Lösungsheft Haustechnik im Plus-Energie-Gebäude

Transkript

1 Lösungsheft Haustechnik im Plus-Energie-Gebäude Arbeitsblatt Lüftung Aufgabe 1 Was sind die Grundlagen für Lüftungsanlagen? a. Welche Parameter sind für eine passivhaustaugliche Lüftungsanlage Voraussetzung? - Wärmebereitstellungsgrad η WRG,eff 75 % - Zulufttemperatur > 16,5 C zur Erzielung von Behaglichkeit - Stromeffizienz p el < 0,45 Wh/m³ - Weitgehende Dichtheit des Lüftungsgeräts - Schalldruckpegel in Wohnräumen < 25 db(a) b. Welche ÖNORMEN und Richtlinien sind in Österreich in Bezug auf die Lüftung heranzuziehen und was wird darin festgelegt? In Österreich sind die maßgebenden OIB-Richtlinien für die bautechnischen Vorschriften die OIB-Richtlinie 3 (Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz) und die OIB-Richtlinie 6 (Energieeinsparung und Wärmeschutz). Sie fordern, wenn in Aufenthaltsräumen eine natürliche Lüftung zur Gewährleistung eines gesunden Raumklimas nicht ausreichend ist, eine entsprechend bemessene mechanische Lüftung. Eine weitere Forderung bezüglich Elektroenergieeffizienz schreibt die OIB-Richtlinie 6 vor: Es dürfen nur energieeffiziente Motoren für die Ventilatoren verwendet werden, die gemäß ÖNORM EN13779:2008 entsprechende SFP-Werte (PSFP) aufweisen. Auslegung der Lüftungsanlage nach ÖNORM H 6038 (2014): Für die Projektierung sind erforderlich: 1) Festlegung der Zonengliederung für Zuluft-, Überström- und Ablufträume, 2) Festlegung der erforderlichen Zu- und Abluft-Volumenströme, 3) Festlegung der Zuluft-Einblastemperaturen, 4) Festlegung der maximal zulässigen Schallpegel in den Räumen, 5) Festlegung der Maßnahmen zur Erhaltung der Brandabschnitte, 6) Aufstellung und Funktion des Zu- und Abluftgerätes mit Wärmerückgewinnung einschließlich dessen Komponenten, 7) Festlegung der Funktionen der Automatisierungs- und Bedienungseinrichtung, 8) Anordnung der Außenluft- und der Fortluft-Durchlässe, 9) Anordnung der Zu-, Überström- und Abluft-Durchlässe, 10) Festlegung der Luftleitungsführung, 11) Wartung und Reinigung. Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 1

2 Aufgabe 2 Komfortlüftung a. Erklären Sie die Ausführung der Lüftung im Beispielgebäude. Gehen Sie dabei auch auf den Luft-Erdwärmetauscher ein und erklären Sie, wie die Anlage nach dem heutigen Stand der Technik zu planen gewesen wäre. Im Beispielgebäude wurde eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung ausgeführt. Das Zentralgerät wurde im Erdgeschoß im Abstellraum zentral neben der Treppe eingebaut, um mit möglichst kurzen Wegen alle Räume erschließen zu können. Die Ansaugung der frischen Außenluft erfolgt in diesem Gebäude über einen Erdwärmetauscher. Das Zentralgerät hat einen Wärmebereitstellungsgrad von 85 %. Die Verteilung der Zuluft erfolgt im Erdgeschoß auf kürzestem Weg über den Eingangsflur zum Wohnraum und dem EG-Zimmer. Die Luft strömt über Weitwurfelemente in die Räume ein. Gleiches gilt für das Obergeschoß. Auch dort erfolgt die Zuluftverteilung unter der Decke des Flurs und mit Weitwurfelementen in die vier Räume. Abluftseitig wird die Luft im Erdgeschoß aus der Küche, dem WC und dem zentralen Abstellraum abgesaugt, im Obergeschoß aus dem Bad. Der Schallschutz erfolgt hinsichtlich des Geräteschalls und Telefonieschalls über Schalldämpfer im Leitungssystem, das aus Wickelfalzrohr bzw. Rechteck-Blechkanälen gefertigt wurde. Ein Hauptschalldämpfer befindet sich bei Zu- und Abluftleitung jeweils hinter dem Zentralgerät. Dazu kommen die Telefonieschalldämpfer zwischen den Abgängen zu den einzelnen Räumen. Erdwärmetauscher: Ein Erdwärmetauscher entspricht heute nicht mehr dem Stand der Technik. Heute würde ein Sole-Erdwärmetauscher verwendet werden, da bei einem Luft-Erdwärmetauscher eine mikrobielle Belastung in den Risikobereichen auftreten kann. Vorteile eines Sole-Erdwärmetauschers sind: - Höhere Hygiene - Leichtere Verlegung (geringerer Durchmesser, kein Gefälle) - Regelbarkeit über Pumpe + geringer Druckverlust des Wärmetauschers (1 bis 3 Pa statt Erd-Luft-Wärmetauscher mit ca. 10 bis 15 Pa) - Außenluftfilter kann im Gebäude sein - Kostenvorteile bei größeren Gebäuden (MFH) Siehe dazu: Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 2

3 Arbeitsblatt Wärmeversorgung (Heizung und Warmwasser) Aufgabe 3 Heizsystem in einem Plus-Energie-Gebäude a. Kommen konventionelle Heizsysteme für ein Passivhaus/Plus-Energie-Gebäude infrage? Welche Systeme können Sie nennen? Beschreiben Sie ein System genauer. Einige konventionelle Heizsysteme können die für ein Passivhaus/Plus-Energie-Gebäude notwendigen geringen Leistungen nicht effizient bereitstellen (z. B. Stückholzkessel). Dazu kommt es beim Niedrigstenergiehaus und damit auch beim Plus-Energie-Gebäude darauf an, einen möglichst hohen Anteil erneuerbarer Energien an der Versorgung zu erzielen. Folgende Systeme kommen daher infrage: - Wärmepumpen-Kompaktaggregat: Die Zusammenfassung von Zu-/Abluftanlage mit einer Kleinstwärmepumpe ermöglicht grundsätzlich für ein Passivhaus ein sehr kostengünstiges Versorgungssystem, das die erforderliche Wärme für den Primärkreislauf der Wärmepumpe aus der Fortluft der Lüftungsanlage bezieht. Heizseitig wird die Wärme über die Luft der Lüftungsanlage verteilt, wodurch auf eine gesonderte Warmwasserheizung verzichtet werden kann. - Wärmepumpe: Lüftungsanlage und Wärmepumpe können auch getrennt betrieben werden und die Wärme des Primärkreislaufs aus einem Erdkollektor oder Luft- Wasser-Wärmetauscher gespeist werden. Das System ist zunächst kostenträchtiger als das Wärmepumpen-Kompaktaggregat, aufgrund der geringen Leistung sollten mittelfristig aber Anlagen zur Verfügung stehen, die niedrige Kosten mit dem hohen Komfort dieses Systems verbinden. - Pelletskessel: Die Beheizung eines Passivhauses mit Biomasse über einen Pelletskessel ermöglicht einen hervorragenden Primärenergiekennwert, da der Brennstoff einen Primärenergiefaktor von 0,2 aufweist. Als Nachteil ergeben sich die hohen Kosten solch einer Anlage und ein relativ hoher Wartungsaufwand. - Stückholzkessel: Das für Pelletskessel Gesagte gilt in gleicher Form für Stückholzkessel. Der Aufwand für den Betrieb ist nochmals höher. Zudem ist bei beiden Systemen darauf zu achten, dass die Verbrennungsluft von außen angesaugt wird und auch bei Unterdruck, der durch die Lüftungsanlage des Passivhauses erzeugt werden kann, kein Austritt von Rauchgas in den Wohnbereich erfolgen kann. - Gas-Brennwerttechnik: Konventionelle Anlagen mit Gas-Brennwerttechnik sind für ein Passivhaus deutlich überdimensioniert. Dennoch können günstige Anlagen gebaut werden, weil sowohl beim Verteilsystem als auch der Regelung sehr kostengünstige Lösungen möglich sind. Siehe: Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 3

4 b. Wie kann die Warmwasserversorgung in einem Plus-Energie-Gebäude gewährleistet werden? Aufgabe 3b. ist ergebnisoffen. c. Wie wird die Warmwasserversorgung im Beispielgebäude gewährleistet? Diskutieren Sie den Einsatz einer Gas-Brennwerttherme im Zusammenhang mit dem Plus-Energie-Konzept. Die Warmwasserbereitung erfolgt im Beispielgebäude über eine Solarthermieanlage sowie eine Gas-Brennwerttherme, die mit Flüssiggas betrieben wird. Flüssiggas war als dezentrale Ergänzungsenergie gedacht. Auf der Versorgungsseite wurde eine Maximierung des Energieertrags aus erneuerbaren Energien angestrebt. Die erneuerbaren Erträge sollten dabei in der Jahresbilanz deutlich höher liegen als der Bedarf für Wärme, Strom und Elektromobilität. Der Heizenergiebedarf für Warmwasser lag 2012 bei gut kwh. Davon deckte die Solarthermieanlage einen Anteil von etwa 65 Prozent mit kwh, und die Gas- Brennwerttherme musste kwh beitragen. In der Gesamtbilanz (bezogen auf die Endenergie) wurden benötigt: Haushaltsstrom mit kwh im Jahr 2012, Flüssiggas 3100 kwh. Erneuerbar bereitgestellt wurden kwh durch Solarthermie und kwh durch Photovoltaik. Insgesamt ergibt sich ein bilanzieller Energieüberschuss über das Jahr 2012 von kwh. Um auch den ökologischen Nutzen zu verdeutlichen, müsste zusätzlich die Primärenergiebilanz berechnet werden. Strom aus dem Netz hat laut OIB-Richtlinie 6 einen PE-Faktor von 2,62, beim Strom aus PV kommt es einerseits darauf an, wann er geliefert wird, d. h. welche/ob Kraftwerke dafür weniger CO 2 produzieren, andererseits muss die Herstellung der PV in Rechnung gestellt werden (siehe PE-Faktor im PHPP). Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 4

5 Arbeitsblatt Strom Aufgabe 4 Hat der Stromverbrauch in einem Plus-Energie-Gebäude eine besondere Bedeutung? a. Lesen Sie den folgenden Text und unterstreichen Sie die wesentlichen Informationen. Lösungsvorschlag: Die großen Herausforderungen der Zukunft zur Erreichung von Nahezu-Null- oder Plusenergiegebäuden liegen bei der Minimierung des (Haushalts-)Strombedarfs, bei der zeitlichen Übereinstimmung von Energie-Angebot und -Nachfrage und bei der Flächenbereitstellung für die Energieproduktion aus erneuerbaren Energieträgern vor Ort oder in der Nähe bzw. deren Effizienzsteigerung bei der Produktion. Dies trifft noch stärker zu, wenn nicht nur der Endenergiebedarf, sondern der gesamte Primärenergiebedarf gegen die stündlich erzeugte Primärenergiemenge von erneuerbaren Energieträgern vor Ort oder in der Nähe bilanziert wird. b. Benennen Sie mindestens vier Energiedienstleistungen/Geräte, für die charakteristischerweise in einem Haushalt Strom gebraucht wird. - Beleuchtung - Küchengeräte - Waschen / Trocknen - IT / Kommunikation / Infotainment - Hilfsenergie c. Worauf ist im Zusammenhang mit Energieeffizienz von Stromanwendungen zu achten? Nennen Sie drei Anwendungen und die entsprechenden Energieeffizienz- Maßnahmen. Beleuchtung: Eine Voraussetzung für den sparsamen Umgang mit Beleuchtung liegt sowohl in einer guten Tageslichtnutzung durch eine gezielte Belichtungsplanung als auch im sparsamen Verhalten der NutzerInnen. Darüber hinaus müssen die Leuchtmittel sowie die Beleuchtungsstrategie optimiert werden und wenn möglich LED-Technik zum Einsatz kommen. Haushaltsgeräte: Durch die Auswahl effizienter Geräte können niedrige Verbrauchswerte erreicht werden. Es ist aber nicht zielführend, ein wenige Jahre altes Gerät zu entsorgen, um eines mit niedrigeren Verbrauchswerten zu kaufen, sondern es ist sinnvoller, auf die entsprechende Nutzungsdauer zu achten, da in jedem Gerät Produktionsenergie (Graue Energie) steckt. Ein hohes Maß an Einsparung ist vor allem durch sparsames Nutzerverhalten möglich, wozu bei E-Herden die Nutzung von Restwärme der Kochfelder ebenso gehört wie gegebenenfalls die Nutzung von Drucktöpfen oder das zielgerichtete Erhitzen von Wasser mit optimierten Wasserkochern anstatt auf der Herdplatte. Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 5

6 Eine Optimierung beim Waschen ist zum Beispiel durch die Wahl der Waschprogramme seitens der NutzerInnen gegeben. Die Temperatur kann in vielen Fällen niedriger gewählt werden als bisher üblich. Ein weiteres Einsparungspotenzial liegt andererseits in der Nutzung von Wärme aus dem regenerativ bereitgestellten Warmwasser der Brauchwarmwasserbereitung. Unterhaltungselektronik: Kauf effizienter Geräte, Vermeidung von Stand-by-Zeiten. Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 6

7 Arbeitsblatt Plus-Energie-Konzept Aufgabe 5 Photovoltaik a. Lesen Sie folgenden Text. b. Worauf ist bei einer PV-Installation auf dem Dach grundsätzlich zu achten? Bei Dächern ist zunächst zwischen Flach- und Schrägdächern zu unterscheiden. Auf Flachdächern werden PV-Anlagen üblicherweise mithilfe einer Aufständerung montiert, um die Solarmodule optimal zur Sonne hin auszurichten. Zu achten ist bei der Aufständerung vor allem darauf, dass sich die Solarmodulreihen nicht gegenseitig verschatten die Abstände zwischen ihnen müssen also so berechnet werden, dass der Schatten einer Modulreihe auch bei niedrigem Sonnenstand (im Winter) die dahinterliegenden Solarmodule nicht erreicht. Schrägdächer, die nicht nach Norden ausgerichtet sind, bieten sich als Flächen für PV- Module an, da ihre Neigung zur Sonne oft bereits günstig ist und sie seltener als andere Gebäudeteile durch andere Gebäude verschattet werden. Solarmodule können entweder in Form eines In-Dach- oder eines Auf-Dach-Systems in Schrägdächer integriert werden. Beim Auf-Dach-System werden sie über der Dachhaut befestigt, indem sie mit der bestehenden Dachkonstruktion verankert werden. Dabei muss man darauf achten, dass die Dachhaut durch das Durchstoßen nicht undicht wird. In-Dach-Systeme ersetzen oder ergänzen die Dacheindeckung beispielsweise in Form von Solardachelementen (z. B. Solardachziegeln) oder Profilsystemen, die Standard- Solarmodule enthalten. Bei der Integration von Solarmodulen in das Dach muss in jedem Fall auf eine ausreichende Hinterlüftung geachtet werden (10 15 cm Hinterlüftungsebene), damit der Wirkungsgrad der PV-Anlage nicht zu stark reduziert wird. Was wären im Beispielgebäude alternative Aufstellungsvarianten zu der in a. dargestellten Variante gewesen? Die alternativ diskutierten Aufstellungsvarianten hätten einen deutlich geringeren Ertrag erbracht: Insbesondere die Aufständerung mit Grad nach Süden hätte 30 bis 40 Prozent weniger ergeben, weil die jeweiligen Verschattungswinkel als Abstand zwischen den Modulen eingehalten werden müssen. Zudem wäre in diesem Fall ein Streifen um die Attika nicht nutzbar gewesen, weil die schrägstehenden Module aus optischen Gründen nicht bis an den Rand heran hätten gebaut werden können. Eine Alternative wäre die Ost-West-Aufständerung mit vollständiger Nutzung der Fläche, jedoch mit jeweils 10 bis 15 Grad Neigung nach Osten und Westen im Wechsel. Der Ertrag hätte dennoch circa 20 Prozent unter dem ausgeführten gelegen, da die Randbereiche auch in diesem Fall aus optischen Gründen nicht nutzbar gewesen wären. Lernbaustein Haustechnik Lösungsheft 7