Passivhaus-Projekt Einflüsse der Hülle und. Präsentation von Dipl.-Ing. Ralph Schätzlein Ziegelwerk Schmid, Bönnigheim

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1 Passivhaus-Projekt Einflüsse der Hülle und Einflüsse auf die Hülle Präsentation von Dipl.-Ing. Ralph Schätzlein Ziegelwerk Schmid, Bönnigheim

2 Zertifizierter Passivhausplaner Zur Unterstützung unserer Planer, Architekten und Bauherren bei der Realisierung von Passivhäusern 64 Ausbildungsstunden durch anerkannte Fachplaner an der Akademie der Ingenieure in Ostfildern. Abgeschlossen durch eine dreistündige, bestandene Prüfung. Eingetragen in der Liste des Passivhaus-Institutes, Darmstadt Dipl.-Ing. Ralph Schätzlein Bönnigheim Ralph Schätzlein 2

3 Passivhäuser Der Begriff Passivhaus ist streng genommen nicht geschützt. Jeder kann ein Passivhaus planen und bauen. Zertifizierte oder zertifizierbare Passivhäuser entsprechen aber den Kriterien des Passivhausinstitutes von Dr. Wolfgang Feist. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 3

4 Grundprinzip Passivhaus Maximale Wärmebewahrung Wärmedämmung Passive Solar-Energienutzung Wärmefalle Energieeffiziente Haustechnik Wärmerückgewinnung Wärme, die nicht verloren geht, braucht auch nicht ersetzt zu werden. Der Wärmeverlust wird durch Dämmung so weit reduziert, dass die Sonnenwärme und im Haus freigesetzte Wärme (Abwärme von Mensch und Maschine) fast allein ausreichen, um den Wärmeverlust auszugleichen. Energieeinsparung und thermische Behaglichkeit verbinden sich. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 4

5 Grundkriterien für ein Passivhaus 1 1. Passivhaus-Kriterium: maximal zulässiger Jahresheizwärmebedarf von 15 kwh/(m² a) 2. Passivhaus-Kriterium: maximal zulässige Jahresheizlast von 10 W/m² 3. Passivhaus-Kriterium: Primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom <120 kwh/(m²a) 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 5

6 Grundkriterien für ein Passivhaus 2 4. Passivhaus-Kriterium: Sommerlicher Komfort: Übertemperaturhäufigkeit (>25 C) unter 10% 5. Passivhaus-Kriterium: Exzellente Luftdichtigkeit: Blower-Door-Test < 0,6/h 6. Passivhaus-Kriterium: Stromverbrauch des Ventilator Lüftungsanlage < 0,45 W/m³ 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 6

7 Wärmedämmung umfasst das warme Volumen Quelle: Die hohen Anforderungen an die thermische Qualität der Außenhülle erfordern ein Minimierung möglicher Wärmebrücken 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 7

8 Planungsgrundlagen Lageplan horizontal Abstand: 6,65 m Nachbarbebauung (im Entstehen) Abstand: 9,41 m Hauptorientierung der Fenster nach Südosten Erschließung von Nordosten 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 8

9 Planungsgrundlagen Lageplan vertikal Geplantes Passivhaus Solare Gewinne im Erdgeschoß nach Südosten stark eingeschränkt, da Nachbar nahe steht und auch noch leicht höher liegt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 9

10 Berücksichtigung der Verschattung im PHPP 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 10

11 Berücksichtigung der Verschattung im PHPP 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 11

12 Blick nach Südwesten Solare Gewinne aus Richtung Südwesten werden auch nicht größer erwartet 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 12

13 Kommt die Sonne durch? Blick nach Süden Mittagsstunden Ende November 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 13

14 Planungsgrundlagen Grundriss Erdgeschoß Große Fenster nach Südosten mit gegebener Verschattung Große Eingangstür nach Nordwesten Kleine Fenster nach Nordwesten Große Fenster nach Nordosten zur Straße hin 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 14

15 Planungsgrundlagen Grundriss Dachgeschoß Große Fenster nach Südosten mit weniger Verschattung Große Fenster nach Nordosten zur Straße hin 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 15

16 Planungsgrundlagen Grundriss Kellergeschoß Wand an Erdreich Wand an Garage Außentür zur Garage Material / Anschluß? Verzicht auf klassische Kellerfenster im Lichtschacht wegen Lüftungsanlage Große Fenster nach Nordosten zur Straße hin 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 16

17 Planungsgrundlagen Gebäudeschnitt 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 17

18 Planungsgrundlagen Ansicht Nord-Westen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 18

19 Planungsgrundlagen Ansicht Nord-Osten 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 19

20 Planungsgrundlagen Ansicht Süd-Osten 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 20

21 Planungsgrundlagen Ansicht Süd-Westen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 21

22 Prinzipielle Aufbauten mit Ziegelmauerwerk Aufbau 1: U = 0,137 W/m²K 49 cm UNIPOR W7 CORISO Wandstärke: 53 cm Aufbau 2: U = 0,134 W/m²K 24 cm WDVS WLG035 auf 20 cm UNIPOR PlanHLZ 1,2 Wandstärke: 46 cm Aufbau 3: U = 0,136 W/m²K 18 cm WDVS WLG035 auf 24 cm UNIPOR Plan W12 Wandstärke: 44 cm 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 22

23 Planungsgrundlagen Erste Hüllflächenaufbauten 1. Planung Hüllbauteil U-Wert Konstruktion U-Wert Konstruktion Außenwand Außenluft Außenwand Erdreich Bodenplatte Dach Fenster-Glas Fenster-Rahmen Außentür Lüftungsanlage 0,127 24erW WLG035 0,141 20erStahlbeton +24 WLG035 0, WLG040 0, WLG035 0,64 Dreifach-Argon 0,79 Kunststoff 1,00 Vorgabe 78 % = Wirkungsgrad 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 23

24 Erster Heizwärmebedarf Energieanteile Zahlenwert Transmissionswärmeverlust 47,0 Lüftungswärmeverlust 8,2 Solare Gewinne 14,3 Interne Gewinne 11,3 Gewinne anrechenbar 25,3 Heizwärmebedarf 29,9 Strategie 10 kleiner > 1 kleiner 5 größer Identisch 15 kleiner Das Ziel (k.o.-kriterium) für den Heizwärmebedarf ist 15 kwh/m²a d.h. Hülle verbessern oder Ziel Passivhaus vergessen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 24

25 Bisherige Transmissionswärmeverluste Verbesserungsmöglichkeiten für opake Bauteile: Verkleinerung des U-Wertes durch dickere Dämmung Verkleinerung der Fläche bei schlecht-gedämmten Bauteilen (Türen) Erdberührt wärmetechnisch besser als an Außenluft / Garage 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 25

26 Kann man sich heute noch Türen leisten? 7,00 m² Außentüren verlieren 590 kwh/a. Das sind 8 % des Transmissionswärmeverlustes bei einem Flächenanteil von nur 1,5 %. Die Frage ist erlaubt, ob wir uns diese Türen so leisten können? Fläche Abmessungen Transmissions wärmeverlust Garagentür 2,28 m² 1,01/2, kwh/a Eingangstür 4,72 m² 2,14/2, kwh/a Mein Vorschlag: Die Garagentür ersatzlos streichen, denn auch den Zuschlag für den Anschluss gilt es noch als Wärmebrücken zu berücksichtigen. Die Eingangstür sollte verkleinert werden, da nach Nordwesten auch eine Glastür wenig solare Gewinne bringt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 26

27 Heizwärmebedarf-Kriterium immer erreichbar? Fragestellung: Kann man den Heizwärmebedarf endlos reduzieren, wenn man den U-Wert der Außenwand stetig verringert, durch immer dickere Dämmstoffpakete? Antwort: Neben dem U-Wert fließen in die Berechnung des Heizwärmebedarfes auch die Lüftungswärmeverlustes (Abhängigkeit vom Netto-Luftvolumen) sowie als Divisor die Energiebezugsfläche ein (entspricht ansatzweise der Netto- Grundfläche). Wenn durch die Baugrenzen, die Außenkanten feststehen, dann verringern dickere Außenwände zwangsläufig die Netto-Grundflächen und das Netto- Luftvolumen. Das führt zu einer mathematisch bestimmten Außenwandstärke, oberhalb derer der Heizwärmebedarf wieder zu steigen beginnt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 27

28 Heizwärmebedarf Parameter Außenwand Januar 2011 Ralph Schätzlein 28

29 Heizwärmebedarf Parameter Außenwand Januar 2011 Ralph Schätzlein 29

30 Energie-Bezugsfläche Bezugsgröße (Energiebezugsfläche EBF) ist die Netto- Wohnfläche innerhalb der thermischen Gebäudehülle berechnet nach Wohnflächenverordnung (WoFIV). Die Grundfläche wird nach den lichten Maßen zwischen den Bauteilen ermittelt. Die Grundflächen von Sockelleisten, fest eingebauten Bade- und Duschwannen, Einbaumöbeln etc. gehören zur Wohnfläche. Nicht zur Wohnfläche gehören: Schornsteine, Vormauerungen, Säulen etc. mit einer Höhe über 1,50 m und einer Grundfläche über 0,1 m², Treppen mit mehr als drei Stufen und deren Treppenabsätze, Türnischen und Fensternischen (außer bei bodentiefen Fensternischen mit mehr als 0,13 m Tiefe). 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 30

31 Verbesserung der Fenster hier: Wärmeverluste U-Wert von Fenster verbessern durch Kleinerer U-Wert der Verglasung Kleinerer U-Wert des Rahmens Verkleinerung der Ansichtsbreite des Rahmens Festverglasung statt zuöffnender Fenster (wo möglich) Wärmeverluste des Glasfalzes reduzieren Wärmeverluste des Anschlusses an Wand reduzieren Falls solare Gewinne durch die Fenster nicht größer als die Transmissionswärmeverluste der Fenster werden, sollten Fensterflächen reduziert werden 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 31

32 Verbesserung der Fenster hier: Wärmegewinne Solare Gewinne von Fenster verbessern durch Erhöhung des g-wertes der Verglasung Vergrößerung des Glasanteiles auf Kosten des Rahmenanteiles durch schmälere Rahmen und / oder durch Festverglasung Verlagerung von Fensterflächen von verschatteten Bereichen in sonnenbeschienene Fassaden (hier: andere Orientierung / höhere Geschosse) Fazit: Am besten möglichst viele Strategien umsetzen Zwingend notwendig ist ein anderes Fenstersystem mit besseren Rahmen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 32

33 Topgedämmte Fenster mit Top-Sonnenschutz Die thermische Schwachstelle Rahmen minimieren. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 33

34 Horizontalschnitt durch Fensterleibung Verglasungsanteil Orientierung 1. Planung 3. Planung Nord-West 55,8 % 59,2 % Nord-Ost 69,9 % 78,9 % Süd-Ost 72,7 % 81,9 % Süd-West 55,2 % 67,0 % Rahmen sehr schmal ausgebildet 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 34

35 Dichtigkeit erreichen und Wärmebrücken vermeiden 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 35

36 Fenstersystem PAZEN Enersign Fiberglas-Profile 3fach-Verglasung Holzverbund-Profile 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 36

37 PAZEN Enersign & UNIPOR W 7 CORISO 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 37

38 Die besten Fenster kosten auch das meiste Geld Beratung, Material, Verarbeitung, Montage und Know-How haben Ihren Preis 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 38

39 Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung Sehr hoher Wärmebereitstellungsgrad > 75 % und sehr geringer Stromverbrauch von < 0,45 Wh/m³ Diese ist im Passivhaus unverzichtbar: Sie sichert eine zu allen Zeiten hohe Luftqualität Sie reduziert den Lüftungswärmeverlust um Faktor 4 Deckt ggf. über Zuluftheizung den Heizwärmebedarf 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 39

40 Prinzipbild: Lüftung im Passivhaus Optimale Wärmedämmung Wärmebrückenfreie Gebäudehülle Luftdichte Hülle Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Planung der Luftverteilung Auswahl Wärmetauscher 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 40

41 Auslegung der Luftwechselrate Abprüfung erfolgt nach drei Kriterien der größte Wert wird maßgebend, hier: Raumluftvolumen*0,39 Wert 0,60 muss erreicht werden 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 41

42 Wärmerückgewinnungsgrad des Lüftungzentralgerätes Anforderung von 78 % auf 85 % erhöhen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 42

43 Planungsgrundlagen Die Hüllflächenaufbauten 1. Planung 3. Planung Hüllbauteil U-Wert Konstruktion U-Wert Konstruktion Außenwand Außenluft 0,127 24er W cm WLG035 0,091 24er W cm WLG 035 Außenwand 0,141 20er Stahlbeton 0,114 20er Stahlbeton Erdreich +24 WLG WLG035 Bodenplatte 0, WLG040 0, WLG040 Dach 0, WLG040 0, WLG035 Fenster-Glas 0,64 Dreifach-Argon 0,53 Dreifach-Krypton Fenster-Rahmen 0,79 Kunststoff 0,68 Pazen-Enersign Außentür 1,00 Vorgabe 0,70 Pazen-Enersign Lüftungsanlage 78 % = Wirkungsgrad 85 % = Wirkungsgrad 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 43

44 Dritter Heizwärmebedarf 1. Planung 3. Planung Energieanteile real ovs real ovs Transmissionswärmeverlust 47,0 38,0 Lüftungswärmeverlust 8,2 6,6 Solare Gewinne 14,3 19,8 20,1 29,0 Interne Gewinne 11,3 11,3 Gewinne anrechenbar 25,3 30,3 29,6 35,2 Heizwärmebedarf 29,9 24,9 15,0 9,4 Das Ziel (k.o.-kriterium) für den Heizwärmebedarf ist 15 kwh/m²a 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 44

45 Vergleich Transmissionswärmeverluste NEU ALT 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 45

46 Vergleich der Fenster 1. Planung 3. Planung U-Wert der Verglasung 0,64 W/m²K 0,53 W/m²K U-Wert des Rahmens 0,79 W/m²K 0,68 W/m²K g-wert der Verglasung 0,50 [-] 0,52 [-] Transmissionswärmeverluste 3379 kwh/m² 2911 kwh/m² Solare Gewinne 2214 kwh/m² 2963 kwh/m² Differenz der Energieströme 1165 kwh/m² - 52 kwh/m² U Fenster NordWest 0,846 W/m²K 0,712 W/m²K U Fenster NordOst 0,787 W/m²K 0,631 W/m²K U Fenster SüdOst 0,774 W/m²K 0,624 W/m²K U Fenster SüdWest 0,848 W/m²K 0,682 W/m²K 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 46

47 Vergleich der Fenster (fiktiv: ohne Verschattung) 1. Planung 3. Planung U-Wert der Verglasung 0,64 W/m²K 0,53 W/m²K U-Wert des Rahmens 0,79 W/m²K 0,68 W/m²K g-wert der Verglasung 0,50 [-] 0,52 [-] Transmissionswärmeverluste 3379 kwh/m² 2911 kwh/m² Solare Gewinne 3062 kwh/m² 4261 kwh/m² Differenz der Energieströme 317 kwh/m² kwh/m² U Fenster NordWest 0,846 W/m²K 0,712 W/m²K U Fenster NordOst 0,787 W/m²K 0,631 W/m²K U Fenster SüdOst 0,774 W/m²K 0,624 W/m²K U Fenster SüdWest 0,848 W/m²K 0,682 W/m²K 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 47

48 Technische Werte der Fenster Nordwest Nordost Südost Südwest Horizontal Nordwest Nordost Südost Südwest Horizontal 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 48

49 Parameterstudie U-Wert der Verglasung 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 49

50 Parameterstudie g-wert der Verglasung 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 50

51 Parameterstudie Ansichtsbreite Rahmen Maßgebend sind die kleinere Verglasungsfläche und damit die geringeren solaren Gewinne 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 51

52 Parameterstudie U-Wert des Rahmens 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 52

53 Planungsunterschiede Grundriss Erdgeschoß 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 53

54 Planungsunterschiede Grundriss Dachgeschoß 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 54

55 Planungsunterschiede Grundriss Kellergeschoß Wand an Garage Wand an Erdreich 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 55

56 Planungsunterschiede Ansicht Nord-Westen 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 56

57 Planungsunterschiede Ansicht Nord-Osten 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 57

58 Planungsunterschiede Ansicht Süd-Osten 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 58

59 Planungsunterschiede Ansicht Süd-Westen 1. Planung Aug. 3. Planung Okt. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 59

60 Baubeginn Nov Januar 2011 Ralph Schätzlein 60

61 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 61

62 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 62

63 Rechenparameter PHPP 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 63

64 Nachweis sommerlicher Wärmeschutzes Eine Lösung mit dem klassischen Maurer- Rolladenkasten verbietet sich wegen der Wärmebrückenwirkung eines derartigen Rolladenkastens Der Hersteller gibt für dieses Produkt einen -Wert von 0,23 W/mK an. Im PHPP eingesetzt erhöht dieser den Heizwärmebedarf um 5,2 kwh/m²a wirtschaftlich kaum zu kompensieren. 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 64

65 Lösungsvorschlag mit Jalousiekasten 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 65

66 Ansicht Fenster von außen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 66

67 Ansicht Fenster von innen 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 67

68 Ansicht mit Jalousie 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 68

69 Wärmebrücken bei Jalousiekästen = 0,038 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 69

70 Parameterstudie Einbau Jalousiekasten = 0,021 W/mK = 0,018 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 70

71 Wärmebrücken bei Vorbaukästen Januar 2011 Ralph Schätzlein 71

72 Parameterstudie Einbau Vorbaukästen = 0,053 W/mK = 0,035 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 72

73 Parameterstudie Einbau Vorbaukästen = 0,021 W/mK = 0,016 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 73

74 Wärmebrücken bei Vorbaukästen 2 = 0,016 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 74

75 Ergebnisse Sommerlicher Wärmeschutz Der fiktive Fall ohne Verschattung durch die Topographie zeigt die gute Wirksamkeit des Sonnenschutzsystems und der nächtlichen Auskühlung 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 75

76 Wärmebrücken bei Vorbaukästen 3 = - 0,012 W/mK 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 76

77 Zusammenfassung Architektur-, Detailplanung und PHPP sollten möglichst parallel laufen Beim Passivhaus haben viele Parameter einen starken Einfluss auf den Heizwärmebedarf Fehlen solare Gewinne, dann ist die Planung noch mehr gefordert und muss flexibel sein Planen Sie zertifizierbar Nächstes Jahr geht es mit der Bauausführung, Dichtigkeit, Lüftung und Anlagentechnik weiter 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 77

78 Unser Angebot an Sie Sie wollen/müssen ein Passivhaus planen und wissen nicht so recht, wie Sie anfangen sollen Wir unterstützen Sie mit: Unverbindliche Einstiegsberatung (Dauer 3-4 Std.) Angebot zur Durchführung des PHPP-Nachweises Hilfestellung beim Weg zur Zertifizierung des BV Detaillierte Wärmebrückenberechnungen Technische Begleitung bei der Komponentenauswahl Vermittlung von weiteren Dienstleistungen (Ausschreibung, Dichtigkeitsprüfung etc.) 24. Januar 2011 Ralph Schätzlein 78