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Untersuchung von Energieeinsparmöglichkeiten an einem Bestandsgebäude

Diplomarbeit 2007 124 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen

Leseprobe

Inhalt

Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole

1 Notwendigkeit der Energieeinsparung
1.1 Wohngebäude als Energieverbraucher
1.2 Unwelt- und Klimaschutz als internationale Herausforderung
1.3 Das CO2-Gebäudesanierungsprogramm

2 Die Energieeinsparverordnung
2.1 Herangehensweise der EnEV
2.2 Bezug der EnEV auf Normen und Regelwerke
2.3 Die neue EnEV 2007 und der Energieausweis
2.4 Energiebilanzierung nach EnEV
2.4.1 Das Monatsbilanzverfahren
2.4.2 Das Heizperiodenverfahren

3 Das Objekt
3.1 Prinzipielle Angaben zu Bauart und Aufbau
3.2 Die Hüllflächenbauteile
3.2.1 Außenwände
3.2.2 Dach
3.2.3 Fenster
3.2.4 Bodenplatte
3.3 Anlagentechnik
3.3.1 Heizung
3.3.2 Warmwasserbereitung
3.4 Heizenergieverbrauch im Ist-Zustand
3.5 Geometrie des Gebäudes

4 Der Wärmedurchgangskoeffizient als Bauteilkenngröße
4.1 Sinn und Zweck des U-Wertes
4.2 Berechnung des U-Wertes anhand der Bodenplatte und des Daches

5 Energiebilanz für den Ist-Zustand unter Normbedingungen
5.1 Transmissionswärmeverluste
5.2 Lüftungswärmeverluste
5.3 Interne Wärmegewinne
5.4 Solare Wärmegewinne
5.5 Berechnung des Heizwärmebedarf nach EnEV
5.5.1 Raumheizung
5.5.2 Warmwasserbereitung
5.6 Endenergiebedarf
5.6.1 Bedeutung als wärmetechnische Größe
5.6.2 Zusammenhang zwischen Endenergiebedarf und Heizwärmebedarf
5.6.3 Berechnungsmethode
5.6.4 Aufwandszahlen für Raumheizung und Warmwasser
5.6.5 Hilfsenergie
5.6.6 Berechnung des Endenergiebedarfs im Bestand
5.6.7 Auswertung der Ergebnisse
5.7 Der Primärenergiebedarf
5.7.1 Bedeutung als energetische Größe
5.7.2 Anlagenaufwandszahl
5.7.3 Berechnung des Primärenergiebedarfs

6 Endenergiebedarf unter realen Bedingungen
6.1 Abgleich mit dem Realverbrauch
6.2 Energiebedarf für die Zirkulation

7 Energieeinsparmöglichkeiten der Hüllflächenbauteile
7.1 Modernisierungsvarianten
7.2 Modernisierung der Außenwände in Erd- und Dachgeschoss
7.2.1 Ausgangssituation und Berechnung der Energieeinsparung
7.2.2 Vorteil der Außendämmung
7.3 Dämmung der Kellerwände
7.3.1 Gesetzliche Anforderungen
7.3.2 Erreichbare Endenergieeinsparung
7.3.3 Bauphysikalische Ausführung einer Innendämmung
7.4 Abwägung der Varianten im Dachbereich
7.5 Bewertung der energetischen Bauteilertüchtigung

8 Solarthermie als Modernisierungsvariante im Anlagenbereich
8.1 Vorbetrachtungen und Auslegungskonzepte
8.2 Flachkollektoren
8.3 Vakuumkollektoren
8.4 Bauarten und Anwendungen von Solarspeichern
8.5 Varianten der Solarwärmenutzung
8.5.1 Energieeinsparung durch solare Warmwasserbereitung
8.5.2 Energieeinsparung durch solare Heizungsunterstützung
8.6 Energieeinsparung durch kombinierte Maßnahmen
8.6.1 Außenwanddämmung und solare Warmwasserbereitung
8.6.2 Außenwanddämmung und solare Heizungsunterstützung
8.7 Auswertung der Modernisierungsoptionen der Heizungsanlage

9 Weitere Varianten zur Energieeinsparung im Anlagenbereich
9.1 Brennwertkessel
9.2 Pelletheizung

10 Schlussbetrachtung

11 Literaturverzeichnis

12 Verzeichnis der Tabellen

13 Verzeichnis der Abbildungen

14 Verzeichnis der Anlagen

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen und Symbole

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Notwendigkeit der Energieeinsparung

1.1 Wohngebäude als Energieverbraucher

Gut ein Drittel des gesamten europäischen Energieverbrauchs entfallen auf die Heizung und Warmwasserbereitung. Mit Blick auf den relativen Durchschnittsverbrauch für deutsche Haushalte fällt auf, dass annähernd 90 Prozent der Endenergie, die in Form von Erdgas, Heizöl oder elektrischem Strom an der Gebäudehülle als Systemgrenze anliegt, auf Heizung und Warmwasser entfallen. Im Wohnungssektor wird dadurch der größte Teil der Nebenkosten gebildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.1: Einsatz der Endenergie in deutschen Haushalten (Quelle: Energieagentur NRW)

Der Alt-Bestand bildet in Deutschland den größten Anteil unter den Wohngebäuden und verfügt über das höchste Energieeinsparpotenzial. Durch Wärmedämmung und eine effiziente Anlagentechnik könnten diese Potenziale ausgeschöpft und in hohem Maße Kosten gespart werden. Jede Modernisierung ist jedoch immer mit einer hohen Investition verbunden, für die die finanziellen Mittel erst einmal aufgebracht werden müssen, bevor ein Nutzen eintritt.

Für Zimmereien und andere Baugewerbe bildet der Bestand in Zukunft ein Tätigkeitsfeld mit großem Auftragspotenzial. Schon heute liegt das Auftragsvolumen zu einem überwiegenden Anteil in Bereichen wie Anbau und Modernisierung.

In den letzten 10 Jahren haben elektrischer Strom und verschiedene Wärmeenergieträger beispiellose Preiserhöhungen erfahren. Besonders gravierend waren die Erhöhungen beim Erdgas, welches in Deutschland einen Anteil von rund 48 Prozent an der Wärmebereitstellung in Haushalten hat. Seit 1997 hat sich der Preis in vielen Regionen mehr als verdoppelt.

Aufgrund dieser Entwicklung und verschiedenen Förderprogrammen werden Investitionen in die energetische Modernisierung für Immobilienbesitzer attraktiver.

1.2 Umwelt- und Klimaschutz als internationale Herausforderung

Verschiedenen Experten und Wissenschaftlern zufolge soll sich das Weltklima durch die negativen anthropogenen Einflüsse wie den zunehmenden CO2-Ausstoß und den damit verbundenen Anstieg der Durchschnittstemperaturen in den kommenden Jahrzehnten verändern. Folgen wären noch stärkere Wasser- und Nahrungsknappheit als heute. Um diese Entwicklung zumindest zu verlangsamen, wurde 1992 von den vereinten Nationen eine Klimarahmenkonvention beschlossen. Alle Mitglieder dieser Konvention müssen regelmäßige Berichte zu ihren Treibhausgasemissionen vorlegen. 1997 wurde auf einem Gipfel das Kyoto-Protokoll erarbeitet. Danach sollen die Industrieländer bis 2012 ihren Ausstoß an Treibhausgasen um 5,2 Prozent gegenüber 1990 verringern.

Deutschland hat sich im Rahmen der Kyoto-Vereinbarung dazu verpflichtet, den Ausstoß von Treibhausgasen, in erster Linie Kohlendioxid, bis 2012 um 21 Prozent gegenüber 1990 zu verringern. 2007 wurden davon bereits 18 Prozent erreicht, was auf mehrere Gründe zurückzuführen ist. Einerseits wurde innerhalb der letzten 15 Jahre eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz bei der Energieerzeugung erreicht und der Anteil erneuerbarer Energien stetig erhöht. Auch der private Bereich leistete seinen Beitrag. So wurden nach 1990 besonders in den neuen Bundesländern die allgegenwärtigen Kohleöfen und -heizungen durch moderne Öl- und Gasheizungen ersetzt. Das Ende der DDR kam vielen Gebieten einer Art Deindustrialisierung gleich. Was aus ökonomischer Sicht sehr schlecht war, ist aus Sicht der deutschen „Klimabilanz“ positiv zu bewerten. Die Emissionen im industriellen Sektor und in der Energieerzeugung konnten in den neuen Bundesländern in besonderem Maße gesenkt werden. Für die Endverbraucher jedoch brachte das keine finanziellen Entlastungen mit sich. Verschiedene Maßnahmen der Politik tragen ebenfalls zur Minderung der CO2-Emissionen bei. Dazu gehören insbesondere ordnungspolitische Instrumente wie die Einführung der Energieeinsparverordnung mit gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich des Primärenergiebedarfs von Gebäuden und verschiedene Fördermöglichkeiten für energetische Gebäudesanierung. Andererseits verabschiedete die Politik eine Reihe Beschlüsse wie die Ökosteuer oder LKW-Maut. Dadurch, dass diese Maßnahmen mit hohen Mehrbelastungen der Bürger und Unternehmen verbunden sind, zeigen sie Wirkung und leisten damit einen Beitrag zum Umweltschutz.

Deutschland wird sich auch nach Auslaufen des Kyoto-Protokolls über 2012 ehrgeizige Ziele setzen. Der beste Klimaschutz in Deutschland und Europa nützt langfristig allerdings nur etwas, wenn in Zukunft auch die Länder mit dem höchsten Kohlendioxid-Ausstoß einbezogen werden und Schwellenländer mit ihrem hohem Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum im Rahmen von Abkommen ebenfalls zu einem konsequenten Umweltschutz verpflichtet werden, damit die dortigen Industrie- und Energieerzeugungsanlagen unter den Grundsätzen der Energieeffizienz und des Umweltschutzes geplant und betrieben werden.

1.3 Das CO2-Gebäudesanierungsprogramm

Das staatliche CO2-Gebäudesanierungsprogramm der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) wurde 2001 eingeführt. In seinem Rahmen werden aus Mitteln des Bundes zinsgünstige Kredite oder Tilgungszuschüsse für die energetische Sanierung von Wohngebäuden vergeben. Das umfasst Gebäude die vor Inkrafttreten der dritten Wärmeschutzverordnung 1995 erbaut sein müssen. Damit sollen Hausbesitzern in Deutschland Anreize für Investitionen in die energetische Sanierung gegeben werden. Förderfähig sind Energiesparmaßnahmen, die dazu beitragen, bei einem Bestandsgebäude das Wärmeschutzniveau der Energieeinsparverordnung zu erreichen oder um bis zu 30 Prozent zu unterschreiten. Es werden 4 Maßnahmenpakete gefördert.

Die Pakete 0 bis 3 umfassen bestimmte Kombinationen von Maßnahmen, bei denen verschiedene Standards wie Dämmstärken vorgeschrieben werden, um eine bessere Energiebilanz zu erreichen. Bei Mehrfamilienhäusern besteht die Pflicht des Heizungskesselaustausches, der Gegenstand der Pakete 1, 2 und 3 ist.

Maßnahmenpaket 4 unterscheidet sich von den übrigen durch eine individuelle Auswahl der Modernisierungsmaßnahmen. Es schreibt einen gewissen Wärmeschutzstandard und eine bestimmte Minderung der CO2-Emissionen vor, die aus drei der Modernisierungsvorschläge erreicht werden müssen. Als Maßnahmen stehen dabei zur Auswahl:

- die Wärmedämmung der Außenwände
- die Wärmedämmung des Daches
- die Wärmedämmung der Kellerdecke
- der Austausch bzw. die Erneuerung der Fenster
- ein Austausch des Heizungskessels oder
- der Einbau einer Lüftungsanlage.

Welche Modernisierungsoption in die Praxis umgesetzt wird, muss im Rahmen eines Wärmeschutznachweises durch einen Sachverständigen bzw. Energieberater festgelegt werden. Von diesem muss zudem bestätigt werden, dass die Voraussetzungen für eine finanzielle Förderung durch die KfW erfüllt werden

Für die Mehrheit der Bauherren steht dabei weniger die CO2-Einsparung im Vordergrund. Entscheidender ist in Zeiten ständig steigender Energiepreise vielmehr die langfristige Kosteneinsparung, die infolge der Energieeinsparung durch die getätigte Investition in die Gebäudehülle oder Anlagentechnik erreicht wird. Im vorliegenden Fall muss geprüft werden, welche Fördermöglichkeiten der KfW-Bank in Frage kommen.

2 Die Energieeinsparverordnung

2.1 Herangehensweise der EnEV

Zur Erstellung eines Wärmeschutznachweises ist als deutsches Regelwerk die gültige Energieeinsparverordnung maßgebend. Sie ist am 01. Februar 2002 in Kraft getreten und bildet das Nachfolgewerk der Wärmeschutzverordnung 1995 sowie der Heizungsanlagenverordnung von 1995. Zentraler Ansatzpunkt der Verordnung ist die Beziehung zwischen dem Gebäude an sich und seiner Anlagentechnik für Heizung, Warmwasserbereitung und Lüftung. Eine Hauptanforderung ist dabei die Begrenzung des Primärenergiebedarfs. Für den auf Sparsamkeit bedachten Bauherrn verschafft diese Größe wenig Transparenz über seine Heizenergiekosten, jedoch ist damit hinsichtlich Energieverbrauch und CO2-Ausstoß die Möglichkeit einer volkswirtschaftlichen Bewertung des Gebäudes gegeben. Vor allem bei Neubauten können zur Einhaltung des PE-Bedarfs Energiesparpotenziale zwischen der Anlagentechnik und den Bauteilen eines Gebäude verschoben werden. Infolgedessen kann eine effiziente Anlagentechnik bauliche Defizite in sofern ausgleichen, dass sie mit Regelungen an das Gebäude angepasst ist und einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Umgekehrt gilt dieser Leitsatz ebenso. Damit hohen Verlusten infolge Transmission durch die Bauteile aber nicht vorrangig mit moderner Anlagentechnik genüge getan wird, schreibt die EnEV in Tabelle 1 für Neubauten Höchstwerte für den Transmissionswärmeverlust vor. Bei Altbauten sind maximale Wärmedurchgangskoeffizienten nur einzuhalten, wenn eine Bauteilfläche mehrheitlich erneuert wird[1]. Bei Anbauten mit einem Volumen größer 30 m³ gelten für diese Gebäudeteile unterdessen die Neubauvorschriften[2]. Weiterhin wird für eine ganze Reihe Bestandsgebäude der Austausch veralteter Heizkessel gefordert. Nach Auffassung des Verfassers ist eine solche Maßnahme allerdings zu kurz gedacht. Im Fall einer Wärmedämmung sinkt der Heizwärmebedarf des Gebäudes. Der Kessel heizt überwiegend im Teillastbereich, wodurch sein Wirkungsgrad trotz Niedertemperatur- oder Brennwerttechnik nicht mehr im optimalen Bereich liegt.

2.2 Bezug der EnEV auf Normen und Regelwerke

Da die Regeln der Technik aufgrund des stetigen Fortschritts gewissen Neuerungen unterliegen, bezieht sich die EnEV auf eine Reihe deutscher und europäischer Normen. Diese Vorgaben werden in zeitlichen Abständen ergänzt und erneuert, weshalb auch die EnEV in Abständen aktualisiert wird. Somit wird das praktische Umsetzen technischer Innovationen nicht derart durch Gesetze aufgeschoben oder verhindert, als wenn der Verordnungstext die Rechenvorschriften enthielt. Es erfordert aber einen umfangreichen Überblick seitens der Beteiligten wie Planer oder Energieberater. Jedoch bezieht sich die Verordnung stets auf Normen eines bestimmten Ausgabedatums. Wird eine Norm während des Gültigkeitszeitraums der aktuellen EnEV erneuert, kann trotz neuer Erkenntnisse nicht damit gearbeitet werden, was der Nachteil des festen Normenbezugs ist. Untermauert wird die Energieeinsparverordnung durch die europäische EN 832 – „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden, Berechnung des Heizenergiebedarfs“, die wiederum durch deutsche Normen ergänzt wird. Für den Bauteilwärmeschutz gilt DIN 4108 – „Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden“ und für die Anlagentechnik DIN 4701 „Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen“. Das Beiblatt zu dieser Norm wurde 2007 um Anlagenkombinationen mit Holz-Feuerung ergänzt.

2.3 Die neue EnEV 2007 und der Energieausweis

Die gültige Fassung der Energieeinsparverordnung ist die vom 07. Dezember 2004. Seit dem 27. Juni 2007 ist die neue EnEV vom Bundestag verabschiedet. In dieser werden, insbesondere bei Bürogebäuden, nun auch sämtliche Geräte mit hoher Wärmeabgabe wie Computer, Drucker, Lampen u. ä. sowie Klimaanlagen in die Energiebilanz einbezogen. Damit verbunden ist die notwendige Überprüfung der Komponenten einer Klimatisierung auf ihre Energieeffizienz sowie der Konzeption der Klimaanlage auf bauphysikalische Gegebenheiten und auf die Nutzung des Gebäudes. Besonders Anlagen, die älter als 20 Jahre sind, sollen einer Überprüfung unterzogen werden. Für neuere Anlagen gibt es längere Übergangsfristen.

Mit der Einführung der EnEV 2007 verbunden ist auch die Energieausweispflicht. Nachdem der Gesetzgeber den Einführungstermin des Energieausweises mehrmals verschoben hat, wird dieser für Wohngebäude bis Baujahr 1965 ab 01.01.2009 bei Verkauf oder (Neu-)Vermietung der Immobilie ein Energieausweis verbindlich. Für Wohngebäude nach 1965 und vor dem 01.02.2002 wird er ab dem 01.07.2009 zur Pflicht. Der Beschluss des Bundesrates vom 08.06.07 zu Änderungen und Entschließungen zur EnEV begründet die Verzögerungen folgendermaßen:

„Die inhaltlichen Aussagen des Energieausweises werden unmittelbar wertbeeinflussend sein. ... Daher liegt es im Interesse eines jeden Immobilieneigentümers, mit dem zu beauftragenden Energieausweis möglichst gute energetische Qualitäten attestiert zu bekommen. Dieses setzt … eine vorherige energetische Sanierung … voraus. … Gerade unter Berücksichtigung der anstehenden Sommerferien wird es … zu entsprechenden Auftragsstaus kommen, bevor energetische Sanierungen durchgeführt werden können und ein Energieausweis danach sinnvoll beauftragt werden kann.“

Der Energieausweis kann auf Basis des rechnerisch ermittelten Energiebedarfs oder auf Basis des gemessenen Endenergieverbrauchs erstellt werden. Als bedarfsorientierter Ausweis berücksichtigt er charakteristische Anforderungen und Größen wie Transmissionswärmeverluste, den End- und den Primärenergiebedarf, die die energetische Qualität des Gebäudes samt seiner Anlagentechnik abbilden, und ist für Mieter und Käufer aussagekräftiger. Er umfasst eine umfangreiche Ist-Analyse. Die Gebäude werden unter Annahme des Referenzklimas Deutschland bilanziert, um sie hinsichtlich ihrer energetischen Qualität untereinander vergleichbar zu machen. Energieausweise auf Basis des Verbrauchs spiegeln weniger das Gebäude und seine Anlagentechnik als vielmehr die Nutzungsgewohnheiten der Bewohner wieder. Es kann kein genauer Rückschluss auf die energetische Qualität der Gebäudehülle und Anlagentechnik gezogen werden, sodass der verbrauchsorientierte Energieausweises hinsichtlich seiner Aussagekraft als nachteilig bewertet werden kann.

Der Energieausweis ist nach EnEV §13 Abs. 5 „den nach Landesrecht zuständigen Behörden auf Verlangen vorzulegen und Käufern, Mietern und sonstigen Nutzungsberechtigten der Gebäude auf Anforderung zur Einsichtnahme zugänglich zu machen“. Ziel des Gesetzgebers ist es auch, den Hauseigentümern trotz hohen Investitionsaufwandes Anreize zur energetischen Sanierung ihrer Immobilie zu geben. Darüber hinaus lassen sich energiesparende Gebäude und Immobilien aufgrund geringerer Nebenkosten einfacher veräußern. Der ökologische Vorteil liegt in der Verringerung der CO2-Mengen pro nutzbare Kilowattstunde Energie.

2.4 Energiebilanzierung nach EnEV 2004

2.4.1 Das Monatsbilanzverfahren

Mit dem ausführlichen Verfahren der EnEV, dem Monatsbilanzverfahren, lassen sich sehr viele energetische Effekte abbilden. Für jeden einzelnen Monat eines Jahres werden separat unterschiedliche Randbedingungen nach DIN V 4108-6:2003-06 berücksichtigt, unter anderem Außentemperatur und die Intensität der Sonneneinstrahlung. Bei der Berechnung des Heizwärmebedarfs können auch unbeheizte Glasvorbauten, transparente Wärmedämmung, Verschattung und Wärmespeicherfähigkeit einbezogen werden. Die einzelnen Monatsbilanzen werden schließlich aufaddiert und auf das Jahr hochgerechnet. Das Monatsbilanzverfahren ist für alle von der EnEV betroffenen Gebäude anwendbar und aufgrund seiner Komplexität in der Praxis nur mit EDV-Unterstützung durchführbar.

2.4.2 Das Heizperiodenverfahren

Das vereinfachte Verfahren ist für kleine Wohngebäude, insbesondere Neubauten als ein großes von der Verordnung betroffenes Bauvolumen zugeschnitten. Bei dieser Methode der EnEV-Untersuchung, die für Gebäude mit bis zu zwei Wohneinheiten anwendbar ist, wird die Bilanz über eine Heizperiode gelegt. Die Ergebnisse repräsentieren jedoch den gesamten Zeitraum des Jahres. Im Rahmen der Heizperiodenbilanz wird stets von definierten Randbedingungen ausgegangen. Neben einer Innentemperatur von Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten, die auch für das Monatsbilanzverfahren vorgegeben ist, basiert die Dauer einer Heizperiode auf einer festgelegten Heizgrenztemperatur von Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenund weiteren typischen Gegebenheiten, wie genormten internen Wärmegewinnen oder Luftwechselraten. Als verbindliche Verordnung gibt die Energieeinsparverordnung aus den normativen Angaben abgeleitete standardisierte Berechnungsformeln vor, die sich allerdings nicht auf jede Art von Gebäude übertragen lassen. Für Altbauten muss die Gradtagszahl an die energetische Qualität der Gebäudehülle angepasst werden, damit die Ergebnisse der Energiebilanz nicht besser ausfallen als sie in Wirklichkeit sind. Sonderbauteile wie unbeheizte Glasvorbauten und Besonderheiten der Anlagentechnik wie ein abgesenkter Heizungsbetrieb in den Nachtstunden können im Gegensatz zur Monatsbilanz nicht oder nur pauschal in die Berechnungen einbezogen werden. Aus diesen Gründen können die Ergebnisse nach der vereinfachten Vorgehensweise je nach Gebäude günstiger oder schlechter ausfallen als im ausführlichen Verfahren. Aufgrund normierter Randbedingungen liegt der errechnete Bedarf an Endenergie ohnehin höher als der reale Verbrauch.

3 Das Objekt

3.1 Prinzipielle Angaben zu Bauart und Aufbau

Bei dem zu untersuchenden Gebäude handelt es sich um ein bewohntes Einfamilienhaus in Crimmitschau. Im Zuge der Erschließung eines Wohngebietes am Robert-Seidel-Weg wurde es 1985 errichtet. In seiner Bauart ist es repräsentativ für eine Vielzahl zu DDR-Zeiten errichteter Wohnhäuser. Es ist unterteilt in drei Geschosse und einen ausgebauten Spitzboden. Die Räumlichkeiten des Untergeschosses können als beheizt betrachtet werden. Sie werden u. a. als Heizraum und Sauna genutzt. An der Westseite schließt sich an den Keller eine unbeheizte Garage an, auf der sich die Terrasse befindet. Das Erdgeschoss ist zur Haustür durch ein kleines Vorhaus getrennt. Das hatte den Vorteil, dass im Winter weniger Heizwärme durch die luftundichte Haustür verloren ging. Über dem Obergeschoss mit Drempel schließt sich der Spitzboden an. Durch die Kehlbalkenkonstruktion ist das Dachgeschoss auch dort begehbar und konnte nachträglich ausgebaut werden. In Anlage 4 sind die Querschnitte und die Wärmeleitfähigkeiten der Bestandsbauteile dargestellt. Das Gebäude wird von drei Personen bewohnt. Ansichten des Einfamilienhauses liegen der Arbeit in Anlage 1 bei.

3.2 Die Hüllflächenbauteile

3.2.1 Außenwände

Im Untergeschoss ist der Wandaufbau zweigeteilt. Während die Wand unter Oberkante Gelände aus Innenputz und Hochlochziegel als wärmeschutzrelevante Schichten besteht, wurde der Teil über OK Gelände in Ziegel und Sichtmauerwerk aus Granit ausgeführt. Der Sockel hat eine Höhe von einem Meter. Die übrigen Außenwände des Bestandsgebäudes bestehen aus Porenbeton und beidseitiger Verputzung aus Kalkzementputz. Eine Ausnahme bildet lediglich die verputzte Wand auf der Westseite, woran sich an die 24 cm Porenbeton eine Schicht Mauerziegel anschließt.

3.2.2 Dach

Das Dach erstreckt sich von der Drempelwand im Obergeschoss bis zum Spitzboden. Es ist mit Schiefer gedeckt und als Kaltdach ausgebaut. Wasserdampf, der durch die Bewohner entsteht, kann innerhalb der belüfteten Luftschicht abgeführt werden und sammelt sich somit nicht in der Schalung unter der nahezu diffusionsdichten Bitumendachbahn an. Unter der Kehlbalkenlage ist die Schräge mit 10 cm Mineralwolle gedämmt, an die sich eine Holzwolle-Leichtbauplatte als Putzträger und der Innenputz anschließen. Die Sparren im Bereich des Spitzboden sind aufgedoppelt und das Gefach mit 14 cm Mineralwolle ebenfalls nach dem Kaltdachprinzip gedämmt. Darunter schließt sich ein üblicher Aufbau mit Profilholzverkleidung an. Für den Wärmeschutznachweis nicht relevant ist die Kehlbalkenlage, weil sie dank des gedämmten Spitzbodens nicht zu den Außenbauteilen im Sinne des Wärmeschutzes zählt.

3.2.3 Fenster

In den neunziger Jahren wurden die Fenster modernisiert und entsprechen dem Standard der damals gültigen Wärmeschutzverordnung (WSchV). Dark Red Meranti als dauerhaftes Tropenholz dient als Material für den Rahmen. Zusammen mit der Wärmeschutzverglasung mit 12 mm Luftfüllung ergibt das nach Angaben des Herstellers einen U-Wert von U = 1,6 W/m²K. Soweit vorhanden, sind die Rollläden auf der Außenseite angeordnet. Für den Wärmeschutz sind sie nicht relevant. Durch den Verzicht auf Sprossen werden zusätzliche Wärmeverluste über transparente Flächen vermieden. Für die zwei Dachflächenfenster der Firma Velux mit Kiefernholzrahmen kann ebenfalls ein Wärmedurchgangskoeffizient von U = 1,6 W/m²K angesetzt werden. Alle Fenster erfüllen den Standard der Wärmeschutzverordnung 1995.

3.2.4 Bodenplatte

Der untere Abschluss des beheizten Kellers besteht aus 16 cm Beton mit diversen Zusätzen wie Schlacke oder Ziegelresten. Darunter schließt sich eine Kiesschicht an. Zum Raum hin folgen eine Sperrschicht, ein Estrich sowie Fliesen als Fußbodenbelag. Mangels Baustoffen in der DDR und der Tatsache, dass die Energiepreise keineswegs mit den heutigen zu vergleichen waren, ist die Bodenplatte weder unter dem Estrich noch an den Rändern gedämmt. Transmissionswärmeverluste von den beheizten Kellerräumen an das Erdreich werden erwartungsgemäß hoch sein.

3.3 Anlagentechnik

3.3.1 Heizung

Das Gebäude wird zentral beheizt mit einem wandhängenden Niedertemperaturkessel Junkers ZWN24-6 AE von 24 kW, welcher 1993 eingebaut wurde. Der Heizkreislauf ist auf 70 °C Vorlauf- und 55 °C Rücklauftemperatur ausgelegt. Gegenüber alten Konstanttemperaturkesseln, die in den neuen Bundesländern ohnehin nicht anzutreffen sind, passt der Niedertemperaturkessel die Vorlauftemperatur an den Wärmebedarf an und hat weniger Kesselverluste.

Als Energieträger dient Erdgas, für das sich der Hausanschluss im Keller befindet. Schadstoffemissionen der Heizung sind verglichen mit Heizöl geringer und zusätzliche Investitionen in ein Brennstofflager entfielen. Stattdessen können die Kellerräume anderweitig genutzt werden. Der Wandkessel befindet sich innerhalb der beheizten Gebäudehülle. Eine Heizungsunterstützung durch Solarthermie ist im gegenwärtigen Bestand nicht vorhanden und somit auch kein Pufferspeicher. Flächenheizungen sind nicht vorhanden, die Übergabe der Wärme an den Raum erfolgt durch Plattenheizkörper.

3.3.2 Warmwasserbereitung

Trink- und Brauchwasser werden in einem durch das Wandgerät indirekt beheizten Speicher ebenfalls zentral bereitgestellt. Die Trinkwarmwasserverteilung erfolgt mit Zirkulation, ein Komfort, der zwar Kaltwasser spart, aber durch ständige Zirkulation des Warmwassers zwischen Speicher und Übergabestelle zusätzliche Hilfsenergie in Form elektrischen Stromes verbraucht und die Wärmeverluste erhöht. Mit dieser Art Trinkwarmwasserbereitstellung in Kombination mit dem beschriebenen Heizkessel und ohne mechanische Lüftungsanlage, Solarunterstützung ö. ä. stimmt die Anlage im Wesentlichen mit dem Systembeispiel 1 in DIN V 4701-10 Bbl. 1:2007-02 überein.

Hinsichtlich Verteilung besteht die Besonderheit, dass die Verteilungsrohre nicht nach Heizungsanlagenverordnung gedämmt sind, da diese erst 1994 nach dem Einbau der Heizung gültig wurde. Der Dämmstandard der HeizAnlV ist in Anlage 8 dargestellt.

3.4 Heizenergieverbrauch im Ist-Zustand

Nach Angaben des Bauherrn lag der Gasverbrauch innerhalb der vergangenen Heizperioden zwischen jährlich 3500 und 4100 Kubikmetern. Grund für die Unterschiede sind spürbare Abweichungen zwischen den durchschnittlichen winterlichen Außentemperaturen. Als Bezugsgröße dient der durchschnittliche Verbrauch von 3800 m³/a, was knapp 40.000 Kilowattstunden Endenergie entspricht. Über den Stromverbrauch, der aus der Erzeugung, Speicherung und Verteilung der Wärme resultiert, liegen keine Angaben vor. Der Bedarf an Hilfsenergie kann aus dem Heizwärmebedarf errechnet werden.

3.5 Geometrie des Gebäudes

Vorraussetzung für jede Energiebilanz ist die Aufnahme aller Gebäudeflächen, die das beheizte Innenklima vom Außenklima trennen.

Aus den Grundrisszeichnungen, Schnitten und Angaben des Bauherrn, die als Anlage 2 beigefügt sind, lassen sich die Flächen und Volumina ermitteln, die für Berechnungen im Wärmeschutznachweis notwendig sind. An der Westseite schließt sich im Kellergeschoss die Garage und im Erdgeschoss an der Ostseite ein unbeheiztes Vorhaus an. Sie werden in der Flächen- und Volumenvermittlung außer Acht gelassen werden, jedoch als unbeheizte Räume in der Berechnung berücksichtigt. Mit Hilfe von Faltmodellen lassen sich verschiedene geometrische Gebäudeformen nahezu exakt abbilden. Sehr hilfreich ist das bei Gebäuden mit unterschiedlichen Beheizungszonen, bietet sich allerdings auch für das Einfamilienhaus an, welches nur eine beheizte Wohnzone aufweist. Für Untergeschoss, Erdgeschoss sowie für Obergeschoss und Spitzboden wurden solche Modelle mithilfe des Programms DÄMMWERK 2007 erstellt und mit der Flächentabelle als Anlage 3 beigefügt. Das Gebäudevolumen wird stets außenmaßbezogen ermittelt. Abhängig davon sind die Wärmemengen, die durch Lüftung infolge Fensteröffnung und Undichtigkeiten verloren gehen. Aus dem beheizten Außenvolumen Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten ergibt sich eine Gebäudenutzfläche[3] von Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. Sie stellt bei Wohngebäuden die Bezugsgröße für die Nutz-, End- und Primärenergiebilanz dar.

4 Der Wärmedurchgangskoeffizient als Bauteilkenngröße

4.1 Sinn und Zweck des U-Wertes

Der Bauteilaufbau hat großen Einfluss auf das Verhalten von Bauteilen hinsichtlich ihrer Wärmeströme. Der Wärmedurchgangskoeffizient U beschreibt die Wärmeleistung durch ein Bauteil von 1 m² Fläche bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin zwischen den verschiedenen Klimaten. Mithilfe des U-Wertes kann die energetische Qualität von Bauteilen eingeschätzt werden. Er wurde im Zuge der europäischen Normenangleichung eingeführt und bildet in Wärme- und Feuchteschutznachweisen zusammen mit seinem Kehrwert, dem Wärmedurchgangswiderstand R, eine wichtige Größe zur Beurteilung des Mindestwärmeschutzes von Bauteilen. Von dem früheren k-Wert unterscheidet er sich soweit, dass er bei Bauteilen mit Rahmenanteilen den realen Wärmestromverlauf genauer einbezieht. Ansonsten wurde der Wärmedurchgangskoeffizient lediglich von k-Wert in U-Wert umbenannt.

4.2 Berechnung des U-Wertes anhand der Bodenplatte und des Daches

Anhand der Bodenplatte sowie der Dachschräge unterhalb der Kehlbalkenlage soll der Wärmedurchgangskoeffizient U ermittelt werden. Dazu muss zuerst der Wärmedurchgangswiderstand RT berechnet werden aus der Summe des inneren und äußeren Wärmeübergangswiderstandes sowie des Wärmedurchlasswiderstandes der Bauteilschichten, der sich aus der Schichtdicke und der Wärmeleitfähigkeit λ der verwendeten Baustoffe ergibt. Weil die Bodenplatte keinen Kontakt zur Außenluft hat, ist der äußere Übergangswiderstand null.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 4.1: Bodenplattenaufbau von innen

[...]


[1] EnEV 2004 §8 Abs. 1

[2] EnEV 2004 §8 Abs. 3

[3] ; nach EnEV 2004 Anhang 1 Abschnitt 1.3.4

Details

Seiten
124
Jahr
2007
ISBN (eBook)
9783638881050
ISBN (Buch)
9783638932714
Dateigröße
7.3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v81510
Institution / Hochschule
Berufsakademie Sachsen in Dresden
Note
1,8
Schlagworte
Untersuchung Energieeinsparmöglichkeiten Bestandsgebäude

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Titel: Untersuchung von Energieeinsparmöglichkeiten an einem Bestandsgebäude