahres 2006.

Forschungsergebnisse der Firma Ebert-Ingenieure unter Einbezug
weiterer EnSan-Projekte (TK1) werden von Herrn Baumann zusammengefasst.
Baumann/
Betriebsoptimierung
1) (TUM,
Ebert-Ing.
6
TUM hat nur Koordinationsaufgabe. Nach Rücksprache mit
Herrn Baumann konnte die Bearbeitung nicht bis Ende 2005 abgeschlossen
werden. Als Fertigstellungstermin ist Mitte 2006
(IBP))
vorgesehen.
1) Verantwortung liegt nicht beim Begleitteam sondern beim Bearbeiter.
Tabelle 2: Zusammenstellung der zu bearbeitenden Leitfäden
Querauswertungen:
Nr. Thema Bearbeiter Bemerkung
Solare
1
Fassadensysteme
Ist in Buchform im Jahr 2005 erschienen: „Solare
-passive Systeme IBP, (TUM)
Fassadensysteme“
-hybride Systeme
-aktive Systeme
Planungsablauf der IBP,
Auswertung der Ergebnisse des Workshops „Planungswerkstatt“
und des dazugehörigen Fragebogens
(TUM,
2 EnSan-Demonstrationsprojekte
u. alle TK3 bezüglich des Themas „Integrale Planung - Probleme
Projektleiter) und Erfahrungen“.
Derzeit in Bearbeitung.
Das Thema Luftqualität und Raumklima wird in
verschiedenen EnSan - Projekten untersucht, es stehen
3
Luftqualität,
derzeit aber noch keine Berichte für eine
TUM, (IBP)
Raumklima
Querauswertung zur Verfügung.
Die Bearbeitung dieses Themas kann erst in der
nächsten Projektphase erfolgen.
Tabelle 3: Zusammenstellung der zu bearbeitenden Querauswertungen

Buchveröffentlichung „Solare Fassadensysteme“
In mehreren EnSan-Demonstrationsprojekten sind solare Systeme in das Sanierungskonzept integriert
worden. Es sind dabei alle drei Arten von Solarsystemen umgesetzt worden, also sowohl passive Systeme
- wie beispielsweise die transparente Wärmedämmung im Projekt „Emrichstraße“ - als auch hybride
Systeme - HTWD im Projekt „Schwabach“ - und sehr häufig aktive Systeme - direkte Luftvorwärmung,
solare Warmwasserbereitung, etc.-.
In einer Querauswertung sind diese solaren Komponenten hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz, ihrer
Kosten und ihrer Wirtschaftlichkeit untersucht worden.
Die Ergebnisse der EnSan-Querschnittsauswertung „Solare Fassadensysteme“ sind im EnSan-Buch
„Energetische Sanierung mit solaren Fassadensystemen – Energieeffizienzen, Kosten, Erfahrungen“ zusammengefasst,
das beim Fraunhofer IRB-Verlag Anfang 2005 erschienen ist.
In der Veröffentlichung findet sich eine genaue Beschreibung der in den EnSan-
Demonstrationsprojekten eingesetzten solaren Komponenten sowie deren Einbindung in die haustechnischen
Systeme. Die solaren Komponenten werden außerdem hinsichtlich der Investitionskosten und der
erreichten Energieeinsparung analysiert und in einer Gegenüberstellung miteinander verglichen. Neben
den EnSan-Demonstrationsprojekten sind zudem weitere relevante, dokumentierte Beispielsanierungen
von Alt- und Neubauten außerhalb der EnSan-Förderung mit in den Vergleich einbezogen worden, um
eine breitere Grundlage für Aussagen hinsichtlich der Praxistauglichkeit und Wirtschaftlichkeit zu erhalten.
Buchveröffentlichung „Grundlagen der Nutzenergiebedarfsbestimmung“
Im Rahmen des EnSan-Teilkonzeptes 1 „Planungshilfsmittel“ ist eine Methodik zur Nutzenergiebedarfsbestimmung
bei Wohn- und Nichtwohngebäuden entwickelt worden. Diese stützt sich auf
die bisherige Methodik für neu zu erstellende Wohngebäude. Mit dieser Methodik können die EnSan-
Demonstrationsprojekte bereits im Planungsstadium der Sanierungsmaßnahmen energetisch bewertet
werden. Dies war bisher nicht ohne weiteres möglich, da die bestehenden Ansätze (z.B. DIN EN 832,
DIN 4108-2 und WSchV 1995) auf den Wohnungsbau (Neubau) ausgerichtet und damit nicht in der Lage
sind, den Gesamtenergiebedarf im Altbaubestand und insbesondere im „Nichtwohnungsbau“ unter
Berücksichtigung der Raumkühlung, der Einbindung von Lüftungsanlagen, der Beleuchtungsanlagen
etc. zu bestimmen. Diese „neue“ Bewertungsmethodik bildet auch die Grundlage für die deutsche und
europäische Normungsarbeit im Rahmen der EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden.
Die dritte Buchveröffentlichung im Rahmen von EnSan (erscheint voraussichtlich im März 2006 unter
dem Titel „ Heizen, Kühlen, Belüften & Beleuchten – Bilanzierungsgrundlagen der DIN V 18599“ beim
Fraunhofer IRB-Verlag) erläutert den Background der Berechnungsmethodik des Nutzenergiebedarfs

von Gebäuden. Als integraler Bestandteil des Nutzenergiebedarfs von Gebäuden wird dabei neben der
Monatsbilanz des Heizwärmebedarfs der Gebäudezone auch der Energiebedarf für die Klimatisierung/Raumkühlung,
Luftförderung und Beleuchtung mit in die Betrachtung einbezogen.
An einem Beispielgebäude (Bürogebäude) für den „Nichtwohnungsbau“ werden die Auswirkungen der
nutzungsbedingten, baulichen und anlagentechnischen Randbedingungen aufgezeigt.
Der Arbeitsschwerpunkt der Technische Universität München bei dieser Publikation umfasst den
Bereich der Bilanzierung der Gebäudezone. Diese Bilanzierung nimmt eine zentrale Stellung in der
Ermittlung des Gesamtenergiebedarfs von Gebäuden ein; denn alle wesentlichen Einflüsse auf den
Energiehaushalt werden in der Bilanz der Gebäudezone zusammengeführt und gemeinsam bewertet.
In der Veröffentlichung werden die im Rahmen des Forschungsprojektes SANIREV2 entwickelten
vereinfachten Algorithmen zur Bilanzierung des Nutzenergiebedarfs für eine Gebäudezone,
insbesondere des Bedarfs für die Raumkühlung und die Berücksichtigung von raumlufttechnischen
Anlagen, ausführlich erläutert. Vor allem wird die Einbindung der in den Raum eingebrachten
vorbehandelten Zuluft aus einer RLT-Anlage in die Monatsbilanz aufgezeigt.
Die besonderen Anforderungen aus den sommerlichen Randbedingungen an das Monatsbilanzverfahren,
wie die Bewertung von baulicher Verschattung, Sonnenschutzmaßnahmen oder Glasvorbauten, werden
näher beschrieben. Weitere Randbedingungen bei Nichtwohngebäuden, wie etwa der Themenbereich
der Nutzung des Gebäudes (z.B. der Einfluss von Werktagen und Wochenende auf die Monatsbilanz)
sind in der Publikation detailliert dargestellt.
Da bei der Ermittlung der Nutzungsgrade bei der Energieumwandlung und der Verteilverluste die
Auslastung der einzelnen Komponenten einen wesentlichen Einfluß hat, ist auch ein vereinfachtes
Verfahren zur Ermittlung der maximalen Heiz- und Kühlleistung notwendig geworden. Die
methodische Vorgehensweise – aufbauend auf dem Verfahren der Monatsbilanzierung - wird im 3.
EnSan-Buch ebenfalls beschrieben.

Durchgeführte Dienstreisen während der Projektlaufzeit:
26.11.2003 Stutttgart, IBP (Prof. Rouvel, Wenning)
04.02.2004 Stuttgart, IBP (Prof. Rouvel, Wenning)
18.10.2005 Stuttgart, IBP (Prof. Rouvel, David, Wenning)
Der gesamte Arbeitsumfang der Tätigkeiten im Punkt 3 umfasste ca. 22 MM (siehe Anlage).
Zu Punkt 4.)
Vorbereitung und Umsetzung der Ergebnisse in die Berufspraxis
Im Rahmen dieses Arbeitspunktes beteiligte sich die TU München aktiv an ENOB -Symposien, sowie
an den verschiedensten Workshops. Auch wurden Zuarbeiten zur EnSan-Internet-Präsentation des IBP
durchgeführt.
Das Fachgespräch „EnSan-Planungswerkstatt“ am 04.02.2004 wurde vorbereitet, bei der Veranstaltung
referiert und comoderiert, sowie danach der Vortragstext für den Tagungsbericht aufbereitet.
An den zweitägigen ENOB-Statusseminaren in Freiburg am 05. bis 06.05.2004 und in Dessau am 12.
bis 13.05.2005 wurde teilgenommen.
Ein Workshop zum Thema „Messen - Steuern – Regeln“, zu dem alle Projektpartner von EnSan-
Demonstrationsprojektpartner am 06/07.10.2004 nach Jülich geladen waren, befasste sich mit der
Problematik der Datenbeschaffung und Analyse im Rahmen der EnSan-Messprogramme. Hierzu
wurden mit einem mehrseitigen Fragebogen die EnSan-Demonstrationsprojekt-Verantwortlichen zum
Ablauf der Planung und der Durchführung ihrer Objekte befragt und eine Auswertung zum
Schwerpunkt Software und Simulationseinsatz während der Konzept- und Planungsphase erstellt.
Im Rahmen des Fachforums der Initiative Arbeit und Klimaschutz „Alte Bausubstanz mit neuem Energiekonzept
- modellhafte Sanierung eines Gründerzeitgebäudes“ am 21.09.2005 in Hamburg wurde das
Thema EnSan/ENOB in einem Vortrag vorgestellt.
Im Rahmen von Vortragsveranstaltungen von Verbänden und Berufsgruppen wurden von der TU
München zudem auch außerhalb der EnSan-Verantwortung die Ziele und Ergebnisse von ENOB
präsentiert (DIN, BMVBS, DIAA, etc.).

Durchgeführte Dienstreisen während der Projektlaufzeit:
25.07.2003 Stuttgart, Luftheizungsseminar (Prof. Rouvel, Wenning)
05.05. – 06.05.2004 Freiburg, Solarbau (Prof. Rouvel, Wenning)
06.10. – 07.10.2004 Jülich, MSR-Workshop (Prof. Rouvel, Wenning)
12.05. – 13.05.2005 Dessau, Solarbau (Wenning)
21.09.2005 Hamburg, STEG (Wenning)
22.11. - 23.11.2005 Berlin, Eco-Buildings (Wenning)
22.03. - 24.03.2006 Stuttgart, Symposium RLT im Bestand (Prof. Rouvel, David, Wenning)
Der gesamte Arbeitsumfang der Tätigkeiten im Punkt 4 umfasste ca. 6 MM (siehe Anlage).

ANLAGE:
Zusammenstellung des Arbeitsumfangs über die Projektlaufzeit der zweiten EnSan-
Phase (TUM-Anteil: 02/2003 – 12/2005)
2003 2004 2005 Gesamt
1. Unterstützung des BMWA bzw.
PTJ bei der Konzeptfindung des
ENOB-Energieforschungsprogramms
2 1 - 3
2. Koordination des Projektverbundes
auf Basis abgestimmter Mindestanforderungen
an Forschungsinhalte und
Validierungsmessprogramme laufender
sowie neuer Projekte
2 1,25 0,5 3,75
3. Zusammenfassende projektübergreifende
Auswertung der vorliegenden
Ergebnisse der ersten und zweiten
Projektphase, auch in Form von
Buchveröffentlichungen
5 3,5 13,5 22
4. Durchführung geeigneter Aktivitäten
zur Bekanntmachung, Verbreitung
und Umsetzung der Ergebnisse der
ersten und zweiten Projektphase
2 2 2 6
Gesamtumfang für 1.- 4. (in MM) 11 7,75 16 34,75