KLIMA:AKTIV BAUEN - DAS PASSIVHAUS

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1 Dipl.-Ing. A. Harder M. Sc. Bauhaus Universität Weimar, Professur Bauklimatik KLIMA:AKTIV BAUEN - DAS PASSIVHAUS an der Universität Erfurt 07.Oktober Passiv / Aktiv 2 1

2 Das Passivhaus?! Hohe Behaglichkeit bei niedrigem Energieverbrauch o Hoher Nutzungskomfort durch warme Wände o Niedrige Energiekosten durch optimierten Wärmeschutz und Wärmerückgewinnung o Hohe Luftqualität durch kontrollierte Wohnraumlüftung o Hohe Gebäudequalität für eine lange Lebensdauer des Gebäudes 3 Primäre und dominierende Behaglichkeitsfaktoren Quellen: Bundesarchitektenkammer (Herausgeber): Energiegerechtes Bauen und Modernisieren, Birkhäuser Verlag C. Zürcher, T. Frank; Bauphysik Band 2, Seite 9, Tabelle

3 Grundlagen Stationäre Wärmeübertragung 5 Wärmeleitung Konvektion Wärmestrahlung Wärmestrom [W]: θ2 θ Φcd = λ d A 1 A Fläche [m²] λ Wärmeleitfähigkeit [W/mK] Wärmedurchlasswiderstand R [m²k/w] R = d λ R ~ θ λ R θ λ R θ Wärmedurchgang rmedurchgang(swiderstand (swiderstand) ) R durch T ein- oder mehrschichtige Bauteile aus homogenen Schichten R T = R si + R 1 + R R se U = 1 R T [m²k/w] Wärmedurchgangskoeffizient U [W/m²K] Behaglichkeitskriterien U U U 6 Quelle: Bundesarchitektenkammer (Herausgeber): Energiegerechtes Bauen und Modernisieren, Birkhäuser Verlag 3

4 Strahlungstemperatur - Asymmetrie Schlechte Dämmung: trotz hoher Raumlufttemperatur => große Unterschiede in der Wärmeverteilung im Raum => Wohnbehaglichkeit ist gestört Gute Dämmung: trotz niedriger Raumlufttemperatur => nur geringe Unterschiede in der Wärmeverteilung im Raum => angenehme Wohnbehaglichkeit 7 Quelle: Altbau sanieren Energie sparen, Bine Informationsdienst Oberflächentemperaturen Bsp.: Eisblumen an der Innenseite einer Einfachverglasung Quelle: M. Ploß 8 4

5 Thermografieaufnahmen Fenster im Vergleich Passivhausfenster Altbaufenster mit Zweifach-Isolierverglasung Zweischeiben- Wärmeschutzverglasungen mit konventionellen Fensterrahmen 9 Passivhaus-Geschichte Sonnenhaus des Sokrates (vor 2500 Jahren) 10 5

6 Passivhaus-Geschichte Traditionelle Passivhäuser In vielen Klimaregionen der Welt braucht man keine Heizung und keine aktive Kühlung, wenn man einigermaßen "vernünftig" baut (Teile Irans, Küste Portugals, Teile Südchinas,...). Dort wurden schon immer auch "passive Häuser" gebaut, wenn gleich auch nicht als solche klassifiziert. Traditionelle Passivhäuser in Island In Island gab es nach der Brennholzkrise im Mittelalter eine Tradition der "Torfrasenbauweise". Das waren Passivhäuser, wenngleich ohne angemessene Fenster und ohne ausreichende Lüftung. 11 Passivhaus-Geschichte Forschungsschiff Fram war Passivhaus (!) Das erste wirklich funktionsfähige und vollwertige Passivhaus war kein Haus, sondern ein Schiff: Die Fram von Fritjof Nansen (1883). 12 (aus Nansen: "In Nacht und Eis", 1887): "... Die Wände sind mit geteertem Filz bedeckt, darauf folgt Korkfüllung, dann eine Vertäfelung aus Tannenholz, dann wieder eine dicke Filzlage, dann luftdichtes Linoleum und schließlich wieder eine Täfelung. Die Decken... sie haben alles in allem eine Dicke von ungefähr 40 cm. Das Fenster, durch das die Kälte besonders leicht eindringen konnte, wurde durch dreifache Scheiben und auf ander Weise geschützt. (Hier) ist ein warmer, gemütlicher Aufenthaltsort. Ob das Thermometer 5 oder 30 unter dem Nullpunkt steht, wir haben kein Feuer im Ofen. Die Ventilation ist ausgezeichnet,...da sie geradezu frische Winterluft durch den Ventilator hinabtreibt. Ich gehe daher mit dem Gedanken um, den Ofen ganz wegnehmen zu lassen; er ist nur im Wege." 6

7 Passivhaus-Geschichte 13 Systematische Forschung: das DTH DTH-Nullenergiehaus Nullenergiehaus von Vagn Korsgaard (Kopenhagen, 1973) - Passivhaus. - systematisch wurden an der Dänischen Technischen Hochschule Simulationen durchgeführt, Entwürfe optimiert und das erste solche Haus gebaut. Systematische Arbeiten in Deutschland: das Philips-Experimentierhaus von Hörster und Steinmüller (1980) - zeitgleich zu den skandinavischen und amerikanischen Entwicklungen gab es auch in Deutschland mit Förderung durch das Bundes-Forschungsministerium eine systematische Untersuchung zu energieeffizienten Gebäuden - mit Simulationen wurden die entscheidenden Parameter für energiesparende Häuser in Dtl. bestimmt und im Feldversuch bestätigt. Das Ergebnis war ein supergedämmtes Einfamilienhaus mit aktiver Solartechnik, das als Experimentierhaus diente Die Erfahrungen auch dieses Projektes flossen in die Passivhaus-Forschung von Anfang an ein. Auswertung der frühen Passivhäuser Wesentliche Probleme bei den frühen Häusern H waren: - das fehlende Bewusstsein über die Notwendigkeit einer dauerhaften Luftdichtheit - fehlende gute Lösungen für energieeffiziente Fenster (Lovins: "Wir hätten eine bessere thermische Trennung der Fensterrahmen verwenden sollen.") - fehlende Zuverlässigkeit der Energieeffizienz der verwendeten Technik Einsatz komplizierter Technik, die am Ende nicht oder nicht lange funktionierte. 14 Weitere Details zur Passivhaus Geschichte => 7

8 Passivhaus Institut Das Passivhaus Institut wurde 1996 von Dr. Feist gegründet Das Institut befasst sich mit Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der hocheffizienten Energieanwendung. 15 Homepage: erste Passivhaus-Schule (2001): Freie Waldorfschule Bremen-Sebaldsbrück Präzise PH-Definition lautet: "Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in welchem die thermische Behaglichkeit (ISO 7730) allein durch Nachheizen oder Nachkühlen des Frischluftvolumenstroms, der für ausreichende Luftqualität (DIN 1946) erforderlich ist, gewährleistet werden kann - ohne dazu zusätzlich Umluft zu verwenden." Passivhaus-Konzept - Heizwärmebedarf liegt im Passivhaus unter 15 kwh/(m 2 a) (bezogen auf die Wohnfläche) - Energieeffiziente Bauteile: U-Werte der Außenbauteile 0,15 W/(m 2 K), Fenster 0,8 W/(m 2 K) - Luftdichtheit (Drucktestluftwechsel n 50 : max 0,6 h -1 ) - Lüftungstechnik Entscheidender "Trick" des Passivhaus-Konzeptes: Mit der frischen Außenluft kommt ohnehin Luft in jeden Wohnraum. Wenn diese Luft auch die Heizaufgabe mit übernimmt - ohne hohe Luftmengen, - ohne Umluft, - ohne Geräusche und - ohne Zugerscheinungen, dann macht sich die Lüftung gleich doppelt bezahlt. => maximale Transmissionsheizlast 10 W/m², damit die Frischluft auch die Wärme transportieren kann - falls aktive Kühlung erforderlich => max. Nutzkältebedarf 15 kwh/(m²a) - gesamte Primärenergie renergie inkl. Haushaltsstrom max. 120 kwh/(m²a) 16 Das Konzept ist ein umfassender Ansatz für preiswertes, qualitativ hochwertiges, gesundes und nachhaltiges Bauen. 8

9 Unterschiedlichste Bauweisen und Materialien Der Passivhaus-Standard ist nicht an einen bestimmten Architekturstil gebunden, sondern kann mit unterschiedlichsten Bauweisen und Materialien erreicht werden. 17 Unterschiedlichste Bauweisen und Materialien 18 9

10 Wärmebrückenfrei Konstruieren 19 Quelle: Vortragsunterlagen Wärmebrücken, Luftdichtheit von DI Helmut SCHÖBERL Änderung der Innenoberflächentemperatur 20 10

11 Potentielle Undichtheiten 21 Quelle: Fa. pro klima 22 11

12 Blower Door Test 23 Quelle: Passivhaus Institut Empfehlungen für Fensterlüftung u. a zur Reduzierung von - flüchtige organische Verbindungen, - Formaldehyd, - Biozide, - Faserstoffe - Biogene Luftverunreinigungen, - CO 2 -Gehalt, - Luftfeuchte 24 12

13 Max v. Pettenkofer 1858 => Mindestluftwechsel zwischen 0,5 h -1 und 1 h -1 in Abhängigkeit der Nutzung und Personen nötig 25 Lüftungsanlage zentral/dezentral 26 13

14 Auslegung der Komfortlüftung 27 Passivhaus-Prinzip Hocheffiziente Dämmung, Fenster und Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung sowie optimierte solare Gewinne reduzieren den Energiebedarf so stark, dass auf ein separates Heizkörper rper- und Klimatisierungssystem verzichtet werden kann. hohe Energieeffizienz => Abdeckung des verbleibenden Energiebedarfs u.a. durch erneuerbare Energiequellen d.h. Einsatz hochwertiger Komponenten => zusätzlichen Investitionskosten => laufend Energiekosteneinsparungen 28 14

15 Techniken der Luftaufbereitung Erdwärmetauscher rmetauscher (EWT) - Zuluft führende Rohre oder Rohrbündel in 1,5 2,5 m Tiefe Solare Vorerwärmung rmung - solare Luftvorwärmung mit Luftkollektoren oder wassergeführten Kollektoren plus Speichersystemen Elektrische Heizpaneele - Vorerwärmung der Luft mit elektrischem Heizpaneel vor dem WT Heiztechnische Vorerwärmung rmung - Vorerwärmung der Luft mit Heizregister gespeist aus dem Heizsystem 29 Luftaufbereitung: Erdwärmetauscher Quelle: Fa. PAUL Planungshinweise für EWT Langfassung S

16 Gute Sommerbehaglichkeit - Essentials 31 Behaglichkeitsanforderungen für Passivhäuser 32 16

17 Ø Jahresheizwärmebedarf 33 ~ EnEV 2009 Typische U-Werte von Niedrigenergie- und Passivhäusern Referenzgebäude nach EnEV 2009 Dach 0,20 Fenster 1,30 Wand 0,28 Bodenplatte 0,35 Quelle: M. Ploß 34 17

18 Wirtschaftlichkeit Vergleich NEH und PH 35 Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) => Projektierungswerkzeug für Passivhäuser (Excel-Tool) Die wesentlichen Rechenblätter: - Berechnung von Energiebilanzen - Projektierung der Komfortlüftung - Auslegung der Heizlast - Berechnung von Fensterkennwerten, Verschattung und Sommerverhalten - Spezielle Rechenblätter für Nichtwohngebäude (Strombedarf und interne Wärmegewinne) - Vereinfachter Nachweis nach Energieeinsparverordnung (EnEV) Klimadaten für Mittel- und Nordeuropa integriert und vom Nutzer erweiterbar 36 18