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Entwurfsplanung energieeffizienter Bauten Folien zum „Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise“, Kapitel 1 bis 6.6 erstellt im Rahmen der Programmlinie Energie der Zukunft zur Verwendung für Kurse zum klima:aktiv Bildungsprogramm an den Bauakademien u.a. Kurse Zusammenstellung: DI Johannes Fechner

Welches ist ein Passivhaus?

Aus der klima:aktiv Objektdatenbank

www.klimaaktiv-gebaut.at

Sind die Passivhaus-Anforderungen nicht etwas übertrieben?

Quelle: Passivhaus Institut

Energiebilanzen – Gebäude – Tendenzen

Energieagentur NRW

Was zeigt die Entwicklung der Energiebilanzen? • Transmissionswärmeverluste erfolgreich reduziert • Neue Relationen der Wärmeverluste und –gewinne
solare und interne Gewinne, Wärmebrücken, undichte Gebäudehülle relativ bedeutsamer • Beim Lüften geht ohne WRG viel Energie verloren

Energiebilanzen - Folgerungen • Lüftungsanlagen notwendig um Luftwechsel sicherzustellen • Trennung von Heizung und Lüftung? • oder mit Wärmetauscher Raumwärme zurückgewinnen und Nachheizung der Zuluft?
Wie hoch darf der Energiebedarf maximal sein, um mit der Lüftungsanlage allein die Wärmeverluste ausgleichen zu können? Auf „aktives“ Heizsystem verzichten
Passivhaus Abb: ESV

Wasser und Luft als Energie-Träger Wasser

Luft

Dichte [kg/m³]

1000

1,20

Spezifische Wärme [Wh/m³K]

1163

0,33

5 - 10 K

20 - 30 K

DN 12 – 25

DN 100 - 200

Temperaturdifferenzen Rohr-Dimensionen (Einfamilienhaus)

Faktor 3000 !

Frische Luft als Lebensgrundlage 35.000 kg Nahrung 70.000 l Wasser 350.000 kg Luft

50 Tage 5 Tage 3 Minuten

Frischluft = Abfuhr von CO2 Zielwert CO2: 500 - 1000 ppm

Hygienisch erforderlicher Luftwechsel

30 m³ Frischluft/Stunde 30 m² • 2,5 m = 75 m³ 30 m³: 75 m³ = 0,4 facher Luftwechsel 1 m³/m² Frischluftbedarf/h

30 m²

Abb. J. Fechner

Luft als Energie-Träger

0,33 Wh

+1K

10 Wh

1 m³ Luft 20 ºC

+ 30 K 1 m³ Luft max. 50 ºC

Frischluft max. auf 50 ºC vorgewärmt, sonst Staubverschwelung bei 20 ºC Raumtemperatur steht daher eine Temperaturdifferenz von 30 K (= 30 ºC ) zur Verfügung Energiemenge: 0,33 Wh • 30 K = 10 Wh Abb. J. Fechner

Wärmeeintrag = Wärmeverlust

- 13 ºC

+ 50 ºC

10 Wh

+ 20 ºC

1 m³ Luft

Frischluftmenge · Energiemenge = max. Energieverlust (Heizlast) 1 m³/hm² · 10 Wh/m³ = 10 W/m²

10 W/m²NGF

Abb. J. Fechner

Heizlastgrenze < 10 W/m² im Passivhaus  Luftwechsel 0,4: Lüftungsvolumen 30 m³/h und Person
bei 30 m² Wohnfläche pro Person: 1 m³/h·m²

 Temperaturbegrenzung Frischluft: 50°C


Temperaturdifferenz zur Raumluft 30 K
max. eingebrachte Energiemenge: 0,33 Wh/Km³ · 30 K = 10 Wh/m³

 Max. zul. Heizlast aus Lüftungsvolumen mal Energiemenge: 1 m³/hm² · 10 Wh/m³
10 W/m² Wohnnutzfläche

Passivhaus Komponenten • Gebäudehülle mit besonders niedrigen U-Werten • Wohnraumlüftungsanlage (Komfortlüftungsanlage) mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung • Weitestgehende Wärmebrückenfreiheit • Besonders dichte Gebäudehülle zur Minimierung von ungewollten Lüftungswärmeverlusten • Nutzung der Sonnenenergie bei gleichzeitiger Minimierung der Wärmeverluste über die transparenten Bauteile (DreifachWärmeschutzverglasung)

Argumente für das Passivhaus • Komfortgewinn: Behagliches Raumklima, fast gleiche • • • • •

Oberflächentemperaturen der Außen- und Innenbauteile „Flächengewinn“: Kein Kaltluftabfall im Nahbereich der Fenster Immer Frischluft, vorgereinigt Mehr Unabhängigkeit von den (fossilen) Energieträgern (Preise, Versorgung) Niedrige Stromkosten durch effiziente Haustechnik,
energiesparende Beleuchtungskörper und Haushaltsgeräte (max. 120 kWh/m²,a!) Klimaschutz

H. Krapmeier, Energieinstitut Vorarlberg

Warme Wände und Fenster sorgen für Behaglichkeit 30 28

Oberflächentemperatur ºC

26 24 22 20 18 16 14 12 10 12 14

16

18

20

22

24

26

28

Lufttemperatur ºC P.Holzer, DUK; eigene Darstellung (li.)

Passivhaus-Kriterien Heizwärmebedarf

max. 15 kWh/m²,a nach PHPP entspricht ca. 7 kWh nach OIB

Heizlast

max. 10 W/m² unabdingbar, wenn nur Zuluftheizung

Luftdichtheit

n50 < 0,6 1/h

Primärenergiebedarf

max. 120 kWh/m²EBF,a

Wärmedämmung im EFH Richtwerte für U-Werte [W/m²K]

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Früher

Niedrigenergie

Passivhaus

Außenwand

0,35

< 0,25

ca. 0,10

Kellerdecke

0,40

< 0,35

< 0,15

Dach

0,20

< 0,25

< 0,10

Fenster (Glas, Glasrand und Rahmen)

1,70

< 1,4

0,80

Die Passivhaus-Anforderungen stellen sicher, dass das Passivhaus funktioniert ...

Passivhaus im sozialen Wohnbau in Wien, Utendorfgasse, Heimat Österreich, H. Schöberl, HAUSderZukunft

Fragen, Fragen, Fragen .... 1. Definition des Passivhauses gemäß Passivhaus-Institut - wie lauten die 4 grundlegenden Kriterien? 2. Was ist die Grundidee des Passivhauskonzeptes? 3. Was versteht man unter Zuluftbeheizbarkeit, ist im Passivhaus ein konventionelles Heizsystem mit Radiatoren zulässig? 4. Mit welchen Werten sind die Randbedingungen der Zuluftbeheizbarkeit zu beschreiben: Luftwechsel ...... [Einheit], max. Einblastemperatur .... Grad C, Heizlast ...... [Einheit]? 5. Ein Passivhauskriterium lautet: Heizwärmebedarf max. 15 kWh/m²a. Was ist beim Vergleich dieses Wertes mit anderen in Österreich gebräuchlichen Energiekennzahlen besonders zu beachten?

Fragen, Fragen, Fragen .... 6. Nennen Sie die aus Ihrer Sicht drei wichtigsten Argumente für die Passivhausbauweise! 7. Welche Oberflächentemperaturen sind an der Innenscheibe eines Passivhausfensters zu erwarten (-15/+20 Grad) 8. Ist die Fensterlüftung in einem Passivhaus zulässig? 9. Was ist der Unterschied zwischen Primär- und Endenergie? 10. Bei welcher Energieform ist der Unterschied zwischen Primärund Endenergie besonders groß?

Maßgebliche Regelwerke • • • •

Normen Bauordnungen Wohnbauförderungen Passivhaus-Projektierungs-Paket – PHPP o Handbuch, Protokollbände der Arbeitskreissitzungen des Passivhaus-Institutes, Allgemeine Handbücher des Passivhaus-Institutes o Diverse Passivhausliteratur o klima:aktiv-Kriterienkatalog

Wie wird ein Passivhaus berechnet bzw. nachgewiesen? • Neue ÖNORMen o

EXCEL-Schulungs-Tool für Wohngebäude der MA 39 mit 4 Änderungen der Energieausweisberechnung: Abschattung, Innere Lasten, Wärmebrücken, Brutto/Netto, wird zu ÖNORM „Passivhausniveau“ (2009) www.oib.or.at

„Passivhaus – zuluftbeheizbare Niedrigstenergiehäuser“ (vor. 2010) • PHPP (2007): Energiebilanz, Heizlast, Primärenergiebedarf • Zertifizierung von Gebäuden und Planern o PHI o klima:aktiv (PHPP inkl.) • Energieausweis (nicht ausreichend!) o

Definition gem. Art. 15a gewährleistet ein zuluftbeheizbares Passivhaus nicht!

!

„Passivhaus: ... max. 10 kWh/(m².a) nach (OIB) bzw. max. 15 kWh/(m².a) nach (PHPP). Es kann alternativ auch die Begriffsbestimmung einer einschlägigen ÖNORM herangezogen werden.“ keine Angabe der Heizlast
Zuluftbeheizbarkeit? keine Limitierung des Primärenergiebedarfs
Strom, CO2? 10 kWh/m².a (OIB) entspricht nicht 15 kWh/m².a nach PHPP!

Entwurfsgrundlagen - Überblick • • • • • • • •

Hinweise zum Standort Einfluss der Kompaktheit Einfluss der Orientierung Größe der Fensterflächen Brandschutz beim Einfamilien-Passivhaus Dämmdicken Sommertauglichkeit Haustechnik

Standort Überlegungen Infrastrukturelle Erschließung Nahversorgung, Schule, Öffentlicher Verkehr, Verbindung zum Arbeitsplatz sh. klima:aktiv Kriterium A1.1

Mikroklima: Abweichungen zu Klimadaten

Mikroklima: Unterschiede zu Klimadaten, z.B. Windeinfluss, Abschattung, Nebellage, Kaltluftsee

Berechnungen mit dem Energieausweis Excel Schätztool zum Handbuch Optimierung inkl. Primärenergie und CO2!

Kompaktheit typischer Einfamilienhäuser

Einfluss der Kompaktheit, sh. Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise

Kompaktheit typischer Mehrfamilienhäuser

Einfluss der Kompaktheit, sh. Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise

Einfluss der Kompaktheit, sh. Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise

Einfluss der Umfangvergrößerung

Vergrößerung um 10 % Dämmung zus. = ... cm

Vergrößerung um 20 % Dämmung zus. = ... cm

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Einfluss der Orientierung • Aufenthaltsräume vorzugsweise an den Süd- Ost- und Westseiten • Nassräume, Abstellräume, Erschließungsflächen: Nordseite • Raumaufteilung bedingt Dämmstoffdicken! • Missachtung der Regel: PHStandard nur enormen Dämmstärken erreichbar

Besonnung

Verschattungsdiagramm

Der Glashauseffekt

Optimierung der Fensteranteile

Richtwerte für optimale Fensterflächen AF / EBF ≤ 20 – 25 % ... Grenze der Wirtschaftlichkeit AF / EBF ≤ 25 – 30 % ... Grenze der technischen Machbarkeit

Einfluss der Kompaktheit, sh. Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise

Typische Dämmdicken für Passivhaus, sh. Handbuch für Einfamilien-Passivhäuser in Massivbauweise

Brandschutz beim EinfamilienHaus

Sommertauglichkeit - Anforderungen Grenztemperaturen in Hitzeperiode: • am Tage + 27 °C • in der Nacht + 25 °C Nachweise: a. Nachweis über den Tagesverlauf der Raumtemperatur (Simulation des Temperaturverlaufs) b. Nachweis über die mindesterforderliche speicherwirksame Masse (vereinfachter Nachweis, ÖN B 8110-3) c. Nachweis gemäß PHPP

Sommertauglichkeit: jetzt ein Muss! Punkt 7.3 der OIB-Richtlinie 6: „Die sommerliche Überwärmung von Gebäuden ist zu vermeiden. Bei Neubau und umfassender Sanierung von Wohngebäuden ist die ÖNORM B 8110-3 einzuhalten.“ Mit Einführung der OIB Richtlinie 6 in allen Bundesländern ab 2009 ist diese Anforderung österreichweit einzuhalten. Wohngebäude müssen ohne aktive Kühlung Nachweis der Sommertauglich erbringen! Für Nicht-Wohngebäude: Grenzwerte für den Kühlbedarf

Nachweis ÖNORM B 8110-3 - Ablauf 1. Berechnung der speicherwirksamen Masse des Raumes Die speicherwirksamen Massen werden der ÖNORM 8110-3 entnommen, für Einrichtung können pauschal 38 kg/m² angesetzt werden. 2. Berechnung der Immissionsflächen Personenwärme und technische Quellen werden der Immissionsfläche zugeschlagen. 3. Berechnung des immissonsflächenbezogenen stündlichen Luftvolumenstromes 4. Vergleich Ergebnis und Anforderung

Sommertauglich - Maßnahmen Klimagerechter Gebäudeentwurf • Wärmeschutz • Fenstergröße, -orientierung und Qualität • Lüftung; Fensterlüftungssysteme (Nachtlüftung, Querlüftung) • Sonnenschutz; außen, starr oder (besser) beweglich • Wirksame Speichermassen • mechanische Lüftung im Sommer ohne WRG, aber evtl. mit Erdreichtauscher Organisatorische Maßnahmen • Senkung der inneren Wärmelasten • Anordnung von Räumen mit hohen Wärmelasten • Betriebsorganisation in Hitzeperioden: Reduktion interner Wärmequellen (PC, Elektrogeräte…), Bekleidungsvorschriften, ...

Sommertauglichkeit – Hinweise für Nutzer Wichtige Hinweise für die Nutzer: • Nachtlüftung • Querdurchlüftung • Sommer-Bypass Zukünftige Nutzer über das richtige Nutzerverhalten zur Vermeidung sommerlicher Überwärmung informieren! z.B. Nutzerinformation klima:aktiv (Rohtexte für Handbuch)

Fragen, Fragen, Fragen ... 1. Ist jedes Gebäude geeignet ein Passivhaus zu sein? 2. Was sind die Entwurfsgrundlagen beim Passivhausbau und welche Einflussgrößen bestimmen, ob ein Passivhaus wirtschaftlich erreicht werden kann? 3. Was sind die wesentlichsten Parameter zur Verhinderung sommerlicher Überwärmung? 4. Was sind die wichtigsten Verhaltensregeln für PH-Nutzer während des Sommers?