Umnutzung und Instandsetzung der denkmalgeschützten Feuerwache in Münster
Entwurf der wärme- und feuchtetechnischen Maßnahmen
©2004
Diplomarbeit
114 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Die alte Feuerwache an der Bernhard-Ernst-Straße in Münster ist im Jahre 1929 errichtet und 1980 unter Denkmalschutz gestellt worden. Die alte Feuerwache ist seit 1980 ein eingetragenes Baudenkmal und für die Region ein wichtiges zeithistorisches Wahrzeichen. Der Innenhof verfügt über große Parkplatzfläche. Das Gebäude ist 52 m lang, 24 m breit und 17 m hoch. Der ehemalige Schlauchturm ist 22 m hoch. Die alte Feuerwache bekommt nun eine ganz neue Funktion. Drei der vorhandenen vier Geschosse sollen für exklusive Wohnungen, sogenannte Lofts, vorbehalten werden. Lofts zeichnen sich durch eine offene, großzügige Raumgestaltung aus, sowie durch edle und exklusive Materialwahl der Baustoffe. Diese extravagante Art von Wohnungen befindet sich meistens in alten, nicht mehr genutzten Industrie- und Fabrikhallen.
Es wird versucht, die räumliche Großzügigkeit leerstehender Werksgebäude mit der zeitgemäßen Wohnqualität zu verbinden. Es ist an dieser Stelle hinzuweisen, dass für dieses Erbauungsjahr (1926) einige wichtige Merkmale zu beachten sind, die eine gewünschte Grundrissveränderung verhindern bzw. im großen Maße beeinflussen. Die konstruktive Eigenart der Feuerwache erfordert jeweils spezifische Dämmmaßnahmen. Aufgrund der durch die Dämmmaßnahmen vielfach bewirkten Veränderungen des Erscheinungsbildes und der Konstruktion des Baudenkmals können die für die Neubauten geltenden Anforderungen in aller Regel nur eingeschränkt erfüllt werden. Von den Anforderungen der für Neubauten geltenden Energieeinsparverordnung 2002 können Denkmaleigentümer daher befreit werden. Es ist für den Eigentümer sinnvoll zu prüfen, inwieweit der finanzielle Aufwand den zukünftigen Nutzen der Dämmmaßnahme, auch unter Berücksichtigung einer eventuellen Beeinträchtigung des Denkmals, kompensiert oder gar übersteigt.
In seiner Geschichte kann ein Baudenkmal die vielfältigsten Veränderungen erfahren. Die Nutzung und eine neue Grundrissvorstellung entsprechen mitunter nicht mehr den heutigen Vorstellungen von Wohnen und Arbeiten. Nutzungsänderungen und Modernisierungen ziehen häufig größere Veränderungen am Baudenkmal, etwa Grundrissänderungen nach sich. Auch in diesen Fällen gelten die Grundsätze der Denkmalpflege, nämlich den Charakter und die historische Aussagefähigkeit des Denkmals weitgehend zu erhalten. Da für die thermische Analyse der Feuerwache die Außenhülle eine primäre Bedeutung hat, spielt eine detaillierte Betrachtung der […]
Die alte Feuerwache an der Bernhard-Ernst-Straße in Münster ist im Jahre 1929 errichtet und 1980 unter Denkmalschutz gestellt worden. Die alte Feuerwache ist seit 1980 ein eingetragenes Baudenkmal und für die Region ein wichtiges zeithistorisches Wahrzeichen. Der Innenhof verfügt über große Parkplatzfläche. Das Gebäude ist 52 m lang, 24 m breit und 17 m hoch. Der ehemalige Schlauchturm ist 22 m hoch. Die alte Feuerwache bekommt nun eine ganz neue Funktion. Drei der vorhandenen vier Geschosse sollen für exklusive Wohnungen, sogenannte Lofts, vorbehalten werden. Lofts zeichnen sich durch eine offene, großzügige Raumgestaltung aus, sowie durch edle und exklusive Materialwahl der Baustoffe. Diese extravagante Art von Wohnungen befindet sich meistens in alten, nicht mehr genutzten Industrie- und Fabrikhallen.
Es wird versucht, die räumliche Großzügigkeit leerstehender Werksgebäude mit der zeitgemäßen Wohnqualität zu verbinden. Es ist an dieser Stelle hinzuweisen, dass für dieses Erbauungsjahr (1926) einige wichtige Merkmale zu beachten sind, die eine gewünschte Grundrissveränderung verhindern bzw. im großen Maße beeinflussen. Die konstruktive Eigenart der Feuerwache erfordert jeweils spezifische Dämmmaßnahmen. Aufgrund der durch die Dämmmaßnahmen vielfach bewirkten Veränderungen des Erscheinungsbildes und der Konstruktion des Baudenkmals können die für die Neubauten geltenden Anforderungen in aller Regel nur eingeschränkt erfüllt werden. Von den Anforderungen der für Neubauten geltenden Energieeinsparverordnung 2002 können Denkmaleigentümer daher befreit werden. Es ist für den Eigentümer sinnvoll zu prüfen, inwieweit der finanzielle Aufwand den zukünftigen Nutzen der Dämmmaßnahme, auch unter Berücksichtigung einer eventuellen Beeinträchtigung des Denkmals, kompensiert oder gar übersteigt.
In seiner Geschichte kann ein Baudenkmal die vielfältigsten Veränderungen erfahren. Die Nutzung und eine neue Grundrissvorstellung entsprechen mitunter nicht mehr den heutigen Vorstellungen von Wohnen und Arbeiten. Nutzungsänderungen und Modernisierungen ziehen häufig größere Veränderungen am Baudenkmal, etwa Grundrissänderungen nach sich. Auch in diesen Fällen gelten die Grundsätze der Denkmalpflege, nämlich den Charakter und die historische Aussagefähigkeit des Denkmals weitgehend zu erhalten. Da für die thermische Analyse der Feuerwache die Außenhülle eine primäre Bedeutung hat, spielt eine detaillierte Betrachtung der […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 8030
Mocny, Gregor: Umnutzung und Instandsetzung der denkmalgeschützten Feuerwache in
Münster - Entwurf der wärme- und feuchtetechnischen Maßnahmen
Hamburg: Diplomica GmbH, 2004
Zugl.: Fachhochschule Bochum, Diplomarbeit, 2004
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1
Baubeschreibung ...5
2
Bestandsaufnahme ...7
2.1.1
Konstruktionen ...7
2.1.2
Außenwände ...7
2.1.3
Kellergeschoss...8
2.1.4
Erdgeschoss ...9
2.1.5
1. Obergeschoss ...10
2.1.6
2. Obergeschoss ...10
2.1.7
Dachgeschoss...11
2.1.8
Dachkonstruktion ...11
2.1.9
Treppenhäuser...12
2.1.10
Fenster und Tore...13
2.1.11
Turm...14
2.1.12
Zusammenfassung...15
2.2
Monatsbilanzverfahren ...17
2.2.1
Flächen und Volumina ...19
2.2.2
Klimatische Randbedingungen ...20
2.2.3
Berechnung der U-Werte ...21
2.2.4
Wärmeverluste ...24
2.2.5
Wärmegewinne ...32
2.2.6
Spezifische Wärmespeicherfähigkeit ...41
2.2.7
Bilanzierung ...42
2.2.8
Heizwärmebedarf ...43
2.2.9
Anforderungen ...44
2.2.10
Zusammenfassung...46
2.3
Feuchteschutztechnische Berechnungen ...47
3
Nutzungsänderung...48
3.1
Sanierungsmaßnahmen...53
3.1.1
Kellergeschoss...53
3.1.2
Außenwände ...57
3.1.3
Fassade ...60
3.1.4
Bodenplatte auf Erdreich...61
3.2
Monatsbilanzverfahren nach der Sanierung...61
3.2.1
Berechnung der neuen U-Werte ...61
3.2.2
Wärmeverluste ...65
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3.2.3
Wärmegewinne ...69
3.2.4
Spezifische Wärmespeicherfähigkeit ...77
3.2.5
Bilanzierung ...77
3.2.6
Heizwärmebedarf ...78
3.2.7
Energieaufwandszahl...79
3.2.8
Jahresprimärenergiebedarf ...81
3.2.9
Anforderungen ...81
4
Zusammenfassung und Vergleich ...82
5
Quellen ...88
6
Anlagen ...90
6.1
Fotodokumentation...91
6.2
Zeichnungen ...107
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1
Baubeschreibung
Die alte Feuerwache an der Bernhard-Ernst-Straße in Münster ist im Jahre 1929 errichtet
und 1980 unter Denkmalschutz gestellt worden. Sie liegt in einem Hafengebiet. Seit etwa
1996 erlebt das Hafengebiet in Münster einen starken Umschwung.
Bild 1-a Ansicht Nordost (Vorderfassade)
Dort wo früher traditioneller Hafenbetrieb herrschte und der Handel von
landwirtschaftlichen Erzeugnissen und Baustoffen eine große Bedeutung für Münster
hatte, findet man zunehmend leerstehende Gebäude und brachliegende Grundstücke.
Viele Firmen haben den Standort am Hafen verlassen. Das nutzt man heute für eine
Neustrukturierung des Gebietes. Leerstehende Hallen und Gebäude werden nach neuen
Vorstellungen umgenutzt. Der Bereich, der in einer sehr zentralen Lage von Münster liegt,
hat sich jetzt schon als das Publikumsmagnet erwiesen. Durch die sich in der Nähe
befindenden Gebäude, wie z.B.: die Halle Münsterland, das Cineplex-Kino, die
Stadtwerke, das Stadthaus und das Borchert-Theater, werden jährlich viele Besucher
angezogen.
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Bild 1.b. Ansicht Südwest (Hinterfassade)
Die ,,alte" Feuerwache ist seit 1980 ein eingetragenes Baudenkmal und für die Region ein
wichtiges zeithistorisches Wahrzeichen. Der Innenhof verfügt über große Parkplatzfläche.
Das Gebäude ist 52 m lang, 24 m breit und 17 m hoch. Der ehemalige Schlauchturm ist
22 m hoch.
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Bild 1.c. (unmaßstäblich): Ausrichtung des Gebäudes
2
Bestandsaufnahme
2.1.1 Konstruktionen
2.1.2 Außenwände
Die Außenwände sind eine monolithische Konstruktion aus einschaligem Mauerwerk. Die
Vollziegelsteine sind im märkischen Verband angeordnet. Siehe Bild unten:
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Bild 2-1-2-a Typische Anordnung der Steine im märkischen Verband
Die Mauerwerksfugen sind in einem guten Zustand.
Tabelle 2-1-2-a Schadensbild und mögliche Ursachen:
Nr. Bild Bauteil Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. F-01 Tore Luftspalt
Bestand
2.
F-02
Fallrohr
Fehlender Anschluss Vandalismus oder
unsachgemäß montierte
Bleche
3.
F-03
Wand
Feuchteschäden
Dysfunktion der Entwässerung
4.
F-04
Wand
Feuchteschäden
Dysfunktion der Entwässerung
5.
F-05
Wand
Feuchteschäden
Dysfunktion der Entwässerung
2.1.3 Kellergeschoss
Das Kellergeschoss hat eine Nutzfläche von ca. 650 m². Die Kellerinnen- und
Außenwände bestehen aus Ortbeton. Im Kellerestrich zeichnen sich Risse ab, die darauf
hinweisen, dass im Fundamentbereich Bewegungsabläufe stattgefunden haben können.
Im Verlauf der Risse erkennbare Kalkausblühungen und weiße Kalkränder deuten auf
aufsteigende Feuchte. Eine funktionstüchtige Horizontalsperre ist in den sichtbaren
Bereichen (Innen- und Außenwände) nicht vorhanden. Der hohe Durchfeuchtungsgrad
deutet auch auf eine fehlende bzw. nicht funktionierende Vertikalabdichtung hin.
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Bild 2-1-3-a Decke über Kellergeschoss
Tabelle 2-1-3-a Schadensbild und mögliche Ursachen
Nr.: Foto Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. KG-01
Außenwand Feuchteschäden
mit
Putzabplatzungen
Fehlende Kellerabdichtung
2. KG-02
Innenwand Feuchteschaden
mit
Salzausblühungen
Fehlende Kellerabdichtung
3. KG-03
Außenwand Feuchteschaden Fehlende
Kellerabdichtung
4. KG-04
Innenwand Putzabplatzungen Fehlende
Kellerabdichtung
5. KG-04
Innenwand Putzabplatzungen Fehlende
Kellerabdichtung
2.1.4 Erdgeschoss
Das Erdgeschoss verfügt über 2 große Hallen. ( 600 m² und 300 m²) In einigen Räumen
wurden an den Wänden - besonders im Fußbereich - Durchfeuchtungsschäden an den
inneren Putzflächen festgestellt.
Bild 2-1-4-a Decke über Erdgeschoss
Bild 2-1-4-b Bodenplatte auf Erdreich
Tabelle 2-1-4-a Schadensbild und mögliche Ursachen
Nr.: Bild Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1.
EG-01 Sockel Putzabplatzungen aufsteigende Feuchte aus dem KG
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2.1.5 1. Obergeschoss
Im ersten Obergeschoss, das von den zwei Nebentreppenhäusern und einem mittigen
Treppenhaus zugänglich ist, sind 17 Zimmer zu finden. Es handelte sich um Unterkunfts-,
Wirtschafts-, Verwaltungs- und Werkstatträume, mit ca. 600 m
2
Nutzfläche.
Bild 2-1-5-a Aufbau der Decke über 1.OG
Tabelle 2-1-5-a Schadensbild und mögliche Ursachen:
Nr.: Foto Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. 1OG-1
Fensterbereich
Putzabplatzungen Tauwasser,
Regenwassereintritt
2.1.6 2. Obergeschoss
Das zweite Obergeschoss, das von den zwei Nebentreppenhäusern und einem mittigen
Treppenhaus zugänglich ist, erstreckt sich über eine Gesamtnutzfläche mit ca. 600 m
2
.
Hier sind 14 Räume zu finden. Es handelte sich um Unterkunfts-, Wirtschafts-,
Verwaltungs- und Sporträume.
Bild 2-1-6-a Aufbau der Decke über 2.OG
Tabelle 2-1-6-a Schadensbild und mögliche Ursachen:
Nr.: Foto
Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. 2OG-1 Außenwand Feuchteschaden
mit
Pilzbefall
Tauwasser
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2.1.7 Dachgeschoss
Im Dachgeschoss, das von den zwei Nebentreppenhäusern und einem mittigen
Treppenhaus zugänglich ist, sind 14 Zimmer zu finden. Es handelt sich um Unterkunfts-,
Wirtschafts- und Verwaltungsräume mit ca. 600 m
2
Nutzfläche.
Tabelle 2-1-7-a Schadensbild und mögliche Ursachen
Nr.: Foto Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. DG-01
Außenwand Feuchteschaden
mit
Putzabplatzungen
Tauwasser
2. DG-02
Außenwand Feuchteschaden
mit
Putzabplatzungen
Tauwasser
3. DG-03
Außenwand Feuchteschaden
Tauwasser
2.1.8 Dachkonstruktion
Es sind zwei verschiedene Flachdachkonstruktionen vorhanden. Das Flachdach über
dem Dachgeschoss ist eine nicht belüftete Dachkonstruktion mit 3% Neigung zur
Hofseite. Zur Dacheindeckung wurde an Ort aufgebrachte Klebemasse 2- lagige Bitumen-
Schweißbahn verwendet.
Bild 2-1-8-a Flachdach über Dachgeschoss
Das Flachdach über dem Erdgeschoss ist eine nicht belüftete Dachkonstruktion mit 3%
Neigung zur Hofseite. Zur Dacheindeckung wurde an Ort aufgebrachte Klebemasse 2-
lagige Bitumen-Schweißbahn mit Bekiesung verwendet.
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Bild 2-1-8-b Flachdach über Erdgeschoss mit Bekiesung
Der Außenputz im Bereich der Traufe im Erdgeschoss weist Abplatzungen und
Verfärbungen auf, was auf das Eindringen vom Niederschlagswasser ins Mauerwerk
wegen alter Schäden im Dachbereich zurückzuführen ist. Bei der Dachentwässerung
liegen nur einzelne Teilschäden von Rinnen und Fallrohren vor. Die Dachrinnen an der
Hofseite sind durch Pflanzenbewuchs oder Laub verstopft. Die Fallleitungen an der
Hofseite des Objektes weisen leicht mechanische Beschädigungen auf, deswegen ist an
dieser Stelle die Dachentwässerung nicht vollständig funktionsfähig. Dadurch kommt es
zu zusätzlichen Durchfeuchtungen des Mauerwerks.
2.1.9 Treppenhäuser
Die Treppe ist eine dreiläufige Stahlbetontreppe mit Treppenauge und mittigem
Zwischenpodest. Die Oberfläche der Trittstufen wurde geschliffen und poliert. Es existiert
kein Kantenschutz.
Tabelle 2-1-9-a Schadensbild und mögliche Ursachen
Nr. Foto
Bauteil
Schadensbild
Mögliche
Ursache
1. TPH1-01
Decke
Verfärbungen
und
Feuchteschäden mit
Putzabplatzungen
Kondensatfeuchte
2.
TPH2-01 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
3.
TPH2-02 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
4.
TPH2-03 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
5.
TPH2-04 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
6.
TPH2-05 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
7.
TPH2-06 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
8.
TPH3-01 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
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9.
TPH3-02 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
10.
TPH3-03 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
11.
TPH3-04 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
12.
TPH3-05 Innenwand
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
13.
TPH3-06 Sockelbereich
Siehe Nr.1
Siehe Nr.1
2.1.10 Fenster und Tore
Die Fenster sind im ganzen Gebäude erneuert worden. Sie haben eine Doppelverglasung
und die Fensterrahmen sind aus Kunststoff. Die Funktion der Fenster liegt hauptsächlich
in der Lichtführung für die Innenräume.
Bild 2-1-10-a Außenfenster
Bei den Toren handelt es sich um vierflügelige Schiebetore in oberer und unterer
Führung. Die Tore sind eine Metallkonstruktion mit breiten Drahtglasfüllungen. Die lichten
Maße betragen: Höhe 3,5 m und Breite 3 m.
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Bild 2-1-10-b Tore
Tabelle 2-1-10-a Schadensbild und mögliche Ursachen
Nr.: Bild
Bauteil Schadensbild
Mögliche
Ursache
1
F-01
Tor
Luftspalt in den Toren
Bestand
2.1.11 Turm
Der Turm ist ca. 22 m hoch. Die Außenwände des Turmes sind ca. 62 cm dick und
bestehen aus einschaligem Mauerwerk, dessen Steine ebenfalls im märkischen Verband
angeordnet sind. Im Turm befinden sich 6 Stockwerke, die über eine sehr steile
Stahlgittertreppe zugänglich sind. Die Zwischenpodeste bestehen auch aus Stahlgitter.
Über jedem Stockwerk befinden sich Stahlbetonkonsolen, die einem sehr schlechten
Zustand sind. Aufgrund der Abplatzungen des Betons ist der Bewehrungsstahl sichtbar
und korrodiert. Auf der Westsüdseite des Turmes befinden sich Fensteröffnungen, die
Fensterläden versehen sind.
Bild 2-1-11-a Fenster des Turmes
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Aufgrund der Geometrie und der Lage wird der Turm nach §14 der EnEV als ein
getrenntes Gebäude betrachtet und fließt in die Berechnungen nicht ein.
2.1.12 Zusammenfassung
Die Feuerwache bedarf in Bezug auf die künftige Nutzungsänderung als Wohngebäude
aufgrund der festgestellten Schäden einer Sanierung. Der Kellerbereich hat die größten
Feuchteschäden, was auf ein Fehlen von Vertikal- und Horizontalsperren zurückzuführen
ist. Die Fenster stammen aus der neueren Zeit. Für die ist kein Austausch notwendig. Das
größte Problem in Bezug auf Luftdichtheit und damit verbundenes thermisches Verhalten
des Gebäudes stellen die alten Feuerwehrtore dar. Die müssen unbedingt ausgetauscht
werden. Die beiden Flachdächer sind nach erster Betrachtung in bauphysikalischer Sicht
in Ordnung, d.h. sie bedürfen keiner Sanierungsmaßnahme.
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V E R W E N D E T E S Y M B O L E
A
Fläche
[m²]
c Wärmekapazität
[Ws/kgK]
d
Dicke
[m]
e Anlagenaufwandszahl [-]
F
Temperaturkorrekturfaktor
[-]
g Energiedurchlassgrad [-]
H
Wärmeverluste [W/K]
I Strahlungsintensität
[W/m²]
n
Luftwechselrate
[1/h]
q Wärmestromdichte
[W/m²]
Q
Energiebedarf
,
Wärmegewinne
[kWh]
R
Wärmewiderstand
[m²K/W]
Strahlungsabsorptionsgrad
[-]
Wärmestrom
[W]
U
Wärmedurchgangskoeffizient [W/m²K]
V
Volumen
[m³]
Rohdichte
[kg/m³]
Emissionsgrad [-]
Wärmeleitfähigkeit
[W/mK]
Temperatur
[°C]
oder
[K]
Ausnutzungsgrad
[-]
Zeitkonstante,
Reaktionszeit
[h]
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2.2 Monatsbilanzverfahren
Am 1. Februar 2002 ist die Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und
energiesparende Anlagentechnik (Energieeinsparverordnung - EnEV) in Kraft getreten.
Das Ziel dieser Energieeinsparverordnung ist es, den Heizenergiebedarf von Gebäuden
zu reduzieren und damit den CO
2
- Ausstoß zu verringern. Ein wichtiger Schritt auf dem
Weg hin zu einer effektiven Reduzierung des Energieverbrauchs stellt die Norm
DIN V 4108 "Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden " dar. Speziell der Teil 6
der DIN V 4108 beschreibt die zur Wärmebilanz eines Gebäudes verwendeten Begriffe
sowie das Verfahren zur Berechnung des jährlichen Heizwärme- und des
Heizenergiebedarfs nach DIN
EN
832. Für die spätere Berechnung des
Primärenergiebedarfs (nach der Sanierungsmaßnahme) muss auch die Anlagentechnik
berücksichtigt werden. So findet bei der Bewertung der Gebäudehülle die DIN V 4108-6
und bei der Anlagentechnik die DIN V 4701-10 Anwendung. Die Norm DIN V 4701-10 gilt
für Gebäude mit normalen Innentemperaturen im Sinne der Energieeinsparverordnung,
die baulich und anlagentechnisch den Anforderungen dieser Verordnung genügen. Dies
sind nach der in der EnEV gegebenen Definition solche Gebäude, die nach ihrem
Verwendungszweck auf eine Innentemperatur von 19 [°C] oder mehr und jährlich mehr als
vier Monate beheizt werden. Die Energieeinsparverordnung begrenzt bei Gebäuden mit
normalen Innentemperaturen den Jahresprimärenergiebedarf Q
p
. Zur Bestimmung des
Jahresprimärenergiebedarfs Q
p
müssen der Jahresheizwärmebedarf des Gebäudes
(Heizwärmebedarf Q
h
und Trinkwasserwärmebedarf Q
TW
) und die Aufwandszahl der
Anlagentechnik e
p
bekannt sein. Die Anlagenaufwandszahl e
p
wird nach DIN V 4701-10
ermittelt und beschreibt das Verhältnis der von der Anlagetechnik aufgenommenen
Primärenergie in Relation zu der von ihr abgegebenen Nutzwärme. Die DIN V 4701-10
gibt dem Planer die Möglichkeit, das volle Einsparpotential einer guten Anlagentechnik
darzustellenund auszunutzen. Die niedrigsten Anlagenaufwandszahlen lassen sich durch
den Einsatz von energiesparenden Anlagentechniken, z.B.:
- durch Solaranlagen oder Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
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- durch gute Planung der Anlagentechnik, z.B. indem Rohrleitungslängen so kurz
wie möglich gehalten, oder Komponenten in die beheizte Gebäudehülle gesetzt
werden
- durch Verwendung hocheffizienter Geräte, z.B. gut gedämmte
Trinkwasserspeicher oder Kessel mit einem überdurchschnittlich hohen
Wirkungsgrad erreichen.
Der Jahresheizwärmebedarf wird entweder nach dem Monatsbilanzverfahren der DIN V
4108-6 bestimmt, oder nach einem in der EnEV selbst angegebenen
Heizperiodenbilanzverfahren. Der Trinkwasserwärmebedarf Q"
TW
wird in der EnEV mit
12,5 kWh/(m²) pro Jahr festgelegt. Das untere Bild zeigt im groben das Schema zur
Berechnung des Energiebedarfs:
Als Nachweisverfahren nach der EnEV sind derzeit zwei Verfahren aktuell und anerkannt,
zum einen das:
- vereinfachte Nachweisverfahren (Heizperiodenverfahren)
und zum anderen das
- Monatsbilanzverfahren
bei dem durch Optimierung sämtlicher Gebäudeparameter und durch ganzheitliche
Auswertungen unterschiedlicher anlagetechnischer und baulicher Konzepte
Kosteneinsparungspotentiale bis zu 20% gegenüber dem üblichen Heizperiodenverfahren
(vereinfachter Nachweis) realisiert werden können. Mit dem Monatsbilanzverfahren nach
DIN V 4108-6 lassen sich genaue monatliche Gesamtbilanzen errechnen. Dabei wird im
jeweiligen Monat aus dem Gewinn/Verlust-Verhältnis der Ausnutzungsgrad
der
Gewinne gebildet und daraus der präzise monatliche Heizwärmebedarf ermittelt.
Anschließend werden die positiven monatlichen Heizwärmebedarfswerte addiert und
führen so zu dem Jahresheizwärmebedarf. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen vor
allem in der Möglichkeit einer datallierten Betrachtung folgender Maßnahmen:
- Berücksichtigung des exakten Speichervermögens
- Differenzierte Bewertung der Bauteile, die an unbeheizte Bereiche oder Erdreich
angrenzen
- Berücksichtigung individueller interner Wärmegewinne
- Berücksichtigung individueller Verschattungen
- Berücksichtigung solarer Wärmegewinne opaker Bauteile
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Wohngebäude und andere Gebäude, die dem Aufenthalt von Personen dienen, werden
beheizt, wenn die Außenlufttemperaturen unter behagliche 19 bis 20 °C sinken. Das ist in
unseren Breitengraden im Winter der Fall. Je niedriger die Außentemperaturen sind,
desto mehr muss geheizt werden. Ursache sind die so genannten
Transmissionswärmeverluste. Sie sind direkt proportional zur Temperaturdifferenz
zwischen innen und außen. Eine weitere, wesentliche Rolle spielen die
Lüftungswärmeverluste, die Energie, die benötigt wird, um frische Außenluft auf
Raumtemperatur zu erwärmen.
Die Summe aus dem Transmissions- und Lüftungswärmebedarf ist der Heizwärmebedarf.
Der Heizwärmebedarf ist an sonnigen Tagen geringer. Die sonnenexponierten Fenster
sammeln an diesen Tagen Sonnenenergie und unterstützen damit die Gebäudeheizung.
Der Vorgang folgt dem Treibhauseffekt:
kurzwellige UV-Strahlung von außen kann die transparenten, verglasten Flächen ziemlich
ungehindert passieren, langwellige Wärmestrahlung aus dem Innenraum wird hingegen
zurückgehalten.
Wenn sich viele Personen in einem Gebäude aufhalten, muss man ebenfalls weniger
heizen. Personen, Beleuchtungskörper und elektrische Geräte produzieren
Prozesswärme (Abwärme), die den Heizwärmebedarf verringert. Diese Wärme wird bei
der Berechnung der internen Wärmegewinne berücksichtigt.
2.2.1 Flächen und Volumina
A
W
= Fläche der Außenfenster
A
AW
= Fläche der Außenwände
A
D,EG
= Fläche des Flachdaches über Erdgeschoss
A
D,DG
= Fläche des Flachdaches über Dachgeschoss
A
K
= Fläche gegen unbeheizten Keller
A
G
= Fläche gegen Erdreich
Tabelle 2-2-1-a Flächenberechnung der Außenfenster und Außenwände
Wand A
W
[m²] A
AW
[m²]
A
EG,SW
6
.(3,00.4,20)+2.(1,50.3,50)= 86,10 (4,69 . 52,00)- 86,10 =
157,78
A
EG,SO
5
.(1,30.2,70)+1.(0,89.2,70)= 19,95 (4,69 . 24,02)-19,95 =
92,61
A
EG,NO
10
.(3,00.4,20)=
126,00 (4,69
. 52,00) - 126,00 = 117,88
A
EG,NW
5
.(1,50.2,70)+1.(0,89.1,50)= 21,59 (4,69 . 24,02) - 21,59 = 90,97
A
1.OG,SW
24
.(0,84.1,46)+4.(1,30.1,46)= 37,03 (3,20 . 52,00) - 37,03 = 129,37
A
1.OG,SO
3
.(0,89 . 1,46)=
3,90
(3,20
. 13,34) - 3,90 =
38,79
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Umnutzung und Instandsetzung der denkmalgeschützten Feuerwache in Münster.
Entwurf der wärme- und feuchtetechnischen Maßnahmen.
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A
1.OG,NO
33
. (0,84 . 1,46)=
40,47
(3,20
. 52,00) - 40,47 = 125,93
A
1.OG,NW
3
. (0,89 . 1,46)=
3,90
(3,20
. 13,34) - 3,90 =
38,79
A
2.OG,SW
42
. (0,84.1,46)=
51,50
(3,13
. 52,00) - 51,50 = 111,26
A
2.OG,SO
2
. (1,43.1,46)=
4,18
(3,13
. 13,34) - 4,18 =
37,57
A
2.OG,NO
33
. (0,84.1,46)=
40,47
(3,13
. 52,00) - 40,47 = 122,29
A
2.OG,NW
2
. (1,43.1,46)=
4,18
(3,13
. 13,34) - 4,18 =
37,57
A
DG,SW
31
. (0,84.1,46)=
38,02
(2,68
. 52,00) - 38,02 = 101,34
A
DG,SO
2
. (1,43 . 1,46)=
4,18
(2,68
. 13,34) - 4,18 =
31,57
A
DG,NO
33
. (0,89.1,46)=
40,47
(2,68
. 52,00) - 40,47 = 98,89
A
DG,NW
2
. (1,43 . 1,46)=
4,18
(2,68
. 13,34) - 4,18 =
31,57
526
1364
A
G
= 532 [m²]
A
K
= 737 [m²]
A
D,DG
= 52
. 13,3 = 693 [m²]
A
D,EG
= 2
. (10,7 . 23) = 492 [m²]
Die Summe der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A:
A = A
W
+ A
AW
+ A
G
+ A
K
+ A
D,EG
+ A
D,DG
=526 + 1364 + 532 + 737 + 693 + 492 = 4344 [m²]
Fensterflächenanteil nach § 3 Abs.2 und 4 der EnEV:
f = [A
W
/ (A
W
+ A
AW
)]
. 100% = [526/(526+1364)] . 100% = 27% < 30 %
V
e
= (52
. 24 . 4,69) + (52 . 13,34 . 9,01) = 5853 + 6250 = 12103 [m³]
A
N
= 0,32
. V
e
= 0,32
. 12103 = 3873 [m²]
A
/ V
e
= 3851 / 12103 = 0,3 [1/m]
2.2.2 Klimatische Randbedingungen
Das thermische Verhalten von Räumen und Gebäuden ist nicht allein von der baulichen
Ausführung und Gestaltung abhängig, sondern hängt auch wesentlich von den
außenklimatischen Einflüssen und den Nutzungsbedingungen ab. In de Physik werden
Einflüsse, die von außen auf die Räume des untersuchten Objekts wirken, als
Randbedingung bezeichnet. Einen großen Einfluss hat die Außentemperatur. Wesentlich
weniger Einfluss auf die thermische Berechnung haben die Windgeschwindigkeit und die
Windrichtung, sowie die relative Luftfeuchtigkeit und der Luftdruck.
Die hier zugrunde
gelegte mittlere Innentemperatur von 19°C basiert auf anerkannten Regeln der Technik.
Sie berücksichtigt bereits, dass mehrere Räume über eine längere Zeit nicht beheizt
werden oder bei längerer Abwesenheit deutlich tiefere Temperaturen auftreten können.
Die Klimadaten sind vom Deutschen Wetterdienst ermittelt. Um ein einheitliches
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Anforderungsniveau sicherzustellen sind in dieser Tabelle durchschnittliche Klimadaten
eines mittleren Standortes aufgeführt.
Tabelle 2-2-2-a Klimatische Randbedingungen nach VDI 3807
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
T
M
[d/M] 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
i
[°C]
19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19
e
[°C]
-1,3 0,6 4,1 9,5 12,9 15,7
18,0 18,3
14,4 9,1 4,7 1,3
Strahlungsintensität I
s
[W/m²]
Südwest 44 52 70 140 132 146
153 120
209 69 44 26
Südost 44 52 70 140 132 146
153 120
209 69 44 26
Nordost 14 25 38 89 105 124
128 90 62 35 18 10
Nordwest 14 25 38 89 105 124
128 90 62 35 18 10
Flachdach
33 52 82 190 211 256
255 179
135 75 39 22
2.2.3 Berechnung der U-Werte
Es werden hier die Wärmedurchgangskoeffizienten der bestehenden Außenwände,
Geschossdecken, Kellerdecke sowie des Flachdaches berechnet.
Tabelle 3-2-3-a U-Wertberechnung
Bauteil: Aussenwand
NO
(Vorderwand) EG, 54,5 cm
Schichten
Rohdichte
Dicke d
Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,545
0,96
0,57
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,74
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,35
Tabelle 3-2-3-b U-Wertberechnung
Bauteil: Aussenwand
NO
(Vorderwand) 1.OG, 55,5 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,545
0,96
0,57
Innenputz 1200
0,01
0,35
0,03
Wärmeübergang innen R
si
0,13
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U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,77
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,3
Tabelle 3-2-3-c U-Wertberechnung
Bauteil: Aussenwand
SO
und Aussenwand
NW
(Seitenwände) EG, 49 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,49
0,96
0,51
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,68
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,47
Tabelle 3-2-3-d U-Wertberechnung
Bauteil: Aussenwand
SO
und Aussenwand
NW
(Seitenwände) 1.OG, 50 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,49
0,96
0,51
Innenputz 1200
0,01
0,35
0,03
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,71
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,41
Tabelle 3-2-3-e U-Wertberechnung
Bauteil: Aussenwand
SW
(Hinterwand) EG, 39 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,39
0,96
0,41
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,58
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,72
Tabelle 3-2-3-e U-Wertberechnung
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Bauteil: Aussenwand
SW
(Hinterwand) 1.OG bis DG, 40 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Mauerwerk 2000
0,39
0,96
0,41
Innenputz 1200
0,01
0,35
0,03
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,45
R
T
0,58
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,39
U
1,64
Tabelle 3-2-3-f U-Wertberechnung
Bauteil:
Decke über EG, 1.OG, 2.OG, 16 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,17
Estrich 1800
0,03 0,87
0,03
Stahlbeton 2400
0,12
2,1
0,06
Putz 1200
0,01 0,35
0,03
Wärmeübergang innen R
si
0,17
U
MAX
nach EnEV
0,3
R
T
0,46
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
1,64
U
2,17
Tabelle 3-2-3-g U-Wertberechnung
Bauteil:
Bodenplatte über Erdreich im EG, 32 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,00
Fliesen 2000
0,02 1,0
0,02
Mörtel 1800
0,02 0,87
0,02
Sand 1800
0,03 0,9
0,03
Dichtungsbet
on
2000 0,10
1,6
0,06
Packlage 1800
0,15
0,7
0,21
Wärmeübergang innen R
si
0,17
U
MAX
nach EnEV
0,50
R
T
0,51
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U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
0,51
U
1,96
Tabelle 3-2-3-h U-Wertberechnung
Bauteil:
Beide Flachdächer, 54 cm
Schichten Rohdichte
Dicke Wärmeleitfähigkeit
d/
R
Einheit [kg/m³]
[m] [W/mK]
[m²K/W]
Wärmeübergang außen R
se
0,04
Dämmschicht 100
0,010
0,05
0,2
Bimsbeton 500
0,120
0,12
1
Dämmschicht 100
0,010
0,05
0,2
Bimsbeton 500
0,120
0,12
1
Dämmschicht 100
0,010
0,05
0,2
Stahlbeton 2400
0,250
2,10
0,12
Putz 1200
0,02 0,35
0,06
Wärmeübergang innen R
si
0,13
U
MAX
nach EnEV
0,30
R
T
2,92
U
MAX
nach DIN 4108 Teil 2
0,79
U
0,34
2.2.4 Wärmeverluste
Der Wärmeverlust ist die Wärmemenge, die von der beheizten Zone an die äußere
Umgebung durch Wärmeübertragung oder Lüftung abgegeben wird. Nach DIN EN 832
wird der spezifische Transmissionswärmeverlust als ,,spezifischer Wärmestrom vom
beheizten Raum zur äußeren Umgebung" definiert. Die Summe sämtlicher Bauteilflächen
wird mit den U-Werten multipliziert und um die Temperaturfaktoren korrigiert. Die
pauschalen Temperaturkorrekturfaktoren F sind der DIN V 4108-6 entnommen. Zuerst
werden die absoluten Wärmeverluste mit der Einheit [W/K] errechnet, die später die
Grundlage der monatlichen Berechnung darbieten.
Transmissionswärmeverlust über opake Bauteile
Es werden hier die Transmissionswärmeverluste H
T
infolge Wärmeleitung in den
Bauteilen und Wärmeübergang an den Oberflächen werden ermittelt. Es wird der absolute
Transmissionswärmeverlust der umhüllenden Fläche des beheizten Raumes nach
folgender Formel berechnet:
H
T
= ( F
i
. U
i
. A
i
) + H
WB
+ H
T,FH
*
* der Zuschlag für Flächenheizung entfällt hier
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Tabelle 2-2-4-a Absoluter Transmissionswärmeverlust der Außenwände
Wand A
i
U
i
U
i
. A
i
F
i
U
i
. A
i
. F
xi
Einheit [m²]
[W/(m²K)]
[W/K] [-] [W/K]
A
EG,SW
243,88 1,72 419,47 1 419,47
A
EG,SO
112,56 1,47 165,46 1 165,46
A
EG,NO
243,88 1,35 329,24 1 329,24
A
EG,NW
112,56 1,47 165,46 1 165,46
A
1.OG,SW
166,40 1,64 272,90 1 272,90
A
1.OG,SO
42,69 1,41 60,19 1 60,19
A
1.OG,NO
166,40 1,30 216,32 1 216,32
A
1.OG,NW
42,69 1,41 60,19 1 60,19
A
2.OG,SW
162,76 1,64 266,93 1 266,93
A
2.OG,SO
41,75 1,70 70,98 1 70,96
A
2.OG,NO
162,76 1,49 242,51 1 242,51
A
2.OG,NW
41,75 1,70 70,98 1 70,98
A
DG,SW
139,36 1,64 228,55 1 228,55
A
DG,SO
35,75 1,70 60,78 1 60,78
A
DG,NO
139,36 1,49 242,51 1 207,65
A
DG,NW
35,75 1,70 60,78 1 60,78
Absoluter Transmissionswärmeverlust der Außenwände
2898
Transmissionswärmeverlust über transparente Bauteile
Die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten der Fenster erfolgt mit Hilfe der
Tabellen aus DIN V 4108-4. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Fenster U
W
ist
abhängig vom Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasung U
g
und Rahmen U
f
. Die
Festlegungen zur Abschätzung des U
f
-Wertes trifft die DIN EN ISO 10077-1. Dabei ist für
einen Kunststoffrahmen aus PVC-Profilen mit zwei Hohlkammern ein Wert von 2,0
[W/m²
.K] anzusetzen. Die Werte von U
g
schwanken im Bereich zwischen 3,3 bis 1,0.
Daher wird hier ein mittlerer Wert von 2,2 angenommen. Mit diesen beiden Werten U
f
=2,0
und U
g
= 2,2 erfolgt die Ablesung des U
w
Wertes mit 2,4.
U
W
= U
W
+
U
W
[W/m²
.K]
Der
U
W
(Korrekturwert) ist ebenfalls der DIN V 4108-4 zu entnehmen.
U
W
= 0,1 für Glas, das nicht güteüberwacht wurde
Ablesung aus der Tabelle DIN V 4108-4 mit U
w
= 2,5 [W/m²K]
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2004
- ISBN (eBook)
- 9783832480301
- ISBN (Paperback)
- 9783838680309
- DOI
- 10.3239/9783832480301
- Dateigröße
- 15.4 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Hochschule Bochum – Bauingenieurwesen
- Erscheinungsdatum
- 2004 (Juni)
- Note
- 2,7
- Schlagworte
- sanierung enev physik monatsbilanzverfahren jahresenergiebedarf
