Planungsgrundlagen für Passivhäuser in Neuseeland

Im Auftrag der School of Architecture and Planning, The University of Auckland.
Finanziert durch NICAI Faculty Research Development Fund.

Januar 2010; Author: Jessica Grove-Smith, Jürgen Schnieders Korrigierte Version November 2011

Das Passivhaus ist ein hoch energieeffizientes Gebäudekonzept, demnach mit minimalen Energieaufwand über das ganze Jahr hinweg ein sehr hoher Komfort für die Nutzer erreicht wird. Ausschlaggebend sind im Wesentlichen die optimierte Gebäudehülle zur Reduzierung der Transmissionsverluste und optimalen Nutzung der Solarstrahlung, sowie eine Minimierung der Lüftungswärmeverluste durch eine kontrollierte Belüftung mit Wärmerückgewinnung. Somit kann ein hoher thermischer Komfort und eine hervorragende Luftqualität gewährleistet werden.

Ein Passivhaus kann, bedingt durch die niedrige benötigte Heizleistung von ca. 10 W/m², allein über die ohnehin für den Frischluftbedarf notwendige Zuluft beheizt werden, wodurch der Bedarf nach komplexen und kostenaufwändigen Heizsystemen entfällt. Ein solches Gebäude hat in kühl-gemäßigten Klimata erfahrungsgemäß einen Heizwärmebedarf von ca. 15 kWh/(m²a). Im deutschsprachigen Raum wurden bereits in großen Umfang Passivhäuser als Wohnhäuser und auch für andere Nutzungszwecke (z.B. Schulen, Sporthallen, Bürogebäude) erfolgreich errichtet. In diesen Fällen richtet sich das energetische Gebäudekonzept hauptsächlich nach dem erforderlichen Wärmeschutz zur Reduzierung der Verluste. Das Konzept des Passivhauses stößt nun zunehmend auch im internationalen Raum auf Interesse, wo das Gebäudekonzept jeweils an die lokalen klimatischen Randbedingungen angepasst werden muss. So besteht in überwiegend warmen Klimata zum Beispiel der Schwerpunkt, auch im Sommer mit möglichst geringem Energieaufwand die Raumtemperaturen und Luftfeuchtigkeiten im hohen Komfortbereich zu halten. Hierfür gelten dieselben Ansätze wie im vergleichbar kühlen mitteleuropäischen Raum. Das klimaunabhängige Ziel ist ein Gebäude, bei dem die Beheizung und/oder Kühlung über die ohnehin erforderliche Zuluft erfolgen kann bzw. überhaupt keine aktive Klimatisierung mehr benötigt wird.

Dieser Bericht ist das Ergebnis der Erarbeitung von Planungsgrundlagen für Passivhäuser unter neuseeländischen Randbedingungen. Hierzu wurden drei verschiedene Klimazonen angesetzt (Kapitel 2), in denen anhand von dynamischen Simulationen mit variierenden Parametern das thermische und hygrische Verhalten eines ausgewählten beispielhaften Wohngebäudes untersucht wurde. Das Beispielgebäude ist ein Reihenendhaus mit einer Wohnfläche von 120 m². Als Grundlage wurde das Simulationsmodell aus [Schnieders 2009] verwendet. Für alle drei Standorte wurde zunächst ein Referenz-Passivhaus definiert, welches über die Zuluft klimatisiert werden kann. In Kapitel 4 sind die Eigenschaften dieser Referenzgebäude beschrieben und deren einzelne Komponenten und Eigenschaften im Detail erläutert. Diese Referenzgebäude wurden dann im Vergleich auch mit dem Passivhaus Projektierungs Paket, PHPP, berechnet (Kapitel 5), um zu zeigen, dass sich die hier verwendeten vereinfachten Algorithmen auch zur Gebäudeplanung auf der Südhalbkugel, in Neuseeland, eignen. Im Anschluss wurden in Bezug auf die definierten Referenzgebäude verschiedene Parameterstudien durchgeführt (Kapitel 6), aus denen Rückschlüsse über den Einfluss des Dämmniveaus der einzelnen Bauteile (Wand, Dach, Kellerdecke), die Speicherfähigkeit des Gebäudes und die Größe der nordorientierten Fensterfläche bzw. der solaren Gewinne gezogen werden können. Die Parameterstudie wurde sowohl anhand des dynamischen Simulationsmodells als auch mit dem PHPP realisiert, um die Verlässlichkeit des vereinfachten stationären Rechenverfahrens zu prüfen. Abschließend ist im Kapitel 7 ein Vergleich zu konventionellen neuseeländischen Neubauten in der jeweiligen Region aufgeführt, welcher das erhebliche Energie-Einsparpotential von Passivhäusern auch unter den klimatischen Randbedingungen von Neuseeland verdeutlichen soll.

Klimata

Modellbeschreibung & Berechnungsverfahren

Das Passivhaus in Neuseeland

• Das Passivhaus in Neuseeland - Wärmeschutz
• Das Passivhaus in Neuseeland - Lüftung
• Das Passivhaus in Neuseeland - Fensterqualität
• Das Passivhaus in Neuseeland - Sommerlicher Komfort
• Das Passivhaus in Neuseeland - Orientierung
• Das Passivhaus in Neuseeland - Feuchtigkeit
• Das Passivhaus in Neuseeland - Zusammenfassung

PHPP

Parameterstudien

• Nordorientierte Fenstergröße
• Dämmstärken
• Speicherkapazität

Konventionelles neuseeländisches Gebäude

Die Ergebnisse, die in der vorliegenden Studie dargestellt und erläutert sind dienen als Planungsgrundlage für Passivhäuser in Neuseeland. Anhand eines Beispiel-Wohngebäudes (Reihenendhaus mit einer Wohnfläche von 120 m²) wurden verschiedenste Varianten ausschlaggebender Gebäudeeigenschaften systematisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen liefern jedem Planer eine Grundlage für erste Ansätze beim Gebäudedesign und für verlässliche Berechnungsmethoden.

Im ersten Arbeitsschritt wurden anhand dynamischer Simulationen mit dem PHI-eigenen Programm DYNBIL Referenz-Passivhäuser für die drei Klimazonen Auckland, Wellington und Christchurch definiert. Hierfür wurden verschiedene Gebäudeparameter und einzelne Komponenten untersucht und deren Auswirkung auf die Energieeffizienz und den Wohnkomfort des Beispielgebäudes dargestellt. Dank der vergleichbar milden Temperaturen und hohen Solarstrahlung lässt sich das Passivhauskonzept in diesem Klima problemlos umsetzen. Die Qualitätsanforderungen an die Gebäudehülle zur Minimierung der Transmissionsverluste sind etwas geringer als im mitteleuropäischen Raum, so dass z.B. niedrigere Dämmstärken und eine Zweifachverglasung ausreichen um den Passivhausstandard zu erreichen. Des weiteren wurde die Bedeutung der Orientierung, der Kompaktheit, des Belüftungskonzeptes (Wärmerückgewinnung, Luftdichtheit, Sommerlüftung) und der Verschattungssituation des Gebäudes betrachtet. Die optimale Nutzung der Solarstrahlung ist von sehr hoher Bedeutung, da sie einen großen Anteil der Verluste ausgleichen und somit passiv das Gebäude beheizen kann aber im ungünstigen Fall während den Sommermonaten zu Übertemperaturen führt. Mit geschickter Planung kann dies leicht gelingen. Die absolute Feuchte der Außenluft ist im neuseeländischen Klima spürbar höher als z.B. in Deutschland, wodurch es leichter zu feuchtetechnischen Problemen im Bau kommen kann. Die in diesem Bericht aufgeführten Ergebnisse zeigen jedoch, dass im gut geplanten und gut gebauten Passivhaus keine Kondensatbildung und auch kein Schimmelwachstum im Innenraum zu erwarten sind. Grundbedingung für die erfolgreiche Umsetzung des Passivhauskonzeptes ist in jeder Hinsicht die Qualitätssicherung während des Baus.

Im zweiten und dritten Arbeitsschritt dieser Studie wurde erfolgreich gezeigt, dass die aktuelle Version des etablierten Passivhaus Planungstools, PHPP, auch für Standorte auf der Südhalbkugel verlässlich verwendet werden kann. Somit kann für jedes individuelle geplante Gebäude schnell erfasst werden, welche Gebäudekomponenten die Energiebilanz ausschlaggebend beeinflussen und an welcher Stelle ein Optimierungsbedarf zur Erreichung des Passivhausstandards erforderlich ist. Die Diskrepanzen des dynamisch (DYNBIL) und stationär (PHPP) berechneten Heizwärmebedarfes der zuvor definierten Referenz-Passivhäuser, ist für alle drei Standorte kleiner als 4 kWh/(m²a), wobei das PHPP immer auf der sicheren Seite liegt. Unterschiede in den Ergebnissen sind hier zum größten Teil auf die stationäre Berechnung der solaren Gewinne zurückzuführen. Parameterstudien zur Größe der nordorientierte Fensterfläche, den Dämmstärken einzelner Außenbauteile und zur thermischen Masse bestätigen, dass die jeweiligen Einflüsse dieser Gebäudeeigenschaften in der Tendenz mit dem PHPP korrekt abgebildet werden: Höhere Dämmstärken und breitere Fenster senken den Heizwärmebedarf; Zu große Fensterflächen, können wiederrum bei inadäquater Verschattung zu hohen Raumtemperaturen führen. Die thermische Masse des Gebäudes beeinflusst die Trägheit und stabilisiert den Temperaturverlauf, dies kann insbesondere für den Sommerkomfort bei hohen solaren Lasten vorteilhaft sein. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Optimierung der Gebäudehülle (Wärmedämmung, Wärmebrückenfreiheit, Fensterqualitäten) und des Designs (Kompaktheit, Verschattung, Orientierung etc.) für das Gesamtkonzept eine wichtigere Rolle spielen als die Speicherkapazität.

Der Vergleich mit simulierten beispielhaften konventionellen neuseeländischen Neubauten zeigt, dass mit der Umsetzung des Passivhauskonzepts der Heizwärmebedarf um mindestens 80% reduziert werden kann. Nicht zu vernachlässigen ist außerdem eine deutliche Verbesserung des Wohnkomforts durch hohe thermische Behaglichkeit in jedem Raum, sowie sehr gute Luftqualitäten.