grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:moeglichkeiten_zur_weiteren_optimierung_von_strombedarf_huelle_und_haustechnik:moeglichkeiten_von_einsparungen_und_effizienzsteigerungen_bei_der_gebaeudetechnik_und_-huelle

Möglichkeiten von Einsparungen und Effizienzsteigerungen bei der Gebäudetechnik und -hülle

Gebäudehülle: Fenster

Die Abhängigkeiten von Investitionskosten, Heizwärmeeinsparung und thermischen Qualitäten sind bei opaken Bauteilen umfänglich untersucht, siehe z. B. [Feist 2005a], [Kah et.al. 2008]. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf Fenster. Dazu wurden verschiedene Fenster miteinander verglichen. Die thermischen Kennwerte wurden durch das Passivhaus Institut ermittelt und stammen teilweise aus Zertifizierungen. Es wurden reale Preise verwendet, die für das Referenzgebäude Kranichstein angefragt oder aus anderen Projekten entnommen wurden. Im Fall „Standard“ wurden die Kosten aus [BKI 2011] für den Fall „Ein- und Zweifamilienhäuser, Passivhausstandard, Holzbauweise“ entnommen. Beim Fenster „SFen Quad“ handelt es sich um eine Designstudie, die im Rahmen von [Feist (Hrsg.) 2012] vom PHI entwickelt wurde. Die Kosten hierfür basieren auf Hinweisen von Pro Passivhausfenster GmbH zum Optimierungspotential des smartwin. Dieses Fenster erreicht einen UW-Wert von 0,48 W/(m²K). Das ein so niedriger Fenster-U-Wert keine Utopie ist, zeigen die Studien des „smartwin arktic“ [Krick 2012a] von Pro Passivhausfenster und des „Moskau“ [Krick 2012b] von Alpha Group mit Fenster-U-Werten von 0,58 W/(m²K) bzw. 0,60 W/(m²K) bei einem Glas-U-Wert von 0,52 W/(m²K). Wird anstelle des für eine 3-fach Verglasung mit Argonfüllung optimalen Ug-Wertes von 0,52 W/(m²K), der optimale U-Wert für eine 4-Fach-Verglasung mit Argonfüllung angenommen (0,36 W/m²K), so resultiert ein Fenster-U-Wert von 0,45 W/(m²K) für das „smartwin arctic“ und 0,48 W/(m²K) für das „Moskau“.

Abbildung 13: Barwerte, Kennwerte und Investitionskosten der betrachteten Fenster


Abbildung 13 zeigt die Barwerte, Kennwerte und Investitionskosten der betrachteten Fenster. Für die Studie wurde eine Südausrichtung der Fenster gewählt. Da mit sinkendem Ug-Wert auch der g-Wert und damit der Solargewinn sinken, verschiebt sich das Kostenoptimum für die Fenster bei anderer Ausrichtung (mit geringerer Solarstrahlung) weiter hin zur höheren thermischen Qualität.

Die erste Säule im Diagramm zeigt den Barwert der Wärme, die über den Betrachtungszeitraum von 10 Jahren von einem einfach verglasten Fenster „aus dem Fenster hinaus geheizt wird“. Das sind die Kosten, die entstehen, wenn in einem Altbau ein Fenster nicht ersetzt wird. Säule 2 bildet die Kosten ab, die entstehen, wenn das Fenster durch ein 2-fach verglastes Fenster ersetzt wird. Es entstehen Investitionskosten, aber die Wärmekosten sind deutlich geringer, so dass bereits diese thermisch schlechte Variante der „Nicht-Sanierung“ vorzuziehen ist: Aus ökonomischer (wie auch aus ökologischer Sicht) sollten einfach verglaste Fenster sofort und unabhängig vom Erhaltungszustand ersetzt werden. Die 3. Säule bildet das Passivhaus-Standardfenster mit vergleichsweise breitem Rahmen (14 cm) und einem Ug-Wert von 0,7 W/(m²K) ab. Auch diese Variante ist besser, als „Nicht-Sanierung“, allerdings etwas teurer, als das thermisch schlechtere, dafür aber preiswertere zweifach verglaste Fenster. Der Komfortgewinn eines Passivhaus-Fensters gegenüber dem 2-fach verglasten spricht jedoch trotz des höheren Preises klar für das Passivhaus-Fenster. Bei den folgenden Säulen handelt es sich um Passivhaus-Fenster der 3. Generation. Diese sind nicht nur auf das Erreichen des geforderten U-Wertes optimiert, sondern gleichzeitig auf eine optimale Energiebilanz und verbesserte Wirtschaftlichkeit. Hier werden auch in der Heizperiode mehr Solargewinne erzielt, als Wärme verloren geht. Dies drückt sich in einem negativen Barwert für die Heizwärme aus: Das Fenster spart nicht nur Energie, es hilft beim Heizen. An diesen Fenstern wird sichtbar, dass nicht mehr die Kosten der Energie für den Barwert des Fensters ausschlaggebend sind, da die Energiebilanz mehr oder minder ausgeglichen ist, sondern nur noch die Investitionskosten.

Für die spätere Betrachtung im Beispielgebäude wurde das Standard Passivhaus-Fenster für den Basisfall, das smartwin für „Best Practice“ und das SFen Quad für „PHI Zukunft“ gewählt.

Gebäudetechnik: Lüftungsanlage

Nur das Passivhaus bietet mit seinen geringen Heizlasten die Möglichkeit, die Restwärme über das Lüftungsnetz mit dem hygienisch notwendigen Frischluftvolumen einzubringen, ohne Umluft zu verwenden. Auf diese Weise kann das Heizsystem im Vergleich zu Neu- oder Altbauten mit geringerem energetischem Standard einfacher und kostengünstiger werden (vgl. z. B. [Feist 2007]).

Doch wie kann die Lüftung weiter verbessert und dabei energie- und kosteneffizienter gemacht werden? Ausgangspunkt ist eine Lüftungsanlage mit 84 % Wärmerückgewinnung (Standard) und einer Elektroeffizienz von 0,4 Wh/m³. Eine Kostenrecherche ergab, dass die Investitionskosten für das Lüftungsgerät nicht von der Höhe der Wärmerückgewinnung oder der Elektroeffizienz abhängen. Daher wurden für die Fälle „Standard“ und „Best Practice“ (Paul Novus 92 % WRG, 0,24 Wh/m³) Investitionskosten von 16,8 €/m³ Nennvolumenstrom aus [Kah et.al. 2008] für das Gerät und zusätzlich 2040 € für das Kanalnetz angenommen [AkkP 30]. Für den Fall „PHI Zukunft“ wurde eine Lüftungsanlage mit erweiterter Zonierung angenommen, eine sogenannte Kaskadenlüftung. Bei dieser Variante wird die Luft in die Schlafräume eingebracht, strömt von dort in die Wohnbereiche über und wird (wie üblich) aus Küche und Bad abgesaugt. Auf diese Weise vereinfacht sich das Kanalnetz und wird preiswerter (Investitionskosten: 1500 €). Zusätzlich kann der Volumenstrom reduziert werden, was den Strom- und Wärmebedarf senkt. Allerdings kann auf diese Weise nicht mehr über die Zuluft geheizt werden. Ein Nachteil, der sich im Beispielgebäude jedoch nicht auswirkt, da dieses ohnehin über klassische Heizkörper verfügt.

Das Lüftungsgerät für diesen Fall ist in die Außenwand integriert. Dadurch können Raum und Kosten gespart werden. Außerdem verfügt es über einen Papierwärmetauscher, der gleichzeitig als Filter fungiert und jährlich ausgewechselt wird. Dieser Papierwärmetauscher ermöglicht zusätzlich eine Feuchterückgewinnung. Entstehendes Kondensat wird vom Papier aufgenommen und von der Abluft- auf die Zuluftseite transportiert. Auf diese Weise wird die Gefahr des Einfrierens des Wärmetauschers reduziert und so zusätzlich Energie (hier Strom) für den Frostschutz eingespart. Die hier vorgestellten Ideen können in [Pfluger et.al. 2012] nachgelesen werden. Für dieses Gerät wurden Investitionskosten von 1680 € angenommen.

Abbildung 14:
Barwerte, Kennwerte und Kosten der betrachteten Lüftungsanlagen


Aus Abbildung 14 wird deutlich, dass auch bei Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung die Investitionskosten, nicht die Energiekosten dominieren. Der Barwert Wärme bildet die Kosten der Wärmeenergie ab, die noch über die Lüftungsanlage verloren geht (Also die Energie, die aufgewendet werden muss, um die Differenz zwischen der tatsächlichen Wärmerückgewinnung und 100 % Wärmerückgewinnungsgrad zu „füllen“). Die Stromkosten beinhalten die Antriebsenergie für die Ventilatoren und den Bedarf der Regelung.

Gebäudetechnik: Warmwasser

Wie bereits eingangs erläutert wurde und aus Abbildung 1 ersichtlich ist, liegt der Energiebedarf für die Warmwasserbereitstellung im Passivhaus in der Größenordnung des Heizwärmebedarfes, insbesondere, wenn der Warmwasserbedarf von Wasch- und Spülmaschine hinzugerechnet werden. Daher sollte diesem Punkt in Zukunft größere Beachtung geschenkt werden. In diesem Abschnitt werden Möglichkeiten zur Wassereinsparung (Best Practice) und zur Wärmerückgewinnung aus Warmwasser („PHI Zukunft“) betrachtet.

Wasser, welches nicht gebraucht wird, muss auch nicht erwärmt werden. Wassersparende (Warmwasser-) Armaturen sind also gleichzeitig Energiespararmaturen. Für die in Abbildung 15 dargestellten Berechnungen wurden für die Fälle „Best Practice“ und „PHI Zukunft“ ein verminderter Warmwasserbedarf durch Spararmaturen von 25 % für Körperpflege und Dusche, bei Mehrinvestitionskosten von 100 Euro alle 10 Jahre, für einen 4-Personen-Haushalt angesetzt. Wasser- und Energieeinsparung kompensieren innerhalb des Betrachtungszeitraumes die Mehrinvestitionskosten sehr deutlich, die Maßnahme Wassersparen ist hoch wirtschaftlich.

Abbildung 15:
Barwerte, Kennwerte und Kosten der betrachteten Armaturen


Wirtschaftliche Wärmerückgewinnung aus Abwasser im Einfamilienhaus-Bereich scheitert häufig an hohen Anlagenkosten, da der Aufwand insbesondere für das Sauberhalten der Wärmetauscher hoch ist. In [Schnieders 2011] wird die in den Niederlanden bereits gängige Methode, Wärme nur aus dem Duschabwasser zurückzugewinnen, beschrieben. Dabei fließt das (verhältnismäßig saubere) Abwasser aus der Dusche durch das innere Rohr eines Koaxialrohres. Im schmalen Spalt zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr fließt das kalte Wasser in entgegengesetzter Richtung und wird durch das Abwasser erwärmt, wenn dieses anfällt. Es ist evident, dass auf diese Weise aus Badewasser keine Wärme rückgewonnen werden kann, da Brauch- und Abwasser nicht zeitgleich anfallen. Gleiches gilt für Wasch- und Spülmaschine. Bei Duschen ist die Gleichzeitigkeit jedoch gegeben. Schnieders ermittelte in seinen Messungen einen Wärmerückgewinnungsgrad von 35 - 40 %. Die Investitionskosten betrugen 600 €. Diese Werte wurden auf den Fall „PHI Zukunft“ übertragen. In diesem Fall ist die Maßnahme bei einer angenommenen Lebensdauer des Wärmetauschers von 50 Jahren wirtschaftlich. Im Vergleich zum Standardfall können mit „PHI Zukunft“ 44 % der Wärmeenergie zur Bereitung des Warmwassers für Dusche, Körperpflege und Putzen eingespart werden.

Zusammenwirken aller Maßnahmen im Referenzgebäude Kranichstein

Abbildung 16 zeigt die kumulierten Kosten der hier vorgestellten Maßnahmen „Gebäudehülle und Gebäudetechnik“ (Barwerte über 10 Jahre) im Beispielgebäude Kranichstein. Bei diesem Beispielgebäude handelt es sich um die Originalgeometrie des Gebäudes, die technische Ausstattung wurde jedoch verändert. Zu beachten ist, dass „Heizwärme“ in dieser Darstellung nur die Verluste durch die Lüftung und die Verluste bzw. Gewinne durch die Fenster, jedoch nicht die Verluste durch die opake Hülle beinhaltet.

Allein die Minderkosten für Wärme und Wasser summieren sich über 10 Jahre im Fall „Best Practice“ auf gut 5000 €, im Fall „PHI Zukunft“ auf knapp 8900 € im Bereich „Gebäudehülle und Gebäudetechnik“. Durch Preisvorteile z. B. bei Lüftung und Beleuchtung liegen die Investitionskosten sowohl bei „Best Practice“ als auch bei „PHI Zukunft“ niedriger als beim Ausgangsfall. Alles in allem ergeben sich für den Fall „Best Practice“ Minderkosten von 6750 € und 13000 € für „PHI Zukunft“ bezogen auf den Betrachtungszeitraum von 10 Jahren (vgl. Abbildung 17).

Abbildung 16:
Zusammenwirken im Beispielgebäude für den Bereich „Gebäudehülle und Gebäudetechnik“:
Barwert über 10 Jahre.


Grafik: PHI


Siehe auch

Vorhergehende Abschnitte

Nachfolgende Abschnitte

grundlagen/nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern/moeglichkeiten_zur_weiteren_optimierung_von_strombedarf_huelle_und_haustechnik/moeglichkeiten_von_einsparungen_und_effizienzsteigerungen_bei_der_gebaeudetechnik_und_-huelle.txt · Zuletzt geändert: 2018/10/08 10:58 von cblagojevic