Gebäudeenergieeffizienz auf dem Prüfstand Die richtigen Maßnahmen zur energetischen Sanierung

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1 Gebäudeenergieeffizienz auf dem Prüfstand Die richtigen Maßnahmen zur energetischen Sanierung Prof. Dr. Gerd Hauser 29. März 2012, Stuttgart EnEV Energiewende im Gebäudebereich - Internationales Kongresszentrum (ICS) der Landesmesse Stuttgart

2 Vision zur globalen regenerativen Energieversorgung bis 2050 Primärenergie nach Methode der direkten Energieäquivalente

3 Endenergieverbrauch in Deutschland nach Anwendungsbereichen mechanische Energie 38,9 % Raumwärme/-kälte 31.1 % 39,1 % Quelle: BMWi, 2011 sonstige Prozesswärme 22,0 % Warmwasser 4,7 % Beleuchtung 3,3 %

4 Ziele der Bundesregierung Gebäude Die Bundesregierung hat beschlossen, bis 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu haben; dafür ist die Verdoppelung der energetischen Sanierungsrate für Gebäude von derzeit jährlich etwa 1 % auf 2 % erforderlich. Bis 2020 wollen wir eine Reduzierung des Wärmebedarfs um 20 % erreichen. Die Erreichung dieses Ziels wird in das Monitoring zum Sanierungsfahrplan einbezogen. Für 2050 streben wir eine Minderung des Primärenergiebedarfs in der Größenordnung von 80 % an.

5 Wege der Bundesregierung Gebäude: Über ausgewogenes Verhältnis von Fordern und Fördern Neubauten müssen bereits ab 2020 klimaneutral auf der Basis primärenergetischer Werte sein. Wir werden die Effizienzstandards von Gebäuden in der EnEV ambitioniert erhöhen, soweit dies im Hinblick auf eine ausgewogene Gesamtbetrachtung wirtschaftlich vertretbar ist. Das KfW-CO 2 -Gebäudesanierungsprogramm wird zunächst auf 1,5 Mrd. jährlich aufgestockt und verstetigt. Ab 2015 wird eine marktbasierte und haushaltsunabhängige Lösung (z. B. weiße Zertifikate) geprüft. Zusätzliche Abschreibungsmöglichkeiten (10 % der Aufwendungen als Sonderausgaben) Entwicklung eines Sanierungsfahrplans mit dem Zielniveau einer Minderung des Primärenergiebedarfs um 80 %, beginnend 2012.

6 Entwicklung des energieeffizienten Bauens in Deutschland am Beispiel von Wohngebäuden Quelle: Prof. G. Hauser, TUM, 2011

7 Altbau Energieeffizienzhaus Primärenergiebedarf ~ 460 ~ 30 Endenergiebedarf ~ 400 ~ 25 kwh/(m²a)

8 Altbau Plusenergiehaus Primärenergiebedarf ~ 460 < 0 Endenergiebedarf ~ 400 < 0 kwh/(m²a)

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10 Plusenergiehaus mit E-Mobilität: 1. Preis Quelle: Institut für Leichtbau und Entwerfen (ILEK), Stuttgart, 2010

11 Einweihung am 7. Dez Quelle: BMVBS

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13 Wärmebrücken Thermografie

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15 Stiefmütterlich behandelt: Altbau - das Potential der Zukunft Zahlenmäßig Energetisch % Anteil am Gesamtbestand in % % 23 % Anteil am Gesamtverbrauch in % % 0 Altbau Neubau 0 Altbau Neubau

16 Die Szenarien belegen, die energetische Sanierung des Gebäudebestands ist der zentrale Schlüssel zur Modernisierung der Energieversorgung und zum Erreichen der Klimaschutzziele.

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18 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland 2009 bis Stromerzeugung Wärmeerzeugung Passive Solarenergie über Gebäudehüllen (nur Wohngebäude) Primärenergieeinsparung durch Energieeffizienzsteigerung im Gebäudebestand Quelle: BMU 2012, Hauser 2007 (aktualisiert)

19 Anforderungen bei Ersatz, Einbau, Erneuerung von Bauteilen (Auszug) Bei Änderungen von bestehenden Gebäuden greifen die Anforderungen, wenn der erstmalige Einbau, der Ersatz oder die Erneuerung einzelner Bauteile einen Anteil von 10 % der jeweiligen Bauteilfläche des gesamten Gebäudes übersteigt. Die Anforderungen gelten nur für den Bereich der Änderung! Bauteil Wohngebäude und Zonen von Nichtwohngebäuden mit Innentemperaturen > 19 C Zonen von Nichtwohngebäuden mit Innentemperaturen von 12 bis < 19 C Außenwände - Außendämmung - Innendämmung Außen liegende Fenster, Fenstertüren Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten U max 0,24 W/(m² K) 0,35 W/(m² K) 1,30 W/(m² K) 0,35 W/(m² K) 0,35 W/(m² K) 1,90 W/(m² K) Dachflächenfenster Verglasungen Decken, Dächer und Dachschrägen Flachdächer 1,40 W/(m² K) 1,10 W/(m² K) 0,24 W/(m² K) 0,20 W/(m² K) 1,90 W/(m² K) keine Anforderung 0,35 W/(m² K) 0,35 W/(m² K)

20 Erforderliche Dämmstoffdicke

21 Sanierungshemmnisse Quelle: IFEU/TNS 2008

22 Modernisierungsempfehlungen zum Energieausweis

23 Modernisierungsempfehlungen zum Energieausweis

24 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 1 Zwischen- und Untersparrendämmung 1 Dacheindeckung 2 Lattung, Konterlattung 3 Bitumendachbahn 4 Unterdach 5 Sparren 6 Hinterlüftung 7 Wärmedämmung 8 Dampfbremse 9 Innenbekleidung 10 Zwischensparrendämmung 11 Untersparrendämmung 12 Dampfbremse 13 Lattung, Leitungen 14 Innenbekleidung

25 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 2 Zwischen- und Untersparrendämmung 1 Dacheindeckung 2 Lattung, Konterlattung 3 Bitumendachbahn 4 Dachschalung 5 Sparren 6 Hinterlüftung 7 Wärmedämmung 8 Dampfbremse 9 Innenbekleidung 10 Zwischensparrendämmung 11 Untersparrendämmung 12 feuchteadaptive Dampfbremse 13 Lattung, Leitungen 14 Innenbekleidung, neu

26 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 3 Zwischen- und Aufsparrendämmung 1 Dacheindeckung 2 Lattung, Konterlattung 3 Bitumendachbahn 4 Unterdach 5 Sparren 6 Hinterlüftung 7 Wärmedämmung 8 Dampfbremse 9 Innenbekleidung 10 Dacheindeckung 11 Lattung, Konterlattung 12 Unterdeckplatte als Aufsparrendämmung 13 Zwischensparrendämmung, neu

27 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 4 Zwischen- und Aufsparrendämmung 1 Dacheindeckung 2 Lattung, Konterlattung 3 Bitumendachbahn 4 Unterdach 5 Sparren 6 Hinterlüftung 7 Wärmedämmung 8 Dampfbremse 9 Innenbekleidung 10 Zwischensparrendämmung 11 Untersparrendämmung 12 Dampfbremse 13 Lattung, Leitungen 14 Innenbekleidung

28 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 4 Zwischen- und Untersparrendämmung 1 Dacheindeckung 2 Lattung, Konterlattung 3 Unterspannbahn (diffusionsoffen) 4 Sparren 5 Wärmedämmung 6 Holzwolleleichtbauplatte 7 Innenbekleidung 8 Zwischensparrendämmung, neu 9 Untersparrendämmung, neu 10 Dampfbremse 11 Innenbekleidung, neu

29 Steildach, Dachgeschoss ausgebaut 5 Zwischen- und Aufsparrendämmung 1 Innenbekleidung 2 Holzwolleleichtbauplatte 3 Wärmedämmung 4 Hinterlüftung 5 Sparren 6 Unterdach 7 Bitumendachbahn 8 Lattung, Konterlattung 9 Dacheindeckung 10 feuchteadaptive Dampfbremse 11 Zwischensparrendämmung 12 Aufsparrendämmung 13 diffusionsoffene Unterspannbahn 14 Lattung, Konterlattung 15 Dacheindeckung, ggf. bestehende wiederverwendbar

30 Wärmeleitung in Dämmstoffen Quelle: Bine Informationsdienst

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32 Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von Standard-EPS und Polystyrol-Hartschaum mit Graphit- Einlagerungen

33 Insulation Materials Mineral Wool (MW) IR - Reflective Insulation (RI) R = 5.7 m²k/w thermal resistance mineral wool R* = 5.7 m²k/w thermal resistance =? IR reflective insulation

34 Vakuumdämmung Quelle: ECBCS Annex 39 High Performance Thermal Insulation Systems (HiPTI)

35 Vakuumdämmung Quelle: nach ZAE Bayern

36 Vakuumdämmung Quelle: Porextherm Quelle: Porextherm Quelle: va-q-tec Quelle: Porextherm

37 Vakuum Wärmedämm- Paneel

38 Phenolharz-Hartschaum Anwendung: WDVS Wärmeleitfähigkeit λ bis 0,022 W/(m K) Quelle: Schäfer und Kusmark Quelle: Baunetz

39 Aerogele / Nanogele geschäumtes CO 2 -Granulat λ = 0,013-0,018 W/(m K)

40 U AW = 0,44 W/m 2 K

41 Temperaturspezifischer Wärmeverlust H der Außenwand bei 6 cm Innendämmung f=26% 1,355 2,68 1,98 3,98 Ohne Wärmebrücken: H W = A AW. UAW = 3,43 W K W Wärmebrücken: H WB = ΣΨ. l = 4,25 K Summe: 7,68 W K mit Wärmebrücken ohne Wärmebrücken 7,68 = = 2,24 3,43

42 Keilplatte aus Aerowolle λ = 0,019 W/mK Quelle: Rockwool

43 Fenster EnEV-Referenzausführung 2009: Fenster U = 1,3 W/(m²K), g = 0,60 EnEV-Referenzausführung 2012 : Fenster U = 0,9 W/(m²K), g = 0,55 Uw = 5,2 W/(m²K) U g = 5,8 W/(m²K) U eq = 3,71 W/(m²K) θ si = - 2,62 C Uw = 1,3 W/(m²K U g = 1,0 W/(m²K) U eq = - 0,6 W/(m²K) θ si = 16,1 C Uw = 0,9 W/(m²K) U g = 0,7 W/(m²K) U eq = - 0,9 W/(m²K) θ si = 17,27 C Südfenster Südfenster Südfenster

44 Vakuumverglasungen Ug = 0,5 W/(m²K) g = 0,54 τ = 0,73 Quelle: BMWi, EnOB, Projekt: Produktionstechniken für Vakuum-Isolierglas (ProVIG)

45 MFH 2007 MFH 2009 MFH Jahres-Wärmebilanz (Nutzenergiebedarf) [kwh/(m²a)] Trinkwarmwasserbereitung Lüftungswärmeverluste Transmissionswärmeverluste solare Gewinne (nutzbar) interne Gewinne (nutzbar) resultierende Nutzenergie

46 MFH 2007 MFH 2009 WRG MFH Jahres-Wärmebilanz (Nutzenergiebedarf) [kwh/(m²a)] Trinkwarmwasserbereitung Lüftungswärmeverluste Transmissionswärmeverluste solare Gewinne (nutzbar) interne Gewinne (nutzbar) resultierende Nutzenergie

47 Mechanische Lüftung im Winter Büro VOC Büro VOC Hörsaal CO 2 Bedarfsregelung über Luftqualität

48 Dämmstoffintegrierter Lüftungskanal

49 Dämmelement mit integriertem Lüftungskanal Ein handelsübliches Dämmelement wird fertigungstechnisch mit innenliegenden Kanälen direkt im Dämmstoff versehen. Patent der Fraunhofer-Instituts für Bauphysik Lizenznehmer Fa. Schwenk Dämmtechnik

50 Lüftungskanäle Die Dämmelemente bilden bei der Installation von rechten und linken Elementen den vertikalen Lüftungskanal an der Außenwand. Mit Hilfe von Kernbohrungen werden die Zu- und Abluftkanäle an die Räume angebunden. Die Anbindung an ein Zentrallüftungsgerät wird über Sammelleitungen im Sockelbereich eines Gebäudes hergestellt

51 FAW-System Kernbohrung Anschluss der Lüftungskanäle

52 Beispielgebäude Forschungsvorhaben Messung Druckverlust Temperaturen, Wärmerückgewinnungsgrad

53 Beispielgebäude Anschluß Zuluftseite über Sockelkanal Kreuzungsfreie Luftführung über Stichkanal im Kellerbereich

54 Dämmsystem mit integrierten Lüftungskanälen Umsetzung

55 FAW-System Montage Fassadendämmung neowall 032 Integration der Lüftungskanalplatten

56 Vergleich Messung mit dynamischer Simulation Temperatur _Validierung [ C 20 ] Fraunhofer-Institut für Bauphysik Außenluft Zuluft gemessen Zuluft simuliert

57 Wärmerückgewinnung Gerät / System Wärmerückgewinnungsgrad η WRG 1,0 [ 0,9 - ] _Messungen_Haroldstraße 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Fraunhofer-Institut für Bauphysik [ C 8 ] 10 Außenlufttemperatur η WRG,Gerät η WRG,System Mittelwert: η WRG,SYS = 59 %

58 Systemoptimierung Prototyp -> Pilotvorhaben - Raue Oberfläche - Leckagen über Stoßfugen - Kanalausschnitt mit Heißdraht Serientyp -Verbesserung Systemdichtheit, geringere Leckagevolumenströme - Optimierung hydraulische Oberfläche, geringere Druckverluste

59 Systemoptimierung

60 FAW-System vorher

61 FAW-System nachher

62 Zweischaliges Mauerwerk

63 Gebäude der Zukunft Energieerzeuger + Energiespeicher