Energieberatung und Gebäude-Energieausweise

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Paul Haupt
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1 Lehrveranstaltung Energieberatung und Gebäude-Energieausweise Prof. Dr.-Ing. Mario Adam E² - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Fachhochschule Düsseldorf Thema: Energiesparendes Bauen Energiebilanz, Gesetzgebung, technische Konzepte, Nutzereinfluss a d a m Überblick 1

Maschinenbau und Verfahrenstechnik Fachhochschule Düsseldorf Thema:

2 Energiebilanz am Gebäude Anteil am Endenergieverbrauch in der BRD Raumheizung: 30 % Warmwasser: 5 % Personen Solare Wärmegewinne Transmissionswärmeverluste Lüftungswärmeverluste Interne Wärmegewinne warm Primärenergie Rohöl, Erdgas, Kohle, etc. Transport Transport Kraftwerk 2,4 : 1 Raffinerie etc. 1,1 : 1 Endenergie Strom Endenergie Gas, Öl, etc. Elektro-Geräte Anlagenverlust = Heizbeitrag elektr. Hilfsenergie Warmwasser kalt Anlagenverluste a d a m Überblick 2

Kohle, etc. Transport Transport Kraftwerk 2,4 : 1 Raffinerie etc. 1,1 : 1 Endenergie Strom Endenergie Gas, Öl, etc.

3 Energiebilanz am Gebäude - Begriffsdefinitionen Energieabfuhr = Energiezufuhr Verluste am Gebäude Transmissionswärme durch geschlossene Flächen Lüftungswärme durch Luftaustausch Innere Wärmegewinne durch Personen, Elektro-Geräte Solare Wärmegewinne durch Fenster Heizwärmebedarf Warmes Wasser Heiz- und Trinkwasserwärmebedarf = Nutzwärmebedarf Verluste der Technik an Heizungs-, Warmwasser-, Lüftungsanlage bei Erzeugung, Speicherung, Verteilung, Übergabe Primärenergiegewinnung, Umwandlung, Transport Endenergiebedarf /-verbrauch Primärenergiebedarf /-verbrauch Bedarf = berechneter Wert Verbrauch = realer Messwert a d a m Überblick 3

Trinkwasserwärmebedarf = Nutzwärmebedarf Verluste der Technik an Heizungs-, Warmwasser-, Lüftungsanlage bei Erzeugung, Speicherung, Verteilung, Übergabe

4 bis 2002: Endenergiebedarf Hzg ab 2002: Primärenergiebedarf Hzg + WW [kwh/m 2 a] Energiesparendes Bauen in Deutschland 1. Schwerpunkt: Wärmeschutz 2. Schwerpunkt: Technik DIN 4108* F&E-Vorhaben: Aachen 1. Wärmeschutz-VO* Heizkosten-VO Heizungsanlagen-VO Landstuhl Solarhäuser Passivhaus Darmstadt Kranichstein 0 Energieautarkes Solarhaus Freiburg Quellen: gemäß Lawitzka (1994), eigene Berechnungen 2. Wärmeschutz-VO* * nur Vorgaben zur Gebäudehülle NEH-Ingolstadt/ Halmstad NEH-Heidenheim 1. Ölkrise 2. Ölkrise Ölpreisverfall Klimaschutz 3. WSchVO* Energieeinspar-Verordnung 2002 / 04 / 07 / 09 und 2014/16 Gesamt-Energiebilanz für Gebäude + Technik Primärenergie-Grenzwert + Mindeststandards 2007: Energieausweis Altbau, DIN Nicht-Wohngebäude EU-Gebäuderichtlinie (2010): ab 2019/21 Neubau = Niedrigstenergiegebäude a d a m Überblick 4

Wärmeschutz-VO* Heizkosten-VO Heizungsanlagen-VO Landstuhl Solarhäuser Passivhaus Darmstadt Kranichstein 0 Energieautarkes Solarhaus Freiburg 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Quellen: gemäß Lawitzka

5 Aktueller Neubaustandard: Referenz-Wohngebäude Wärmedämmung Keller: 0,35 W/m²K ( 10 cm) Wand: 0,28 W/m²K ( 14 cm) Dach: 0,20 W/m²K ( 20 cm) Fenster: 1,3 W/m²K, g = 0,6 Heizungstechnik Brennwert-Heizgerät Heizkörper 55/45 C geregelte Umwälzpumpe Rohre in beheizter Hülle Primärenergie-Grenzwert für Neubauten geplantes Gebäude (Geometrie, Ausrichtung) mit Referenzausstattung Lüftungstechnik Gebäude-Dichtheitsprüfung zentrale Abluftanlage geregelter DC-Ventilator keine aktive Kühlung Warmwassertechnik thermische Solaranlage Anbindung an Heizgerät Zirkulationsleitung Rohre in beheizter Hülle a d a m EnEV 5

Neubauten geplantes Gebäude (Geometrie, Ausrichtung) mit Referenzausstattung Lüftungstechnik Gebäude-Dichtheitsprüfung zentrale Abluftanlage geregelter

6 Effiziente Heiztechnik + Erneuerbare Energien Primärenergiebedarf kwh/m²a Referenz: Brennwert + SolarWW Brennwert + SolarWW/HZG Verbesserte Heizanlage * Werte für Einfamilienhaus freistehend 140 m² Wohnfläche Elektro-Wärmepumpe (e=0,27) Erdgas-BHKW (Dachs, fp=0,6) Holzpellet-Brennwert Pellet + Solar + Heizanlage ** - 75 % *: ohne Warmwasserzirkulation, Geräte in beheizter Hülle, 45/35 C Heiznetz, elektronische Heizkörperventile **: ohne Warmwasserzirkulation, 45/35 C Heiznetz, elektronische Heizkörperventile e: Aufwandszahl, Verhältnis von Endenergieaufwand zu bereitgestellter Wärme f p : Primärenergiefaktor, Verhältnis von Primärenergieaufwand zu bereitgestellter Endenergie (hier = Wärme) a d a m Überblick 6

Warmwasserzirkulation, Geräte in beheizter Hülle, 45/35 C Heiznetz, elektronische Heizkörperventile **: ohne Warmwasserzirkulation, 45/35 C Heiznetz, elektronische Heizkörperventile

7 Regenerativ gespeiste Nahwärmenetze Energiebereitstellung Solarthermische Kollektoren Geothermische Bohrungen Großwärmepumpe Holz-Heizkraftwerke Bioerdgas-BHKW Beispiel: Solare Nahwärme große saisonale Energiespeicher Wasserbehälter aus Beton Aquifere (unterirdische Wasservorkommen) Erdsondenfelder Solare Deckungsraten von ca. 50 % etwa gleiche solare Wärmepreise wie bei Einfamilienhaus-Anlagen Solare Nahwärme Größenordnung m³ Wasservolumen Bildquelle : Ökoinstitut e.v. a d a m Überblick 7

Aquifere (unterirdische Wasservorkommen) Erdsondenfelder Solare Deckungsraten von ca.

8 Passivhaus schlüssiges Gesamtkonzept Minimierte Transmissionswärmeverluste Keller: ca. 20 cm Wärmedämmung Wand: ca. 30 cm Dach: ca. 40 cm dreifach Wärmeschutzverglasung Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Außenluft Fortluft Minimierte Lüftungswärmeverluste Luftdichte Gebäudehülle (Blower-Door-Test n 50Pa < 0,5 LW/h) Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung von bis zu 90 % aus der warmen Abluft Effiziente kostengünstige Heiztechnik Heizen mit erwärmter Zuluft = Lüftungsheizung (Heizanlage entfällt) häufig: Kompaktheizgeräte mit Abluft- Wärmepumpe und Warmwasserspeicher Abluft aus Küche, Bad, WC Zuluft in Wohn-, Schlaf-, Kinderzimmern Jahres-Heizwärmebedarf 15 kwh/m²a (Primärenergie inkl. WW 35 kwh/m²a) Heizgrenze: ca. 5 C, Heizlast bei -10 C: ca. 10 W/m² Sehr hohe Wohnqualität bzgl. thermischer Behaglichkeit und Raumluftqualität a d a m Überblick 8

Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung von bis zu 90 % aus der warmen Abluft Effiziente kostengünstige Heiztechnik Heizen mit erwärmter Zuluft = Lüftungsheizung (Heizanlage entfällt) häufig:

9 Baustandards im Überblick Zahlenwerte für Einfamilienhäuser Haushaltstrom Lüfterstrom Warmwasser Heizung a d a m Überblick 9 Primärenergiebedarf kwh/m²a Mittelwert Bestand WSchVO 1995 EnEV 2009 Passivhaus Passiv + Stromspar Wärmeschutz + effiziente Heiztechnik + Lüftung mit WRG Haushaltstrom ohne/mit Stromsparkonzept: Stromsparen ohne: 1500 kwh/person mit: 500 kwh/person v.a. persönliche Entscheidung (im Unterschied zum Bauen v.a. Gesetzgeber)

Passiv + Stromspar Wärmeschutz + effiziente Heiztechnik + Lüftung mit WRG Haushaltstrom ohne/mit Stromsparkonzept:

10 Ist mehr möglich? Das Plusenergiehaus mehr Energie regenerativ am Gebäude produzieren als verbrauchen - z.b. mit Photovoltaik Primärenergiebedarf kwh/m²a Wärmeschutz Zahlenwerte für Einfamilienhäuser + Heiztechnik + Lüftungstechnik + Stromsparen Stromproduktion mit Photovoltaik- Anlage pro m² PV-Fläche ca. 100 kwh/a Strom entspricht ca. 270 kwh/a Primärenergie Mittelwert Bestand WSchVO 1995 EnEV 2009 Passivhaus Passiv + Stromspar Voraussetzungen für Plusenergiehäuser energiesparendes Gebäude ausreichend geringe Nutzungsdichte Plusernergie Plusenergiehaus entspricht pro m² Wohnfläche - bei 2 Etagen: 135 kwh/m²a Primärenergie - bei 3 Etagen: 90 kwh/m²a Primärenergie - bei 10 Etagen: 27 kwh/m²a Primärenergie a d a m Überblick 10

11 Nutzereinfluss auf den Heizenergieverbrauch Niedrigenergiehäuser Passivhäuser Siedlung Skive in Dänemark 52 Gebäude, Baujahr 1982 Siedlung Lummerlund in Wiesbaden 22 Gebäude, Baujahr 1997 Heizenergieverbrauch kwh/m 2 a Messung 1985/86 Messung 1986/87 Mittelwert Messung1986/87: ca. 50 kwh/m²a nach Fernwärmeverbrauch sortiert Heizenergieverbrauch kwh/m 2 a Mittelwert Messung 1998/99: 13,4 kwh/m²a nach Fernwärmeverbrauch sortiert prozentualer Einfluss der Nutzer ist sehr groß (etwa ± 60 %) absoluter Einfluss sinkt jedoch mit dem absoluten Energiebedarf ein Energiesparhaus bleibt eines, egal wer darin wohnt Quellen: Loga, Großklos (IWU), Feist (PHI) a d a m Überblick 11

50 kwh/m²a nach Fernwärmeverbrauch sortiert Heizenergieverbrauch kwh/m 2 a 25 20 15 10 5 0 Mittelwert Messung 1998/99: 13,4 kwh/m²a nach Fernwärmeverbrauch sortiert prozentualer

12 Technische Effizienz Wohlstand und Komfort Beispiel: BRD, Raumheizung privater Haushalte Endenergieverbrauch temperaturbereinigt [kwh/m²a] Wohnfläche [m²/person] Endenergie Raumheizung Haushalte Wohnfläche Steigerung der technischen Effizienz Wärmeschutz Wirkungsgrade der Heizgeräte Steigerung der Komfortansprüche Wohnflächenzunahme, EFH statt MFH Vollraumbeheizung Komfort- und Effizienzsteigerung heben sich gegenseitig auf Quelle: DeStatis, BMWI Energiedaten 10/2014 a d a m Überblick 12

Steigerung der technischen Effizienz Wärmeschutz Wirkungsgrade der Heizgeräte Steigerung der Komfortansprüche Wohnflächenzunahme, EFH

13 Resümee und Ausblick Ansatzpunkte Minimierung der Wärmeverluste: Wärmedämmung und luftdichte Gebäude Effiziente Heiz- und Lüftungstechnik: mit zahlreichen Details bei allen Komponenten Nutzung regenerativer Energien: Solaranlagen, Wärmepumpen, Holz, etc. Stand Heute: EnEV 2014 Referenzausstattung mit thermischer Solaranlage und zentraler Abluftanlage Primärenergiebedarf von ca kwh/m²a (Verschärfung um 25% ab 2016) Stromverbrauch wird primärenergetisch dominierend Chancen für die Zukunft Nahwärmeversorgungen mit regenerativer Energieeinspeisung Passivhaus-Standard als schlüssiges Gesamtkonzept Plusenergie-Häuser durch konsequente Nutzung von Dachflächen es bleibt das Risiko Komfort a d a m Überblick 13

Stand Heute: EnEV 2014 Referenzausstattung mit thermischer Solaranlage und zentraler Abluftanlage Primärenergiebedarf von ca.

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