Arbeitshilfe Ressourcenmanagement
TU Berlin, Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen,Prof. Claus Steffan
Zusammengestellt von Jörg Lammers, Katja Pfeiffer, Michael Prytula, Mikolaj Szubert
© TU Berlin / GtE 2005, falls keine Quellen angegeben
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Arbeitshilfe Ressourcenmanagement TU Berlin, Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen,Prof. Claus Steffan Zusammengestellt von Jörg Lammers, Katja Pfeiffer, Michael Prytula, Mikolaj Szubert © TU Berlin / GtE 2005, falls keine Quellen angegeben |
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1. Grundlagen und Definitionen Allgemeine Energieeinheit : Joule (J) = 1 Wattsekunde (Ws) Ein Gegenstand mit einer Masse von 1 kg kann auf der Erde unter dem Aufwand von 10 J um etwa 1 m angehoben werden. 1 l Wasser kann mit 400.000 J (= 111,11 kWh) von 10 auf etwa 100°C (zum Kochen) erwärmt werden.
Historische Energieeinheit : 1 Kalorie (cal) = 4,19 J 1 Kalorie ist die Energiemenge, die man benötigt, um 1 g Wasser um 1°C zu erwärmen. Elektrische Energieeinheiten:
Fossile Energieeinheiten: Steinkohleeinheiten (SKE) 1 Mio. Tonnen Steinkohleeinheiten = 1Mio t SKE = 29,3 (PJ) Die Verbrennung von 1 Mio. t typischer Steinkohle ergibt 29,3 PJ Wärmeenergie, die z.B. in einem herkömmlichen Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 38 % in 11 PJ elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dies entspricht mit ca. 3 Mrd. kWh einer Energiemenge, die ein kohlebefeuertes Wärmekraftwerk mit 1GW elektrischer Leistung innerhalb von 4 Monaten Dauerbetrieb an Strom abgibt. Fossile Energieeinheiten: Öleinheiten 1 Tonne Öleinheiten = 1000 kg ÖE ~ 1170 Liter ÖE = 7,3 Barrel ÖE (1 Barrel = 159 Liter) Leistungseinheiten: Watt (W) 1 Watt = 1 Joul pro Sekunde (J/s) Wenn jemand eine Masse von 1 kg um einen Meter anhebt und dies jede Sekunde einmal macht, ist die mittlere erbrachte Dauerleistung 10 J/s, also 10 W. Umrechnungsfaktoren zwischen Energieeinheiten
Quelle: Heinloth, Klaus: Die Energiefrage, Braunschweig / Wiesbaden, 1997 Weiterführende Hinweise: Daniels, Klaus: Technologie des ökologischen Bauens, Basel 1999 Feist, Wolfgang: Das Niedrigenergiehaus, Heidelberg 1998 Fisch, Norbert: Solarstadt, Konzepte - Technologien - Projekte, Stuttgart 2001 Karl, Jürgen: Dezentrale Energiesysteme. Neue Technologien im liberalisierten Energiemarkt, Habilitationsschrift, München 2004 Kleemann, M./Meliß, M.: Regenerative Energiequellen, Berlin/ Heidelberg 1993
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2. Gebäude 2.1 Was ist ein Passivhaus? Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in welchem ein komfortables Innenklima ohne aktives Heizungs- und Klimatisierungssystem erreicht werden kann - das Haus "heizt" und kühlt sich rein passiv (Adamson 1987 und Feist 1988). Voraussetzung hierfür ist ein spezificher Jahresheizwärmebedarf von weniger als 15 kWh/(m2 a). Dies soll nicht etwa auf Kosten hoher zusätzlicher Verbräuche an anderen Energieträgern (z.B. Strom) erreicht werden. Vielmehr: Der gesamte spezifische Primärenergiebedarf pro qm Wohnfläche in einem europäischen Passivhaus darf 120 kWh/(m2 a) für Raumheizung, Warmwasserbereitung und Haushaltsstromverbrauch nicht überschreiten. Dies bildet die Grundlage, den verbleibenden Energiebedarf komplett durch erneuerbare Energien decken zu können. Damit wird in einem Passivhaus insgesamt weniger Energie verbraucht, als in durchschnittlichen europäischen Neubauten allein an Haushaltsstrom und für die Warmwasserbereitung benötigt wird. Der gesamte Endenergieverbrauch eines Passivhauses ist daher um mindestens einen Faktor 4 geringer als der durchschnittliche Verbrauch in Neubauten nach den jeweils geltenden nationalen Vorschriften. Vergleich von Energiekennwerten für Wohngebäude Ein Passivhaus ist kosteneffizient, wenn die kapitalisierten Gesamtkosten (Investitionen in das Gebäude einschließlich Planung und Haustechnik plus Betriebskosten über 30 Jahre) nicht höher sind als in einem durchschnittlichen Neubau. Wodurch wird ein Gebäude zum Passivhaus? 2.1.1 Passive Solarenergienutzung Südorientierte Passivhäuser sind zugleich Solarhäuser. Nach Ausschöpfung der Effizienzpotentiale deckt die passive Nutzung der Sonneneinstrahlung, die durch die für eine ausreichende Belichtung ausgelegten Fenster hereinkommt, etwa 40% des verbleibenden Wärmeverlustes. Dafür werden in der Regel neuentwickelte Fenster mit Dreischeiben-Wärmeschutz-Verglasung und supergedämmten Rahmen eingesetzt. Diese lassen mehr Sonnenwärme durch die Fenster herein, als durch sie verloren geht. Vorteilhaft ist eine Südorientierung der Hauptbelichtungsflächen und Verschattungsfreiheit. Passivhäuser haben eine besonders gute Wärmedämmung, vermeiden Wärmebrücken und haben eine hohe Luftdichtheit. Die Beachtung bestimmter Mindestanforderungen an die Dämmqualität ist wichtig, um ohne Komfortverluste auf Heizkörper verzichten zu können.
2.1.2 Kombination von effizienter Wärmerückgewinnung mit Nachheizung Passivhäuser werden über eine Komfortlüftung ständig mit frischer Luft versorgt. Dies geschieht genau in der Menge, die für eine gute Raumluftqualität erforderlich ist. Mittels eines sehr effizienten Wärmeübertragers wird die Wärme aus der Abluft auf die einströmende Frischluft übertragen. Dabei werden die Luftströme nicht vermischt. An besonders kalten Tagen wird bei Bedarf die Zuluft noch nacherwärmt. Eine zusätzliche Vorerwärmung der Frischluft über einen Erdreich-Wärmetauscher ist möglich und senkt den Nachheizbedarf noch weiter.
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Quelle: Wolfgang Feist |
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Stromeffizienz, d. h. Ausstattung mit effizienten Geräten Durch Ausstattung mit effizienten Haushaltsgeräten, Warmwasseranschlüssen für Wasch- und Spülmaschinen, Trockenschränken sowie Stromsparlampen wird auch der Haushaltsstromverbrauch der Passivhäuser ohne Komforteinschränkungen um mehr als 50% gegenüber dem Durchschnitt im Bestand reduziert. Die gesamte Haustechnik ist höchst effizient. So läuft z.B. die Lüftungsanlage mit besonders effizienten Gleichstrommotoren. Effiziente Geräte sind oft nicht teurer als durchschnittliche. Sie rechnen sich in der Regel durch die Stromkosteneinsparungen. Restenergiebedarfsdeckung durch erneuerbare Energieträger Eine kostenoptimierte thermische Solaranlage kann etwa 40-60% des gesamten Niedertemperaturwärmebedarfs eines Passivhauses decken. Aufgrund des geringen Restenergiebedarfs wird darüberhinaus etwas möglich, was sonst nicht bezahlbar wäre und wofür das Energieangebot sonst nicht ausreichen würde: Der vollständige Ausgleich des verbleibenden Energieverbrauchs (für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom) durch erneuerbare Energieträger in der Jahres-Primärenergie- bzw. CO2-Bilanz. Realisiert wird dies in der CEPHEUS-Siedlung in Hannover-Kronsberg. Quellen: www.cepheus.de Cost Efficient Passive Houses as European Standards - ein Projekt innerhalb des THERMIE-Programms der Europäischen Kommission, Passivhaus-Projekte www.passivhaus-info.de Passivhaus Dienstleistungsgesellschaft Weiterführende Hinweise: Grobe, Carsten: Passivhäuser planen und bauen, München 2002 |
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2.2 Passive Solarenergienutzung Der größte Teil der Sonnenstrahlung besteht aus kurzwelliger Strahlung. Durch transparente oder tranzluzente Bauteile der Gebäudehülle kann diese Strahlung in das Gebäude eindringen und verwandelt sich beim Auftreffen auf Materie in langwellige Wärmestrahlung. Das Prinzip der passiven Solarenergienutzung besteht darin, einen möglichst hohen Anteil an Solarstrahlung in das Gebäude zu holen, und gleichzeitig die Wärmeverluste durch die Gebäudehülle (Transmissionswärmeverluste) zu minimieren. Der Gesamtenergiedurchlaßgrad (g-wert) gibt an, welcher Anteil einer senkrecht einfallenden Sonneneinstrahlung durch die Verglasung in den Raum gelassen wird. Eine bessere thermische Qualität der Verglasung ist in der Regel mit einem geringeren g-Wert verbunden (s. Tabelle). In der Gesamtbilanz sind für den Standort Mitteleuropa jedoch günstige U-Werte weit bedeutsamer als die damit verbundene Veringerung der g-Werte. Speicherung von Wärmegewinnen in Baumassen erfordert Baumaterialien mit guten Speichereigenschaften. Die raumseitig oberen 5-10 cm Materialstärke sind für die Speicherwirkung verantwortlich. Die Wärmekapazität der Materialien ist entscheidend für die Speicherfähigkeit.
Quelle: Feist, Wolfgang: Das Niedrigenergiehaus, 1998 |
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| Prinzip der passiven Solarenergienutzung |
U-Werte und g-Werte von Verglasungen |
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2.3 Transparente Wärmedämmung (TWD)
Neben den Fenstern sind auch die opaken Teile der Gebäudehülle mögliche Flächen für passive Nutzung der Solarenergie. TWD wird an solchen Teilen als konstruktives System zur Gewinnung von Raumwärme eingesetzt. Die von der Sonne ausgehende Lichtstrahlung dringt durch ein lichtstrahlungsdurchlässiges Wärmedämmmaterial der Gebäudehülle auf eine dunkle Absorberfläche und wird in Wärmestrahlung umgewandelt. Die Waben- oder Kapilarstruktur des Dämmmaterials verhindert die Wärmeabgabe an die Aussenluft und führt dazu, die Wärmeenergie phasenverschoben durch ein massives, speicherfähiges Bauteil in den Innenraum weiterzuleiten. Da das Dämmmaterial ähnlich wie Wärmeschutzverglasung sehr gute Wärmedämmeigenschaften sowie hohe Transparenz besitzen soll (aber nicht durchsichtig sein muss), empfiehlt sich für die Waben oder Kapillaren Glas oder Kunststoff als Material. Für den Sommer ist ein zumeist im Element integrierter aussenliegender Sonnenschutz vorzusehen, um eine sommerliche Überhitzung zu vermeiden. Die Gesamtsystemkosten sind im Verhältnis zum Energieertrag relativ hoch (man kann von einem Energieertrag von ca. 50 bis 150 kWh/qm a bei Kosten von ca. 200 - 700 euro pro qm ausgehen). TWD wird daher heute nur selten angewandt, stattdessen nutzt man die Vorteile direkter Solarenergienutzung durch hochgedämmte Verglasungen. Quellen: Kerschberger, A.: Solares Bauen mit Transparenter Wärmedämmung, Wiesbaden / Berlin 1996 www.umwelt-wand.de Weiterführende Hinweise: Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau, Stuttgart (Hrsg.): Transparente Wärmedämmung, Stuttgart 2003 www.umwelt-wand.de Fachverband TWD e.V. - Hersteller-Info, Berechnungshilfen, www.sto.de Sto AG, Hersteller von Wärmedämm-Verbundsystemen www.bine.info Informationsdienst für Energie - Literaturlisten zum Thema www.energie.ch/themen/bautechnik/twd |
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 Prinzip der TWD als Wandabsorber Quelle für alle Bilder: Kerschberger 1998 |
Arbeitshilfe Nachhaltigkeit Arbeitshilfe Wasser Arbeitshilfe Stoffströme |
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