Passivhaus Objektdokumentation Mehrfamilienhaus mit 17 Wohneinheiten im Frankfurter Westend Verantwortlicher PH-Planer: Dipl.-Ing. Christina Hutter Ingenieurbüro Hausladen GmbH www.ibhausladen.de Das Mehrfamilienhaus ist ein Gebäude der Wohnbebauung Hansapark im Frankfurter Westend und bietet Raum für 17 Wohnungen auf 5 Vollgeschossen und einem Staffelgeschoss. Es handelt sich um einen vollunterkellerten Massivbau. Das Erdgeschoss erhält eine außenliegende selbsttragende Natursteinwand. Die Fassade der oberen Stockwerke ist mit Wärmedämmverbundsystem versehen. Das Gebäude wird seit 2010 bewohnt. Architektonisch entworfen und geplant wurde das Mehrfamilienhaus von Landes & Partner Architekten, das Ingenieurbüro Hausladen GmbH war mit der Haustechnik (TGA), Bauphysik und Passivhausprojektierung beauftragt. Besonderheiten: Erdsonden-Wärmepumpe in Kombination mit Niedertemperaturheizsystem, Option der Fußboden-Kühlung über Erdsonden im Sommer, Solarthermie- und Photovoltaikanlage, Durchführung Verschattungsstudie U-Wert Außenwand U-Wert Kellerdecke 0,097 0,151 W/(m²K) 0,076 W/(m²K) PHPP Jahres- Heizwärmebedarf 15 kwh/(m²a) U-Wert Dach 0,088 0,101 W/(m²K) PHPP Primärenergie 109 kwh/(m²a) U-Wert Fenster 0,72 W/(m²K) Wärmerückgewinnung 72 % Drucktest n 50 0,2 h -1
1 Kurzbeschreibung der Bauaufgabe Passivhaus MFH Hansaallee Westend Es handelt sich um ein Gebäude einer Passivhaussiedlung bestehend aus 6 Mehrfamilienhäusern und insgesamt 172 Wohneinheiten, die von der ABG FRANKFURT HOLDING errichtet und von 4 namhaften Architekten entworfen wurden, wobei nur drei A-Häuser der Siedlung Zertifizierte Passivhäuser sind, die anderen drei Gebäude (Häuser B, C und D) wurden im Passivhausstandard errichtet. Das hier vorgestellte Mehrfamilienhaus A1 bietet auf einer Wohnfläche von 1.728 m² Raum für 17 Eigentumswohnungen, die von der KfW gefördert wurden. B C D Lageplan der Passivhaussiedlung Hansaallee Westend (Quelle: Freiraum) 2
2 Planungsteam und Aufgabenbeschreibung Bauherr: Projektsteuerer: Architekt: Haustechnik: ABG FRANKFURT HOLDING Wohnungsbau- und Beteiligungsgesellschaft mbh Urbane Projekte GmbH Landes & Partner Architekten Michael A. Landes Ingenieurbüro Hausladen GmbH Passivhausprojektierung: Ingenieurbüro Hausladen GmbH Landschaftsarchitekt: Freiraum Baustatik: Bollinger & Grohmann GmbH, Frankfurt a. M. Prüfstatik: Akustik/Schallschutz: Bauleitung: Engelbach und Partner Ingenieurgesellschaft mbh Ingenieurgesellschaft für technische Akustik mbh FAAG-Technik GmbH Das Projekt wurde von der Passivhaus Dienstleistungs GmbH (PHD) in enger Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Hausladen GmbH begleitet. Die PHD hat auch die Passivhausprüfung und -zertifizierung durchgeführt. Aufgabenbeschreibung der Passivhaus-Planung Nachfolgende Aufgaben wurden von der im Deckblatt als Passivhaus-Planer angegebenen Person, Dipl.-Ing. Christina Hutter, im Rahmen der Projektbearbeitung durchgeführt. - Integration der Passivhausvorgaben in den gesamten Planungsprozess und diesbezügliche Beratung von Planungsteam und Bauherr. Dies erfolgte von den ersten Abschätzungen, ob die Realisierung des Passivhausstandards bei dem Gebäude möglich ist, bis schließlich zur Baustellenbegehung zur Überprüfung der Umsetzung der Vorgaben. Der Passivhaus-Planer war verantwortlich für das Erreichen des Passivhausstandards. 3
- Kontinuierliche Anpassung der Passivhausprojektierung (PHPP-Berechnung) und Überprüfung der Erreichbarkeit der Passivhauskriterien (Aufzeigen von Varianten, Wirtschaftlichkeitsabschätzungen, Beratung hinsichtlich Fensterflächenanteil, Dämmstoffen, Fenstern) - Erstellung Bauteilkatalog, Bauteilpositionsplan, Wärmebrückenpositionsplan - Erstellung eines für alle Projektbeteiligten verbindlichen Pflichtenheftes - Mitwirken bei der TGA-Konzepterstellung, -planung und -ausführung für die Wärmeversorgung und mechanische Belüftung - Wärmebrückenberatung und -berechnung (Außenwand, Fenster, Türen, innenliegende Regenrohre) - Mitwirkung bei der Fenstervergabe - Beratung bei der Umsetzung der luftdichten Gebäudehülle. (Die Planung der luftdichten Gebäudehülle oblag den Architekten. Es erfolgte jedoch auf Anfragen eine diesbezügliche Beratung). Zur Veranschaulichung der Projektbegleitung Passivhaus werden nachfolgend zwei Beispiele angeführt: Eine besondere Herausforderung stellte die Verschattungssituation und damit die eingeschränkte Nutzungsmöglichkeit von solaren Gewinnen durch die dichte innerstädtische Bebauung dar. Aus diesem Grund wurde im Vorfeld eine Studie durchgeführt, um die Verschattungssituation zu analysieren. 4
Ergebnis einer Tageslichtsimulation - Beispielhafte Verschattungssituation am 21.6. um 8:00 Uhr (Quelle: IBH) Nachfolgend wird des Weiteren ein Beispiel für die Planungsbegleitung durch den Passivhausplaner gegeben. Die Architekten wurden kontinuierlich über den Stand der Passivhausprojektierung informiert. Bei Nichterreichen des Passivhausstandards bei der Projektierung wurden Variantenrechnungen durchgeführt und Möglichkeiten aufgezeigt, wie das Passivhaus-Kriterium Heizwärme eingehalten werden kann. 5
Maßnahmen zur energetischen Optimierung Heizwärmebedarf kwh/(m²a) Ergebnis Projektierung Haus A1 18,1 Zielwert 15 Maßnahme Maßnahmen Dämmstoffdicke Veränderung Heizwärmebedarf Außenwand Obergeschosse + 10 cm (Vergrößerung der Außenmaße, so dass Sockel und Außenwand Obergeschosse gleiche Bauteildicke haben) -0,9 Außenwand Obergeschosse + 5 cm -0,5 Verlust durch reduzierte Wohnfläche Mehrkosten Dämmung (keine Veränderung der Wohnfläche) 16.200 * (keine Veränderung der Wohnfläche) 8.100 * gesamte Außenwand + 5cm Dämmung -0,8 25.500 ** 13.000 * Dach + 5cm Dämmung -0,2 4.100 * Maßnahmen Verglasung / Luftdichtheit / WRG/Sonnenschutz Verglasung mit Kryptonfüllung (statt Argonfüllung) -1,0 7.800 *** Luftdichtheit von 0,6 auf 0,4/h -0,5 Erhöhung der Wärmerückgewinnungsgrades von 80% auf 82% -0,4 Fenster ohne Sonnenschutz (außer Rolläden im Erdgeschoss) (dadurch Reduzierung der Einbauwärmebrücken von ψ Einbau = 0,038 W/(mK) auf ψ Einbau = 0,013 W/(mK)) -0,7 Maßnahmen zur energetischen Optimierung * Kosten je m² Dämmung: 2 je 1cm Dicke ** Verkaufsgewinn Wohnfläche: 2800 /m² *** Mehrkosten für Kryptonverglasung: 30 /m² Maßnahme Maßnahmen Fenstermaße / Fensterflächenanteil Veränderung Heizwärmebedarf Verringerung der Laibungstiefe von 36 cm auf 25 cm im Sockelbereich mit Rahmen, von 31 cm auf 20cm im Sockelbereich ohne Rahmen und von 26,5 cm auf 16 cm bei den Obergeschossen -0,6 Verringerung der Laibungstiefe aller Fenster auf 16 cm -0,8 Alle zweiflügligen durch einflüglige Fenster ersetzen -0,8 Verringerung der Fensterhöhen von 2,4 m auf 2,1 m -0,6 Reduzieren des Fensterflächenanteils im Norden von 28% auf 10% durch Verkleinern der Fensterhöhe von 2,4 auf 1,5 und ersetzen aller zweiflügligen Fenster sowie des Treppenhausfensters im 1. OG durch einflüglige Fenster (0,75 m breit) -1,5 Ersetzen der zweiflügligen Fenster im Norden durch einflüglige, 1,05 m breite Fenster (Fensterflächenanteil Nord von 28% auf 22% ) -0,9 Weglassen des westlichsten Nord-Fensters (Wohnung 3) (EG - 4.OG) -0,2 Reduzieren des Fensterflächenanteils im Süden von 37% auf 28% durch Ersetzen der zweiflügligen und dreiflügligen Fenster durch einflüglige, 1,05 m breite Fenster -1,2 Ersetzen der dreiflügligen Fenster im Süden durch einflüglige Fenster (EG - 4.OG) -0,4 Maßnahmen Balkon Tiefe der Balkone verkürzen von 2,5 m auf 1,8 m -0,1 Beispielhafte Dokumentation für die kontinuierliche Planungsbegleitung durch den Passivhausplaner, Stand Vorplanung (Quelle: IBH) Die Passivhausprojektierung der Vorplanung ergab unter den dokumentierten (hier nicht angegeben) Randbedingungen einen Jahresheizwärmebedarf von 18,1 kwh/m²a. Es wurden Variantenberechnungen durchgeführt und den Architekten Möglichkeiten aufgezeigt, wie das Passivhaus-Kriterium Heizwärme eingehalten werden kann. 6
3 Ansichtsfotos Passivhaus MFH Hansaallee Westend Südfassade des Passivhauses MFH Hansaallee Westend mit vorgesetzten Balkonen (Foto: IBH) Ansicht auf die Ost- und Südfassade des Passivhauses MFH Hansaallee Westend (Foto: IBH) Gut erkennbar sind die Natursteinfassade im Erdgeschoss und das Wärmeverbundsystem in den oberen Stockwerken. 7
Blick auf die Westseite des Passivhauses MFH Hansaallee (Foto: IBH) Blick auf die West- und einen Teil der Nordfassade sowie die Eingangstür auf der Nordseite des Passivhauses MFH Hansaallee (Quelle: Landes & Partner) 8
Einblick in eine Dachterrassenwohnung mit gehobener Ausstattung (3-D-Visualisierung - Quelle: Landes & Partner) 9
4 Schnittzeichnung Passivhaus MFH Hansaallee Westend Schnitt A-A am Beispiel des Bauteilpositionsplans (Erstellung: IBH, Grundriss: Landes & Partner). Zu sehen ist die ringsum geschlossene thermische Hülle mit durchgängiger Wärmedämmung. Die thermische Abtrennung des Kellergeschosses mit dem ringsum gedämmten Treppenhaus und der Aufzugsunterfahrt im UG sind erkennbar. Die Balkone sind selbstragend und thermisch entkoppelt. 10
5 Grundrisse Passivhaus MFH Hansaallee Westend AW 3 AW 3 AW 9 KD 2a/2b AW 1.2/7/8 AW 4 AW 3 T2sr KD 2a/2b AW 1.2/7/8 AW 3 T2u/2o Relevante Wärmebrücken vertikal Relevante Wärmebrücken Decke/Dach horizontal Relevante Wärmebrücken Boden horizontal Relevante Wärmebrücken Fenster/Türen T2sl AW 4 AW 9 AW 3 3_Fe o/ro 1_Fe s 2_Fe u Verankerungen horizontal /vertikal KD 2a/2b AW 1.2/7/8 KD 2a/2b AW 1.2/7/8 AW 9 AW 3 KD 2a/2b AW 3 AW 1.2/7/8 Grundriss EG am Beispiel des Wärmebrückenpositionsplans (Erstellung: IBH, Grundriss: Landes & Partner). Alle relevanten Wärmebrücken wurden vom Ingenieurbüro Hausladen GmbH dokumentiert und in Wärmebrückenpositionsplänen übersichtlich gekennzeichnet. Da über 50 Wärmebrücken (davon allein 20 Fenstereinbauwärmebrücken) zu berechnen waren, wurden diese zwischen der Passivhaus Dienstleistung GmbH (Kellerbauteile, Dach) und der Ingenieurbüro Hausladen GmbH (Außenwände, Fenster, Türen) aufgeteilt. Es erfolgte eine kontinuierliche Beratung der Architekten während der Detailplanung. In den beispielhaft dargestellten Wärmebrückenpositionsplänen wurden die rot beschrifteten Wärmebrücken von IBH berechnet. 11
AW 5 AW 5 AW 10 AW 5 AW 6 T2.1sr Relevante Wärmebrücken vertikal Relevante Wärmebrücken Decke/Dach horizontal AW 5 AW 6 T2.1sl T2o AW 10 10a_Fe o 9a_Fe o/ma 5b_Fe s 4_Fe u Relevante Wärmebrücken Boden horizontal Relevante Wärmebrücken Fenster/Türen AW 6 AW 5 Verankerungen horizontal /vertikal AW 10 AW 5 AW 5 Grundriss Regelgeschosse 1.OG 4.OG am Beispiel des Wärmebrückenpositionsplans (Erstellung: IBH,Grundriss: Landes & Partner). 12
6 Konstruktionsdetails der Passivhaus-Hülle und - Technik Passivhaus MFH Hansaallee Westend Wärmebrücken wurden durch baukonstruktive Maßnahmen weitestgehend vermieden. Durch die Rahmenbedingungen im Geschosswohnungsbau nicht zu vermeidende Wärmebrücken wurden durch thermische Trennung (z.b. Verwendung von Schöck Isokörben) bzw. Verzögerungsstreifen (z.b. Überdämmung der Fensterrahmen) so gering wie möglich gehalten. Auch bei der Planung der Haustechnik wurde auf die Vermeidung von Durchdringungen der thermischen Hülle geachtet. 6.1 Konstruktion Kellerdecke Aufbau der Kellerdecke: Kellerdecke Bodenbelag 1,6 cm, Estrich 5,5 cm, Trittschalldämmung 3 cm, Ausgleichsdämmung 2 cm, Stb.-Decke 25 cm, unterseitige Wärmedämmung mit Expandiertem Polystyrol (WLG 035) 40 cm U-Wert 0,08 W/(m²K) Beispiel-Wärmebrücke KD 01 - KG-Innenwand 2b / KD-Decke 4a (Berechnung Passivhaus Dienstleistung GmbH): Vermeidung von Wärmebrücken durch durchgehende Dämmschicht. 13
Beispiel-Wärmebrücke Anschluss Außenwand an KD-Decke: Vermeidung von Wärmebrücken durch Einsatz von Isokörben.(Schnitt: Landes & Partner) 6.2 Konstruktion der Außenwände Aufbau der Außenwand: Außenwand OG WDVS EPS Außenwand OG WDVS Mineralwolle Außenwand Sockel 14
Außenwand OG EPS Außenwand OG MiWo Außenwand EG Stahlbeton-Wand 20 cm, Wärmedämmverbundsystem mit Expandiertem Polystyrol 35 cm, Außenputz Stahlbeton-Wand 20 cm, Wärmedämmverbundsystem mit Mineralwolle 35 cm, Außenputz. Stahlbeton-Wand 20 cm, Mineralwoll-Dämmung 35 cm, selbstragende Natursteinwand als vorgesetzte Fassade mit nur punktueller Horizontalverankerung U-Wert 0,10 W/(m²K) U-Wert 0,11 W/(m²K) U-Wert 0,15 W/(m²K) 35 cm Außenwanddämmung EPS, aus Brandschutzgründen um die Fenster Mineralwolle (BSK A) (Foto: IBH) 15
6.3 Konstruktion des Daches Aufbau Dach: Dach Terrassendach Dach Terrass endach Stahlbeton-Decke 25 cm, Dampfsperranstrich, Flachdach- und Gefälledämmung mit Expandiertem Polystyrol 35 cm plus 8 cm Gefälledämmung im Mittel, Abdichtungsbahn und Kiesschüttung Stahlbeton-Decke 25 cm, Dampfsperranstrich, Flachdach- und Gefälledämmung mit Expandiertem Polystyrol 30 cm plus 8 cm Gefälledämmung im Mittel, Abdichtungsbahn und Terrassenbelag 0,9 W/(m²K) 1,0 W/(m²K) Beispiel-Wärmebrücke DA 01a - Attika an Dachterrasse 3b 4.OG (Berechnung Passivhaus Dienstleistung GmbH) 16
6.4 Fensterdaten, Einbausituation Daten zur eingesetzten Verglasung: 4/12/4/12/4, Füllung Scheibenzwischenraum: 90% Krypton, Beschichtung auf Ebene 3 und 5 U g -Wert = 0,49 W/(m²K) g-wert = 51 % Daten zum Rahmen: Zertifizierter Passivhaus-Kunststoffrahmen eco2 der Fa. Kochs GmbH Rahmen U-Wert U f : 0,74 W/(m²K Glasrand-Wärmebrücke:0,03 W/(mK) Gemittelter U w -Wert (inkl. Einbauwärmebrücken): 0,72 W/(m²K) Fenster Dreifach-Wärmeschutzglas mit Edelgasfüllung (90% Krypton). Kunststofffensterrahmen 0,7 W/(m²K) Konstruktionsplan Auflager für Fensterbank (Quelle: Ingenieurbüro für Bauwesen Dipl.-Ing. Thomas Kohl) Zur Lastabtragung der Fensterbank ist eine Konsole erforderlich, welche mit Ankern am Stahlbeton verankert wird. Um die entstehende Wärmebrücke möglichst zu reduzieren, wird die Konsole nicht direkt am Stahlbeton befestigt, sondern thermisch getrennt. 17
Wegen der Lastabtragung ist jedoch eine thermische Trennung mit Dämmstoff nicht möglich, daher wird zur thermischen Trennung hier ein Kantholz eingesetzt. Trotz der thermischen Trennung von Stahlbeton und Konsole verbleibt die Wärmebrücke durch die Verankerung der Konsole. Um die durch die Anker entstehenden punktuellen Wärmebrücken weiter zu reduzieren, erfolgt darüber hinaus eine separate Verschraubung der Konsole mit dem Kantholz und des Kantholzes mit dem Stahlbeton. Für die Befestigung der Fensterbänke wurden insgesamt für das Gebäude A1 640 Anker verwendet. Zur Reduzierung der durch die Anker verursachten Wärmebrücken wurde empfohlen, nicht wie geplant Anker aus Baustahl zu verwenden, sondern Edelstahlanker. Die M10-Anker aus Baustahl müssen in Absprache mit PHD in der Wärmebrückenberechnung mit einem Wärmebrückenverlust-Koeffizienten χ von 0,010 W/K bei Edelstahl von 0,004 Wärme W/K je Anker berücksichtigt werden. Obwohl die Ausführung der Anker in Edelstahl zu erheblichen Mehrkosten führte, hat sich der Bauherr aus Gründen der Langlebigkeit für die Ausführung in Edelstahl entschieden. Fenstereinbauwärmebrücke minimiert durch punktuelles Anschrauben mit durch Holzklötze und Elastomer-Isolatoren thermisch getrennten Winkeln, Fenster sitzt in der Dämmebene, wobei das WDVS noch fehlt (Foto: IBH) 18
Nachfolgend wird auf die Berechnung der Fenstereinbauwärmebrücken eingegangen. Ursprünglicher Wunsch der Architekten war aus architektonischen Gründen - entgegen der wärmetechnischen Empfehlung eines Fenstereinbaus in der Dämmebene - die Fenster direkt an der Stahlbetonwand zu befestigen. Die Wärmebrückenberechnung und Passivhausprojektierung jedoch ergab, dass dadurch der Passivhausstandard für dieses Gebäude nicht mehr erreichbar gewesen wäre, da die Einbauwärmebrücken bis zu einem Faktor von 10 höher gewesen wären. Wie nachfolgend dargestelltes Detail für einen seitlichen Fensteranschluss zeigt, wurden die Fenster aufgrund der Vorgabe des Erreichen des Passivhausstandards, schließlich in der Dämmebene eingebaut. Beispiel eines seitlichen Fensteranschlusses mit Befestigungsholz zur Montage des Geländers (Detail: Landes & Partner) Für die Wärmebrückenberechnung wurde das Detail in einem Wärmebrückenberechnungsprogramm unter Angabe der Wärmeleitfähigkeiten der Baustoffe und weiterer Randbedingungen wie angrenzende Temperaturen und Wärmeübergangskoeffizienten als Modell eingegeben, wobei das Detail leicht vereinfacht wurde, um den Zeitaufwand der Wärmebrückenberechnung auf das für eine genügende Berechnungsgenauigkeit sinnvolle Maß zu reduzieren. Beispielhaft wurde das Fenster nicht als Rahmen und Verglasung eingegeben, sondern als ein Bauteil. 19
L=1,00 L=0,02 innen 20 C / L=0,2 =2,5 L=0,2 L=0,98 L=0,35 =0,035 =0,04 L=0,25 =0,0756 L=0,96 L=0,1 L=0,84 L=0,2 aussen -10 C / T=20 R= 0,13 T=20 R= 0,13 T=20 R= 0,13 q=0 q=0 T=-10 R= 0,04 T=-10 R= 0,04 T=-10 R= 0,04 Beispiel-Wärmebrückenberechnung seitlicher Fensteranschluss, (Quelle: IBH) Die Darstellung zeigt für obiges Detail die Bauteileingabe mit Wärmeleitfähigkeiten und Längenangaben (oberes Bild). Unten sind die Wärmeübergangskoeffizienten und Temperaturrandbedingungen angegeben. Des Weiteren sind als Ergebnis die Temperaturverläufe von warmer Zimmertemperatur (rot) über gelb, grün, blau bis Außentemperatur (dunkellila) zu erkennen. Für diese Wärmebrücke ergibt sich ein Ψ- Wert von 0,019 W/mK. 7 Beschreibung der luftdichten Hülle; Dokumentation des Drucktestergebnisses Das Gebäude wird als Stahlbetonbau erstellt, so dass der Stahlbeton die luftdichtende Ebene bildet. Die Planung der durchgehenden luftdichten Hülle wurde anhand einer in die Schnitte eingezeichneten Luftdichtheitsebene überprüft. Beim Dachanschluss an Außenwand ermöglichen die Betonschicht des Daches und der Außenwand, die als Ortbeton im statischen Verbund ausgeführt wurden und daher ohne Unterbrechung aufeinandertreffen, einen luftdichten Anschluss (s. Kap. 5.3 Bild Konstruktion des Daches - Beispielwärmebrücke). 20
Ebenso konnte, da die Kellerdecke unterseitig gedämmt wird, beim unteren Gebäudeabschluss eine raumseitige luftdichte Ortbetonverbindung zwischen Außenwand und Kellerdecke erstellt werden. Bei der Detailplanung wurde auf luftdichte Anschlüsse von Außentüren, Fenster und RWA geachtet. Die raumseitig verlaufende luftdichte Ebene wurde bei den Fensteranschlüssen innenseitig mit überputzbaren Klebebändern erstellt. Bei der Anbringung der Bänder wurde darauf geachtet, dass die Bänder nicht unter Spannung verklebt werden und die Untergründe bei der Verarbeitung staubfrei und trocken sind. Wegen des verwendeten Schachtwärmetauschers war eine Durchdringung des Daches erforderlich. An der Durchdringung der Stahlbetonschicht wurde das hierfür von der Fa. VisionAir entwickelte Abdichtungssystem eingesetzt. Dieses setzt sich zusammen aus einer unten angebrachten diffusionsoffenen Folie und einer oben an der Durchdringung angebrachten diffusionsdichten Folie. Vereinzelt waren darüber hinaus Durchdringungen der Außenwand bei den Dachterrassenwohnungen für die Anbringung eines außenliegenden Wasserhahnes erforderlich. Hier wurden Dichtungseinsätze der Fa. Doyma verwendet, die zwischen Rohr und Kernbohrung eingebracht wurden. Auf diese Weise konnte eine sehr gute Luftdichtheit erreicht werden, was durch das Blower-Door-Test Ergebnis von 0,23 1/h verifiziert wurde. Auszug aus dem Bericht zur Blower-Door-Messung 21
8 Lüftungstechnik Grundsätzlich ist aus unserer Sicht ein Lüftungssystem mit folgenden Vorgaben sinnvoll für den Geschosswohnungsbau mit vielen Nutzern: Geringer Stromverbrauch durch Vermeidung von druckverlustbehafteten Lüftungskomponenten (z.b. Volumenstromregler) Möglichkeit der Regelung durch Nutzer der einzelnen Wohneinheiten Die Wartungsmöglichkeit von außen, also ohne das Betreten der einzelnen Nutzungseinheiten Trennen von Lüften und Heizen zur Reduzierung der Luftmengen und Trockenheit im Winter Geringe Schallemissionen durch die Lüftungsanlage Aus diesem Grunde wurde ein dezentrales System gewählt, das jedoch im Außenbereich (Dach) aufgestellt wird und über einen vertikalen Schachtwärmetauscher jede Wohnung einzeln versorgt. Es wurde der Lüftungsschachtwärmetauscher der Fa. VisionAir ausgewählt. Grundprinzip Die Außenluft wird oberhalb der Dachflächen angesaugt, gefiltert und durch die Abluft aus den Wohnungen durch einen Schacht-Wärmetauscher erwärmt. Die Zuluft wird durch Lüftungskanäle in die Zulufträume (Wohnen, Schlafen, Kind) transportiert. Die Abluft wird über den kombinierten Lüftungskanal-Wärmetauscher übers Dach geführt und dort ausgeblasen. Jede Wohnung verfügt über einen eigenen Strang, Zuund Abluftventilator befinden sich auf dem Dach. Schachtwärmetauscher Jede Wohnung besitzt einen eigenen Schachtwärmetauscher. Die Größe des Schachtwärmetauschers ist abhängig von der Wohnungsgröße. 22
Prinzip Schachtwärmetauscher (Quelle: SCHRAG GmbH) Da die Länge des Schachtwärmetauschers und damit der Wärmeübertragungsfläche zwischen Zu- und Abluft in den verschiedenen Etagen unterschiedlich lang sind, wurde für jede Wohnung der Wärmebereitstellungsgrad ermittelt und dieser dann flächengewichtet für das gesamte Gebäude berechnet. Es ergab sich ein gemittelter Wärmebereitstellungsgrad von 75 % für die Wohunungsbelüftung. Für das gesamte Gebäude liegt der Wärmebereitstellungsgrad jedoch nur bei 72 %, da das Treppenhaus natürlich belüftet wird und somit hier keine Wärmerückgewinnung erfolgt. Der Brandschutz erfolgt zwischen den einzelnen Schachtwärmetauschern durch eine Ausflockung der Schächte mit losem A1-Dämmmaterial (U-Wert 0,040 W/mK) mit entsprechender Zulassung. Durch dieses I-90-Konzept erreicht man, dass keine weiteren Brandschutzanforderungen an das System vorhanden sind, da eine Einzelzulassung vorliegt. Die Stränge können gereinigt werden und es ist kein Geruchsübertrag möglich. Zuluft- und Abluftventilatoreinheit Für jede Wohnung ist ein eigener Zuluft- und Abluftventilator auf dem Dach in einer wetterfesten, revisionierbaren Einhausung installiert. Die Filterung der Zuluft erfolgt über einen je Einhausung gemeinsamen Zuluftfilter (Qualität F7). Die Besonderheit des Luftkanal-Wärmetauschers ermöglicht einen sehr niedrigen Strombedarf der Ventilatoren (Stromeffizienz: 0,35 Wh/m³). 23
Die energiesparenden Gleichstrom-Lüftermotoren werden direkt vom Steuermodul, das jede Wohnung besitzt angesteuert. Auch erfolgt die Stromversorgung der Ventilatoren aus der wohnungseigenen Unterverteilung, so dass der Volumenstrom und dadurch auch der Stromverbrauch nutzerabhängig gesteuert werden kann. Es gibt drei mögliche Lüftungsstufen: Minimallüftung, Standard- und Stoßlüftung. Die Wartungskomponenten, Ventilator und Filter, befinden sich auf dem Dach, so dass bei diesbezüglichen Wartungsarbeiten ein Zugang zur Wohnung nicht erforderlich ist. Wohnungsweise Dacheinheiten der Lüftungsanlage mit Ventilatoren (Foto: IBH) Wohnungsverteilnetz Die durch den Schachtwärmetauscher vorerwärmte Luft wird in der Wohnung über ein Kanalnetz verteilt und in die Zulufträume eingeblasen. Durch die Verlegung der Leitungen in der Betondecke wird die Zuluft um ca. 2 Kelvin weiter erwärmt, so dass die Zuluft im behaglichen Temperaturniveau eingeblasen wird. Das nachfolgende Bild zeigt an der Betondecke angebrachte Verteilkästen für die Zu- und die Abluftverteilung, welche mit dem Schachtwärmetauscher verbunden sind. Nach oben in die Betondecke gehen dann die Verteilleitungen in die einzelnen Zulufträume bzw. Ablufträume ab. 24
Die Verteilkästen verfügen über große Revisionsöffnungen, über welche die Verteilleitungen gereinigt werden können. Verteilkästen innerhalb einer Wohnung, die oberhalb einer abgehängten Decke liegen. (Foto: IBH) 25
9 Wärmeversorgung Die Wärmebereitstellung erfolgt zentral für die Passivhaussiedlung Hansaallee. Die Technikzentrale befindet sich im Haus B. Von dort wird die Wärme über ein kurzes Nahwärmenetz zum Gebäude A1 verteilt. Die Nahwärme-Leitungen liegen im Erdreich und wurden mit 200% des Nenndurchmessers und einer Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/mK gedämmt. Grundprinzip Die Heizwärme- und Trinkwarmwasserbereitstellung werden zwei unterschiedlichen Wärmeerzeugungssystemen zugeordnet. So wird die Energie für Heizen und die Warmwasservorerwärmung durch eine Wärmepumpenanlage mit Erdsonden erzeugt. Die Trinkwarmwassererwärmung erfolgt über Gasbrennwerttechnik mit Unterstützung einer thermischen Solaranlage. Nachfolgend ist das Konzept schematisch dargestellt. Schematische Darstellung der Wärmeerzeugung der Passivhaussiesling Hansaallee (Quelle: IBH) Heizwärme Die Wohnungen werden über Fußbodenheizungen beheizt, die auf eine niedrige Vorlauftemperatur ausgelegt sind. Niedrige Systemtemperaturen erzielen hohe Wirkungsgrade beim Einsatz einer Wärmepumpe und niedrige Verteilverluste. Flächenheizsysteme in Kombination mit Wärmepumpen sind eine optimale Verbindung, um mit niedrigen Systemtemperaturen gute Arbeitszahlen und somit niedrige Betriebskosten für die Nutzer zu verwirklichen. 26
Aus diesem Grunde wurde die Fußbodenheizung auf eine Vorlauftemperatur von nur 27 C ausgelegt. Dadurch erreicht man in Kombination mit einer effizienten Wärmepumpe bei dem Einsatz von Erdsonden einen COP von 5,2 (berechnet nach DIN V18599-5). Rechnet man die Hilfsenergie für die Soleumwälzpumpe in den COP mit ein, so ergibt sich eine Jahresarbeitszahl von 4,7. Im Sommer besteht für die Eigentümer die Option die Wohnungen mittels Geothermie über die Erdsonden zu kühlen. Für die Kälteverteilung werden die Heizungsverteilleitungen und die Fußbodenheizung genutzt, so dass das Kühlen einen geringen technischen und energetischen Mehraufwand darstellt. Durch die Kälteentnahme aus dem Erdreich im Sommer wird dieses wieder erwärmt, nachdem es im Winter durch die Wärmeentnahme auskühlt. So ist langfristig ein Betrieb der Wärmepumpenanlage über die Erdsonden mit hohem Wirkungsgrad möglich, da die Erdreichtemperatur nicht absinkt. Trinkwarmwasserbereitung Das Trinkwarmwasser wird separat über eine Gas-Brennwert-Kesselanlage erzeugt, da wegen des höheren Temperaturniveaus (ca. 70 C im Kessel) die Effizienz der Wärmeerzeugung mit Wärmepumpe bei gleichzeitiger Heizwärme- und Trinkwarmwassererzeugung stark abnehmen würde. Eine Solaranlage unterstützt die Trinkwarmwasserbereitung, um den Einsatz am fossilen Energieträger Erdgas zu minimieren. Die Solaranlage ist auf einen Deckungsgrad von 30 % für die Warmwassererzeugung ausgelegt. Solarkollektoren für die Warmwasserbereitung (Foto: IBH) 27
10 PHPP-Berechnungen PHPP-Dokument des Passivhauses MFH Hansaallee Westend 28
11 Weitere Gebäudedaten Baukosten und Bauwerkskosten Angabe vom Bauherrn nicht gewünscht Baujahr Das Gebäude wurde in den Jahren 2008 2009 erstellt. Projektbeteiligte s. Kapitel 2 Planungsteam und Aufgabenbeschreibung Veröffentlichungen Es liegen keine Veröffentlichungen zu diesem Gebäude vor. 29