PENTA PROJECT MODULARE WEITERBILDUNG ERNEUERBARE ENERGIEN MODUL GRUNDLAGEN GEBÄUDE UND ENERGIE LE Unterstützt durch

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1 ERNEUERBARE ENERGIEN PENTA PROJECT MODULARE WEITERBILDUNG MODUL GRUNDLAGEN GEBÄUDE UND ENERGIE LE 11.1

2 Träger Arbeitsgemeinschaft für Solarenergie SWISSOLAR Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz, FWS Haustechnik-Fachlehrvereinigung SSHL Hochschule Technik+ Architektur Luzern, FHZ Holzenergie Schweiz; Holzfeuerungen Schweiz Schweizer Agentur für erneuerbare Energien, AEE Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, SIA Schweizerischer Kaminfegermeister-Verband, SKMV Schweizerisch-Liechtensteinischer Gebäudetechnikverband (suissetec) Schweizerischer Verein von Wärme- und Klima-Ingenieuren, SWKI Schweizerischer Verein für Kältetechnik, SVK Schweizerische Vereinigung Beratender Ingenieurunternehmungen, usic Schweizerische Vereinigung für Geothermie, SVG SOLAR - Schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie SOLAR SUPPORT; Schweizerischer Verband Dach und Wand SVDW; Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen, VSEI Verband Schweizerischer Hafner- und Plattengeschäfte, VHP Vereinigung Schweizerischer Sanitär- und Heizungsfachleute, VSSH Hubrainweg 10, 8124 Maur, Tel , Fax info@pentaproject.ch,

3 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Inhaltsverzeichnis 1. Energie und Leistung 3 2. Energieformen 4 3. Energiebilanz 6 4. Planungshinweise 9 5. Gebäudestandards Komfortlüftung Komponenten Komfortlüftung Anforderungen an den Schall Kochstellenabluft Hygiene und Reinigung 23 1

4 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie 2

5 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie 1. Energie und Leistung ENERGIE LEISTUNG kwh MJ kj J kw W EW-Zähler Bauleuchte 1kWh 1h 1000 W 1 kw Wird eine Leistung während einer bestimmten Zeit verrichtet, so erhalten wir die Energie, also Energie = Zeit mal Leistung. Beispiel A: WW-Speicher mit Elektro-Heizeinsatz Ein 300-Liter-WW-Speicher besitzt einen Elektro-Heizeinsatz mit einer Leistung von 4kW. Er wird in 4 Stunden auf 60 C aufgeladen. Es wurde also eine Energiemenge von: 4kW x 4h = 16 kwh in den Speicher abgegeben. Abbildung 1: Warmwasserspeicher mit Elektroeinsatz Beispiel B: WW-Speicher mit Oelkessel Der gleiche Speicher von 300 Liter wird mit einem Ölkessel auf 60 C aufgeladen.dieser Kessel hat eine Leistung von 10kW. Die Energiemenge, die in den Speicher geht, ist gleich gross wie in Beispiel a, nämlich 16kWh. Da jedoch die Leistung des Ölkessels grösser ist als diejenige des Elektroeinsatztes, verkleinert sich die Aufladezeit. Abbildung 2: Warmwasserspeicher mit Ölkessel 3

6 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Energie = Zeit x Leistung Energie = Zeit Leistung Leistung = Energie/Zeit Zeit = Energie/Leistung Energie Leistung = Zeit Energi e 16kWh Zeit = = = 1.6h Aufladezeit Leistung 10kW Abbildung 3: Warmwasserspeicher mit Solaranlage Beispiel C: WW-Speicher mit Solaranlage Der gleiche Speicher von 300 Liter von Beispiel a wird mit 4 m 2 Solarkollektoren aufgeladen. Wie gross ist die durchschnittliche Kollektorleistung, wenn der Speicher von 9Uhr bis nachmittags 16Uhr auf 60 C geladen wird? Die Energiemenge, die in den Speicher geht, ist gleich gross wie in Beispiel a, nämlich 16kWh. 16kWh Leistung = Energie / Zeit = = 2.3kW 7h 2. Energieformen Wir kennen zum Beispiel folgende Energieformen: Wärmeenergie mechanische Energie elektrische Energie Lageenergie Nuklearenergie chemische Energie (alle Brennstoffe) Strahlungsenergie Windenergie Es ist möglich, eine Energieform in eine andere umzuwandeln. So wird in einem Stausee Lageenergie in mechanische Energie umgewandelt und diese wiederum in einem Generator in elektrische Energie. 4

7 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Abbildung 4: Stausee: Energieumwandlung von Lageenergie in elektrische Energie Energie hat die Fähigkeit, eine Arbeit zu verrichten. Beispiel: Mit Wärmeenergie kann ein Warmwasser-Speicher von 10 C auf 60 C erwärmt werden. Mit elektrischer Energie wird ein Lift vom Erdgeschoss in den vierten Stock befördert. Alle diesen Energien haben die gleichen Einheiten: J ( Joule) kj ( kilo-joule) MJ ( Mega-Joule) kwh (kilo-watt-stunde) Obwohl nun alle Energien die gleiche Einheit besitzen, unterscheiden wir verschiedene Wertigkeiten von Energien. Diese Wertigkeiten drücken aus, wie gut sie sich in andere Energieformen umwandeln lassen. Elektrische und mechanische Energie haben beispielsweise eine sehr hohe Wertigkeit, weil sie sich effizient in eine andere Form wie Strahlung oder thermische Energie umwandeln lassen. Beispiel: Wertigkeit Chemische Energie (Brennstoffe) Elektrische Energie Kernenergie Mechanische Energie Wärmeenergie mit einer Temperatur von 150 C Wärmeenergie mit einer Temperatur von 70 C Wärmeenergie mit einer Temperatur von 20 C 5

8 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Beispiel: Ein Verbrennungsmotor wandelt chemische Energie durch den Explosionsprozess in mechanische Energie um. Dabei entsteht auch Wärme, welche über den Kühler als Energie verloren geht. Wirkungsgr ad η = Nutzen Aufwand Bei einer Umwandlung von einer Energieform in eine andere entstehen auch immer Energieformen, welche nicht mehr weiter genutzt werden. Wir sprechen von einem Wirkungsgrad. Er ist das Verhältnis von erwünschter Energieform und zugeführter Energie. Bei einem Verbrennungsmotor sind dies lediglich etwa 25%, die in mechanische Energieform umgewandelt werden. Die restlichen 75% werden als Wärmeenergie über den Kühler an die Umwelt abgegeben. Wirkungsgr ad η = Nutzen Aufwand mechanische Energie 25 % erwünschte Energieform zugeführte Energie = Benzin Abbildung 5: Wirkungsgrad Wärme Lärm 75 % unerwünschte Energieform Verluste Der Wirkungsgrad ist also immer kleiner 1 und wird auch oft in Prozent angegeben. (0.25 = 25%) Ein Sonnenkollektor wandelt Strahlungsenergie in Wärmeenergie um. Nicht die ganze anfallende Globalstrahlung auf einen Kollektor kann dem Speicher als nutzbare Energie zugeführt werden. Es fallen Wärmeverluste am Kollektor, den Leitungen und dem Speicher an und sind somit nicht mehr nutzbar. 3. Energiebilanz Abgeführte Energie = Zugeführte Energie Der Energiehaushalt eines Gebäudes ist ein komplexes Wechselspiel zwischen verschiedenen Einflussgrössen: Raumklima und Benutzerverhalten Aussenklima Baukörper Haustechnikanlagen 6

9 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Die Haustechnik hat diejenigen Beiträge an die Behaglichkeit zu liefern, welche mit dem Baukörper nicht erreicht werden. Das untenstehende Bild zeigt die Jahresenergiebilanz eines Gebäudes. Die Energiebilanz lautet: Abgeführte Energie = Zugeführte Energie Transmissions-Wärmeverluste Q T durch die Hülle Lüftungswärmeverluste Q V infolge Luftwechsel Das an der Zapfstelle bezogene Warmwasser verschwindet meist augenblicklich im Ablauf und damit auch sein Wärmeinhalt Q WW " 4 3Q E- ie Q3 ip E2 Q3 s I 3Q g C Q3 3 Qug K C i E 9 4 / 3Q V 8 -E hww D M M 3 Q hww D M M 1! 3 3Q h D 0 A E M H A > = HB 3Q T 6 3Q t J Q r Q L 2 Q ww 3 M M Abbildung 6: Energiebilanz eines Gebäudes 1 Systemgrenze Heizwärmebedarf 2 Systemgrenze Wärmebedarf für Warmwasser 3 Systemgrenze Heiz- und Warmwassersystem 4 Systemgrenze Gebäude E hww Energiebedarf für Heizung und Warmwasser Q g Wärmegewinne Q h Heizwärmebedarf Q hww Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser Q i interne Wärmegewinne Q ie interne Wärmegewinne Elektrizität Q ip interne Wärmegewinne Personen Q L Wärmeverluste des Heiz- und Warmwassersystems Q r gewonnene Umweltwärme Q s solare Wärmegewinne Q T Transmissionswärmeverluste Q t Gesamtwärmeverlust Q ug genutzte Wärmegewinne Q V Lüftungswärmeverluste Q WW Wärmebedarf für Warmwasser WRG Wärmerückgewinnung 7

10 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Wärmezufuhr zum beheizten Volumen Wärmeinhalt Q WW des an der Zapfstelle bezogenen Warmwassers Wärmegewinne durch Personen, Elektrizitätsverbrauch und Sonneneinstrahlung. Ein Teil des Gewinns wird weggelüftet wegen Ueberheizens. Es bleibt der genutzte Gewinn. Die schliesslich von den Heizflächen zu liefernde Nutzwärme ist der Heizwärmebedarf Q h. Der Energiebedarf E hww ist die dem Gebäude zugeführte Energie in Form von Oel, Gas, Fernwärme, Elektrizität und Solar. Mit standartisierten Rechenverfahren, wie zum Beispiel die SIA-Norm 380/1, lässt sich der theoretische Gesamtwärmeverlust Q t ermitteln. Flächenbezogene Energien Gemäss SIA-Norm 184 werden alle Energien zu Vergleichszwecken auf eine Fläche bezogen. Die Energiebezugsfläche EBF ist die Summe aller Geschossflächen (Aussenmasse), deren Nutzung ein Beheizen oder Klimatisieren notwendig ist. * 8 H> A HA E? D % $ E A H E A H E A H Abbildung 7: Alle zur Energiebezugsfläche EBF zählenden Flächen eines Obergeschosses. Geschosshöhe 2.70 m EBF 69.7 m 2 ' % Teilt man die gesamte jährlich zugeführte Energie durch die EBF, so erhalten wir die notwendige Energiemenge, welche 1m 2 eines Gebäudes verbraucht. Dies ist die Energiekennzahl E und wird in MJ/m 2 a oder kwh/m 2 a angegeben. Die Energiekennzahl setzt sich zusammen aus den Teilenergiekennzahlen der einzelnen Endenergieträger oder der Verwendungszwecke. E = E öl + E Gas + E el + E Holz + E Sonne (zugeführt) E = E Wärme + E LKP = E h + E WW + E LKP (genutzt) E LKP = interne Abwärme von Licht, Kraft und Personen Mit den ermittelten Energiekennzahlen nach der SIA-Norm 380/1 kann ein Gebäude einfach über seinen Energiehaushalt und einen allfälligen Sanierungsbedarf beurteilt werden. 8

11 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Wärmeleistung Die Wärmeleistung besagt nun, wieviel Wärme unser Heizsystem im Extremfall bei tiefen Aussentemperaturen an das Gebäude abgeben muss. Der Wärmleistungsbedarf Q & h des Gebäudes berechnet sich aus: Transmissionsverluste Q & T durch Bauteile (Fenster, Aussenwand, Dach etc.) Lüftungsverlust Q & L durch Undichtheiten des Gebäudes und Lüften Die SIA-Empfehlung 384/2 dient zur Ermittlung der Gebäudewärmleistung- Bedarfes Q & h. 4. Planungshinweise Wärmedämmung und Dichtigkeit In beheizten Gebäuden geht Wärme bei allen Bauteilen zu unbeheizten Räumen oder Aussenklima als sogenannte Transmissionswärme verloren (Aussenwand, Fenster, Kellerdecke, Dach usw.) Diese Bauteile müssen folglich wärmegedämmt werden. Der U-Wert (früher k-wert) beschreibt, wieviel Wärme durch ein Bauteil fliesst. Je kleiner der U-Wert, umso besser die Wärmedämmung. Holzriegelwand, Ausfachung Innenverkleidung Installationsraum Dampfbremse+Luftdichtung Flumroc-Dämmplatte 1 Flumroc-Dämmplatte 1 Flumroc-Dämmplatte SOLO Winddichtung Isolair Hinterlüftungsraum Holzschalung Abbildung 8: Beispiel Wandkonstruktion Kriterien Einheit Dämmstärke in mm Wärmedurchgangskoeffizient U theoretisch, ohne Wärmebrücken W/(m 2 K) Durchschnittswert gemäss SIA Norm 180 W/(m 2 K) Innere Oberflächentemperatur bei aussen -10 C und Raumtemperatur +20 C C

12 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Auf folgende Punkte ist zu achten, um ein Gebäude energetisch zu optimieren: Optimierung der Bauteile bezüglich Wärmeverlust (siehe Tabelle unten) Vermeiden von Wärmebrücken Möglichst luftdichte Ausführung aller Aussenflächen Wenn möglich Ersatz des Cheminées durch Cheminée-Ofen. Ansonsten mit möglichst dichter Klappe ausrüsten. Holzofen mit Frischluftzuführung inklusive Abstellklappe Komfortlüftung Grenz- und Zielwerte für flächenbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten U in W/(m 2 K), bei 20 C Raumtemperatur und bei Jahresmitteltemperaturen zwischen 7 C und 10 C (Schweizer Mittelland) Grenzwerte U g Zielwerte U z Bauteil gegen Aussenklima unbeheizte Aussenklima unbeheizte oder weniger Räume oder oder weniger Räume oder als 2 m mehr als 2 m im als 2 m im mehr als 2 m im Bauteil Erdreich Erdreich Erdreich Erdreich Bauteile (Dach, Wand, Boden) 0,30 1) 0,40 1) 0,20 1) 0,30 1) Bauteile mit Flächenheizungen 0,25 1) 0,30 1) 0,20 1) 0,30 1) Fenster, Fenstertüren 1,70 2,00 1,20 1,60 Fenster mit vorgelagerten Heizkörpern 1,20 2) 1,60 2) 1,00 2) 1,20 2) Unverglaste Türen 2,00 2,00 1,60 2,00 Tore (Türen grösser 4 m 2 ) 2,40 2,40 2,00 2,00 Optimale Gebäudehüllenzahl (A/EBF) Die Würfelform weist ein sehr gutes Gebäudehüllflächen- / Volumenverhältnis auf. Wird eine kompakte Gebäudeform angestrebt, wird die Aussenfläche in Bezug zur Nutzfläche möglichst gering gehalten und dadurch die Transmissionsverluste reduziert. Abbildung 9: A zu EBF 10

13 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Sonnenenergie Sonnenenergie, die durch die Fenster in das Gebäude einstrahlt und so das Gebäude erwärmt, wird als passive Sonnenenergie bezeichnet. Abbildung 10: Gebäudebeispiel mit Südfassade Durch moderne nach Süden ausgerichtete Fenster kommt über das Jahr mehr Wärme durch die Sonnenstrahlung in das Gebäude als durch Transmission der Fenster verloren geht. Dadurch ist es wichtig, die Hauptfassade wenn möglich nach Süden auszurichten. Die Süd-Fensterfläche sollte 20-40% der Bodenfläche des entsprechenden Raumes aufweisen. Wichtig ist, dass sie im Winter nicht beschattet werden ( z. B durch Balkone). Im Sommer wird eine Beschattung notwendig. Hingegen ist die Nordfassade mit kleiner Fensterfläche auszustatten, die Ostund Westfassade je nach Gebäudenutzung. Sonnenbahn Abbildung 11: Jahresverlauf der Sonne 11

14 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Wärmespeicherung Dringt während der Heizsaison Sonnenenergie in den Raum, muss eine Erhöhung der Raumlufttemperatur von 2-4 K zugelassen werden, damit die Gebäudemasse die Energie speichern kann. Als Speichermasse eignen sich alle innenliegenden massiven Bauteile wie Unterlagsboden, Steinboden, Mauerwerke, Gipsbeplankungen usw. 5. Gebäudestandards Anforderungen an den Wärmeschutz Bei der Entscheidung wie gebaut werden soll, sind teilweise philosophische Betrachtungen anzustellen: Betrachtung der Nutzungsdauer werden auch Erstellung, Unterhalt und Betrieb berücksichtigt? Verfügbarkeit der Energieträger Energiepreis Als Grundlage für entsprechende Betrachtungen werden im Folgenden drei unterschiedliche Baustandards einander gegenübergestellt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Richtwerte; bei den objektspezifischen Nachweisen sind die entsprechenden Vorschriften zu beachten, die teilweise kantonal voneinander abweichen. Baustandard 1 gesetzliche Vorschriften Bei den gesetzlichen Anforderungen, die den heute gebräuchlichen Baustandard prägen, handelt es sich primär um kantonale Energiegesetze, die sich auf die anerkannten Normen z.b. SIA 180/1 und SIA 380/1 abstützen. Die meisten Kantone schreiben heute die folgenden Wärmedurchlasskoeffizienten U (früher k) vor: Bauteil Mindestanforderungen U-Richtwert in W/m 2 K Bauteile gegen Aussenklima 0.3 Boden mit Flächenheizung Bauteile zu nichtbeheizten Räumen oder Erdreich 0.4 Fenster, Türen und Tore 2.0 Fenster vor Heizflächen 1.2 Baustandard 2 Minergie Der Minergie-Standard steht für rationelle Energieanwendung und für die Nutzung erneuerbarer Energie, bei gleichzeitiger Verbesserung der Behaglichkeit und Senkung der Umweltbelastung. Diese Technik reduziert den Verbrauch von nicht erneuerbarer Energie auf ein nachhaltig tiefes Niveau. 12

15 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Einfamilienhäuser müssen folgende Kriterien erfüllen, damit sie dem Minergie- Standard, welcher ein geschütztes Label darstellt, genügen: Gewichtete Energiekennzahl Wärme Neubauten 42 kwh/m 2 a (150 MJ/m 2 a) Bauten, Baujahr vor kwh/m 2 /a (288 MJ/m 2 a) Es wird nur dem Grundstück zugeführte hochwertige Energie (Brennstoffe, direkt nutzbre Fernwärme) eingerechnet. Zugeführte Elektrizität für Wärmeerzeugung und Belüftung/Klimatisierung wird doppelt gerechent. Mechanische Lufterneuerung Primäranforderung an die Gebäudehülle Neubauten: Heizwärme Q h (Standard) maximal 80 % des Grenzwertes (H g ) der SIA 380/1 (2001) für Neubauten Bauten mit Baujahr vor 1990: Heizwärmebedarf Q h (Standard) maximal 120 % des Grenzwertes (H g ) der SIA 380/1 (2001) für Neubauten. Mehrkosten Dürfen gegenüber konventionellen Vergleichsobjekten höchstens 10 % mehr betragen. Abbildung 12: Beispiel EFH Minergiestandard Massnahmen zur Erreichung des Standards Die Erfahrung zeigt, dass folgende Massnahmen ergriffen werden müssen: architektonische Massnahmen wie kompakte Gebäudehülle (beheizte Nutzfläche zur Gebäudeaussenfläche) und optimale Gebäudeorientierung (grosse Süd- und kleine Nordfenster). guter Wärmeschutz mit gegenüber der Norm SIA 380/1 verbesserten U- Werten und Bauteilübergänge ohne Wärmebrücken. Heute sind in etwa die folgenden Wärmedurchlasskoeffizienten U (früher k) einzuhalten: 13

16 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Bauteil Mindestanforderungen U-Richtwert in W/m 2 K Bauteile gegen Aussenklima 0.2 Bauteile zu nichtbeheizten Räumen oder Erdreich Fenster, Türen und Tore < 1.2 möglichst luftdichte Gebäudehülle während der Heizperiode mechanische Lüftung mit effizienter Wärmerückgewinnung (WRG) und geringem Stromverbrauch. Einsatz erneuerbarer Energien (Wärmepumpen mit Erdsonden/Grundwasser, Sonnenkollektoren, Holzkessel, Pelletskessel) Baustandard 3 MINERGIE-P MINERGIE -P bedingt ein eigenständiges, am niedrigen Energieverbrauch orientiertes Gebäudekonzept. Als ungenügend erweist sich insbesondere, das Projekt eines Niedrigenergie- oder eines MINERGIE -Hauses mit einer zusätzlichen Wärmedämmschicht einzupacken. Ein Haus, das den sehr strengen Anforderungen von MINERGIE -P genügen soll, ist als Gesamtsystem und in allen seinen Teilen konsequent auf dieses Ziel hin geplant, gebaut und im Betrieb optimiert. Der neue Standard MINERGIE -P stellt hohe Anforderungen an das Komfortangebot, die Wirtschaftlichkeit und die Ästhetik. Zum erforderlichen Komfort gehört namentlich auch eine gute und einfache Bedienbarkeit des Gebäudes, bzw. der technischen Einrichtungen. Die folgenden fünf Anforderungen müssen eingehalten werden: spezifischer Wärmeleistungsbedarf Heizwärmebedarf gewichtete Energiekennzahl Wärme Luftdichtigkeit der Gebäudehülle Haushaltgeräte Abbildung 13: Beispiel MFH im Passivhausstandard 14

17 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie MINERGIE-P-Grenzwerte Es sind die nachfolgenden vier Anforderungen einzuhalten. Es gelten dieselben Anforderungen für Neubauten wie für bestehende Bauten. Heizenergiebedarf nach Norm SIA 380/1 (2001) Q h = 20 % des SIA-Grenzwertes Hg (Q h berechnet mit Standardwerten, jedoch mit Berücksichtigung der Wärmerückgewinnung über die Komfortlüftung) Spezifischer Heizleistungsbedarf q hmax = 10 W/m 2 EBF Dieser Grenzwert gilt als Mittelwert über das gesamte Gebäude. Der spezifische Heizleistungsbedarf in exponierten Räumen darf höher liegen. Massnahmen zur Gewährleistung des Komforts in solchen Räumen sind qualitativ zu beschreiben. Gewichtete Energiekennzahl Wärme in kwh/m 2 a Für Ein- und Mehrfamilienhäuser, E gew = 30 kwh/m 2 a Für Dienstleistungsbauten, E gew = 25 kwh/m 2 a Luftdichtigkeit der Gebäudehülle n L50 = 0.6 h -1 Massnahmen zur Erreichung des Standards Die Erfahrung zeigt, dass folgende Massnahmen ergriffen werden müssen: architektonische Massnahmen wie kompakte Gebäudehülle (beheizte Nutzfläche zur Gebäudeaussenfläche) und optimale Gebäudeorientierung (grosse Süd- und kleine Nordfenster). Extrem guter Wärmeschutz (ca. 40 cm Wärmedämmstärke) und Bauteilübergänge ohne Wärmebrücken. Heute sind in etwa die folgenden Wärmedurchlasskoeffizienten U (früher k) einzuhalten: Bauteil Mindestanforderungen U-Richtwert in W/m 2 K Bauteile gegen Aussenklima Bauteile zu nichtbeheizten Räumen oder Erdreich Fenster, Türen und Tore < 0.85 Verglasung mit hohem Energiedurchlassgrad (g-wert > 0.5) trotz tiefem U-Wert Während der Heizperiode mechanische Lüftung mit effizienter Wärmerückgewinnung (WRG) und und geringem Stromverbrauch Einsatz erneuerbarer Energien (Wärmepumpen mit Erdsonden/Grundwasser, Sonnenkollektoren, Holzkessel, Pelletskessel) Einsatz von zertifizierten Haushaltgeräten mit geringem Stromverbrauch (Waschmaschine, Kühlschränke usw.) 15

18 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie 6. Komfortlüftung Vorteile einer Komfortlüftung Schadstoffarmes Raumklima Keine zu hohe Luftfeuchte, Vermeidung von Bauschäden, Abtransport der Feuchte im Bad übe 24 Stunden. Gute Luft trotz Abwesenheit und geschlossenen Fenstern Kein Aussenlärm Wirksame Wärmerückgewinnung, Energieeinsparung Filtrierung der Aussenluft Dichtheit Aus Komfortgründen und um Feuchtigkeitsschäden im Baukörper zu vermeiden, ist eine dichte Bauweise erforderlich. Eine Gebäudehülle muss verschiedene Funktionen erfüllen. Einerseits Wärme zurückhalten, die anfallende Raum- Feuchtigkeit abtransportieren, Sauerstoff hereinlassen, jedoch keine Luftschadstoffe oder Lärm. Dass alle diese Anforderungen nicht erfüllt werden können, ist verständlich. Darum ruft dämmen und dichten konsequenterweise nach belüften. CO 2 -Konzentration Wir atmen Sauerstoff und produzieren CO2. Steigt dieser Wert über 1500 ppm (0.15 %), so empfinden wird dies als dicke Luft. Problematisch wird dies vor allem im Schlafzimmer. Hier werden schnell Werte über 3000 ppm gemessen. Luftwechsel Jeder Raum wird mit der aus hygienischer Sicht optimalen Frischluftmenge versorgt. Die Luftfeuchtigkeit ist ausgeglichen. Luftqualität Die Aussenluft wird nach Möglichkeit gefiltert. Schadstoffe im Gebäude (Wohngifte, Tabakrauch, Radon) werden kontinuierlich abgeführt. Ein Lüftungssystem nach Minergie-Standard erfüllt 7 Anforderungen an den Komfort und den Betrieb. Thermischer Komfort Der gezielte Luftaustausch verhindert Zugerscheinungen und ein Auskühlen der Räume. Schallschutz Das Lüftungssystem schützt vor Aussenlärm, Schalldämpfer sorgen dafür, dass die Ventilatoren nicht stören. Energieverbrauch Die Wärmeverluste beim Lüften werden auf ein Minimum beschränkt. Einige Systeme gewinnen aus der Abluft Wärme zu Heizzwecken oder zur Wassererwärmung zurück. Bedienung Der Betrieb erfolgt automatisch. Zeitprogramm und Betriebsstufen sind individuell programmierbar. Zwei- bis viermal jährlich sind die Filter auszuwechseln. Technik Die Bauteile des Lüftungssystems sind für den Dauerbetrieb konzipiert. 16

19 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Ausgewählte Systeme Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung Häufigstes Lüftungssystem in Minergie-Häusern Einsatz in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Dienstleistungsbauten und Schulen. Geeignet für Altbauten und Neubauten. Wärmerückgewinnung (WRG) zur Reduktion der Lüftungswärmeverluste und zur Vorwärmung der Zuluft. Abbildung 14: Schema Komfortlüftung mit WRG-Gerät Zentrale oder wohnungsweise Anlagen Einstufiger oder mehrstufiger Betrieb Kombination mit Erdregister oder verlängertem Luftansaug möglich: garantiert passiven Frostschutz beim Lüftungsgerät im Winter und komfortable Zulufttemperaturen ohne Nachwärmung Bei Anlagen mit Elektroheizregister zur Zuluftnachwärmung muss der Elektrizitätsverbrauch beim Minergie-Nachweis berücksichtigt werden. Komfortlüftung mit Abluftwärmepumpe Einsatz in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Dienstleistungsbauten und Schulen. Kombination mit Erdregister empfehlenswert. Zusätzlich zur WRG: Wärmepumpe nutzt Abluftwärme zur Warmwasserbereitung oder Zuluftnachwärmung. Abbildung 15: Schema Komfortlüftung mit Abluftwärmepumpe Luftmengen und Elektrizitätsverbrauch der Ventilatoren höher als bei Komfortlüftung mit WRG. Anlagen mit Luft-Wasser-Wärmepumpen für Einfamilienhäuser fördern mehr Luft, als aus hygienischen Gründen notwendig wäre. Bei Anlagen mit Elektroheizregister zur Zuluftnachwärmung muss der Elektrizitätsverbrauch beim Minergie-Nachweis berücksichtigt werden. 17

20 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie 7. Komponenten Komfortlüftung Aussenluftfassung und Luftregister Der Standort des Luftansauges muss so gewählt werden, dass sich keine Schadstoffe (Autoabgase) oder störende Gerüche in der Nähe der Aussenluftfassung befinden. Zudem muss mittels Schutzgitter sichergestellt werden, dass keine Kleintiere (z.b. Mäuse oder Vögel) in das Erdregister eindringen können. Es sollte ca. 2.5 m über Terrain angesogen werden (max. Schneehöhe beachten). Wegen der möglichen Bodenbelastung ist auf eine zum Erdreich offene Luftfassung zu verzichten. Es sollten innen glattwandige Rohre (HDPE kein PVC), die wasserdicht verschweisst sind eingesetzt werden. Die Rohre sind mit Gefälle zur Hauseinführung zu verlegen. Im Gebäudeinnern ist ein Kondensatablauf vorzusehen. Die Reinigung erfolgt bei Bedarf mittels Durchspülung von der Luftfassung her. Lufterdregister Beim Lufterdregister (=mehrere Rohre im Abstand von min. 5 x Rohrdurchmesser) ist das Ziel, die WRG und den Filter vor Vereisung bzw. Kondensat zu schützen, das heisst der Erdregister Austritt muss bei minimaler Aussenlufttemperatur immer > 0 C sein. Abbildung 16: Lufterdregister aus HPE mit Sammel- und Verteilrohren Lüftungsgerät Lüftungsgeräte bestehen aus Wärmetauscher Zuluftventilator, Abluftventilator Zwei Filtern, meist Grobstaubfilter G3 Bypass Wärmetauscher und Regelung (optional) 18 Kernstück der Wärmerückgewinnung ist ein Plattenwärmetauscher und Rotationswämretauscher, in dem sich die Temperaturdifferenz zwischen der

21 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie warmen Abluft aus den Räumen und der kalten Aussenluft zum grössten Teil ausgleicht. Die Höhe dieses Temperaturausgleichs wird als Wirkungsgrad oder Rückwärmezahl bezeichnet. Gute Geräte weisen Wirkungsgrade von über 80 % aus. Dadurch wird auch eine Nachwärmung der Zuluft hinfällig. Ventilatorleistung Die unten genannten Werte lassen sich praktisch nur mit Ventilatorantrieben mit Gleichstrom- oder EC-Motoren erreichen. Zudem muss das Verteilsystem gemäss diesem Merkblatt dimensioniert sein. Spezifische Leistung für die Luftförderung P el /V Zu- und Abluft mit WRG, einfache Filter (G3 bis F4) 0.35 (W/m 3 /h) Zu- und Abluft mit WRG, Pollenfilter (F5 bis F9) 0.40 (W/m 3 /h) Kontrolle: Die Kontrollmessung zur Bestimmung der Kennzahl P el /V wird mit neuen Filtern durchgeführt. P el : elektrische Aufnahmeleistung in W V: Mittelwert von Zu- und Abluftvolumenstrom in m 3 /h. Abbildung 17: Schnitt durch Komfortlüftungsgerät 19

22 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Abbildung 18: Zellenfilter Filter Aussen- und abluftseitig ist das Gerät mindestens mit Filtern der Klasse G3 ausgerüstet. Bei Wohnungen für Pollen-Allergiker hat die Aussenluftseite einen Filter der Klasse F5 bis F9. Ein Pollenfilter soll in jedem Fall nachrüstbar sein. Die Platzierung als zweite Filterstufe nach dem Gerät (statt als erste Stufe im Gerät) ist hygienisch von Vorteil. Die Filter der ersten Stufe sind spätestens nach einem Jahr zu ersetzen, auch wenn sie optisch sauber erscheinen. Pollenfilter, die als zweite Filterstufe eingesetzt werden, sind spätestens alle zwei Jahre zu ersetzen. Taschenfilter sind zu bevorzugen, da sie einen geringeren Druckverlust aufweisen als Filtermatten. Zu- und Abluftvolumenstrom werden gemäss den folgenden Tabellen zuerst getrennt berechnet. Das grössere Total ist für die Dimensionierung massgebend. Auf der Seite mit dem kleineren Total (z.b. Abluft) werden die Werte pro Raum so erhöht, dass das gleiche Total wie auf der anderen Seite (z.b. Zuluft) entsteht. Wenn das berechnete Total auf der Abluftseite kleiner ist, soll zuerst der Abluftvolumenstrom der Küche erhöht werden (je nach Wohnungsgrösse bis auf 60 bis 80 m 3 /h) und erst in zweiter Priorität die Abluftvolumenströme der übrigen Räume. Beispiel Luftmengenauslegung für eine 4-Zimmer-Wohnung: Minimaler Abluftvolumenstrom gem. Tabelle: 100 m 3 /h (Küche 40 m 3 /h + Bad 40 m 3 /h + WC 20 m 3 /h = 100 m 3 /h) Minimaler Zuluftvolumenstrom gem. Tabelle: 120 m 3 /h (4 Zimmer à je 30 m 3 /h = 120 m 3 /h) Der effektiv gewählte Abluftvolumenstrom wird auf 120 m 3 /h erhöht (Küche Erhöhung auf 60 m 3 /h + Bad 40 m 3 /h + WC 20 m 3 /h). Der Zuluftvolumenstrom bleibt beim Wert, der nach Tabelle ermittelt wurde. Schlaf- und Arbeitszimmer Wohnzimmer im Überströmbereich 30 m 3 /h* keine separate Zuluft Wohnzimmer, nicht im Überströmbereich 30 m 3 /h * Bei Schlafzimmern für eine Person in Einfamilienhäusern: in Absprache mit der Bauherrschaft kann bis auf 20 m 3 /h reduziert werden. 20

23 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie 8. Anforderungen an den Schall Die Lüftung soll in den Wohn- und Schlafzimmern einen Schalldruckpegel von ma. 25 db(a) verursachen. In den übrigen Räumen sind höhere Werte gemäss SIA 181 zulässig, wobei der Schall aus diesen Räumen den Schalldruckpegel in den Wohn- und Schlafzimmern nicht erhöhen darf. Bei der akustischen Dimensionierung ist zu berücksichtigen, dass heutige Wohnungen häufig akustisch hart sind (grosse Nachhallzeiten). Überströmung durch Türspalt Die allfällige Reduktion des Schalldämmmasses der Türen (z.b. durch Weglassen einer Planetdichtung) muss akzeptiert werden. Die Luftgeschwindigkeit im Türspalt soll bei max. 1.5 m/s liegen. Schallgedämmte Überströmdurchlässe Überströmdurchlässe in Wänden mit einer Türe sollen schalldämpfend ausgebildet sein und ein Schalldämmmass von R w > 1 db aufweisen (bezogen auf den Durchlass alleine). Mit diesem Schalldämmmass bewegen sich die Schwächungen der Türen in einer ähnlichen Grössenordnung wie mit einem Türspalt. In Zimmertrennwänden ohne Türe und mit moderaten Schallschutzanforderungen sollen die Überströmdurchlässe ebenfalls ein R w > 10 db aufweisen. Bei speziellen Schallschutzanforderungen ist ein Akustiker beizuziehen. Überströmdurchlässe sollen einen Druckabfall von maximal 3 Pa haben. 9. Kochstellenabluft Die Dunstabzughaube darf nicht an der Abluft der Komfortlüftung angeschlossen werden. Für die Kochstellenabluft stehen folgende Lösungen zur Wahl: Fortlufthaube mit Nachströmung über Fenster oder Nachströmeinrichtung mit Klappe: Die Zuluft strömt durch den von der Abzughaube erzeugten Unterdruck nach. Der Unterdruck soll ma. 10 Pa betragen, bei Wohnungen mit raumluftabhängigen Feuerungen sogar nur 4 Pa. Umlufthaube mit Aktivkohlenfilter Die Kochstelle ist mit einer Umlufthaube mit Aktivkohlenfilter. Die Kochstelle ist mit einer Umlufthaube mit Aktivkohlenfilter ausgerüstet. Kanalnetz Kanäle und Rohre müssen glattwandig und luftdicht sich, um einen kleinen Strömungswiederstand zu erreichen. Eine möglichst geradlinige Führung erleichtert zudem den Reinigungsintervall. Oft kommen verzinkte Spiralfalzrohre und Kanäle oder PE- Rohre zum Einsatz. Auf jeden Fall muss auf eine dichte Ausführung, im speziellen die Verbindungen, geachtet werden. Abbildung 19: Beispiel Kanalnetz 21

24 Lerneinheit LE 11.1: Gebäude und Energie Die Kanalführung kann in Schächten, Betondecken, Unterlagsböden oder bei Umbauten auch in der Aussenwanddämmung geführt werden. Abbildung 20: Reinigung der Luftleitungen muss gewährleistet sein. 10. Hygiene und Reinigung Glattwandige Leitungen sind besser zu reinigen als gewellte oder poröse Oberflächen. Wenn ein Reinigungsabschnitt nur von einer Seite her (z.b. Auslass) zugänglich ist, soll er max. 12 m lang sein. Bei Zugang von beiden Enden ist die doppelte Länge zulässig. Nicht direkt zugängliche Reinigungsabschnitte sind mit Kontrollöffnungen auszurüsten Bögen (1.5 d) können nur bis zu einem Durchmesser von 80 mm gereinigt werden. Bei kleinen Durchmessern sind grosse Radien oder 2 x 45 Bögen zu wählen. Bauteile, die nicht mit einer Rute gereinigt werden können, sollen nicht einbetoniert werden. Dies betrifft z.b. Schalldämpfer, Reduktionen, Verteilerkästen und Armaturen. Unmittelbar nach der Installation sind die Luftdurchlässe staubdicht zu verschliessen. Die Anlage darf erst nach erfolgter Baureinigung in Betrieb gesetzt werden. Ein Leitungsnetz soll alle 5 Jahre kontrolliert werden. Die Reinigung erfolgt nach Bedarf, spätestens nach 10 Jahren. 22

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26 Hubrainweg 10, 8124 Maur, Tel , Fax ; Träger: Arbeitsgemeinschaft für Solarenergie SWISSOLAR; Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz, FWS; Haustechnik-Fachlehrvereinigung SSHL; Hochschule Technik+ Architektur Luzern, FHZ; Holzenergie Schweiz; Holzfeuerungen Schweiz; Schweizer Agentur für erneuerbare Energien, AEE; Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, SIA; Schweizerischer Kaminfegermeister-Verband, SKMV; Schweizerisch-Liechtensteinischer Gebäudetechnikverband (suissetec); Schweizerischer Verein von Wärme- und Klima-Ingenieuren, SWKI; Schweizerischer Verein für Kältetechnik, SVK; Schweizerische Vereinigung Beratender Ingenieurunternehmungen, usic; Schweizerische Vereinigung für Geothermie, SVG; SOLAR - Schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie; SOLAR SUPPORT; Schweizerischer Verband Dach und Wand, SVDW; Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen, VSEI; Verband Schweizerischer Hafner- und Plattengeschäfte, VHP; Vereinigung Schweizerischer Sanitär- und Heizungsfachleute, VSSH