LENA Modellhaus - Behaglichkeit und Wärmeversorgung
In unseren vier Wänden wollen wir uns rundum wohl und behaglich fühlen. Behaglichkeit ist eine individuelle, subjektive Größe, bei der Menschen die Umgebungsverhältnisse als komfortabel empfinden. Beim Bauen und Sanieren steht die thermische Behaglichkeit als Zusammenwirken von Raumlufttemperatur, Wärmestrahlung, Luftbewegung und Raumluftfeuchte im Vordergrund des Interesses (weiterführend www.gebaeudeforum.de/realisieren/behaglichkeit).
Ein Großteil des Endenergiebedarfs privater Haushalte wird durch die Bereitstellung von Warmwasser und vor allem der Raumwärme (Heizung) als wichtigem Faktor der Behaglichkeit verursacht. Der finanzielle Aufwand zur Deckung des Wärmebedarfs setzt sich aus Investitions-, Betriebs- und Verbrauchskosten zusammen. Die Verbrauchskosten fallen umso höher aus, je größer die Wärmeverluste über die Gebäudehülle, die sog. Transmissionswärmeverluste, sind und je ineffizienter die eingesetzten Wärmeerzeuger (Heizungsanlage, Warmwasserbereiter) arbeiten. Auch Verluste bei der Bereitschaftshaltung (Speicherung von Warmwasser), Wärmeverteilung (Leitungen) und Wärmeübergabe (Heizkörper) mindern die Energieeffizienz. Gemessen werden die Transmissionswärmeverluste anhand von Wärmedurchgangskoeffizienten [W/(m²·K)] (www.wikipedia.org/wärmedurchgangskoeffizient) und die Anlageneffizienz anhand des Jahresnutzungsgrades (das heißt wieviel Prozent der eingesetzten Endenergie kommen als Nutzenergie bei den Heizflächen an). Je kleiner der Wärmedurchgangskoeffizient, desto besser ist die Wärmedämmeigenschaft des Bauteiles.
Die relativen Anteile der bauteilspezifischen Wärmeverluste am Gesamtwärmeverlust über die Gebäudehülle fallen unterschiedlich aus: von 5-10 % bei der Kellerdecke/Bodenplatte über 20-25 % bei Außenwand und Fenster/Türen bis zu 35 % bei der Heizung. Zur thermischen Gebäudehülle gehören (www.lena-sachsen-anhalt.de/verbraucher/bauherrenmappe):
- Kellerdecke bzw. Bodenplatte
- Außenwände
- Fenster und Türen
- Dach oder oberste Geschoßdecke.
Ein guter Wärmeschutz senkt nicht nur die Verbrauchskosten, sondern steigert sommers wie winters gleichzeitig die Behaglichkeit, indem sommerliche Überhitzung vermieden und unangenehme Zugluft sowie Schimmelbildung bei angemessener Lüftung ausgeschlossen werden.
Besonders wirtschaftlich sind Dämmmaßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung, wenn sie mit ohnehin anstehenden Instandhaltungen verbunden werden. Im Neubau zahlt sich eine höhere Investition über verringerte Verbrauchskosten während der gesamten Nutzungsphase des Gebäudes aus: bei steigenden Energiepreisen ein nicht zu unterschätzender Vorteil. In Kombination mit erneuerbaren Energien kann hierdurch außerdem ein wesentlicher Beitrag zum Klimaschutz erreicht werden. Die eigene Immobilie soll umfassend saniert werden? Es ist aber unbekannt, welche Sanierungsmaßnahmen in Frage kommen und welche wirklich gut zusammenpassen? Der individuelle Sanierungsfahrplan (iSFP) kann dabei helfen – und bares Geld sparen (www.bafa.de/Energieberatung/Energieberatung_Wohngebaeude/Beratene). Mit einem individuellen Sanierungsfahrplan kann im Rahmen einer qualifizierten und förderfähigen Energieberatung die Sanierung des Hauses passend für die eigenen Bedürfnisse umgesetzt werden: stufenweise oder auch komplett bis zum KfW Effizienzhaus-Standard (www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestehende-Immobilie/Energieeffizient-sanieren/Das-Effizienzhaus). Es wird eine Strategie festgelegt, um ein Gebäude Schritt für Schritt über mehrere Jahre zu sanieren. Diese Schritte sind so aufeinander abgestimmt, dass die Umbau- und Modernisierungsmaßnahmen ökonomisch und energetisch optimiert sind (siehe unter anderem www.energieheld.de/beratung/sanierungsfahrplan.
Die Ansatzpunkte für eine Gebäudesanierung unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz sind vielfältig:
Quelle: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Im Energieausweis (www.verbraucherzentrale/energetische-sanierung/energieausweis) finden sich Effizienzklassen für beheizte Gebäude in Abhängigkeit vom Endenergiebedarf in kWh/m²a. Gebäude werden je nach Energiebedarf in eine Effizienzklasse von A+ bis H eingeordnet. Die schlechtesten Gebäude der Effizienzklasse H benötigen mehr als 250 kWh/m²a, diejenigen der Effizienzklasse G mehr als 200 kWh/m²a. Eine Vielzahl älterer Ein- und Zweifamilienhäusern (70er Jahre und älter) sind in diese Klassen einzuordnen. Ein Gebäude, das die Anforderungen der EnEV 2009 erfüllt, benötigt rd. 70 kWh/m²a und liegt in der Effizienzklasse B. Ein sogenanntes 3l-Haus benötigt nur 3 l Heizöl je m²/a, was etwa einem Endenergiebedarf von 30 kWh/m²a und damit der Effizienzklasse A oder A+ entspricht.
Seit Einführung der Energieeinsparverordnung 2002 (EnEV) und des Gebäudeenergiegesetzes 2020 (GEG) (www.bmi.bund.de/bauen-wohnen/bauen/energieeffizientes-bauen-sanieren/energieausweis/gebaeudeenergiegesetz.html) werden die Qualität der Bauteile der Gebäudehülle, die Anlagentechnik und der Einsatz erneuerbarer Energien zusammen betrachtet.
Die folgende Grafik zeigt die Treibhausgasemissionen in Deutschland nach Sektoren des Klimaschutzgesetzes in den Jahren 1990 bis 2020 und in der Prognose für 2030. Im Gebäudesektor müssen die Treibhausgasemissionen laut Klimaschutzgesetz bis 2030 im Vergleich zu 1990 um mehr als zwei Drittel sinken. 1990 machten die Treibhausgasemissionen im Gebäudesektor noch 210 Millionen Tonnen CO2 aus. Dank energieeffizienter Neubauten und Sanierungen sanken die Emissionen in diesem Sektor bis 2020 auf rund 118 Millionen Tonnen CO2. Bis 2030 sollen sie weiter auf 67 Millionen Tonnen CO2 reduziert werden. Das höhere Minderungsziel ist Teil der Novelle des Klimaschutzgesetzes (verändert nach: www.bundesregierung.de/klimaschutz/klimafreundliches-zuhause).
Quelle: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit
Soll ein vorhandener Keller energetisch saniert werden, muss die künftige Nutzung der Kellerräume klar sein. Bei einer vorgesehenen Wohnnutzung mit Beheizung sind Dämmmaßnahmen an den Außenseiten der Kellerwände und der Bodenplatte angezeigt. Bei unbeheizten und nicht zu Wohnzwecken genutzten Kellern bildet die Dämmung der Unterseite der Kellerdecke eine meist kostengünstigere und gegebenenfalls auch in Eigenleistung zu erbringende Alternative.
An die Dämmmaterialien werden aufgrund der Einbausituation mit Kontakt zum Erdreich besondere Anforderungen gestellt: sie müssen druckbelastbar sein und aus feuchteresistenten, unverrottbaren Baustoffen bestehen. Außerdem ist in Kellerräumen für eine ausreichende Temperierung und Belüftung unter Vermeidung einer Kondensation der warmen Außenluft an kälteren Bauteilen wie Wänden und Decken zu sorgen.
Für die Behaglichkeit von für Wohnzwecke genutzten Kellerräumen ist ferner die Abdichtung gegen Grund-, Stau- oder Sickerwasser von Bedeutung.
Quelle: LENA-Bauherrenmappe
Die Außenwände eines Gebäudes bilden die größten Bauteile der thermischen Gebäudehülle. Grundsätzlich können von der Art der Konstruktion her Massivbauweisen von Skelettbauweisen unterschieden werden.
Monolithische, massive Außenwandkonstruktionen bestehen in der Regel aus Mauerwerk (zum Beispiel Kalksandstein, Mauerziegel, bei vor allem älteren Gebäuden auch Natur- oder Lehmstein), Beton / Stahlbeton oder aus mehrschichtig gekreuzten, verpressten und durch Metallstifte verbundenen Holzbrettern. Solche Außenwandkonstruktionen werden zu großen Teilen vor Ort errichtet oder gegossen. Die sogenannten leichteren Skelett- oder Rippenbauweisen für Außenwände bestehen meist aus Holz in Kombination mit Dämmstoffen. Es werden Aussteifungen oder Tragkonstruktionen aus Holz, Stahl oder Stahlbeton zur Stabilisierung des Bauwerkes benötigt.
Die Dämmung von Außenwänden kann an unterschiedlichen Stellen, der sogenannte Dämmebene, stattfinden, und zwar als Außen-, Kern- oder Innendämmung. Wärmedammverbundsysteme (WDVS) und Vorhangfassaden sind Außendämmungen. Die Kerndämmung wird in den Zwischenraum zweier Mauerwerksverbände eingebracht. Beide sind sowohl für den Neubau wie auch für die Sanierung möglich. Die Innendämmung wird bei einer Sanierung auf die Innenfläche der Außenwand aufgebracht, insbesondere dann, wenn Vorgaben des Denkmalschutzes eine Außendämmung nicht ermöglichen. Details finden sich in der Bauherrenmappe der LENA (www.lena-sachsen-anhalt.de/verbraucher/bauherrenmappe).
Quelle: LENA-Bauherrenmappe
Ähnlich wichtig für die Frage möglicher Wärmeverluste im Gebäude wie die Außenwände sind die Gebäudeöffnungen. Diese sind häufig Schwachstellen in der thermischen Gebäudehülle, da hier gehäuft Bauschäden in Form mangelnder Luftdichtigkeit auftreten. Diese können mittels Luftdichtigkeitstests entdeckt werden (blower-door-Test). Handwerksbetriebe sind verpflichtet, beim Einbau von Fenstern und Türen die anerkannte Regel der Technik, RAL-Montage, einzuhalten.
Schon bei der Planung oder dem Umbau von Gebäuden sollte die passive Solarenergienutzung durch große, nach Süden ausgerichtete Fensterflächen beachtet werden, da dort im Winter anrechenbare Wärmeerträge erzielt werden. Zur Vermeidung einer sommerlichen Überhitzung sind außenliegende Verschattungselemente angezeigt.
Die thermischen Eigenschaften von Fenstern werden durch den Wärmedurchgangskoeffizienten UW beschrieben: je kleiner er ist, umso besser sind die Dämmeigenschaften. Dreifach verglaste Fenster weisen einen UW zwischen 0,4 – 0,8 auf, eine Standard-Isolierverglasung hingegen zwischen 2,9 – 3,1.
Türen sind gestalterisch ein wichtiges Element. Neben der Gewährleistung von Witterungsbeständigkeit, Einbruchsicherheit und Winddichtigkeit spielen sie beim Schall- und Wärmeschutz eine große Rolle. Um den aktuellen Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes 2020 (GEG) gerecht zu werden, müssen die Profile der Türen thermisch getrennt, wärmedämmend und luftdicht ausgeführt sein (www.bmi.bund.de/bauen-wohnen/bauen/energieeffizientes-bauen-sanieren/gebaeudeenergiegesetz.html)
Neben geneigten Dächern, häufig in Form von Sattel-, Walm-, Zelt- oder Mansarddach in Pfetten-, Sparren- oder Kehlbalkenkonstruktion sind besonders bei jüngeren Gebäuden auch Flachdachkonstruktionen in Holz- oder Massivbauweise gebräuchlich.
Das Dach oder die oberste Geschoßdecke bilden den Abschluss der thermischen Hülle des Gebäudes nach oben. Da warme Luft nach oben steigt, ist es besonders wichtig, diesen Teil des Gebäudes mit einem sehr guten Wärmeschutz zu versehen. Im Hinblick auf die Energieeffizienz sollten bestimmte Gestaltungsprinzipien von Gebäuden und Dächern von vornherein beachtet werden, zum Beispiel
- Ausrichtung der Dachflächen möglichst mit Süd-oder Südwest- oder Ostwest-Ausrichtung zur passiven Nutzung der Sonnenenergie beziehungsweise in Form von Photovoltaik oder Solarthermie
- großflächige Verglasungen mit Süd-Ausrichtung zur passiven Nutzung der Sonnenenergie
- Grundrissplanung: Aufenthaltsräume mit dauerhaft höheren Anforderungen an die Behaglichkeit (www.gebaeudeforum.de/realisieren/behaglichkeit) mit Südausrichtung anordnen (vor allem Wohn-, Kinder-, Arbeitszimmer), Funktions- und Nebenräume wie Flure, Treppenhäuser, Hausanschluss-, Vorratsraum, gegebenenfalls auch Gästezimmer im Norden
- kompakte Gebäude- und Dachform ohne oder nur mit wenigen Dachaufbauten mit dem Ziel eines guten Verhältnisses von Außenfläche (möglichst gering) zu beheiztem Gebäudevolumen.
Soll ein bisher ungenutzter Dachraum zu Wohnzwecken ausgebaut werden, gibt es in Abhängigkeit der vorliegenden Konstruktion vielfältige Möglichkeiten der Dämmung des Daches oder der obersten Geschoßdecke (bei unbeheiztem Spitzboden). Wasserundurchlässigkeit von außen und Luftdichtigkeit von innen sind die wichtigsten Voraussetzungen für eine wärmedämmende Dachfunktion. Die Bestätigung der korrekten Ausführung seitens des ausführenden Fachunternehmens sind neben der Übergabe von Lieferscheinen und Unternehmererklärung wichtig. Weiterführende Informationen finden sich in der LENA-Bauherrenmappe (www.lena-sachsen-anhalt.de/verbraucher/bauherrenmappe).
Dort finden sich auch Hinweise zur Fassaden- und Dachbegrünung (weiterführend www.gebaeudegruen.info). Diese leistet bei entsprechender Ausführung einen Beitrag zum ökologischen und nachhaltigen Bauen, sowohl in Bezug auf Wärmeschutz im Winter wie auch Hitzeschutz im Sommer, als Klimaanpassungsmaßnahme und als Baustein für mehr Artenvielfalt in der gebauten Umwelt. Ein begrüntes und mit Photovoltaik ausgestattetes Flachdach vereint verschiedene Vorzüge moderner und zukunftsweisender Technologien.
Für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung als Teilaspekt der Energiewende sind die erneuerbaren Energien unverzichtbar. Sie benötigen keine fossilen Brennstoffe, sondern nutzen im Wesentlichen die bei der Erde ankommende Energie der Sonne (in Form von Photovoltaik, Solarthermie, oberflächennaher Geothermie, Windenergie, Biomasse) oder der Erde (tiefe Geothermie) für die Strom- oder Wärmegewinnung. Es werden sofort fossile Brennstoffe und damit Treibhausgase eingespart, wenn sie konventionelle Energieträger und die daraus gewonnene Energie ersetzen.
Geothermie (Erdwärme) ist die unterhalb der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Während die oberflächennahe Geothermie in Teilen durch die Sonnenenergie regelmäßig „aufgeladen“ wird, stammt die tiefe Geothermie aus dem heißen Erdkern (rund 30 %) sowie aus dem Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in Erdmantel und Erdkruste (circa 70 %). Aus dem Innern unseres Planeten steigt ein ständiger Strom von Energie an die Oberfläche. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3°C pro 100 Meter Tiefe zu. Die Erde strahlt täglich etwa viermal mehr Energie in den Weltraum ab, als die Menschen weltweit derzeit an Energie benötigen.
In etwa 20 Metern Tiefe herrscht ein Gleichgewichtszustand zwischen Außen- und Innentemperatur der Erde. Klimatisch bedingte Schwankungen sind dort nicht mehr feststellbar. Die Temperatur entspricht der Jahresmitteltemperatur am jeweiligen Standort. In Deutschland betragen die Temperaturen in 10-20 Metern Tiefe daher ganzjährig circa 8-12°C (www.geothermie.de/tipps-häuslebauer). Geothermie steht rund um die Uhr, wetterunabhängig und zu jeder Jahreszeit zur Verfügung. Mit den bereits entwickelten Technologien ist es praktisch überall möglich, das Potenzial der Erdwärme für die Warmwasserbereitung, die Heizung und die Kühlung zu nutzen (www.geothermie.de/einstieg-in-die-geothermie).
Eine Erdwärmeheizung arbeitet wie ein Kühlschrank – nur umgekehrt. Das „einsammeln“ der Erdwärme erfolgt entweder durch in geringer Tiefe verlegte Kollektoren (Röhren oder Körbe) oder, wie hier im Modellhaus skizziert, durch Sonden. Die Wärmepumpentechnologie (www.lena.sachsen-anhalt.de/verbraucher/bauherrenmappe) entzieht dem Untergrund Wärme und gibt sie über einen Wärmetauscher an das Heiz-/Warmwassersystem ab. Besonders umweltfreundlich wird eine Erdwärmeheizung in Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage, um den Kompressor der Wärmepumpe mit Ökostrom zu betreiben. Ebenfalls sinnvoll kann die Kombination mit einer Solarthermie-Anlage sein.
Soll in einem älteren Gebäude die Heizung/Kühlung/Warmwasserbereitung auf oberflächennahe Geothermie umgestellt werden, sollte dies Bestandteil einer umfassenden Sanierungsstrategie sein, zum Beispiel mit Hilfe eines individuellen Sanierungsfahrplanes (www.kfw.de/inlandsförderung/privatpersonen/bestehende-immobilie/individueller-sanierungsfahrplan;www.verbraucherzentrale.de/energetische-sanierung/individueller-sanierungsfahrplan-modernisieren-mit-köpfchen). Denn eine energetische Sanierung der Gebäudehülle senkt die benötigte Vorlauftemperatur des Wassers für die Heizung und macht den Betrieb der Wärmepumpe effizienter.
Für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung als Teilaspekt der Energiewende sind die erneuerbaren Energien unverzichtbar. Sie benötigen keine fossilen Brennstoffe, sondern nutzen im Wesentlichen die bei der Erde ankommende Energie der Sonne (in Form von Photovoltaik, Solarthermie, oberflächennaher Geothermie, Windenergie, Biomasse) oder der Erde (tiefe Geothermie) für die Strom- oder Wärmegewinnung. Es werden sofort fossile Brennstoffe und damit Treibhausgase eingespart, wenn sie konventionelle Energieträger und die daraus gewonnene Energie ersetzen.
Bei der Nutzung von Sonnenenergie durch thermische Solarkollektoren geht es um eine direkte Wärmeerzeugung. Solarthermie ist leicht skalierbar und kann daher dezentral sehr gut in kleineren Anlagen sowie in Nah- oder Fernwärmenetze mit größeren Anlagen eingebunden werden. Die gewonnene Wärme kann sowohl für die Warmwasserbereitung wie auch die Heizungsunterstützung verwendet werden. Erforderlich sind ausreichend dimensionierte Speicher, meist mit Wasser als Speichermedium für die Wärme. Aufgrund der unterschiedlichen Wasserqualitäten ist zu unterscheiden zwischen Brauchwarmwasserspeichern und den sog. Pufferspeichern, die in das Heizungssystem eingebunden werden. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten sollten gut isolierte Speicher der Effizienzklassen A oder A+ zum Einsatz kommen.
Unterschiedliche Kollektortypen stehen zur Verfügung, zum Beispiel Flachkollektoren, Vakuumröhren-Kollektoren oder Luftkollektoren. Bei Flachkollektoren ist der Flächenbedarf rd. ein Viertel bis ein Drittel höher als bei den besser isolierten Vakuumröhrenkollektoren. Die Anlagengröße ist individuell auf den jeweiligen Bedarf abzustimmen. Soll ausschließlich das Wasser erwärmt werden, ist eine Solarthermieanlage ab etwa 3 Personen oder rund 40 Kubikmeter pro Jahr im Privathaushalt wirtschaftlich. Ist bereits ein größerer Heizwasserspeicher (Pufferspeicher) vorhanden, ist eine Nutzung zur Heizungsunterstützung sinnvoll (vergleiche weiterführend: www.verbraucherzentrale.de/wissen/erneuerbare-energien/solarthermie-fuer-heizung-und-warmwasser-nutzen).
Die grundsätzliche Arbeitsweise einer Solarthermieanlage veranschaulicht die folgende Abbildung aus der LENA-Bauherrenmappe.
