Modernisierung mit Passivhaus- Komponenten

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1 SophienHofAbende Frankfurt am Main, Das IWU-Haus Modernisierung mit Passivhaus- Komponenten Michael Hörner Institut Wohnen und Umwelt Überblick 1 Modernisierungskonzept 2 Kosten 3 Betriebserfahrungen 2 1

2 1.1 Energetische Modernisierung Modernisierung mit passivhaustauglichen Komponenten gemäß Förderprogramm des Landes Hessen: Zielwert kwh/m² EBF a Quelle: PlanungsgruppeDREI Erreicht 16, kwh/m²ebfa (EBF = Nutzfläche + 6% der Verkehrs- und techn. Funktionsfläche) Nutzungseinheiten 4 2

3 1.2 Nutzungsänderung Nettogrundfläche: Energiebezugsfläche: (beheizte NGF) 2.24 m² NGF m² EBF Quelle: PlanungsgruppeDREI 1.3 Architektonisches Konzept Quelle: PlanungsgruppeDREI 3

4 1.4 Dämmung der Gebäudehülle Außenwand -3 cm EPS (WLG 32) Dach 4-4 cm EPS (WLG 32) Perimeter 3 cm EPS (WLG 3) Passivhausfenster mit Schallschutzverglasung Kellerdecke 12 cm Mineralwolle Bild: Außenliegende Verschattung 7 1. Luftdichtheit im Bestand Dach: 4 cm EPS 8 4

5 1.6 Mechanische Lüftung RLT-Anlage. m³/h für Saal und Büroflächen Kreuz-Gegenstrom-WRG, Wärmebereitstellungsgrad 81,6% Drehzahlgeregelte hl l Ventilatoren (,28 Wh/m³) Nachheizregister für Mindest-Zulufttemperatur Geführte Zuluft ins Büro, Überströmung, zentrale geschossweise Absaugung im Flur (4 m² Regel) Auslegung und Regelung Büro: 3 m³/ph, konstant Besprechung, Bibliothek: 3-stufig, manuell Saal: Luftqualitätsregelung Heizung: Heizungsverteilung und Heizkörper bleiben erhalten. Heizungsanlage für den gesamten Komplex bleibt bestehen. Bus-System: Anwesenheits- und Helligkeitsgesteuerte Beleuchtung Steuerung der Jalousien abhängig von Temperatur, Sonneneinstrahlung und Anwesenheit Quelle: PlanungsgruppeDREI Sommerlicher Wärmeschutz Senkung der inneren Lasten Zielwert: Arbeitshilfen < W pro Arbeitsplatz Doppelbelegung nur mit Teilzeitkräften Sonnenschutz Verkleinerung der Fensterflächen Außenliegende Lamellenjalousien mit Lichtlenkung und einstrahlungsabhängiger Steuerung auf der Südseite Neutrale Sonnenschutzverglasung auf der Nordseite Innenliegender Blendschutz Sommerliche Nachlüftung mit motorisch öffenbaren Fenstern und Unterstützung durch die RLT-Anlage 1

6 Überblick 1 Modernisierungskonzept 2 Kosten 3 Betriebserfahrungen Baukosten (KG 3+4) /(m²ngf ) Sonstige Kosten (z.b. Mieterausbau) Instandhaltung Energiebedingte Modernisierung Eventualpositionen Förderung Neubau (KG 3 + 4) 134 Pinselsanierung EnEV 29 (Neubau) Alle Kosten netto ohne Mwst. PH Neubau (BKI 29, mittel) 12 6

7 2.2 Energiebilanz mit TEK-Tool* Tool* 1.3 Gemessene und berechnete Energiekennwerte (Endenergie; Gebäudeebene) berechnete Kennw erte 3 Brennstoff *** Energiekennwe rt in kwh/(m² NGFa) Fernw ärme el. Energie 3 kwh/(m² a) kwh/(m² a) Diverse Technik * - 3,9 Zentrale Dienste **, 11,2 2 Arbeitshilfen - 7,3 Dampf,, Hilfsenergie Kälte - 2, Kälte, 2,9 1 Luftförderung - 2,3 Beleuchtung - 16, Warmw asser 11,4, Heizung 238,8, Brennstoff - Brennstoff - el. Energie - el. Energie - berechent ges. Gebäude,2 46,1 gemessen berechnet gemessen 1.4 Berechnungseinstellungen Brennstoff *** / Elektrische TEK-Tool _ Version: 6.1b Fernw ärme Energie Flächen der therm. Geb.-hülle objektspez. gemessener kwh/(m²a) Zonenzuw eisung Hüllfläche (teil)manuell Verbrauch MWh/a 3 11 Stoffw erte therm. Geb.-Hülle objektspez. berechneter kwh/(m²a) 46 Zonenzuw. Baut.-kennw erte (teil)manuell Bedarf MWh/a Nutzungszeiten objektspez. Verh. Bedarf/Vebrauch - f b/v,84,7 interne Wärmequellen objektspez. Raumsolltemperaturen objektspez. *) Diverse Technik: Hilfsenergie Heizung und Warmwasser, Aufzüge, sonst. el. Verbraucher (z.b. Großkaffeemaschinen etc.) **) Zentrale Dienste: Energiebedarf der Geräte der zentralen EDV, zentraler Küchen, Schwachstromanlagen ***) Brennstoffbedarfe sind immer brennwertbezogen angegeben (wie in DIN V 1899)! Verbrauchswerte werden an dieser Stelle entsprechend umgerechnet! T 1. Teilenergiekennwerte i und dco 2 -Emissionen i auf Gebäudeebene b Nutzenergie Endenergie Primär- CO 2 - Brennstoff *** Zonen/RLT Erzeuger Fernw ärme el. Energie energie Emission kwh/(m² a) kg/(m² a) Heizung, 226, 238,8, 236,7 68,7 Warmw asser 3,6 9,3 11,4, 11,3 2, Beleuchtung , 38,4 1,1 Luftförderung ,3,4 1,4 Kälte 7,3 9,, 2,9 6,9, Hilfsenergie Kälte , 6,1 1,6 Dampf, -,,,, Arbeitshilfen ,3 17,4 4,6 Zentrale Dienste - -, 11,2 26,8 7,1 Diverse Technik ,9 9,4 2, gesamt 216,3 244,2,2 46,1 38, 98, 1.3 Gemessene und berechnete Energiekennwerte (Endenergie; Gebäudeebene) berechnete Kennw erte 3 Brennstoff *** Energiekennwe rt in kwh/(m² NGFa) Fernw ärme el. Energie 3 kwh/(m² a) kwh/(m² a) Diverse Technik * - 1,4 Zentrale Dienste **, 11,2 2 Arbeitshilfen - 3,8 Dampf,, Hilfsenergie Kälte -, Kälte,, 1 Luftförderung - 1,1 Beleuchtung - 26, Warmw asser,,1 Heizung 33,, Brennstoff - Brennstoff - el. Energie - el. Energie - berechent ges. Gebäude 33, 48,6 gemessen berechnet gemessen 1.4 Berechnungseinstellungen Brennstoff *** / Elektrische TEK-Tool _ Version: 6.1b Fernw ärme Energie Flächen der therm. Geb.-hülle objektspez. gemessener kwh/(m²a) 3 67 Zonenzuw eisung Hüllfläche (teil)manuell Verbrauch MWh/a Stoffw erte therm. Geb.-Hülle objektspez. berechneter kwh/(m²a) Zonenzuw. Baut.-kennw erte (teil)manuell Bedarf MWh/a 6 81 Nutzungszeiten objektspez. Verh. Bedarf/Vebrauch - f b/v,11,72 interne Wärmequellen objektspez. Raumsolltemperaturen objektspez. *) Diverse Technik: Hilfsenergie Heizung und Warmwasser, Aufzüge, sonst. el. Verbraucher (z.b. Großkaffeemaschinen etc.) **) Zentrale Dienste: Energiebedarf der Geräte der zentralen EDV, zentraler Küchen, Schwachstromanlagen ***) Brennstoffbedarfe sind immer brennwertbezogen angegeben (wie in DIN V 1899)! Verbrauchswerte werden an dieser Stelle entsprechend umgerechnet! T 1. Teilenergiekennwerte i und dco 2 -Emissionen i auf Gebäudeebene b Nutzenergie Endenergie Primär- CO 2 - Brennstoff *** Zonen/RLT Erzeuger Fernw ärme el. Energie energie Emission kwh/(m² a) kg/(m² a) Heizung 2,3 32,6 33,, 33,2 23,6 Warmw asser 3, 3,,,1 12,2 1, Beleuchtung , 62,4 16, Luftförderung ,1 2,7,7 Kälte,,,,,, Hilfsenergie Kälte - - -,,, Dampf, -,,,, Arbeitshilfen ,8 9,1 2,4 Zentrale Dienste - -, 11,2 26,9 7,1 Diverse Technik ,4 3,3,9 gesamt 23,2 3, 33, 48,6 149,8 2,7 * Version TEK-6.1b_DB Jahresgesamtkosten Eigennutzer Instandhaltung Energiebedingte Modernisierung Mittlere, jährliche Energiekosten Mittlere, jährliche CO2 Abgabe Förderung 6 4 /(m²ngf a) Pinselsanierung EnEV 29 (Neubau) Betrachtungszeitraum: Gebäude 3 a; Technik a; Kalkulationszins: 4,%/a; Energiekosten heute: Wärme 6, Cent/kWh; Strom Cent/kWh; Energiepreissteigerung nominal: Brennstoff, %/a; Strom 3, %/a CO 2 Abgabe: /t CO2 Alle Kosten netto ohne Mwst. PH PH (inkl. Förderung) 14 7

8 2.4 Break-Even Mietaufschlag energiebedingte Mehrkosten (PH) 3, Mehrkosten sommerlicher Wärmeschutz, Schallschutz 2, /(m² VMF Mon) 2, 1, 1,,, Jahre 2 Jahre Jahre 3 Jahre Betrachtungszeitraum Ausgangsmiete: 6, /m²vmf. Mietsteigerung (nominal): 2 %/a; Mietausfallwagnis: %. Kalkulationszins (nominal): 4 %/a. Alle Kosten netto ohne Mwst., ohne Ersatzivestition und Restwert. Überblick 1 Modernisierungskonzept 2 Kosten 3 Betriebserfahrungen 16 8

9 3.1 Heizwärmeverbrauch Heizwärmeverbrauch Noch keine belastbaren Messungen, da WMZ erst Ende 212 eingebaut. In der Zeit von Mitte Nov. 12 bis Anfang März 13 liegt der Verbrauch mit 3-4 kwh/m² EBF höher als berechnet. Die Praxis zeigt, dass die vorhandenen Heizkörper aber kaum genutzt werden, auf der Südseite war während des Winters die Umwälzpumpe über lange Zeit abgeschaltet. Analyse Raumtemperaturen 22 C stellen sich ein. unkontrollierte Wärmeabgabe durch ungedämmte Rohrleitungen und Überströmung unter dem Dach ungenaue Messung durch geringen Verbrauch bei großen Rohrquerschnitten und Wärmemengenzählern Keine Verbindung der Gewerke Heizung und Lüftung Stromverbrauch Stromverbrauch Getrennte Messungen für Licht, Kraft, Lüftung Insgesamt niedrig: 24 kwh/m² NGF a Geringer als erwartet bei Beleuchtung und Lüftung Kraft (Arbeitshilfen) überwiegt Optimierungspotenzial Beleuchtungsstärke reduzieren in den Verkehrsflächen Einschaltschwellen der Beleuchtung reduzieren Energieeffiziente Büroausstattung wird schrittweise eingeführt: IWU Desktop mit /4 W Leistungsaufnahme (idle/last) Optimierung der Einstellungen von Druckern, Kopierern, Durchlauferhitzern, 18 9

10 3.3 Temperaturen im Winter Außen /Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2.OG 3 3 Temperatur in C 2 1 Nov. 11 Dez Temperaturen im Winter Temperatur in C 24 23, 23 22, 22 Außen /Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2.OG Außen /Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2.OG 3 größtenteils interne Gewinne 3 21, Nov. 29. Nov. 3. Nov. 1. Dez. 2. Dez. 3. Dez. 4. Dez.. Dez. Temperatur in C 1 Nov. 11 Dez

11 3.3 Temperaturen im Winter Temperatur in C 24 23, 23 22, 22 Außen /Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2.OG Außen /Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2.OG 3 größtenteils interne Gewinne 3 21, Nov. 29. Nov. 3. Nov. 1. Dez. 2. Dez. 3. Dez. 4. Dez.. Dez. Temperatur in C Nov. 11 Dez. 11 Temperatur in C Außen/Lufttemperatur Darmstadt Flur 1.OG Flur 2. OG Feb Feb. 12. Feb Feb Feb Temperaturen im Sommer 3 Außen /Lufttemperatur Darmstadt Temp 1. OG Flur Temp 2. OG Flur Temperatur in C 3 26 C 2 1 Jul. 12 Aug. 12 Sep

12 3.4 Temperaturen im Sommer 3 Außen /Lufttemperatur Darmstadt Temp 1. OG Flur Temp 2. OG Flur Temperatur in C 3 26 C Temp 1. OG Flur Temp 2. OG Flur Büro6 1. OG Temperatur Büro7 2. OG Temperatur Jul. 12 Aug. 12 Sep. 12 Temper ratur in C Natürliche Nachtlüftung Temperaturen in C Temp Temp 1. OG 1. Flur OG Flur Temp Temp 2. OG 2. OG Flur Flur Istwert Istwert TAUL TAUL Büro6 Freigabe 1. OG Temperatur Fensterantriebe 1OG Büro7 Freigabe 2. OG Temperatur Fensterantriebe 2OG Freigabe Fensterantriebe 1OG Freigabe Fensterantriebe 2OG 24, 23, 22, 21, 2, 19, 18, 17, 16,, nur im 2. OG Fenster geöffnet 1. und 2. OG Fenster geöffnet 14, 13, 12, : : : : : : : : : : : : Quelle: Fensterautomation GmbH : 24 12

13 3.6 Serverraum - Lüftungskonzept Einschaltung bei T_Server > 28 C Ausschalten bei T_Server < 26 C Feuchtefühler Außen nluft indir rekt ft Abluf Außen nluft dire ekt Bild: Umluft Server Abluftventilator Temperaturfühler Überströmöffnungen 3 Betriebsmodi: Außenluft direkt bei T_Außen <= 2 C Außenluft indirekt bei T_Außen <= C und RH<=8% Sonst: Umluft 3.7 Serverraum - Betriebserfahrung Temperatur in C : Außenluft Temperatur Freigabe Lueftung Server Jalousinklappe 2 in Kellerraum AUF_ZU Umluft Außenluft indirekt Außenluft direkt : : : : : : : Serverschrank Temperatur Jalousinklappe 1 in Serverraum AUF_ZU ABL Server 3Wege Klappe AUF_ZU : Abschaltung der Lüftung bei einer Servertemperatur unter 26 C : : : : alousieklappen/freigabe Serverlü üftung Zustand Ja 26 13

14 3.8 Passivhaus-Fenster Undichtigkeiten der Fenster nach knapp 2 Jahren Betrieb Zunahme mit sinkender Außentemperatur Vorwiegend auf der Südseite des Gebäudes Probleme mit der motorischen Öffnung der Flügel zur Nachtlüftung Raum 2.16_IR&KM_Süd rechts , TCS = C, TAUL =,3 C Raum 2.16_IR&KM_Süd rechts , TCS = 3.6 C, TAUL = 3,4 C Maßnahme Tempern der Fensterrahmenprofile durch den Hersteller zur thermischen Entspannung des Materials Einstellen der Beschläge Kalibrieren der Fenstermotoren 27 Fazit Die Sanierung zum Fast-Passivhaus ist zu vertretbaren Baukosten gelungen. Für den Eigennutzer wäre sie nahezu kostenneutral. Das Sanierungskonzept ist übertragbar auf viele andere, einfache Bürogebäude dieses Typs, die z.b. in städtischer Blockrandlage an verkehrsreichen Straßen liegen. Probleme und Risiken in Planung und Umsetzung des Sanierungsvorhabens lagen in den Bereichen Brandschutz, Statik, Barrierefreiheit, da die Gebäudesubstanz heutigen Anforderungen nicht gerecht werden konnte. Für den erfahrenen Architekten sind die Passivhauskomponenten gut planbar. Derzeit muss man davon ausgehen, dass die Zielwerte der Planung nur durch gezieltes Monitoring und Betriebsoptimierung erreicht werden können. Die Beauftragung der Planungsphasen 9 und 1 ist zwingend erforderlich

15 Vielen Dank