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Auf Wissen bauen
Energieeffizienz als Motor der Nachhaltigkeit
Konzepte für Niedrigst-,Null- und Plus-Energie Häuser
Hans ErhornFraunhofer Institut für Bauphysik (IBP), Stuttgart
Erfahrungen aus über 200 Demonstrationsbauvorhaben seit 1980
Entwicklung der energetischen Anforderungen
Zeitschiene Energieeffizienz
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2020
EPBD Neustruktur Veröffentlichung
EU Ziele: -20 % Energieverbrauch
-20 % Treibhausgaspotential20 % Erneuerbare Energie
NZEB NeubauniveauEPBD
Veröffentlichung
Letzte Verschärfung
vor EPBD (EnEV 2002)
Deutsche EPBD 1:1 Umsetzung (EnEV 2007)
EPBD Umsetzungspflicht
Meseberg1. Verschärfung
(EnEV 2009)
2. (geplante) Verschärfung (EnEV 2012)
EPBD neu Umsetzungspflicht
Entwicklung der energetischen Anforderungen
EPBD recast:
Die ersten Null-Energiehäuser(1992 – 2000)
Berlin(Schreck)
Münster(Waltermann)
NEH und 3-Liter-Haus Null-Heizenergiehaus
Die kommerzielle Lösung WEBER 2001
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Aus konventionellen Wärmeerzeugungssystemen
wurden saisonalesolare Speichersysteme
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Die ersten PLUS-ENERGIE HäuserSchlierberg/Freiburg
50 „Plusenergie“ Einfamilienhäuser
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Results - Detail of the Energy Certificate
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Bauliche Aspekte zur Sicherstellung eines minimalen Energiebedarfs(Grundsätze)
Kompakter Baukörper
Minimierung von WärmeverlustenSehr gutes Dämmniveau der Gebäudehülle
Wärmebrückenfreie Ausführung
Luftdichtes Gebäude
Nutzung der solaren EinstrahlungSüdorientierung (mit baulichem Sonnenschutz)
Flächen für SolaranlagenSolarthermie & Photovoltaik
Effektive Raumdurchlüftung (Nachtlüftung)
Hohe TageslichtausbeuteSonnenschutzsysteme mit Tageslichtnutzung
Hohe Sturzhöhe der Fenster
Beispiel: Plus-Energie-Sanierung und CO2-neutrale Wärmeversorgung einer 50er Jahre-Wohnanlage in München: Ausgangssituation
Träger: GWG Gemeinnützige Wohn-stätten und Siedlungsgesellschaft mbH
Siedlungstyp: Innerstädtische Block-bebauung
Baujahr: 1949 – 1957 (Nachkriegsjahre)
149 Wohneinheiten, 10.637 m² BGF
schlechter baulicher Zustand, starker Sanierungsbedarf, Einzelöfen (Holz, Gas, Öl, Elektro)
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Ansichten
H 27-29: Ost AnsichtH 33: Süd- Ost AnsichtH 33: West Ansicht
H 23-25: Süd- West Ansicht
München: Konzept
Neuorganisation der Wohnungs-grundrisse, behutsame Nachver-dichtungAußenwanddämmsystem aus Resol-Hartschaum (WLG 022), Vakuumdämmung, 3-fach Wärme-schutzverglasungoberflächennahe Geothermie mit Erdgas-betriebener Kompressions-wärmepumpe, Gasbrennwert-kessel für Spitzenlast, solare Warmwasserbereitung, dezentrale Heizungspumpen
München: ZieleEndenergiebedarf (Beheizung + Lüftung + Trinkwassererwärmung) mindestens 50 % unter gesetzlichem Neubauniveau (EnEV 2009)Plus-Energie Ansatz und CO2-neutrale Wärmeversorgung: Erzeugung bzw. (Über)-Kompensation der noch benötigten Restwärme mit erneuerbaren EnergienLowEx-Ansatz: Minimierung des Einsatzes von hochwertiger Exergie über die gesamte Energiekette: Erzeugung - Transport -Anwendung (Geothermie, solare Warmwasserbereitung, Legionellenprophylaxe mit anodischer Oxidationsanlage, …)Hohe Regelgüte durch Einzelraumregelung, wohnungszentrale Heizungsabschaltung (dezentrale Heizungspumpen)Effizientes Lüftungsverhalten und Heizungsabschaltung durch FensterkontakteLangfristige Vermietbarkeit durch Neugestaltung und energetischeErtüchtigung
München: Realisierung
Beispiel: Plus-Energieschule Stuttgart
Sanierung einer bestehenden Schule so dass im Jahres-mittel mehr Energie erzeugt als verbraucht wird.
Grund- und Hauptschule443 SchülerAlter: 6 bis 16 Jahre
Uhlandschule
Uhlandschule in Stuttgart-Zuffenhausen
Turnhalle (1954)
HaupthausBaujahr 1954
Pavillon (1954)Neubau
von 2004
Daten der Uhlandschule
• beheizte Fläche: 6.437 m²• Energieverbrauch 2008: Heizenergie 1.011.426 kWh/a
Strom 97.619 kWh/a• Energiekosten 2008: 78.268 €/a (Beheizung)
15.435 €/a (Strom)• Kennwert 2008: Heizkennwert 149,3 kWh/m²a
Stromkennwert 15,4 kWh/m²a • Kennwert ohne Neubau:
Heizkennwert 190 kWh/m²a Stromkennwert 12 kWh/m²a
Energiekonzept der Plusenergieschule
• Dämmung: Dach 30-40 cm, Außenwand 30 cm, Boden: Vakuum-Isolations-Paneele
• Niedertemperatur-Flächenheizung • Lüftungsanlage mit 85 % WRG• Wärmeerzeugung: Wärmepumpe mit Erdsonden• Neues, effizientes Beleuchtungssystem• Stromerzeugung: Photovoltaik• Keine Kälteerzeugung für Kühlzwecke
Hochwertige Verglasung und Verschattung
Vakuumverglasungund hybride Lüftung Sonnenschutz + PV
Hochwertige Dämmung Außenwand und Dach WDVS / Vakuum-Isolations-Paneele
Integration der Installation in die Dämmung
Hochwertige Dämmung im Fußbodenbereich
Klassenzimmer Turnhalle
Niedertemperatur-Flächenheizung
Erdsonden
Quelle: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e. V.
Photovoltaik
Energieversorgung
Energiebilanz
Strom
Sonne
Gas
Geothermie
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Kernelemente: Plusenergieschule StuttgartSuperwärmeschutzHocheffizienzlüftungEinzelraumregelungTageslichtoptimierungLED BeleuchtungErdreichwärmepumpeSolar- und PV Anlage
Mehrkosten (EnEV):180 €/m² baulich520 €/m² anlagentechn
Integration in die Schule
• Einbindung des Projekts in den Unterricht• Aktuell: „Umweltminister“ überwachen Mülltrennung und
das Ausschalten der Beleuchtung• Verbrauch der Uhlandschule wird im Internet dargestellt
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Plus-Energie-Kinderhaus Höhenkirchen-Taufenbrunn
Relevante bauliche Charakteristika :
Kompakt, A/V-Verhältnis < 0,4 m-1
Südorientierung des Gebäudes optimieren
Ausreichende große Flächen zum Einsatz von Solarkollektoren und PV
Lichtgraben ermöglicht natürliche Beleuchtung der Kellerräume
Außenwände erlauben dicke Dämmstoffdicken
Sturzhöhe der Fenster bis Unterkante der Decke
Baulicher Sonnenschutz an Südfassade
Aussenliegende Sonnenschutzsysteme für Ost-/West möglich
Durchströmung des Hauses durch 3 geschossige Lobby unterstützt
Sorgfältige Bauausführung/-überwachung (Wärmebrücken, Luftdichtheit)
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Einsparmaßnahmen
Innovative Materialien / TechnikenVakuumdämmung
3-fach- oder Vakuumisolierglas mit High-Performance-Fensterrahmen
Lüftungsanlagen mit Wärmerück-gewinnung bis zu 95%
Intelligente RegelungstechnikTageslichtabhängige Beleuchtungskontrollsysteme
Präsenzmelder
Einzelraumregelungen
Ausschaltende Systeme (bei Fensterlüftung)
Anzeige des CO2-Gehalts in der Luft
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Nachhaltige Deckung des Energiebedarfs
Kombination folgender Systemtechnik
Thermische Solaranlage Wassererwärmung
Photovoltaik-Anlage zur StromerzeugungStrombedarf Beleuchtung, Hilfsenergie Anlagentechnik, etc.
Betrieb von Energieerzeugern (z.B. Wärmepumpe)
Primärenergetischer Ausgleich der Spitzenlastdeckung
Erdreich-Wärmepumpen
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Primärenergetische Bewertung
Architektonischer Entwurf bei hohem Dämmniveau und Einsatz von Erdreichwärme-pumpe sowie solarer Wassererwärmung
Bei zusätzlichem Einsatz von höchst innovativen Dämmmaterialien und technischer Ausstattung
Ziel: Primärenergetisches Null-Niveau (oder besser)
Erforderliche SolarflächenPhotovoltaik : 130 m²Solarkollektor: 50 m²
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Vergleichbare Projekte: Deutsche Botschaft Canberra
SuperwärmeschutzEinzelraumregelungErdreichwärmepumpeSolar- und PV AnlageMehrkosten:170 €/m² baulich410 €/m² anlagentechnAmortisation: 38 Jahre
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Trügerische Wirtschaftlichkeit Modellhafte Sanierung einer Schule (MOSES) - Stuttgart
Investitionskosten für energetische Sanierung: 2 Mio. Euro
Wärmeeinsparung ca. 75 %: 880.000 kWh/a oder 21.000 €/a
Statische Kapitalrückflusszeit: 94,7 Jahre
Basis: Energiepreise 1996
Basis: Energiepreise 2008 28,6 Jahre
Chance Europa:
Weitere Informationen:
www.ibp.fraunhofer.de/wt
Das IBP als F & E - Partner für innovative und energie-effiziente Gebäudekonzepte
innovation @ bauphysik.de
