Energetische Sanierung eines heizölbeheizten Einfamilienhauses vor dem Hintergrund der ENEV 2007

Wittkop, Carsten

Energetische Sanierung eines heizölbeheizten Einfamilienhauses vor dem Hintergrund der ENEV 2007

Ein wärmeschutz- und anlagentechnischer Modernisierungsleitfaden

von Carsten Wittkop (Autor:in)

Energiewissenschaften

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
In dieser Arbeit sollen an einem bestehenden Einfamilienhaus wärmeschutztechnische und anlagentechnische Sanierungsmaßnahmen durchgeführt werden. Das Ziel ist die primärenergetische und wirtschaftliche Bewertung des Gebäudes einschließlich seiner Anlagentechnik und der betrachteten Sanierungsvarianten. Zusätzlich sollen die Unterschiede zwischen der bedarfs- und der verbrauchsorientierten Bewertungsweise erläutert werden. Vor dem Hintergrund der Einführung des Energiepasses und dem sich daraus ergebenden Energieberatungsbedarf soll diese Arbeit zudem ein Leitfaden sein. Dieser Leitfaden soll die wichtigsten Themenbereiche der energetischen Gebäudesanierung und bewertung darstellen. Dabei sollen gewählte Themenbereiche ausführlich behandelt und dargestellt werden.
Die EU-Richtlinie EPBD (Directive on Energy Performance of Buildings Richtlinie über Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden), die analog zur deutschen EnEV (Energieeinsparverordnung) auf dem integralen Berechnungsansatz von Gebäudehülle und Anlagentechnik basiert, verlangt von den Mitgliedsstaaten unter anderem die Einführung eines Energieausweises. Die bereits seit 2002 für neue Wohn- und Nichtwohngebäude verpflichtende Erstellung von Energieausweisen wird nun auch für Bestandsgebäude verlangt. Anhand des zu bestimmenden Primärenergiebedarfs für Heizung, Trinkwassererwärmung und Lüftung wird die energetische Qualität eines Gebäudes bewertet. Die Umsetzung dieser EU-Richtlinie in Deutschland erfolgt durch eine Novellierung der bestehenden EnEV zur EnEV 2007.
Der vorliegende Gesetzesentwurf zur EnEV 2007 erlaubt einen Energiebedarfsausweis auf Grundlage eines ingenieurmäßig bestimmten Energiebedarfs sowie eines Energieverbrauchsausweises auf Grundlage des bereinigten Energieverbrauchs des Gebäudes. Nach derzeitiger Planung ist als verpflichtender Starttermin für die Erstellung von Energieausweisen der 1. Januar bzw. der 1. Juli 2008 festgelegt. Ab diesem Termin muss bei Eigentümerwechsel und Neuvermietung von bestehenden Wohngebäuden ein solcher Energieausweis erstellt werden.
Gang der Untersuchung:
Einleitend führt das zweite Kapitel in die Thematik des Wärmeschutzes und der Energieeinsparverordnung mit entsprechenden Unterpunkten ein. Das dritte Kapitel behandelt das zu sanierende Gebäude. Nach einer Erläuterung der Grundlagen des Wärmetransports bei Gebäuden folgt die Bestimmung der grundlegenden Gebäudekennwerte und die Beschreibung der energetische […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Carsten Wittkop

Energetische Sanierung eines heizölbeheizten Einfamilienhauses vor dem Hintergrund

der ENEV 2007

Ein wärmeschutz- und anlagentechnischer Modernisierungsleitfaden

ISBN: 978-3-8366-0533-5

Druck Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2007

Zugl. Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Hamburg, Deutschland,

Diplomarbeit, 2007

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,

insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von

Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der

Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,

bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung

dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen

der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik

Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich

vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des

Urheberrechtes.

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in

diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,

dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei

zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können

Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die

Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine

Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.

http://www.diplom.de, Hamburg 2007

Printed in Germany

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... 4

2 Die Energieeinsparverordnung ... 6

2.1 Gesetzgebung zur Energieeinsparung ... 6

2.2 Aufgaben und Anforderungen des Wärmeschutzes

... 8

2.3 Primärenergetische Bilanzierung ... 12

2.4 Der Energieausweis ... 14

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes ... 20

3.1 Grundlagen des Wärmetransports bei Gebäuden ... 20

3.2.1 Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient ... 20

3.2.2 Wärmeübergangwiderstände ... 22

3.2.3 Wärmedurchlasswiderstand von Luftschichten ... 23

3.2.4 Temperaturverteilung im Bauteil ... 23

3.2 Vorstellung des Gebäudes ... 25

3.3 Sanierung der thermischen Hülle ... 26

3.3.1 Thermische Hüllfläche und volumen

... 26

3.3.2 Vorüberlegung/ Sanierungsplanung ... 27

3.3.3 Sanierung der Einzelbauteile ... 30

3.4 Bilanzierung des Heizwärmebedarfs im Monatsbilanzverfahren ... 32

3.4.1 Spezifischer Wärmeverlust ... 34

3.4.2 Interne und solare Gewinne ... 36

3.4.3 Ausnutzungsgrad interner/solarer Gewinne und Nachtabschaltung ... 37

3.5 Ergebnisse ... 39

4 Sanierung und Bewertung der Anlagentechnik ... 41

4.1 Heizlastberechnung ... 41

4.2 Hydraulische Optimierung mit Optimus ... 45

4.2.1 Istzustand des Verteilungssystems ... 45

4.2.2 Optimierung des Verteilungssystems ... 47

4.3 Wärmeerzeugung ... 57

4.3.1 Wechselbrandkesselkessel ... 57

4.3.2 Niedertemperaturkesselkessel ... 58

4.3.3 Brennwertkessel ... 59

4.3.4 Solarthermische Anlage ... 60

4.3.5 Holzpelletskessel ... 62

4.3.6 Elektrowärmepumpe ... 63

4.4 Bewertung der Anlagentechnik ... 64

4.4.1 Primärenergiebedarf Heizung ... 64

Inhaltsverzeichnis

4.4.2 Primärenergiebedarf Trinkwassererwärmung ... 65

4.5 Ergebnisse der Anlagenbewertung ... 66

5 Vergleich von Bedarf und Verbrauch ...

5.1 Vorbetrachtung ... 69

5.2 Ursachenbetrachtung ... 72

6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ... 74

6.1 Grundlagen ... 74

6.2 Ergebnisse ... 76

7 Zusammenfassung ...

Quellenverzeichnis ...

Bildverzeichnis ... 84

Tabellenverzeichnis ...

Formelzeichen ...

Anhang

1 Gebäudedaten ... A

1.1 Pläne und Ansichten ... A 1

1.2 Thermografieaufnahmen ... A 4

1.3 Geometrische Daten ... A 7

1.4 Bauteilübersicht ... A 9

1.5 Feuchtenachweis, DIN 4108-3 ... A 17

1.6 Wärmebrückennachweis, DIN 4108, Beiblatt 2 ... A 18

1.7 Jahres-Heizwärmebedarf, unsanierter Zustand ... A 19

1.8 Jahres-Heizwärmebedarf, sanierter Zustand ... A 22

2 Anlagendaten ... A 25

2.1 Heizlastberechnung, Einzelräume ... A 25

2.2 Wechselbrandkessel ... A 31

2.2.1 Unsaniertes Gebäude, Wechselbrandkessel

... A 33

2.2.2 Saniertes Gebäude, Wechselbrandkessel ... A 36

2.3 Niedertemperaturkessel ... A 37

2.3.1 Unsaniertes Gebäude, Niedertemperaturkessel ... A 38

2.3.2 Saniertes Gebäude, Niedertemperaturkessel ... A 39

2.4 Brennwertkessel ... A 40

2.4.1 Unsaniertes Gebäude, Brennwertkessel ... A 41

2.4.2 Saniertes Gebäude, Brennwertkessel ... A 42

2.5 Brennwertkessel mit Warmwasser-Solaranlage ... A 43

2.5.1 Unsaniertes Gebäude, Brennwertkessel mit Warmwasser-Solaranlage. A 44

Inhaltsverzeichnis

2.5.2 Saniertes Gebäude, Brennwertkessel mit Warmwasser-Solaranlage .. A 45

2.6 Brennwertkessel mit Warmwasser- und Heizungs-Solaranlage ... A 46

2.6.1 Unsaniertes Geb., Brennwertk. mit Warmw.- und Heizungs-Solaranlage A 47

2.6.2 Saniertes Geb., Brennwertk. mit Warm.- und Heizungs-Solaranlage ... A 48

2.7 Holzpelletskessel ... A 49

2.7.1 Unsaniertes Gebäude, Holzpelletskessel ... A 50

2.7.2 Saniertes Gebäude, Holzpelletskessel ... A 51

2.8 Elektrowärmepumpe ... A 52

2.8.1 Unsanierte Gebäude, Elektrowärmepumpe ... A 53

2.8.2 Saniertes Gebäude, Elektrowärmepumpe ... A 54

2.9 Simulation Solarthermie

... A 55

3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ...

3.1 Unsaniertes Gebäude, mit Anlagenvarianten ... A 57

3.2 BW-Kessel, mit Dämmvarianten ... A 64

3.3 BW-Kessel, mit Dämmvarianten, mit ,,Sowieso-Kosten" ... A 66

1 Einleitung

1 Einleitung

In dieser Arbeit sollen an einem bestehenden Einfamilienhaus wärmeschutztechnische

und anlagentechnische Sanierungsmaßnahmen durchgeführt werden. Das Ziel ist die

primärenergetische und wirtschaftliche Bewertung des Gebäudes einschließlich seiner

Anlagentechnik und der betrachteten Sanierungsvarianten. Zusätzlich sollen die Unter-

schiede zwischen der bedarfs- und der verbrauchsorientierten Bewertungsweise erläutert

werden. Vor dem Hintergrund der Einführung des Energiepasses und dem sich daraus

ergebenden Energieberatungsbedarf soll diese Arbeit zudem ein Leitfaden sein. Dieser

Leitfaden soll die wichtigsten Themenbereiche der energetischen Gebäudesanierung und

bewertung darstellen. Dabei sollen gewählte Themenbereiche ausführlich behandelt und

dargestellt werden.

Die EU-Richtlinie EPBD (Directive on Energy Performance of Buildings Richtlinie über

Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden), die analog zur deutschen EnEV (Energieein-

sparverordnung) auf dem integralen Berechnungsansatz von Gebäudehülle und Anlagen-

technik basiert, verlangt von den Mitgliedsstaaten unter anderem die Einführung eines

Energieausweises [1]. Die bereits seit 2002 für neue Wohn- und Nichtwohngebäude ver-

pflichtende Erstellung von Energieausweisen wird nun auch für Bestandsgebäude ver-

langt. Anhand des zu bestimmenden Primärenergiebedarfs für Heizung, Trinkwasserer-

wärmung und Lüftung wird die energetische Qualität eines Gebäudes bewertet. Die Um-

setzung dieser EU-Richtlinie in Deutschland erfolgt durch eine Novellierung der beste-

henden EnEV zur EnEV 2007 [2]. Der vorliegende Gesetzesentwurf zur EnEV 2007 er-

laubt einen Energiebedarfsausweis auf Grundlage eines ingenieurmäßig bestimmten

Energiebedarfs sowie eines Energieverbrauchsausweises auf Grundlage des bereinigten

Energieverbrauchs des Gebäudes. Nach derzeitiger Planung ist als verpflichtender Start-

termin für die Erstellung von Energieausweisen der 1. Januar bzw. der 1. Juli 2008 festge-

legt. Ab diesem Termin muss bei Eigentümerwechsel und Neuvermietung von bestehen-

den Wohngebäuden ein solcher Energieausweis erstellt werden.

Vorgehensweise

Einleitend führt das zweite Kapitel in die Thematik des Wärmeschutzes und der Energie-

einsparverordnung mit entsprechenden Unterpunkten ein. Das dritte Kapitel behandelt

das zu sanierende Gebäude. Nach einer Erläuterung der Grundlagen des Wärmetrans-

ports bei Gebäuden folgt die Bestimmung der grundlegenden Gebäudekennwerte und die

Beschreibung der energetische Sanierung der Gebäudehülle mit marktüblichen Dämm-

maßnahmen. Die Gebäudebilanzierung im Monatsbilanzverfahren zur Ermittlung des

Heizwärmebedarfs auf Basis der DIN 4108-6 schließt mit einer Ergebnisdarstellung für

das unsanierte und sanierte Gebäude ab [3]. In Kapitel 4 wird basierend auf einer Heiz-

1 Einleitung

lastberechnung nach der überarbeiteten DIN EN 12831 eine Optimierung des bestehen-

den Wärmeverteilungssystems vorgenommen. Es folgt die Vorstellung der gewählten

Heizungsanlagenvarianten einschließlich einer primärenergetischen Bewertung anhand

der DIN 4701-10/ -12 [4, 5]. Kapitel 5 gibt mittels der Ergebnisse aus der Verbrauchsbe-

wertung eine Erläuterung zwischen der bedarfs- und verbrauchsorientierten Bewertungs-

weise. Es folgt eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Modernisierungsvarianten anhand

der Methode des annuitätischen Gewinns bzw. des äquivalenten Energiepreises in

Kapitel 6.

2 Die Energieeinsparverordnung

2 Die Energieeinsparverordnung

2.1 Gesetzgebung zur Energieeinsparung

Bis zum Beginn der Energiepreiskrisen in den 70er Jahren wurde in der DIN 4108 ledig-

lich ein hygienisch bedingter Mindestwärmeschutz verlangt, um unter anderem Bauschä-

den aufgrund bauphysikalischer Vorgänge zu vermeiden (vgl. Kap. 2.2). Erst das Gesetz

zur Einsparung von Energie in Gebäuden (Energieeinsparungsgesetz EnEG) von 1976

forderte einen ,,energiesparenden Wärmeschutz" bei neu zu errichtenden Gebäuden und

Anforderungen an Heizungs- und raumlufttechnische Anlagen und Brauchwasseranlagen

und deren Betrieb (Bild 2.1), [6].

Bild 2.1 Gesetzgebung zur Energieeinsparung [7]

Auf Grundlage dieses Energieeinsparungsgesetzes traten 1977 die erste Wärmeschutz-

verordnung und 1978 die erste Heizungsanlagenverordnung in Kraft. Die Anforderung der

Wärmeschutzverordnung von 1977 beschränkte sich auf die Einhaltung von Mindestwer-

ten für den Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle; die Heizungsanlagenver-

ordnung definierte Anforderungen zur Energieeinsparung bei Heizungsanlagen, Brauch-

wasseranlagen und Rohrleitungen [8]. Mit Novellierung der Wärmeschutzverordnung im

Jahr 1982 blieb das Beurteilungsverfahren erhalten, lediglich die Grenzwerte wurden ver-

schärft [9].

Eine wesentliche Neuerung brachte die Novellierung der Wärmeschutzverordnung mit

sich, die im Jahr 1995 in Kraft trat [10]. Der Jahresheizwärmebedarf Q

wurde als Nach-

weisgröße eingeführt. Zusätzlich zum Transmissionswärmebedarf Q

wurde der Lüf-

tungswärmebedarf Q

in die Betrachtung der Verluste eines Gebäudes mit einbezogen.

Die erzielbaren solaren und internen Wärmegewinne Q

und Q

gehen in die Jahresbilanz

des Energiebedarfs eines Gebäudes mit ein (vgl. Bild 2.4 u. 3.7).

Erst mit der Einführung der EnEV (Energieeinsparverordnung) im Jahr 2002 erfolgte eine

Zusammenführung der Wärmeschutzverordnung mit der Heizungsanlagenverordnung.

2 Die Energieeinsparverordnung

Eine ganzheitlichere Betrachtung des Energiebedarfs eines Gebäudes für Beheizung und

Trinkwassererwärmung ist damit gegeben. Zusätzlich wurde für die Energieerzeugung der

Bezug auf den Primärenergiebedarf

eingeführt. Zur Umsetzung der EnEV wurde in

dieser auf ein umfangreiches Normenwerk verwiesen. Dabei deckt die DIN EN 832 ,,Wär-

metechnisches Verhalten von Gebäuden Berechnung des Heizenergiebedarfs Wohn-

gebäude" und die DIN 41086 ,,Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil

6: Berechnung des Jahresheizwärme- und Jahresheizenergiebedarfs" die Gebäudeseite

ab. Die Anlagentechnische Seite wird durch die DIN 470110 ,,Energetische Bewertung

heiz- und raumlufttechnischer Anlagen, Teil 10: Heizung, Trinkwasser, Lüftung" erfasst

(Bild 2.2). Ende 2004 trat eine Novelle der EnEV in Kraft, die jedoch vor allem redaktionel-

le Änderungen und Verweise auf neue Normen mit sich brachte. Für den Gebäudebe-

stand werden in der EnEV lediglich Anforderungen bei der Änderung von Gebäuden ge-

stellt (vgl. Kap. 2.2). In begrenztem Umfang werden auch Nachrüstungsverpflichtungen

genannt.

Hauptgegenstand der zukünftigen EnEV 2007 ist die Einführung von Energieausweisen

für bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude. Hierzu wird für die Bilanzierung von Nicht-

wohngebäuden die neue DIN V 18599 in Bezug genommen. Die bisherige Berechnungs-

methodik und das Anforderungsniveau an die energetische Qualität von neuen Wohnge-

bäuden bleiben jedoch unverändert. Eine in Fachkreisen erwartete EnEV 2008 würde

eine Verringerung des Primärenergiebedarfs und eine Verbesserung des baulichen Wär-

meschutzes bei Modernisierung und Neubau um 20 30 % verlangen. Das Wärme-

schutzniveau eines Neubaus entspräche dem eines RAL-Niedrigenergiehauses (Tab.2.2).

Bild 2.2 Entwicklung zur Energieeinsparverordnung [11]

2 Die Energieeinsparverordnung

2.2 Aufgaben und Anforderungen des Wärmeschutzes

Aufgaben des Wärmeschutzes

Der Wärmeschutz von Gebäuden ist sowohl für die Verminderung von winterlichen Wär-

meverlusten und der damit verbundenen Heizkosten als auch für die Vermeidung som-

merlicher Überhitzungen notwendig. Der bauliche Wärmeschutz wird durch die Gebäude-

geometrie als Kennwert des Verhältnisses aus wärmeübertragender Hüllfläche A und dem

Gebäudevolumen V

(vgl. Bild 3.6) und durch die bautechnische Ausführung der das be-

heizte Gebäude umschließenden Flächen bestimmt. Ein ausreichend bemessener winter-

licher Wärmeschutz hat folgende günstige Auswirkungen auf die Nutzungsqualität und die

Erhaltung eines Gebäudes:

· Verringerung des Energiebedarfs für die Beheizung, Senkung der Heizenergiekos-

ten und damit Ressourcen- und Umweltschonung.

· Gewährleistung eines behaglichen Raumklimas aufgrund der höheren inneren

Oberflächentemperaturen der Außenbauteile ( vgl. Bild 2.3 u. 3.3). Hierbei ermög-

licht ein ausreichender Wärmeschutz verhältnismäßig niedrige und für die Ge-

sundheit vorteilhafte Lufttemperaturen.

Bild 2.3 Diagramm thermische Behaglichkeit [12]

· Bei entsprechender Planung und Ausführung nach den Regeln der Technik Ver-

meidung der Bildung von Oberflächenkondensat und unzulässig hohem Tauwas-

serausfall in den Außenbauteilen; dies ist häufig die Ursache von Schimmel- und

Schwammbildung und einer von innen ausgehenden Bauteilzerstörung. Daneben

führt eine Bauteildurchfeuchtung zu einer erheblichen Minderung des Wärme-

durchgangswiderstands und somit zu einem Selbstverstärkungseffekt der Durch-

feuchtung und einem erhöhten Heizenergieverbrauch.

2 Die Energieeinsparverordnung

· In Verbindung mit anderen baulichen Maßnahmen wie unter anderem durch Be-

grenzung des Sonneneintragskennwerts und Einsatz der Innenbauteile als spei-

cherfähige Massen die Verringerung der Wahrscheinlichkeit sommerlicher Über-

hitzungen.

· Im Allgemeinen Vermeidung des Einsatzes von Anlagen zur Raumluftkonditionie-

rung in Verbindung mit dem sommerlichen Sonnenschutz [13].

Mindestanforderungen an den Wärmeschutz

Mindestanforderungen an den Wärmedurchlasswiderstand R

der Außenbauteile (vgl.

Tab. 2.1 u. Bild 3.1) und an den Wärmeschutz im Bereich von Wärmebrücken sowie An-

forderungen an die Luftdichtheit sind in der DIN 4108-2 ,,Wärmeschutz und Energie-

Einsparung in Gebäuden" aufgeführt [14]. Sie sollen hinsichtlich des winterlichen Wärme-

schutzes ein hygienisches Raumklima sowie einen dauerhaften Schutz der Baukonstruk-

tion gegen klimabedingte Feuchteeinwirkungen und deren Folgeschäden sicherstellen.

Bezüglich des sommerlichen Wärmeschutzes soll ohne den Einsatz von Klimaanlagen

eine Überwärmung durch eingestrahlte Sonnenenergie vermieden werden. Zusätzlich gibt

die Norm wärmeschutztechnische Hinweise für die Planung und Ausführung von Hoch-

bauten mit normalen Innentemperaturen; dieser Teil besitzt lediglich einen empfehlenden

Charakter.

Tab. 2.1 Mindestwerte von Wärmedurchlasswiderständen, DIN 4108-3 [13]

2 Die Energieeinsparverordnung

Abweichend von Tabelle 2.1 gilt für leichte Bauteile mit einer flächenbezogenen Gesamt-

masse unter 100 kg/m

ein erhöhter Wärmedurchlasswiderstand von R 1,75 m

·K/W statt

R 1,2 m

·K/W. Dieser bezieht sich bei Rahmenbauweise auf den Gefachbereich; für das

gesamte Bauteil ist R 1,0 m

·K/W einzuhalten. Am in dieser Arbeit untersuchten Gebäude

betrifft dies die oberste Geschossdecke und die Außenwände für den unsanierten Zu-

stand; beide Bauteile erfüllen die genannte Anforderung (vgl. A 9 A 16). Die Bauteile

Kellerdecke, Rolladenkasten, Klappe der Dachbodentreppe und drei Bauteile des im Kel-

lergeschoss liegenden Treppenhauses erfüllen die Anforderungen nach Tabelle 2.1 nicht

(vgl. A 9 A 16). Das Treppenhaus ist nach damaligen Vorgaben nicht als beheizter Be-

reich und somit ohne Wärmedämmung geplant worden. Für die aktuelle Bewertung des

Gebäudes ist es jedoch in die Berechnung mit einzubeziehen (vgl. Kap. 3.3.1).

Anforderungsniveaus

Neben den oben genannten Mindestanforderungen an den Wärmeschutz mit der Vorgabe

von Mindestwerten für den Wärmedurchlasswiderstand R von Bauteilen gibt Tabelle 2.2

Anforderungs- und Richtwerte in Form maximaler Werte des Wärmedurchgangskoeffi-

zienten U wieder (vgl. Bild 3.1).

Dabei sind die Anforderungswerte der EnEV für Umbau und Sanierung von Gebäuden

aufgeführt. Diese Werte müssen nach § 8 der EnEV bei erstmaligem Einbau, Ersatz und

Erneuerung von Bauteilen eingehalten werden. Ausgenommen sind kleinflächige Moder-

nisierungen mit weniger als 20 % einer zusammenhängenden und gleich ausgerichteten

Bauteilfläche. Der jeweils kleinere, strengere Wert bezieht sich hierbei auf die Außen- und

der größere auf die Innendämmung. Nur bei ,,Dächern, Dachschrägen" gilt der kleinere

Wert für Flächdächer. Im Vergleich zur Wärmeschutzverordnung 1995 zeigt sich lediglich

eine geringe Verschärfung der Anforderungen.

Bauteile

WSVO 1977

WSVO 1995,

bei Sanierung

EnEV 2004,

bei Sanierung

RAL-Niedrig-

energiehaus

Passiv-

haus

Außenwände an

Außenluft

ca. 1,00

0,40 / 0,50

0,35 / 0,45

0,20 0,30

0,08 0,15

Außenwände an

Erdreich

0,90

0,50

0,40 / 0,50

0,30

0,15

Dächer, Dach-

schrägen

0,45

0,30

0,25 / 0,30

0,15

0,06 0,15

Decken unter nicht

ausgeb. Dachräumen

0,45

0,30

0,15

Kellerdecken u. Decken

gegen unbeh. Räume

0,80

0,50

0,40 / 0,50

0,25

0,10 0,15

Wände gegen unbe-

heizte Räume

0,80

0,50

0,40 / 0,50

0,35

0,15

Fenster

1,90 3,50

1,8

1,7

1,30

0,8

Tab. 2.2 Anforderungs- und Richtwerte Wärmedurchgangskoeffizient

2 Die Energieeinsparverordnung

)

max

)

max

Weiterhin sind die Anforderungswerte der Wärmeschutzverordnung von 1977 sowie die

Richtwerte des RAL-Niedrigenergiehauses, bei dem der Transmissionswärmeverlust

30 % unter dem Niveau der EnEV liegt, und des Passivhauses aufgeführt [11, 15].

Für den Neubau nach der EnEV gilt hingegen als Hauptforderung die Begrenzung des

Primärenergiebedarfs q

(vgl. Gl. 2.4). Da jedoch der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung

oder von überwiegend erneuerbaren Energieträgern eine primärenergetisch sehr günstig

bewertete Anlagentechnik zur Folge hat, ließe sich rechnerisch das Wärmeschutzniveau

der Wärmeschutzverordnung von 1995 unter Einhaltung oben genannter Hauptforderung

unterschreiten. Daher verlangt die EnEV als Nebenforderung die Begrenzung des spezifi-

schen Transmissionswärmeverlusts H

'. Dieser ergibt sich aus der Summe der Transmis-

sionswärmeverluste der Außenbauteile geteilt durch die wärmeübertragende Umfas-

sungsfläche A des Gebäudes; er entspricht physikalisch einem mittleren Wärmedurch-

gangskoeffizienten der Gebäudehülle:

(2.1)

Die Höhe des Anforderungswertes der EnEV ist abhängig vom Verhältnis aus wärmeüber-

tragender Umfassungsfläche A und umschlossenen beheizten Gebäudevolumen V

(vgl.

Bild 3.6):

(2.2)

bzw. für Nichtwohngebäude, Fensterflächenanteil 30 %

(2.3)

Bild 2.3 zeigt den Verlauf des spezifischen Transmissionswärmeverlusts für Wohn- und

Nichtwohngebäude mit einem Flächenanteil der Fenster 30 % und für Nichtwohngebäu-

de mit einem Fensterflächenanteil 30 %. Hierbei müssen Gebäude mit einem ungünsti-

gen Kompaktheitsgrad ein entsprechend hohes Wärmeschutzniveau nachweisen.

Bild 2.4 Zulässiger Transmissionswärmeverlust [7]

2 Die Energieeinsparverordnung

)

(

)

(

2.3 Primärenergetische Bilanzierung

Ermittlung des Primärenergiebedarfs

Die EnEV bezieht neben dem Energiebedarf des Gebäudes die Effizienz der installierten

Anlagentechnik als auch die vorgelagerten Prozessketten mit in ihre Bilanzgrenze ein. Der

Primärenergiebedarf q

in kWh/(m² a) ergibt sich aus dem Heiz- und Trinkwasserwärme-

bedarf q

und q

, den Verlustarten der Anlagentechnik durch Erzeugung, Speicherung,

Verteilung und Übergabe q

g,s,d,ce

sowie den Verlusten, die bei Förderung, Aufbereitung und

Transport in den vorgelagerten Prozessketten entstehen. Diese werden mittels des Pri-

märenergiefaktors f

berücksichtigt. Die Gesamteffizienz des Systems aus Anlagentechnik

und energetischem Aufwand zur Bereitstellung der Energieträger beschreibt die Anlagen-

aufwandszahl e

; sie kann als Kehrwert eines Wirkungsgrades interpretiert werden. Je

kleiner sie ist, desto günstiger ist die primärenergetische Bewertung. Die Gleichungen 2.4

bzw. 2.5 und Bild 2.5 zeigen den genannten Zusammenhang.

(2.4)

bzw.

(2.5)

Bild 2.5 Energiebedarfsermittlung [11]

Begrenzung des Primärenergiebedarfs

Die oben genannte Bilanzierungsmethodik der EnEV gilt für den Gebäudebestand sowie

für den Neubau. Beim Neubau ist der maximal zulässige Jahres-Primärenergiebedarf q

der der Nachweisgröße Q

´´ der EnEV entspricht, gesetzlich vorgeschrieben. Neben einer

privilegierten Behandlung für Wohngebäude mit überwiegend elektrischer Trinkwarmwas-

2 Die Energieeinsparverordnung

)

100

(

2600

serbereitung ist die Haupteinflussgröße der Kompaktheitsgrad A/V

. Hierbei erlaubt ein

energetisch ungünstiger Kompaktheitsgrad einen höheren zulässigen Primärenergiebe-

darf; bei der Anforderung an den spezifischen Transmissionswärmeverlust ist der Zu-

sammenhang jedoch gegenläufig (vgl. Bild 2.4). Gleichungen 2.6 / 2.7 und Bild 2.6 stellen

den Zusammenhang dar.

(2.6)

bzw.

(2.7)

Bild 2.6 Zulässiger Primärenergiebedarf [7]

Kompensationsprinzip

Die Gleichung 2.5 zur Berechnung des Primärenergiebedarfs q

und Bild 2.7 verdeutli-

chen das Kompensationsprinzip der EnEV zwischen der Anlageneffizienz und der energe-

tischen Gebäudequalität. Neben dem fest vorgegebenen Trinkwasserwärmebedarf q

mit

12,5 kWh/(m

·a) ist der Anlagenteil durch die Anlagenaufwandszahl e

und der Gebäudeteil

durch den Heizwärmebedarf q

ausgedrückt, variabel, wobei das Mindestwärmeschutzni-

veau nach Bild 2.4 einzuhalten ist. Somit stehen die

· bautechnischen

Maßnahmen

· Auswahl und Kombination von Heizsystemen

· Auswahl der Energieträger

als Faktoren für die Neubauplanung sowie bei der Altbausanierung in primärenergetischer

sowie kostenmäßiger Konkurrenz zueinander.

2 Die Energieeinsparverordnung

Bild 2.7 Kompensationsmöglichkeiten [11]

2.4 Der Energieausweis

Voraussetzungen

Im Januar 2003 trat die EPBD (Directive on Energy Performance of Buildings Richtlinie

über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden) in Kraft. Die EPBD geht über den stark

auf den Neubau konzentrierten Ansatz der EnEV hinaus und fordert unter anderem die

Ausstellung von Energieausweisen auch für bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude

im Falle von Eigentümerwechsel, Vermietung und Vererbung. Ferner fordert sie eine ge-

samtenergetische Bilanzierung des Gebäudes unter Berücksichtigung nicht nur der Wär-

meerzeugung, sondern auch der Kühlung und Beleuchtung.

Nach der zukünftigen EnEV 2007 wird die derzeitige Bilanzierung nach der EnEV für

Wohngebäude mit den Bereichen Baukörper, Heizung, Trinkwarmwassererwärmung und

Lüftung um den Bereich Kühlung mit fest installierten Klimaanlagen erweitert; die einge-

baute Beleuchtung bleibt jedoch unberücksichtigt. Bild 2.8 zeigt die bisherigen Bereiche

mit zugeordneten Normen.

2 Die Energieeinsparverordnung

Bild 2.8 EnEV-Bilanzierung [16]

Für bestehende und neue Nichtwohngebäude erfolgt die Bilanzierung des Jahres-

Primärenergiebedarfs zukünftig anhand der neuen DIN V 18599 unter zusätzlicher Be-

rücksichtigung der Anteile für Kühlung und eingebauter Beleuchtung. Die Norm hat zehn

Teile, die über Verweise miteinander verknüpft sind (Bild 2.9).

Bild 2.9 Bilanzierung nach DIN V 18599 [16]

Neben Neubauten bzw. An- oder Ausbauten, bei denen der Energieausweis auf Grundla-

ge eines ingenieurmäßig berechneten Energiebedarfs ausgestellt wird, erlaubt die EnEV

2007 für Bestandgebäude eine Wahlfreiheit zwischen Bedarfs- und Verbrauchsausweis.

Der Verbrauchsausweis basiert auf dem gemessenen, witterungsbereinigten Energie-

verbrauch von mindestens drei aufeinander folgenden Abrechnungsperioden. Eine Aus-

nahme sind Wohngebäude mit gestelltem Bauantrag vor dem 01.11.1977 mit bis zu vier

Wohnungen. Hier ist der Bedarfsausweis verpflichtend, es sei denn, das Gebäude erfüllt

2 Die Energieeinsparverordnung

die Anforderungen der Wärmeschutzverordnung 1977. Für das in dieser Arbeit untersuch-

te Gebäude treffen beide Kriterien zu, so dass die Erstellung eines Bedarfs- oder eines

Verbrauchsausweises zulässig ist.

Mit der voraussichtlichen Verabschiedung der EnEV 2007 im Herbst dieses Jahres wird

die Ausstellung von Energieausweisen ab 1. Januar 2008 für Wohngebäude vor Baujahr

1965 und ab 1. Juli 2008 für alle Wohngebäude bei Eigentümer- oder Mieterwechsel zur

Pflicht. Nichtwohngebäude betrifft dies erst ab Januar 2009.

DENA-Energieausweis

Im Herbst 2003 startete die DENA (Deutsche Energie Agentur) einen Feldversuch mit

über 4000 ausgestellten Energieausweisen für Wohngebäude verschiedener Typen und

Altersklassen. Ziel war, das Konzept ,,Energieausweis" am Markt zu testen und die ge-

wonnenen Praxiserfahrungen hinsichtlich Bewertungsverfahren und Marktakzeptanz bei

der Umsetzung der EU-Richtlinie EPBD einfließen zu lassen (Bild 2.10).

Bild 2.10 DENA-Energieausweis [17]

2 Die Energieeinsparverordnung

Die im Feldversuch erstellten Energieausweise waren ausschließlich Bedarfsausweise mit

zusätzlicher Angabe des Energieverbrauchs. Unter Verwendung der DENA-Broschüre

,,Energetische Bewertung von Bestandsgebäuden" kam ein ausführliches und ein Kurzver-

fahren zur Datenerhebung und Berechnung zur Anwendung [18]. Beide Verfahren sind,

geringfügig verändert, heute Berechnungsgrundlage der EnEV 2007. Für diese Arbeit wird

das ausführliche Verfahren verwendet; Tabelle 2.3 zeigt entsprechende Anforderungen.

Tab. 2.3 Verfahren Energieausweiserstellung [18]

Status Quo des Gebäudebestands

In Deutschland gibt es nach statistischen Daten aus 2003 etwa 17,3 Millionen Wohn- und

1,5 Millionen beheizte Nichtwohngebäude, die einen Energieausweis benötigen (Bild

2.11). Mit 10,63 Millionen Einheiten beträgt der Anteil der Einfamilienhäuser mehr als die

Hälfte der Wohngebäude [19]. Da dieser Gebäudetyp überwiegend vom Eigentümer

selbst genutzt wird, ist die Erstellung eines Energieausweises erst bei Eigentümerwechsel

verpflichtend. Den meisten anderen Wohngebäudetypen ist zumindest eine teilweise

Fremdnutzung zu unterstellen, so dass im Falle einer Neuvermietung ein Energieausweis

vom Nachmieter verlangt werden kann.

2 Die Energieeinsparverordnung

Bild 2.11 Typenstruktur des Gebäudebestands [19]

Bild 2.12 zeigt die Anzahl der jährlich zu erstellenden Energieausweise für Wohn- und

Nichtwohngebäude unter der Voraussetzung eines gemeinsamen Starttermins Anfang

2006 und einer Gültigkeitsdauer von 10 Jahren. Durch die Verschiebung des Termins auf

Anfang und Mitte 2008 für Wohngebäude und Anfang 2009 für Nichtwohngebäude wird

der reale Verlauf der Kurve voraussichtlich etwas flacher ausfallen.

Bild 2.12 Jährlich zu erstellende Energieausweise [20]

2 Die Energieeinsparverordnung

Den typischen Jahres-Heizwärmebedarf von Gebäuden verschiedener Altersklassen zeigt

Bild 2.13. Hier wird deutlich, dass die vor der 2. Wärmeschutzverordnung 1985 erstellten

Gebäude einen 2 bis 3-fach höheren Heizwärmebedarf gegenüber dem heutigen Niveau

aufweisen.

Bild 2.13 Typischer Jahres-Heizwärmebedarf nach Baujahr [21]

Eine weitere Differenzierung gibt Bild 2.14. Bezogen auf das Jahr 2010 werden die vor

1985 erstellten Wohngebäude mit einem Flächenanteil von etwa 80 % einen Heizenergie-

verbrauch von 94 % verursachen. Daneben ist von den rund 15 Millionen Heizungsanla-

gen fast ein Drittel älter als 15 Jahre. Somit bietet die Modernisierung dieses Bestandes

ein erheblich größeres Potenzial zur Energieeinsparung als der Neubaubereich.

Bild 2.14 Altersstruktur, Flächenanteile und Anteil Heizenergieverbrauch [21]

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

...

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

Nach einer Erläuterung der Wärmetransportmechanismen bei Gebäuden folgt eine kurze

Beschreibung des zu sanierenden Gebäudes. Es schließt die Bestimmung des spezifi-

schen Wärmeverlustes für den unsanierten und sanierten Gebäudezustand und die Be-

schreibung der geplanten Sanierungsmaßnahmen an. Danach erfolgt die Beschreibung

des Monatsbilanzverfahrens zur Berechnung des Jahres-Heizwärmebedarfs. Die an-

schließende Ergebnisdarstellung zeigt die wichtigsten Berechnungsdaten und Unter-

schiede für das unsanierte und sanierte Gebäude.

3.1 Grundlagen des Wärmetransports bei Gebäuden

Bei Gebäuden findet in der Heizperiode ein Wärmetransport überwiegend von innen nach

außen und außerhalb der Heizperiode von außen nach innen statt. Es handelt sich dabei

um instationäre Vorgänge, deren Berechnung anhand des Differenzenverfahrens sehr

aufwändig ist. Für Wohngebäude üblicher Nutzung, bei denen die Wärmetransportvor-

gänge relativ langsam ablaufen, ist die Darstellung mittels stationärer mathematischer

Modelle ausreichend. Der Wärmetransport erfolgt durch die drei Mechanismen:

· Wärmeleitung in festen Stoffen und unbewegten Gasen und Flüssigkeiten

· Wärmekonvektion in Gasen und Flüssigkeiten

· Wärmestrahlung

[13].

3.2.1 Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient

Das Verfahren zur Berechnung des Wärmedurchlasswiderstandes und Wärmedurch-

gangskoeffizienten von Bauteilen ist in der DIN EN ISO 6946 festgelegt [22]. Es gilt für

Bauteile aus thermisch homogenen Schichten einschließlich enthaltener Luftschichten

und gibt ein Näherungsverfahren für inhomogene Schichten an, bei dem gegenüber der

bisherigen Berechnung nach DIN 4108-5 eine höhere Genauigkeit erreicht wird. Inhomo-

gene Schichten kommen unter anderem bei Dachaufbauten und Fertigbauteilen vor.

Homogene Schichten

Der Wärmedurchgangskoeffizient U bzw. der Wärmedurchgangswiderstand R

für Bautei-

le aus homogenen Schichten (Bild 3.1) berechnet sich nach

(3.1)

mit

(3.2)

mit

(3.3)

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

...

mit

innerer

Wärmeübergangswiderstand

Bemessungswerte des Wärmedurchlasswiderstands jeder Schicht

äußerer Wärmeübergangswiderstand

die Dicke einer Schicht im Bauteil

der Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit des Stoffes.

Bild 3.1 U-Wert-Ermittlung, homogene Schichten [13]

Inhomogene Schichten

Hierbei wird die Querleitung des Wärmestromes innerhalb der inhomogen aufgebauten

Schicht (Bild 3.2) durch zusätzliche Bildung eines unteren Grenzwertes R

'' berücksich-

tigt, indem die flächenbezogenen Mittelwerte der Wärmedurchlasswiderstände aller inho-

mogenen Schichten addiert werden. Der Wärmedurchgangswiderstand R

eines Bauteiles

aus thermisch homogenen und inhomogenen Schichten parallel zur Oberfläche wird als

arithmetischer Mittelwert des oberen und unteren Grenzwertes des Wärmedurchgangswi-

derstandes berechnet:

(3.4)

Oberer Grenzwert

(3.5)

mit

Wärmedurchgangswiderstände von Bereich zu Bereich für jeden Abschnitt,

berechnet nach Gleichung 3.2

die Teilflächen jedes Abschnittes

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

...

Unterer Grenzwert

Es wird ein Wärmedurchlasswiderstand Rj für jede thermisch inhomogene Schicht nach

folgender Gleichung berechnet:

(3.6)

Der untere Grenzwert R

'' wird nach Gleichung 3.2 bestimmt:

(3.7)

Bild 3.2 Abschnitte und Schichten eines inhomogenen Bauteils [22]

3.2.2 Wärmeübergangswiderstände

Für ebene Oberflächen ergibt sich der Wärmeübergangswiderstand R

näherungsweise

nach:

(3.8)

mit

Wärmeübergangskoeffizient

durch

Konvektion

Wärmeübergangskoeffizient

durch

Strahlung

Die gleiche Gewichtung beider Wärmeübergangskoeffizienten in Gleichung 3.8 beruht auf

der Annahme, dass die innere Strahlungs- und Lufttemperatur bzw. die Außenluft- und

Strahlungstemperatur bei trübem Himmel in etwa gleich ist.

Tabelle 3.1 zeigt die für die Praxis zu verwendenden Werte der inneren und äußeren Wär-

meübergangswiderstände R

und R

nach Richtung des Wärmestroms für ebene Oberflä-

chen. Deren Herleitung nach Gleichung 3.8 basiert auf der Annahme eines Emissionsgra-

des = 0,9 für die meisten im Bauwesen vorkommenden Stoffe, einer Innentemperatur

= 20 °C, einer Außentemperatur

= 0 °C und einer Windgeschwindigkeit v = 4 m/s.

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

)

(

)

(

Tab. 3.1 Wärmeübergangswiderstände [13]

3.2.3 Wärmedurchlasswiderstand von Luftschichten

Ruhende Luftschichten werden nach Tabelle 3.2 berücksichtigt, wobei für schwach belüf-

tete Luftschichten die Hälfte des Wertes einer ruhenden Luftschicht anzusetzen ist. Bei

einer stark belüfteten Luftschicht werden alle Bauteile zwischen ihr und der Außenluft

nicht berücksichtigt. Der aufgrund der ,,geschützten" Einbausituation höhere Wärmeüber-

gangswiderstand R

an der Grenzfläche zur stark belüfteten Luftschicht wird durch Anset-

zen des entsprechenden höheren Wertes für den inneren Wärmeübergangswiderstand R

aus Tabelle 3.1 berücksichtigt.

Tab. 3.2 Wärmedurchlasswiderstand von Luftschichten [13]

3.2.4 Temperaturverteilung im Bauteil

Die für das Glaser-Verfahren (vgl. A 17) und zur Berechnung von Oberflächentauwasser

erforderliche Temperaturverteilung bzw. Oberflächen- und Trennschichttemperaturen ei-

nes Bauteils aus homogenen Schichten leiten sich aus der Basisgleichung für die statio-

näre Wärmestromdichte

ab [23]:

(3.9)

mit

Innen- und Außenlufttemperatur

Hierbei stehen die Temperaturdifferenzen ¨ der einzelnen Schichten in konstantem Ver-

hältnis zu den zugehörigen Wärmedurchlasswiderständen R

(Bild 3.3). Somit ergibt sich

beispielsweise die Temperaturdifferenz ¨

zwischen innerer Raum- und Wandflächen-

temperatur aus:

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

)

(

)

(

max

erf

(3.10)

Bild 3.3 Temperaturverteilung mehrschichtiges Bauteil [23]

Der erforderliche U-Wert U

erf,max

zur Vermeidung von Tauwasserbildung an der Innenober-

fläche von Bauteilen ohne Wärmebrücken berechnet sich nach:

(3.11)

mit

Taupunkttemperatur der Innenluft.

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

3.2 Vorstellung des Gebäudes

Der Standort des Einfamilienhauses liegt etwa 15 km nördlich von Lüneburg in der Lüne-

burger Elbmarsch. Es befindet sich freistehend in einer innerörtlichen, nicht exponierten

Lage. Eine Verschattung durch Baumbestände ist unwesentlich vorhanden; zur Ost- und

Westseite befinden sich Nachbargebäude, die eine geringe Verschattung bewirken. Der

Lageplan, die Ansichten und die Grundrisse von Erd- und Kellergeschoss befinden sich

im Anhang A 1 A 3.

Bild 3.4 Thermografieaufnahme Gebäude

Bei dem 1974 erstellten Gebäude handelt es sich um einen Walmdach-Winkelbungalow in

Fertighausbauweise. Das Walmdach mit 28° Neigung ist mit Betondachsteinen einge-

deckt und nicht ausgebaut. Die mit einer hinterlüfteten Vorhangfassade versehenen Au-

ßenwände und die obere Geschoßdecke sind in Holzständer- bzw. Holzbalkenbauweise

mit Gefachdämmung erstellt. Das Gebäude ist mit einem nicht beheizbaren, ungedämm-

ten und aus Kalksandstein gemauerten Vollkeller unterkellert, der etwa zur Hälfte in das

Erdreich einbindet. An die Westseite A grenzt direkt eine ebenfalls aus Kalksandstein ge-

mauerte Garage an. Die Außenbauteile befinden sich im Originalzustand; es wurden bis-

her keine Veränderungen an der thermischen Hülle vorgenommen (Bild 3.4) [24].

Die Flächenberechnung nach DIN 277 ergibt unter Nichtberücksichtigung der überdeckten

Terrasse und des Kellertreppenhauses für die Brutto- 143,8 m

und für die Netto-

Grundfläche 126,5 m

.Die Raumaufteilung besteht aus Wohnzimmer, Esszimmer, Küche,

Diele, Büro, Elternschlafzimmer, drei Kinderzimmern und Flur [24].

Die Nutzung findet seit etwa drei Jahren ganzjährig für Wohnzwecke durch zwei Erwach-

sene und drei Kinder statt.

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

3.3 Sanierung der thermischen Hülle

3.3.1 Thermische Hüllfläche und -volumen

Vor Berechnung der thermischen Hüllfläche und des Volumens muss die Bilanzgrenze am

Gebäude festgelegt werden. Hierbei zählt zusätzlich zu allen Räumen im Erdgeschoss

auch das Kellertreppenhaus einschließlich dessen Abgang zum beheiztem Gebäudevo-

lumen, da es nicht durch eine Tür thermisch vom beheizten Erdgeschoss getrennt, son-

dern über den Luftverbund passiv mitbeheizt wird [25]. Bild 3.5 zeigt die Bilanzgrenze

bzw. den Verlauf der thermischen Hüllfläche des Gebäudes.

Bild 3.5 Thermische Hüllfläche

In Tabelle 3.1 sind die geometrischen Kenngrößen des Gebäudes zusammengefasst; die

detaillierte Berechnung der Einzelflächen und des Volumens ist im Anhang A 7 A 8 hin-

terlegt. Dabei werden grundsätzlich die Außenmaße der Bauteile verwendet. Der Kenn-

wert für den Kompaktheitsgrad aus wärmeübertragender Umfassungsfläche A und um-

schlossenem beheiztem Gebäudevolumen V

beträgt A/V

= 1,08. Dieser ist aufgrund der

eingeschossigen Bauweise in Winkelform im Vergleich zum durchschnittlichen Kompakt-

heitsgrad von Einfamilienhäusern mit etwa A/V

= 0,95 relativ groß und damit hinsichtlich

des Transmissionswärmeverlustes als energetisch ungünstig zu bewerten. Bild 3.6 zeigt

typische A/V

-Verhältnisse verschiedener Gebäudetypen. Neben einer kompakten Bau-

weise, bei der die Kugel- bzw. die Halbkugelform den theoretisch günstigsten Kompakt-

heitsgrad aufweist, sind große Gebäude grundsätzlich vorteilhafter zu bewerten, da die

Fläche im Quadrat, das Volumen aber mit der 3. Potenz wächst [26].

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

= 76

= 32

Gebäudehüllfläche

Gebäudevolumen

Beheiztes Luftvolumen

Gebäudenutzfläche

A/V

- Verhältnis :

480,36 m²

443,91 m³

337,37 m³

142,05 m²

1,08 1/m

Tab. 3.3 Geometrische Kenngrößen

Abweichend von der tatsächlichen Wohnfläche des Gebäudes mit 126,1 m

beträgt die

zur primärenergetischen Bewertung maßgebliche Gebäudenutzfläche nach Gleichung 3.2

= 142,05 m

. Sie ist damit etwa 12 % größer als die tatsächliche Wohnfläche. Für durch-

schnittliche Wohngebäude im Bestand ist A

etwa 25 % größer, bei Gebäuden mit Raum-

höhen über 3 m kann A

sogar größer als die Bruttogeschossfläche sein [18].

(3.12)

Das beheizte Luftvolumen V für Wohngebäude bis zu 3 Vollgeschossen ist mit

(3.13)

anzusetzen. Eine genaue Ermittlung des Nettovolumens des Gebäudes nach DIN EN 832

ist zulässig und kann insbesondere bei kleinen Gebäuden zu verringerten Werten und

Lüftungswärmeverlusten führen (vgl. Gl. 3.26).

Bild 3.6 A/V

-Verhältnis [13]

3.3.2 Vorüberlegung/ Sanierungsplanung

Anforderungsniveau

Die im Anhang A 9 A 16 ermittelten U-Werte der Bauteile des unsanierte Gebäudes

entsprechen in etwa der Gebäudetypologie der DENA-Broschüre ,,Energetische Bewer-

tung von Bestandsgebäuden" für die Fertighausbauweise der Baujahre 1969 bis 1978.

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

max

RAL

vorh

san

Entsprechende Gebäude in Massivbauweise weisen bis auf die Außenwände, die unge-

fähr um den Faktor 2 schlechter eingestuft sind, ähnliche U-Werte der Bauteile auf [18].

Der vorhandene, auf die Hüllfläche bezogene Transmissionswärmeverlust H

,vorh

aus

Transmissions- und Wärmebrückenverlust beträgt (vgl. Gl. 2.1 u. A 19 A 20):

[W/m

Einschließlich der Lüftungswärmeverluste ergibt sich ein spezifischer Wärmeverlust von:

[W/m

Für die Sanierung sind nach §8 der EnEV bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneue-

rung von Bauteilen Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten U

max

nach Tabelle

2.2 einzuhalten. Aufgrund des ungünstigen A/V

-Verhältnisses des Gebäudes ist eine Sa-

nierung über das Wärmeschutzniveau der EnEV hinaus sinnvoll, zumal die Sanierungs-

kosten nicht proportional mit einer Erhöhung der Dämmstoffstärke ansteigen. Einen ent-

sprechenden Standard stellt das RAL-Niedrigenergiehaus dar, bei dem hinsichtlich des

Wärmeschutzes der maximale, auf die Hüllfläche bezogene Transmissionswärmeverlust

,max

den entsprechendem Wert der EnEV um 30 % unterschreitet. Entsprechende

Richtwerte sind ebenfalls in Tab. 2.2 hinterlegt. Der EnEV-Wert ergibt sich aus Gleichung

2.2,

mit A/V

1,08: [W/m

·K]

mit 30 % Abschlag für den RAL-Niedrigenergiehausstandard:

[W/m

·K]

Durch die geplante Sanierung konnten die Transmissionswärmeverluste um etwa zwei

Drittel reduziert und der maximale Transmissionswärmeverlust des RAL-Niedrig-

energiehausstandards unterschritten werden (vgl. A 22 A 23):

[W/m

·K]

Einschließlich der geringfügig reduzierten Lüftungswärmeverluste ergibt sich ein spezifi-

scher Wärmeverlust für das sanierte Gebäude von:

[W/m

·K]

Dämmstoffauswahl

Eine weitere Verbesserung der U-Werte und die damit erforderliche Erhöhung der Dicke

der Dämmstoffschicht über das Niveau des RAL-Niedrigenergiehausstandards ist meis-

tens nicht sinnvoll, da sich der U-Wert unter Vernachlässigung der Wärmeübergangswi-

derstände nach der Exponentialfunktion U(x) = x

-1

berechnet (Bild 3.7 u. Gl. 3.1). Weiter-

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

hin findet eine Begrenzung höherer Dämmstoffdicken teilweise aufgrund der Abmaße am

Gebäude statt. Hier bietet sich die Verwendung von Dämmstoffen mit der Wärmeleitgrup-

pe 035 (d. h. =0,035 W/(m

·K)) statt 040 bis 045 an, die eine Reduzierung der Dämmstoff-

dicke um etwa 15 % ermöglichen und mittlerweile für die meisten Anwendungsfälle erhält-

lich sind [29].

Im vorliegenden Projekt wurden ausschließlich Dämmstoffe der Wärmeleitgruppe 035 der

Firma Isover verwendet, da hierfür entsprechende wärme- und feuchteschutztechnische

Bemessungswerte vorlagen [29]. Aus schallschutztechnischen Gründen wurde für die

Dämmung der obersten Geschossdecke, der Außenwand und der Kellerdecke dem Mate-

rial Steinwolle der Vorzug gegenüber beispielsweise Polystyrol gegeben.

Bild 3.7 U-Wert abhängig von Dämmstoffdicke [13]

Thermografie

Im Zuge der Sanierungsplanung wurde das Gebäude bei windstillen Verhältnissen, einer

mittleren Innentemperatur von

int

= 20 °C, einer Außentempemperatur von

= 0 °C und

einem eingestelltem Emissionsgrad = 0,95 der Kamera thermografisch untersucht [30].

Die vermuteten Wärmebrücken im Bereich der Rolladenkästen und der Kellerdecke konn-

ten bestätigt werden. Insbesondere die in der Trittschalldämmung verlaufenden Verteillei-

tungen des Zwei-Rohrsystems unterhalb der Heizkörperanbindung lassen auf eine gerin-

ge Leitungsdämmung schließen (vgl. A 4 A 5). Außerdem konnte der zur U-Wert-

Bestim-mung erforderliche Gefachaufbau der Außenwände und der obersten Geschoß-

decke ermittelt werden. Auf der obersten Geschossdecke zeigte sich auf der Balkenebene

eine niedrigere Oberflächentemperatur als auf der Dämmebene, obwohl der U-Wert für

die Balkenebene 0,72 W/m

·K und für die Dämmebene 0,48 W/m

·K beträgt. Daneben

zeigten sich in den Montageöffnungen der Decke erheblich erhöhte Temperaturen

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

(vgl. A 6). Dies beides deutet auf undichte Bauteilanschlüsse und damit bedingte Wärme-

verluste durch Konvektion hin.

Eine grobe Abschätzung der vorhandenen U-Werte erfolgte anhand der festgestellten

Oberflächentemperaturen und Gleichung 3.10; dabei stellen die Übergangswiderstände

den größten ,,Unsicherheitsfaktor" dar, zumal ihr Anteil bei Berechnung schwach ge-

dämmter Bauteile verhältnismäßig groß ist. Eine genaue U-Wert- bzw. Wärmestromdich-

te-Ermittlung von Bauteilen ist daher nur mit Hilfe einer Wärmeflussplatte möglich, zumal

dabei der Phasenversatz des Temperaturverlaufs berücksichtigt wird [31].

3.3.3 Sanierung der Einzelbauteile

Feuchteschutz

Bei nachträglicher Wärmedämmung ist der Feuchteschutz der Bauteile zu überprüfen, um

Schäden durch Feuchtigkeit im Innern von Bauteilen zu verhindern. Am Gebäude betrifft

dies die oberste Geschoßdecke und die Außenwände. Laut Baubeschreibung liegt hinter

der ersten inneren Bauteilschicht eine Dampfsperre aus Aluminiumfolie [24]. Jedoch stell-

te sich bei der Gebäudebegehung an der obersten Geschoßdecke heraus, dass die Folie

lediglich im Bereich der Dämmung liegt und somit nicht durchgehend ist. Die Überprüfung

der Außenwände war nicht möglich, so dass aus Vorsorgegründen die Wasserdampfdif-

fusionsberechnung nach DIN 4108-3 bei beiden Bauteilen ohne vorhandene Aluminiumfo-

lie bzw. Dampfsperre erfolgte. Dabei stellte sich jeweils ein Tauwasserausfall im Bauteil

ein, so dass im Zuge der Bauteilsanierung eine innen liegende, mit einer Gipskartonplatte

verkleidete PE-Folie als Dampfsperre eingeplant wurde. Dieser Aufbau entspricht der

heutigen üblichen Fertigbauweise, bei der kein Feuchtenachweis erforderlich ist [23].

Am Beispiel des Gefachbereichs der obersten Geschoßdecke am unsanierte Gebäude ist

die Berechnung nach dem Glaser-Diagrammverfahren in Anhang A 17 hinterlegt. Hierbei

verlaufen die obere Sättigungsdruckkurve abhängig von der Temperaturverteilung im

Bauteil und die untere Teildruckkurve abhängig vom Diffusionswiderstand der Bauteil-

schichten. Die Teildruckkurve zeigt den vorhandenen Zustand im Bauteil und verläuft, da

aufgetragen über die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke, linear. Ein Schneiden beider

Kurven bedeutet somit einen Tauwasseranfall im Bauteil und ist nur unter bestimmten

Randbedingungen zulässig [17, 23].

Die Wasserdampfdiffusionsstromdichte i gibt die Wasserdampfmenge in kg/h je 1 m

Bau-

teilfläche an:

(3.14)

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

mit

Wasserdampfteildruck

innen/außen

1/¨

Wasserdampfdiffusionsdurchlasswiderstand

(3.15)

wobei ein einzelner Summenanteil aus Gleichung 3.15 der wasserdampfdiffusionsäquiva-

lenten Luftschichtdicke s

einer Schicht entspricht, die entsprechend im Glaser-Diagramm

aufgetragen ist. Sie ergibt sich aus der Schichtdicke s

und der entsprechenden Wasser-

dampf-Diffusionswiderstandszahl

des Bauteils.

Aufgrund der luftdichten Ausführung einschließlich der geplanten Luftdichtigkeitsprüfung

wird ein Feuchteeintrag durch Wasserdampfkonvektion vermieden. Daneben ist ein Tau-

wasseranfall an Innenoberfächen von Bauteilen durch weit ausreichendes Einhalten

der

Mindestwerte für den Wärmedurchlasswiderstand aus DIN 4108-2 (vgl. Tab. 2.1) und der

Wärmebrücken freien Ausführung (vgl. A 18) sicher auszuschließen [32].

Oberste Geschossdecke [vgl. A 9 A 10]

Die Dämmung der obersten Geschossdecke einschließlich der Klappe der Dachboden-

treppe erfolgte mit 2 x 80 mm starken, druckfesten Steinwolle-Wärmedämmplatten mit

einem anschließenden begehbaren Trockenestrich aus Gipskartonplatten. Aus der bisher

leicht belüfteten Luftschicht konnte durch Verschließen der seitlichen Öffnungen eine ru-

hende Luftschicht angenommen werden. Der U-Wert konnte von 0,56 auf 0,15 W/(m

verbessert werden. Die anrechenbaren Kosten belaufen sich bei einer Fläche von 149,5

und 31,- /m

auf rund 4640,- [13, 33].

Außenwand/ Rolladenkasten [vgl. A 10 A 12]

Für die Außenwand wurde nach Entfernen der Vorhangfassade ein 120 mm starkes Wär-

medämmverbundsystem aus Steinwolle verwendet. Die 65 mm starke Luftschicht zur an-

grenzenden Garage erhielt eine Einblasdämmung aus mineralischem Silikatleichtschaum.

Die Verbesserung des U-Wertes beläuft sich von 0,57 auf 0,19 bzw. 0,27 W/(m

K). Die

Ausführung der Rolladenkästen erfolgte nach Anhang A 18. Bei angenommenen Kosten

von 83,- /m

und einer Fläche von 129,4 m

ergeben sich anrechenbare Gesamtkosten

von rund 10.740,- .

Keller-Außenwand [vgl. A 18]

Zur Einhaltung des Regeldetails ,,Kellerdecke" erfolgte eine 300 mm hohe Sockeldäm-

mung aus 30 mm starken Styrodurplatten. Anfallende Kosten sind in den Kosten der Au-

ßenwanddämmung enthalten (vgl. A 18).

3 Sanierung und Bilanzierung des Gebäudes

Kellerdecke [vgl. A 12 A 13]

An der unterseitigen Kellerdecke wurden 100 mm starke, hellfarbig beschichtete Steinwol-

le-Dämmplatten verwendet. Die Maßnahme ergibt eine Verbesserung des U-Wertes von

1,14 auf 0,27 W/(m

K). Bei einer Fläche von 107,4 m

und 22,- /m

entstehen anre-

chenbare Kosten von rund 2370,- .

Treppenhaus, Innenwände und Boden [vgl. A 13 A 16]

Die Dämmung der Wände des Treppenhauses und der Türen erfolgte innenseitig durch

60 und 40 mm starke Dämmplatten aus Styrodur. Für den Boden wurden Estrich-

Dämmplatten aus Steinwolle verwendet. Die Anforderungen der EnEV für Bauteile gegen

unbeheizte Räume bzw. Erdreich konnten somit erfüllt werden. Für 26,7 m

und 45,-/m

betragen die anrechenbaren Kosten 1200,- .

Fenster und Haustür

Durch den Fenster- bzw. Türaustausch mit 2-Scheiben-Wärmeschutzverglasung reduzier-

te sich der U-Wert von 2,65 auf 1,2 W/(m

K) bzw. von 5,54 auf 2,3 W/(m

K). Für den

Fensteraustausch können bei 345,- /m

und 25,2 m

Kosten von rund 8700,- ange-

setzt werden. Die Haustür wird pauschal mit 3100,- veranschlagt, so dass insgesamt

11.800,- als Investition anzusetzen ist.

3.4 Bilanzierung des Heizwärmebedarfs im Monatsbilanzverfahren

Das Monatsbilanzverfahren wird gegenüber dem Heizperiodenverfahren in der EnEV

grundsätzlich privilegiert behandelt, da es durch exaktere Eingabe von Daten genauere

und damit in der Regel günstigere Ergebnisse für den Jahres-Heizwärmebedarf und den

spezifischen Wärmeverlust erzielt. Daher bietet sich es auch als Standard-Verfahren für

Gebäude mit einem Fensterflächenanteil 30 % an, für die auch das einfachere Heizperi-

odenbilanzverfahren zugelassen ist. Die genaueren Ergebnisse beruhen im Wesentlichen

auf folgenden Unterschieden:

· Verwendung exakterer Korrektur- und Abminderungswerte

· ein genauerer Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne

· ein geringer ansetzbares Nettovolumen (vgl. Gl. 3.13)

· eine genauere Berücksichtigung der Wärmeverluste und der Nachtabschaltung.

Der erheblich höhere Eingabe- und Berechnungsaufwand erforderte die Verwendung ei-

ner zertifizierten PC-Software; dies erfolgte mit ,,Der Energieberater 5.09 f professional"

der Firma Hottgenroth-Software [17].

Für die Berechnungen ist der Klimareferenzort ,,mittlerer Standort Deutschland" der Norm

zu verwenden; hierbei wird durch Verwendung des Monatsbilanzverfahrens das ,,Dilem-

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Jahr: 2007
ISBN (eBook): 9783836605335
DOI: 10.3239/9783836605335
Dateigröße: 5.9 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg – Maschinenbau und Produktion, Studiengang Energietechnik
Erscheinungsdatum: 2007 (September)
Note: 1,0
Schlagworte: sanierung enev2007 energiepass heizungstechnik solar

Autor

Carsten Wittkop (Autor:in)