grundlagen:energieeffizienz_als_wichtigste_kuenftige_energiequelle:nearly_zero_energy_building_das_passivhaus_gibt_eine_antwort
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grundlagen:energieeffizienz_als_wichtigste_kuenftige_energiequelle:nearly_zero_energy_building_das_passivhaus_gibt_eine_antwort [2013/06/21 16:01] – cweber | grundlagen:energieeffizienz_als_wichtigste_kuenftige_energiequelle:nearly_zero_energy_building_das_passivhaus_gibt_eine_antwort [2018/10/25 12:14] (aktuell) – cblagojevic | ||
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+ | ====== Nearly Zero Energy Building? Das Passivhaus gibt eine Antwort.====== | ||
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+ | ===== Kontext ===== | ||
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+ | Fossile Ressourcen gehen zur Neige und deren Nutzung heizt den zivilisationsgefährdenden Treibhauseffekt an. Die vollständige einfache Substitution fossiler Energieträger durch erneuerbare scheidet aufgrund geringer Verfügbarkeit bzw. hoher Kosten aus. Komfortverzicht ist keine Option, so kann die Lösung nur in einer entscheidenden Steigerung der Energieeffizienz, | ||
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+ | In diesem Beitrag wird die Entwicklung des energieeffizienten Bauens in Deutschland anhand des historisch und aktuell gültigen sowie des zukünftigen gesetzlichen Rahmens nachgezeichnet bzw. fortgeschrieben und darauf aufbauend verschiedene Ansätze zur Bewertung von hocheffizienten Gebäuden diskutiert. Anschließend werden die Vorgaben und Intentionen der Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) beleuchtet und eine Definition vorgeschlagen. \\ | ||
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+ | ===== Entwicklung des gesetzlichen Rahmens in der Bundesrepublik Deutschland ===== | ||
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+ | Die verordnungsseitige Dimension des energiesparenden Bauens in Deutschland manifestierte sich erstmals 1977 in der 1. Wärmeschutzverordnung (WSchV). Sie begrenzt die Transmissionswärmeverluste einzelner Bauteile sowie den mittleren U-Wert des Gebäudes in Abhängigkeit vom A/ | ||
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+ | Der Wechsel zum Primärenergiebedarf ist sinnvoll, da nun auch die anlagentechnischen Verluste und die Vorketten der Brennstoffbereitstellung sowie der zum Betrieb der Wärmeerzeuger notwendige Hilfsstrom mit in die Energiebilanz eingeht. Eine Grafik, in der die historischen Maxima des Primärenergiebedarfes mit stets steigenden Anforderungen dargestellt sind, ist geläufig (Abbildung 1). \\ | ||
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+ | Der Grenzwert der EnEV 01 für H’< | ||
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+ | ===== Ansätze zur Bewertung hochenergieeffizienter Gebäude ===== | ||
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+ | ==== Bilanzrahmen ==== | ||
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+ | In wenig effizienten Gebäuden ist der Bilanzrahmen der EnEV (Heizwärme-, | ||
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+ | ==== Dimensionen der Bewertung ==== | ||
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+ | Zur Bewertung des Energiebedarfes von Gebäuden lassen sich vier Dimensionen identifizieren: | ||
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+ | ==== Nutzenergie ==== | ||
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+ | In den siebziger Jahren, als weder Energiebilanzprogramme noch die zugehörige Hardware allgemein verfügbar waren, stellte sich der leicht per Hand zu berechnende mittlere Wärmedurchgangskoeffizient des Gebäudes als angemessener Bewertungs- und Verordnungsmaßstab dar. Noch heute definiert er zuverlässig eine thermische Qualität, da er sich auf die langlebigen Komponenten des Gebäudes bezieht, auf physikalischen Grundlagen basiert und nicht abhängig von über die Zeit veränderlichen Faktoren ist. Für die Bewertung hocheffizienter Gebäudes ist der mittlere U-Wert jedoch unzureichend, | ||
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+ | ==== Systemeffizienz ==== | ||
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+ | Allerdings erlaubt der Jahresheizwärmebedarf keine Bewertung der Energieeffizienz des Gesamtsystems „Haus“, da sowohl die Anlagentechnik, | ||
+ | Klar ersichtlich ist, dass sich die über die Zeit gleichen Haustechnikvarianten in Abhängigkeit vom sich ändernden Primärenergiefaktor für Strom nicht nur absolut, sondern auch relativ zum Anforderungsniveau unterschiedlich darstellen. So sinkt die Anforderung der EnEV 2016 gegenüber der EnEV 2009 bei der Variante „Wärmepumpe“ durch den von 2,6 auf 1,8 gefallenen Primärenergiefaktor für Strom, falls die Änderungen der EnEV (Stand 2013) wie geplant umgesetzt werden. \\ | ||
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+ | Wärmepumpen haben, da sie Umweltwärme mit Hilfe elektrischer Energie nutzbar machen, abhängig von der Jahresarbeitszahl einen geringeren Endenergiebedarf als Gas- oder Pelletkessel. Insofern ist es berechtigt und sinnvoll, Wärmepumpen besser zu bewerten, als Kessel, solange die Jahresarbeitszahl höher ist, als der Primärenergiefaktor des eingesetzten Stromes. Für Pelletkessel wird, aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades mehr Endenergie zur Erzeugung derselben Nutzenergie eingesetzt, als für Gasbrennwertkessel. Dennoch weist „Holz“ mit 0,2 einen wesentlich günstigeren PE-Faktor aus, als Erdgas (1,1), da nur der „nicht erneuerbare Anteil“ gewertet wird. | ||
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+ | Die ausschließliche Einbeziehung des nicht erneuerbaren Anteils an der Primärenergie unterschlägt, | ||
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+ | Anders verhält es sich augenscheinlich mit dem Gesamtprimärenergiebedarf, | ||
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+ | Eine mögliche Lösung besteht darin, Gebäude anhand eines vollständig erneuerbaren Referenzszenarios zu bewerten, in welchem alle fossilen und nuklearen Ressourcen von erneuerbaren und nachhaltig verfügbaren Energieträgern abgelöst sind. Ein solcher Zustand wird mit der Energiewende angestrebt. Das Passivhaus Institut hat diese Lösung als zielführend erkannt und arbeitet zurzeit ein solches Referenzszenario aus (vgl. dazu die Beiträge von Wolfgang Feist [Feist 2013a] und [Feist 2013b]). Die Bewertung anhand dieses Referenzszenarios soll ab dem PHPP 9 den nicht erneuerbaren Primärenergiekennwert (max. 120 kWh/(m²a)) als Indikator für die Gesamteffizienz ablösen. | ||
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+ | ==== Umweltwirkung ==== | ||
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+ | Von der heutigen Energieversorgung gehen bezüglich ihrer Umweltwirkung zwei prinzipielle Hauptrisiken aus: Der Klimawandel und Gefahren durch die Nutzung von Kernenergie. Während die äquivalente Kohlendioxidemission ein guter Indikator für die Wirkung des Gebäudes auf das Klima ist, bleibt die Kernenergie hier unberücksichtigt. Durch die Ausweisung der nicht erneuen Primärenergie ließe sich dieses Problem zwar nicht wissenschaftlich sauber, jedoch im Kontext einer auch für Laien nachvollziehbaren Gebäudebewertung in akzeptabler Weise lösen. Daher plädiert das PHI dafür, den nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf als Umweltschadindikator heran zu ziehen. Dabei ist es jedoch entscheidend, | ||
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+ | ==== Verteilung des Energiebedarfes im Jahresverlauf ==== | ||
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+ | In Klimaregionen, | ||
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+ | Im Folgenden werden Beispielgebäude in ihrer Wirkung auf dieses Winterloch hin untersucht. Alle Gebäude sind monovalent mit Strom via Wärmepumpe (Aufwandszahl des Gesamtsystems = 0,35 {Anmerkung: Die Aufwandszahl gleitet monatlich zwischen 0,42 im Winter und 0,20 im Sommer, da sie abhängig von der Quellentemperatur ist.}) versorgt. Die Gebäude sind bezüglich der Nutzfläche, | ||
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+ | Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, | ||
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+ | Abbildung 4 zeigt die Energiebilanz und den Reststrombezug im Winterloch der genannten Beispielgebäude und des Passivhauses ohne Solaranlage (Erzeugung und Bedarf wurden monatsweise verrechnet). Bei dem eingeschossigen Gebäude nach EnEV handelt es sich um ein echtes bilanzielles Plusenergiehaus auf Endenergieebene. Da die Photovoltaikanlage den Strom aber dann produziert, wenn der Bedarf niedrig ist, kann auf diese Weise das Winterloch nicht entschärft werden, wie am „Reststrombezug Oktober-März“ klar wird. Hier stellt sich auch das Passivhaus sogar ohne Solaranlage besser dar, als die EnEV-Gebäude. | ||
+ | Der Reststrombezug im Winter erweist sich als der entscheidende Indikator für das Verhalten eines Gebäudes im Winterloch. In einem künftigen erneuerbaren Szenario wird im Sommer, wenn der Energieertrag höher als der Bedarf ist, Strom preiswerter sein als im Winter. In dieser Periode wird der überschüssige Strom in speicherbares Methan oder Methanol umgewandelt, | ||
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+ | ==== Bewertung von On-Site Energieerzeugung ==== | ||
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+ | Anhand des Verhaltens im Winterloch konnte gezeigt werden, dass der Wunsch, ein „bilanzielles Plus“ zu erreichen, zu Fehloptimierungen führen kann. Auch wurde deutlich, dass es mit einem eingeschossigen Gebäude vergleichsweise einfach ist, ein „bilanzielles Plus“ zu erreichen. Allerdings sind eingeschossige Gebäude aus Gründen des Flächenverbrauches, | ||
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+ | Diese Überlegungen führen zu der Frage, ob der Bezug von On-Site-Energieerzeugungen auf die Gebäudenutzfläche der richtige ist. Ein Gebäude nimmt die Fläche in Anspruch, auf der es gebaut wird. Ein naheliegender Gedanke ist es, die On-Site-Energieerzeugung auf eben diese, durch das Gebäude in Anspruch genommene, Fläche zu beziehen. Dies könnte die versiegelte Fläche sein, oder die ohnehin im Rahmen der Energiebilanz bereits erhobene Fläche von Bodenplatten und/oder Kellerdecken (Flächengruppe 11 im Passivhaus Projektierungs Paket). Die On-Site-Energieerzeugung könnte ebenso im Verhältnis zu einer Referenzerzeugung angegeben werden: Als Referenz wird beispielsweise eine PV-Anlage definiert, die 100% der (referenziell nach Süden ausgerichteten) Dachfläche des jeweiligen Gebäudes einnimmt. Die tatsächliche Produktion könnte dann mit der referenziellen verglichen werden. So würde jedes Gebäude im Verhältnis zu seinen Möglichkeiten bewertet. | ||
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+ | Primärenergiefaktoren für die On-Site-Produktion sollten individuell anhand pauschalisierter Primärenergieinhalte an grauer Energie, der Lebensdauer und einer prognostizierten Gesamtenergieerzeugung der Anlage gebildet werden.\\ | ||
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+ | ===== Kostenoptimum aus Investitions- und Energiekosten ===== | ||
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+ | Im Rahmen des Forschungsvorhabens Passivhaus International [Feist et.al. 2011] wurde eine Analyse der weltweiten Kostenoptima für ein Gebäude auf Basis des Passivhauses Kranichstein (äquatororientiertes Reihenendhaus) durchgeführt. Variiert wurden dabei die Stärke der Dämmung, die Qualität der Verglasung und der Fensterrahmen sowie die Lüftungsanlage. Die eingesetzte Wärmepumpe kann je nach Bedarf kühlen, heizen, entfeuchten und übernimmt auch die Warmwasserbereitung. Abbildung 5 zeigt den Jahresheizwärmebedarf des kostenoptimalen Gebäudes an den verschiedenen Standorten mit Bezug auf die Wohnfläche. Während in den überwiegenden Teilen Mittel- und Osteuropas das ökonomische Optimum bei einem Jahresheizwärmebedarf zwischen 10 und 13 kWh/(m²a) liegt, resultiert auf großen Teilen der iberischen Halbinsel und Italien das Nullheizenergiehaus. Innerhalb der EU resultiert nur an wenigen Orten in Schweden und Finnland ein Jahresheizwärmebedarf von größer 19 kWh/(m²a). Nur an diesen Orten wird das ökonomische Optimum nicht durch eine Beheizung/ | ||
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+ | ===== Nearly Zero Energy Building (NZEB) ===== | ||
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+ | ==== Die Richtlinie 2010/31/EU ==== | ||
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+ | Die Richtlinie soll die Verbesserung der Gesamteffizienz von Gebäuden unter Berücksichtigung lokaler Bedingungen, | ||
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+ | **Definition: | ||
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+ | “Niedrigstenergiegebäude” (deutsche Originalübersetzung) weisen eine sehr hohe Energieeffizienz auf (nach Anhang 1 der Richtlinie). Die wenige Energie, die noch benötigt wird, soll zu einem sehr hohen Teil durch erneuerbare Energien abgedeckt werden. Dabei gehen erneuerbare Energien ein, die am Standort oder in dessen Nähe erzeugt werden. | ||
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+ | Damit ist bereits der Bilanzrahmen vorgegeben: Gesamteffizienz schließt den kompletten Energiebedarf ein. Energieerzeugung am Standort wird einbezogen, ebenso regenerative Energie, die in dessen Nähe erzeugt wird. | ||
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+ | //Anhang 1// (Gemeinsamer allgemeiner Rahmen für die Berechnung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden) besagt, dass die Gebäudeeffizienz anhand des Energiebedarfes für die Raumkonditionierung (Heizung, Kühlung) und Warmwarmwasserbereitung festzumachen ist (Anhang 1, Satz 1). Dies steht zunächst in einem gewissen Gegensatz zur Forderung der Abbildung der Gesamteffizienz, | ||
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+ | Das geforderte „kostenoptimale Niveau“ (Artikel 2, Satz 14) umfasst die energiebezogenen Investitionskosten, | ||
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+ | ==== Vorschlag für eine Definition ==== | ||
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+ | Auf die Historie der Wärmeschutz- und Energieeinsparverantwortungen gründend, aufbauend auf die Richtlinie 2010/31EU [EPBD2010] sowie unter Einbeziehung der Vorschläge aus Abschnitt 3 wird folgende Definition für das Niedrigstenergiegebäude als Diskussionsbeitrag des Autors vorgeschlagen: | ||
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+ | //Ein Niedrigstenergiegebäude ist ein Gebäude, welches bezüglich der Investitions-, | ||
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+ | In verschiedenen Untersuchungen, | ||
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+ | Es können die folgenden hinreichenden Kriterien abgeleitet werden:\\ | ||
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+ | * Die Heiz-/ bzw. Kühllast des Gebäudes darf 10 W/m² nicht überschreiten. \\ | ||
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+ | * Alternativ darf der Jahresheiz- bzw. Jahreskältebedarf 15 kWh/(m²a) nicht überschreiten. \\ | ||
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+ | * Die Heiz- und Kühllast, sowie der Jahresheiz- und –kühlenergiebedarf werden ausgewiesen. \\ | ||
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+ | * Der Gesamtprimärenergiebedarf wird anhand eines zu definierenden erneuerbaren Referenzszenarios ermittelt und darf einen noch zu bestimmenden Grenzwert nicht überschreiten. \\ | ||
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+ | * Die Primärenergieerzeugung aus regenerativen Quellen des Standortes darf diejenige einer referenziellen, | ||
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+ | Zusätzlich wird der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf, | ||
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+ | ===== Quellen ===== | ||
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+ | **[EPBD 2010]** Amtsblatt der Europäischen Union: Richtlinie 2010/31/EU des europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Neufassung) \\ | ||
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+ | **[EnEV20014-Referentenentwurf]** Bundesrepublik Deutschland, | ||
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+ | **[[http:// | ||
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+ | **[[http:// | ||
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+ | **[Feist 2013a]** Feist, Wolfgang: Passivhaus-Effizienz macht die Energiewende wirtschaftlich. In: [Feist 2013] \\ | ||
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+ | **[Feist 2013b]** Feist, Wolfgang: Energiekonzepte: | ||
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+ | **[Feist/ | ||
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+ | ====== Siehe auch ====== | ||
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