Anlage: Fachgutachten Pilotprojekt für eine energieeffiziente Bauleitplanung in Nürnberg Kornburg Nord

STEINBEIS - TRANSFERZENTRUM UND EGS - PLAN STUTTGART G.A.S. SAHNER - ARCHITEKTEN UND STADTPLANER STUTTGART

Inhaltsverzeichnis

Teil 1 Städtebauliche Optimierung

1. Empfehlungen zum Gesamtkonzept 2

2. Städtebauliche Optimierung nach energetischen Parametern 4

3. Städtebauliche Kenngrößen und Festsetzungen 8

4. Empfehlungen zur Optimierung des Städtebaus 10

5. Energieeffi ziente Optimierung der Haustypen 15

6. Verschattungssimmulation und Optimierung der städtebaulichen Konzeption 22

7. Rechnerische Auswertung des Bebauungsvorschlags 36

8. Empfehlungen zur städtebaulichen Optimierung 40

9. Optimierungsschritte und ihre Festsetzungen 41

Teil 2 Optimierung der Wärmeversorgung

1. Grundlagenermittlung 42

2. Vergleich von Wärmeversorgungsvarianten 43

3. Entwicklung eines Gesamtkonzepts aus Sicht der Wärmeversorgung 55

Teil 3 Anhang - Defi nitionen

1. Defi nition der Begriffe 58

2. Defi nition von Standards 63

1. Empfehlungen zum Gesamtkonzept

Insgesamt konnte durch die städtebauliche Optimierung eine Reduktion des Jahresheizwärmebedarfs von 7% erreicht werden. Dies bedeu- Für das Baugebiet Kornburg-Nord wurde in einem Pilotprojekt ein zu- tet eine Reduktion des CO -Ausstoßes um 56 t/a. 2 kunftweisendes Energiekonzept entwickelt. Besonders ist dabei, dass zu einem früheren Zeitpunkt des Bebau- Weitere erhebliche Energieeinsparungen können durch die Festlegung ungsplanverfahrens von der Stadt die Gelegenheit ergriffen wurde,den des Standards KfW 60 / KfW 40 oder Passivhaus erreicht werden. Län- Entwurf energetisch zu prüfen, zu optimieren und die Fragen nach ei- gerfristig sind durch den stetigen Anstieg der Energiekosten verbesner energetisch intelligenten Versorgung vorab zu prüfen. serte Standards wirtschaftlich.

Die energetische Optimierung der Bauqualität stellt ein großes Poten- 1.1 Städtebauliche Optimierung tial für die Reduktion des Jahresheizwärmebedarfs dar. Die Wärmebrückenfreiheit und die genaue Festlegung der Wärmedämmebene Das Ergebnis der Verschattungssimulation zeigt, dass die Gebäude in bei Gebäuden mit Keller ist in energieeffi zienten Gebäudeanlagen verdichteter Bauweise in der zweiten und dritten Reihe komplett ver- unverzichtbar. Die Maßnahmen können jedoch nicht in einem B-Plan schattet sind. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer veränderten rechtlich verankert werden. Hier bleibt nur der Weg einer vertraglichen Positionierung dieser Gebäudetypologie. Vereinbahrung bei der Veräußerung der Liegenschaften.

Wir schlagen vor, sie in Ost-West-Richtung am westlichen Quartiers- Die Erfahrung bei vergleichbaren Anlagen zeigt, dass eine qualitative rand zu positionieren und an ihrer Stelle Einzel- und Doppelhäuser Überprüfung durch ein unabhängiges Institut notwendig ist und wenn vorzusehen. der Mehraufwand für den Käufer durch einen Nachlass am Grundstückspreis ausgeglichen wird, erzeugt dies einen großen Motivations- Im westlichen Quartier 1 schlagen wir vor, die Typologie eines hoch- schub. verdichteten zweigeschossigen Gartenhofhauses vorzusehen. Die energetische Auswertung dieses Haustyps ist äußerst günstig, da seine solaren Einträge über den verglasten Innenhof unverschattet in 1.2 Energiestandards und Anwendung die Bilanz eingehen. Die Festlegung von Energiestandards ist ein wichtiger Schritt in Rich- Die Verbesserungen der im Bebauungsplan festgeschriebenen Fest- tung einer innovativen und zukunftsorientierten Bauweise und Wärmesetzungen der Gebäudetrauf- und Firsthöhen, der Erdgeschossfuss- versorgung. Er schreibt keine bestimmten Technologien, sondern nur bodenhöhen und der Dachformen sind aus energetischer Sicht zu ein Ziel vor. überarbeiten. Wir empfehlen den KfW 60-Standard als Mindestanforderung für das Das stark geneigte Satteldach verursacht nicht nur ein schlechtes A/V- Gesamtgebiet festzulegen. Folgende Gründe sprechen dafür: Verhältnis sondern verschattet auch durch die große Firsthöhe dahinterliegende Gebäude.

EMPFEHLUNGEN ZUM GESAMTKONZEPT 2

• Die Wärmeschutzmaßnahmen (HT‘) zum Erreichen Die Versorgungseinheiten sollten nicht zu groß gewählt werden. Damit

des KfW 60-Standards sind mit vertretbarem Auf- wird gewährleistet, dass wand umsetzbar.

• die Vorfi nanzierungskosten für das Wärmenetz und

• Momentan ist eine Verschärfung der EnEV in der die Heizzentralen in Grenzen gehalten werden,

Diskussion, wodurch sich der Mehraufwand gegen über den gesetzlichen Mindestanforderungen in einigen - mit fortschreitender Entwicklung der Technik in einigen Jahren ohnehin reduziert. Jahren neue Technologien eingesetzt werden können (z.B.Stromerzeugung mit Biomasse).

• Die Primärenergie-Anforderungen des KfW 60-

Standards sind mit einer Reihe von Technologien umsetzbar, sowohl dezentral als auch zentral. Wahl des Energieträgers:

• Eine zentrale Versorgung ist dabei

kostengünstiger zu realisieren als dezentrale. Um die KfW 60 oder KfW 40 Anforderungen sicher zu erreichen, ist der Einsatz eines BHKWs oder eines Pelletskessels zu empfehlen. Für die Ausführung eines innovativen Quartiers empfehlen wir, für dieses den KfW 40-Standard festzulegen. Die Empfehlungen basieren auf dem gegenwärtigen Stand der Technik und der aktuellen Energiepreissituation. Um auf zukünftige technische Entwicklungen, auf Änderungen des Energiepreisgefüges sowie auf 1.2 Optionen der Wärmeversorgung neue Förderprogramme reagieren zu können, sollten die Vorgaben nicht starr für das gesamte Baugebiet vorgegeben werden. Nur durch Auf den ersten Blick erscheint die zentrale Versorgung der Reihen- eine Anpassung der energetischen Anforderungen kann der innovative hauszeilen als die bevorzugte Variante. Jedoch würde dies bedeuten, Charakter des Gebiets auch in Zukunft sichergestellt werden. dass die Einzel- und Doppelhäuser von einer zentralen Versorgung abgeschnitten und auf die teurere dezentrale Umsetzung der Anforderungen angewiesen wären.

Im Zuge eines Gesamtkonzepts ist es günstiger, größere Versorgungseinheiten zu bilden, womit alle Gebäude zu erfassen sind. Die Größe dieser Einheiten ist von der vorgesehenen Abfolge und Geschwindigkeit der Aufsiedlung und der geplanten Größe der Bauabschnitte abhängig. Dies schließt nicht aus, dass in Einzelfällen auch kleine Versorgungsinseln für eine Reihenhauszeile sinnvoll sein können.

EMPFEHLUNGEN ZUM GESAMTKONZEPT 3

2. Städtebauliche Optimierung nach liche Bebauung, die der Bebauungsplan mit den textlichen Festsetenergetischen Parametern zungen zulässt. Für die jeweiligen Gebäudetypologien wurden Gebäudegeometrien entwickelt, die einer mögliche Bebauung entsprechen. Das Untersuchungsdesign sieht vor, in einem ersten Schritt, die ma- Die Geometrie bestimmt sich über die zulässige Dachform, die zuläsximale Bebaubarkeit durch die im Bebauungsplan defi nierten Festset- sige Sockelhöhe und der gemittelten überbaubaren Grundstücksfl äzungen zu ermitteln. chen der jeweiligen Gebäudetypologien. In einem Iterationsprozess werden Verschattungsimulationen und ver- Dieses Ausgangsmodell erfüllt die EnEV Anforderungen an H ‘, durch T besserte Gebäudegeometrien wechselseitig untersucht. dieses Untersuchungsdesign können Rückschlüsse auf die Optimierung der neuen Gebäudeformen und deren Heizwärmebedarf gezogen 2.1 Berechnungsmodell für Kornburg-Nord werden. In den weiteren Schritten wird die Auswirkung der Formveränderung, der Dämmebenenänderung und die Veränderung des Ener- Das Berechnungsmodell basiert auf Annahmen über eine größtmög- giestandards auf den Heizenergiebedarf untersucht.

IST Typologie SOLL Typologie Form SOLL Typologie Wärmedämme- Ausgangswert EnEV Ausgangswert EnEv bene H‘-SOLL erfüllt. H‘-SOLL T T

WIE ALLGEMEIN ÜBLICH: Durch diesen Vergleichswert kann Die Dämmebene erweitert sich Die Erweiterung der Dämmebene auf den Keller verursacht auf- Berechnung Keller nicht im be- die Verbesserung auf die Form ver- auf den beheizten Keller, dadurch grund des günstigen A/V-Wertes eine verbesserte Bilanz. Allerdings heizten Volumen. Bei heizen des glichen werden. verbessert sich die Heizwärmebi- wird das beheizte Volumen vergrößert und somit die Verbräuche ungedämmten Kellers können lanz. Dieser Verbesserungsschritt gesteigert. Um diese zu verhindern, schlagen wir vor die Decke große Verluste entstehen. entspricht ca. EnEV H‘-20% EnEv zum Keller ebenfalls zu dämmen. Daraus entsteht der Vorteil, das T Qp-30%. der Keller nach Bedarf beheizt werden kann und die Energiebilanz für das Gebäude sich positiv darstellt. FORM DÄMMEBENE

Abb. 1 Berechnungsmodell Optimierungsschnitte

Abb. 2 Berechnungsmodell Optimierungsschritte

2.2 Städtebauliche Positionierung von Reihenhäusern

Die städtebauliche Positionierung von schmalen Reihenhäuser ist nur dann sinnvoll, wenn die Gebäudetypologie eine Orientierung der Wohn- und Schlafräume nach Süden zulässt. Aus dieser Schlussfolgerung sollte das südorientierte Gebäude eher breit als tief zugeschnitten werden. Die Orientierung der Reihenhauszeilen nach Ost-West bringt eine durchgehende Besonnung der Räume mit sich. Die Typologie kann eher schmal ausgeführt werden, da die Räume sich nach Osten und Westen orientieren können. Durch die schmale Grundgeometrie entsteht ein besseres A/V Verhältnis. Für Ost-West orientierte Gebäudehauszeilen entsteht im Winter eine durchgehende Besonnung, in den Sommermonaten wird eine Überhitzung der Räume reduziert. Diese Orientierung stellt sich für diese Gebäudetypologie als sehr vorteilhaft dar. Abb. 3, Besonnung RH Ost-West Abb. 4, Geometrie RH Nord-Süd

Durch die städtebauliche Positionierung der Reihenhaustypologien nach Ost-West reduziert sich die Verschattung gegenüber einer südorientierten Reihenhauszeile. Sehr lange Gebäudegeometrien die sich mit der Schmalseite nach Süden wenden, fallen im Schattenwurf weitaus minimaler aus, als Gebäude die sich mit der Breitseite nach Süden orientieren. Ost-West orientierte Gebäude können aus dieser Schlussfolgerung heraus dichter zusammengestellt werden und wirken sich weniger negativ auf die umgebendene Bebauuung aus. Die Gebäudezeilen können von der Geschossigkeit höher angesetzt werden als südorientierte Gebäude, da diese einen weitgefächerten Schattenwurf aufweisen. Gebäudezeilen die sich nach Süden orientieren sollten bei einer verdichtetn Bebauung eher breiter und niedriger ausgeführt werden um die Verschattung auf die gegeüberligende Bebauung zu reduzieren. Abb. 5, Verschattung RH O-W Abb. 6, Verschattung RH N-S

Reihenhäuser sind immuner gegen Fehlorientierung und Verschattung. Zwar wirken sich diese Faktoren ungünstig auf die Heizwärmebilanz aus, es entstehen jedoch keine nennbaren Kosten für zusätzliche Dämmmaßnahmen. Durch den geringen Außenwandanteil pro Wohneheit lässt sich der Mehraufwand pro Wohneinheit sehr kostenneutral kompensieren. Aus dieser Erkenntnis heraus lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, das Reihenhäuser nicht auf bevorzugte Grundstückssituationen mit einer Südorientierung angewiesen sind. Reihenhäuser können höher verdichtet angeordnet werden, woraus ein doppelter ökologischer Effekt entsteht; geringerer Flächenverbrauch und reduzierte CO Emissionen. 2

Abb. 7 Mehraufwand an Jahresheizwärmebedarf durch Veränderung der verschattete und verdichtete Bauweise Grundstückspreis 200Euro/m² GRZ am Q50-Haus als Einfamilienhaus freistehend und Reihenh mittelhaus. Die Mehrkosten entstehen durch bauliche Verbesse- Grundvariante Grundstückspreis 500Euro/m² rung und durch erhöhten Grundstücksmehrbedarf Quelle: G.A.S. 2002

3. Städtebauliche Kenngrößen und Festsetzungen

ist prägend für die Schattenbildung. Für eine Festlegung der Kriterien kann ein Verschattungsdiagramm erstellt werden. Der Sonnenstand in Deutschland bei 48° Breitengrad erreicht am 21. Dezember um 12 Uhr 3.1 Siedlungsstruktur mit einem Einstrahlwinkel von ca. 18°.

Der Kontext in dem ein Gebäude steht bestimmt das nutzbare solare und energetische Potenzial. In der Siedlungsplanung werden die 3.3 Verschattung Grundsteine für energieeffi ziente Architektur gelegt. Komplexe Zusammenhänge wie Verschattung und solare Einträge, Verkehr, Lärm, Die Verschattung von Gebäuden durch Nachbargebäude, Bäume und städtebauliche Anbindung, Dichte, benachbarte Bebauung und Wär- Topographie mindert die solaren Energiegewinne. meversorgung müssen in das Konzept miteingearbeitet werden. Die Als Richtwerte in der strukturellen Siedlungsplanung lassen sich fol- Faktoren müssen im Zusammenhang behandelt werden und sind nicht gende Pauschalwerte festlegen. monokausal einzeln zu optimieren. In der städtebaulichen Planung Verschattung durch Nachbargebäude: wird durch diese Faktoren die Struktur der Bebauungsdichte und die Dichte Bebauung führt oft zu einer Reduzierung des solaren Potentials. Bebauungsorientierung festgelegt. Im Zusammenhang mit diesen Pa- Die Verschattungswirkung ist dabei abhängig vom Abstand der schatrametern wird durch die interne und externe Erschließungsplanung, die tenwerfenden Kante und der Höhe des Nachbargebäudes. Parkierungen und die Freifl ächenplanung ein integrales Konzept erar- Verschattungsgrad bei Einzelgebäuden: beitet. Im städtebaulichen Kontext haben energetische Überlegungen Bei Einzelgebäuden ist der Verschattungsgrad vom A/H-Verhältnis, von andere Dimensionen. Die städtebaulichen Entscheidungen beeinfl us- der Länge der Baukörper und dem Abstand der Gebäude abhängig. sen stark das Nutzerverhalten bezüglich der passiven Sonnennutzung, Als Kennwert sollte das A/H-Verhältnis mindestens das 2,4-fache der somit werden in der strukturellen Anordnungen die Grundsteine für En- Gebäudehöhe sein. ergie und Qualität gelegt.

3.4 Form der Gebäude

3.2 Bebauungsdichte

In der Bauleitplanung wird die Kompaktheit der Gebäudeformen durch In der ökologischen Stadtplanung ist eher eine höhere Dichte anzu- Festsetzungen beeinfl usst. Dabei ist die Defi nition der Dachformen, streben. Reihenhäuser, Mehrfamilienhäuser etc. sind durch die Flä- der Geschossfl ächenzahl (GFZ) und der Grundfl ächenzahl (GRZ) wechenausnutzung und die Kompaktheit effi zienter als Einfamilienhäuser. sentlich. Für die Geometrie der Gebäude und deren Ausformung ist die Jedoch sollte die Wohnqualität nicht außer Acht gelassen werden. Die Ausgestaltung der Baufenster mit Baulinie und Baugrenze verantwort- Anforderungen und Bedürfnisse müssen abgestimmt werden. Die er- lich. reichbare Dichte ist im Wesentlichen auch abhängig von der Verschat- Letztendlich ist die Form der Gebäude mitverantwortlcih für den Vertung der Gebäude und der Topographie und der damit verbundenen schattungsgrad der gegenüberliegenden Fassaden. Anforderung an die Abstände. Die Formentwicklung des Gebäudes

Quartier 2

Quartier 1 Quartier 4 Quartier 3 Quartier 5

Quartier 6 Quartier 8

Quartier 9 Quartier 7 Quartier 11

Quartier 10

Abb. 8 Bebauungsplan IST Kornburg Nord, Nürnberg, 2007

3.5 Parameter energieeffi zienter Bauleitplanung Vertrag zwischen Bauwilligen und Gemeinden können Maßnahmen bezüglich des Wärmeschutzes, der Nutzung regenerativer Energien Durch gezielte Festsetzungen in der Bauleitplanung werden die Grund- vereinbart werden etc. (BauGB & 11). Die vertraglichen Leistungen steine energieefi zienter Architektur gelegt. Durch Festsetzugen können müssen den Umständen angemessen sein. solare Gewinne maximiert werden, und Verluste über die Gebäudeform minimiert werden. 3.7 Private Kaufverträge für kommunales Bauland Wesentliche Parameter energieeffi zienter Bauleitplanung sind: Eine große Vertragsfreiheit bietet ein privater Kaufvertrag nach BGB zwischen dem Bauheren und der Gemeinde als Grundstückseigentümer. Es können vertragliche Festsetzungen bezüglich

3.5.1 Überbaubare Grundstücksfl ächen (BauNVO §23)

Baulinien, Baugrenzen und Bebauungstiefen bestimmen über verschat- - eines festgesetzen Energiestandards tungsrelevante Gebäudeabstände und über die spätere Orientierung, - maximalen Wärmedurchgangskoeffi zienten einzelner Bauteile darüber hinaus werden die Grundvorraussetzungen für die Kompakt- - Wärmebrückenfreier Ausführung der Konstruktion heit gelegt. - maximale Emissionswerte der Heizungsanlagen

• Anforderungen an die Dämmebene

3.5.2 Höhe baulicher Anlagen (BauGB § 18) geregelt werden. Dabei können Nachweis und Berechnungsverfahren Durch Festlegungen bezogen auf die Traufhöhe, Firsthöhe und Dach- vereinbart werden. neigung wird die Verschattung im wesentlichen beinfl usst.

3.5.3 Bauweise (BauNVO § 22)

Die Festlegung der Bauweise bestimmt über die Kompaktheit der Ge- 4. Empfehlungen zur Optimierung des Städtebaus bäudetypen.

4.1 Erläuterung des bestehenden Entwurfs

3.5.4 Stellung der baulichen Anlagen (BauGB § 9 (1))

Durch Festsetzungen der Stellung baulicher Anlagen wird über das Der städtebauliche Entwurf weist eine fi ngerartige Struktur auf, die sich Grundpotenzial passiv solarer Energienutzung bestimmt. in nördliche Richtung erstreckt und in die freie Landschaft mündet. Die einzelnen Finger entwickeln sich aus dem Erschließungssystem, das durch das Aufgreifen von vorhandenen Wegebeziehungen und einer 3.6 Städtebaulicher Vertrag zur Straße „Am Bruckweg“ hin orthogonalen Anordnung entstanden In städtebaulichen Verträgen kann der Handlungsspielraum bezüglich ist. Die Strassen sollen als Mischverkehrsfl ächen ausgestaltet werden der Festlegung energetischer Standards erweitert werden. Durch einen und dienen als Verbindung eines in Ost-West-Richtung geplanten Fuß-

und Radwegs am nördlichen Ortsrand. Darüber hinaus soll von der eine Neuordnung der Gebäude energetisch zu optimieren und zudem Straße „Am Bruckweg“ generell keine Erschließung von Einzelhäusern den Entwurf zu schärfen. Dieser Prozess soll unter größtmöglicher Waherfolgen. Durch die gewählte Erschließungsform ist außerdem eine ab- rung der eigentlichen Entwurfsgedanken, der Anzahl der Wohneinheiten schnittsweise Realisierung des Baugebietes gegeben. und der Anteile an Gebäudetypen geschehen. Mit der Ausweisung von Einfamilien-, Doppelhäusern und Hausgruppen soll insbesondere ein Angebot zur Schaffung von Wohneigentum gemacht werden, um dem Trend der Abwanderung junger Familien 4.3 Reihenhäuser ins Umland entgegen zu wirken. Die Ortsränder sollen als deutliche Übergänge vom Siedlungsraum zur freien Landschaft ausgestaltet Unser Vorschlag ist es, das Rückgrat des Entwurfes durch das Verschiewerden. ben von Reihenhäusern zu kräftigen und zudem ein markantes Ende des Der städtebauliche Anspruch an eine ruhige und nach einheitlichen inneren zentralen Bereiches zu setzen. Dadurch ereicht man außerdem Gestaltungsgrundsätzen gebaute Dachlandschaft kollidiert oftmals eine Stärkung der fi ngerartigen Struktur und befreit die in den stark vermit den Interessen der Bauherren nach einer maximalen Raumaus- schatteten Räumen positionierten Reihenhäuser aus ihrer ungünstigen nutzung und dem Wunsch nach individueller Ausgestaltung. Eine be- Lage. liebige Ansammlung aller denkbaren Dachgestaltungen soll durch die Dafür empfehlen wir eine neue Positionierung der nördlichen Reihenhäu- Festsetzung jedoch verhindert werden, vielmehr sollen die Gebäude ser an der östlichen Seite der Erschließungsstrassen. Hierbei kommt es bzw. Häuserzeilen sich ohne weiteres als „herkömmlich“ oder „modern“ zu einer Drehung der Gebäude in eine Ost-West-Ausrichtung, die jedoch durch den Betrachter einordnen lassen. In den allgemeinen Wohnge- aus energetischer Sicht keine große Veränderung mit sich bringt. Denn bieten wird deshalb bei geneigten Dächern generell gemäß § 2 Nr. 5.6 Reihenhäuser sind wegen ihrer geringen Außenfl äche relativ unempder Satzung die Kniestockhöhe auf maximal 50 cm begrenzt. fi ndlich gegen eine Verdrehung. Auch die Wohnqualität wird dadurch nicht verschlechtert. Durch die Ost-West-Ausrichtung erhält das Reihenhaus eine beidseitige Belichtung und hat im Sommer keine Über- 4.2 Empfehlungen zur Optimierung des Entwurfs hitzung der sonst rein südorientierten Terrasse zur Folge. Durch diese Umstrukturierung entsteht in jedem Abschnitt ein U-förmiger Rahmen Der städtebauliche Entwurf überzeugt durch ein klares und aus Reihenhäusern, in den sich die Einzel- und Doppelhäuser einstreugut strukturiertes Grundkonzept, das jedoch durch eine eher unklare Po- en. Um nun diese inneren Bereiche mit Licht zu füllen und den Häusitionierung der Gebäude verzerrt wird. Des Weiteren gibt es in Nord- sern zusätzlich ein möglichst gutes A/V-Verhältnis zu geben, wurden Süd-Richtung eine Steigerung der Geschossigkeit und der Dichte, die zu die Geschossigkeiten und die Dachformen untersucht. einer starken Verschattung der nördlich stehenden Häuser führen wird. Aus der Untersuchung entstanden hauptsächlich II-geschossige Außerdem ist eine Art städtebauliches Rückgrat entlang der Strasse „Am Haustypen mit einem Pultdach (optional auch Flachdach). Die Rei- Bruckweg“ aufgefallen, welches aus einer Kette von Reihenhäusern be- henhäuser an der Strasse „Am Bruckweg“ wurden z.B. um ein Gesteht, die aber leider nicht über die gesamte Länge des Plangebietes schoss abgesenkt und mit einem Pultdach 0°-10° versehen. Wichtig fortgeführt wurden. ist hierbei, dass bei den Nord-Süd-Reihenhäusern der First auf der Unsere Empfehlung verfolgt nun das Ziel, das fi ngerartige und überzeu- Südseite liegt, um den maximalen Sonnenlichteinfall in die hinteren gend klar strukturierte städtebauliche Grundkonzept aufzugreifen, durch Bereiche zu ermöglichen. Zusätzlich wird der innere Teil über den Frei-

raum, der im Einfahrtsbereich der Erschließungsstrasse und oberhalb der Stellplätze zwischen den einzelnen Reihenhäusern liegt, belichtet. Die Ost-West-Reihenhäuser hingegen haben ihre III-Geschossigkeit behalten, da sie beim Sonnenhöchststand nur einen sehr geringen Schatten verursachen. Lediglich das Dach wurde zu einem Pultdach 0°-10° umgeformt, um den Verschattungsgrad nach Osten zu verringern. Aus diesem Grund muss der First bei diesen Häusern auf der Westseite liegen.

4.4 Einzel- und Doppelhäuser

Für die Einzel- und Doppelhäuser, die nicht an die nördliche Grünfl äche angrenzen, wurde ebenfalls eine II-geschossige Bauweise mit einem Pultdach 0°-10° festgelegt. Auch hier muss darauf geachtet werden, dass der First auf der Südseite liegt. Die Einzelhäuser, die an die Grünfl äche angrenzen, wurden in Ihrer Form nicht verändert, da sie keine Verschattung von benachbarten Häusern verursachen können. Um aber ein einheitliches städtebauliches Bild für dieses Quartier zu schaffen, würde sich auch in diesem Fall die Festsetzung eines Pult-/ Flachdaches anbieten. Im Westen des Plangebietes schlagen wir einen Sondertypen in Form eines Gartenhofhauses vor. Diesen Vorschlag machen wir zum einen wegen der Lage der Gebäude neben dem Lärmschutzwall und zum anderen, um zu verdeutlichen, wie stark man den energetischen Faktor verbessern kann, wenn man einen speziellen Gebäudetyp dafür entwickelt. Allgemein sollte nun noch die Traufhöhe bei den II-geschossigen Gebäuden auf 6,20 m und bei den III-geschossigen Gebäuden auf 9,20m limitiert werden, um eine Überhöhung der Geschosse zu verhindern. Des Weiteren sollte man eine maximale Sockelhöhe von drei Stufen bzw. 50 cm (EFH über Grund) anordnen.

Abb. 9 Bebauungsplan IST - Aufteilung der Typologien Kornburg Nord, Nürnberg, 2007

Satteldächer

II

II

III

starke Verdichtung und Verschattung durch fehlplatzierte RH III Anstieg der Geschossigkeit und der Dichte in Richtung Süden Unterbrechung der städtebaulichen Raumkante SD Durch Satteldächer entstehen unnötig hohe Gebäudehöhen Solarer Eintrag

Abb. 10 Bebauungsplan IST - Problemanalyse G.A.S., Stuttgart 2007

5. Energieeffiziente Optimierung der Haustypen

IST Haustypen SOLL Haustypen In den Teilbereichen, die neben der Festsetzung „I+D – Dachgeschoss als Vollgeschoss“ mit einem 1 durchgehenden Firstpfeil oder mit der Signatur „SD - Satteldach“ gekennzeichnet sind, wird die Dachform als Satteldach mit einer Dachneigung zwischen 40° und 45° bestimmt. Dabei darf die Firsthöhe maximal 9,50 m über der der Bebauung an nächst gelegener Straßenoberkante betragen. II Geschosse mit PD 0°-10° / FD und TH 6,20 m

2

In den übrigen Bereichen bestimmt die im Planteil getroffene Festsetzung „+ D – Dachgeschoss als Vollgeschoss“ darüber hinaus, dass es sich hierbei um ein weiteres Vollgeschoss handeln kann, das mit einem fl acher als 40° oder steiler als 45° geneigten Dach versehen ist, und das maximal 2/3 der Fläche des darunter liegenden Geschosses aufweist. II Geschosse mit PD 0°-10° / FD und TH 6,20 m

3

Innerhalb der höchstzulässigen III- geschossigen Bebauung darf das oberste zulässige Vollgeschoss entweder als Dachgeschoss oder als Terrassengeschoss errichtet werden. Die Grundfl äche des Terrassengeschosses darf maximal 70 % des darunter liegenden Geschosses betragen. III Geschosse mit PD 0°-10° / FD und TH 9,20 m

Abb. 11 Abb. 12 Mögliche Haustypen nach B-Planentwurf IST Entwickelte Haustypen, Vorschlag Kornburg Nord, Nürnberg, 2007 G.A.S., Stuttgart, 2007

5.1 Energieeinsparpotential durch typologische Veränderung der Hausgeometrien

Typologie 2 DH Vergleich IST / Optimierte FORM

)a²m(/hWK

hQ

Abb. 13 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die Optimierung der Form, der Wärmedämmebene und der Energiestandards. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind bei Korrektur die Gewinnerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart 2007

Legende S S I S S O O O T L L L Z L L L u n K n s e e f t W a u u n e e d 6 F D 0 n o ä a S r m m c ta h m n E E e d n b n a E e E r V d n V e E H H e n T T ‘ n E ‘ S t S V s O p O H r L L i T c L L ‘ h S t O ca L . L E - n 3 E 0% V H T ‘ S OLL -20% S S S S O O O O L L L L L L L L K K P K f f a f W W W ss 6 4 4 iv 0 0 0 h a S S S u t t t a a a s n n n st d d d a a a a n r r r d d d d a M H M rd T i i n n ‘ H S i i m m T O i i n e e L a r r L u u c n n h -4 g g P 5 d d % H e e P r r P W W ä ä r r m m e e b b r r ü ü c c k k e e n n U U W W B B = = 0 0

Typologie 3 RMH Ost / West Vergleich IST / Optimierte FORM

)a²m(/hWK

hQ

Abb. 14 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die Optimierung der Form, der Wärmedämmebene und der Energiestandards. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind bei Korrektur die Gewinnerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart 2007

First auf Westseite First auf Südseite Pult- / Flachdächer

Sondertyp Gartenhofhaus

III

II

RH fl ankieren die aufgelockerten inneren Bereichen III die hohen Gebäude wurden in N/S-Richtung gedreht Schaffung von klaren räumlichen Kanten PD/FD max. Sonneneinfall durch fl ache Dächer Solarer Eintrag

Abb. 15 Bebauungsplan SOLL - Konzept G.A.S., Stuttgart 2007

Abb. 16 Bebauungsvorschlag SOLL - Verteilung der Typologien und Festsetzungen G.A.S., Stuttgart 2007

Abb. 17 Bebauungsvorschlag SOLL G.A.S., Stuttgart 2007

Abb. 18 A/V Verhältnis Bebauungsplan IST Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 19 A/V-Verhältnis Bebauungsvorschlag SOLL = Verbesserte A/V-Verhältnisse für alle Typologien G.A.S., Stuttgart 2007

6. Verschattungssimulation und Optimierung der

man sie den Transmissionswärmeverlusten eines EnEV-Gebäudes gestädtebaulichen Konzeption genüber stellt. Jedoch wächst durch die eher gleichbleibende Qualität der solaren Energiegewinne, die Bedeutung dieses Parameters bei energieeffi zienten Standards. Durch die sehr gute Wärmedämmung von Der städtebauliche Bebauungsvorschlag beinhaltet bereits die Ergeb- energieeffi zienten Gebäuden sind diese zwar gegen Fehlorientierung nisse der Verschattungssimulation, die wir hier nochmals nachweislich immuner, jedoch können durch das verbesserte Verhältnis von Verluste erläutern. zu Gewinne, passive Solarhauskomponenten eine größere Rolle spie- Insgesamt stellen die solaren Gewinne nur einen kleinen Teil dar, wenn len.

Sonnenstandsberechnung für Nürnberg Längengrad 11.06° Breitengrad 49.44°

Datum der berechneten Werte 21.12.2007 Azimutwinkel -52,27° Sonnenaufgang 8:15:23 Sonnenuntergang 16:11:47 Tageslänge 7:56:23

Uhrzeit Höhenwinkel Azimutwinkel in Grad° in Grad°

8:15:23 0,0 -52,3 Sonnenaufgang 8:30:00 1,8 -49,5 9:00:00 5,4 -43,6 9:30:00 8,6 -37,4 10:00:00 11,3 -31,0 10:30:00 13,6 -24,3 11:00:00 15,3 -17,5 11:30:00 16,5 -10,4 12:00:00 17,1 -3,3 12:13:27 17,1 0,0 Sonnenhöchstand 12:30:00 17,0 3,9 13:00:00 16,4 11,1 13:30:00 15,2 18,1 14:00:00 13,4 25,0 14:30:00 11,1 31,6 15:00:00 8,3 38,0 15:30:00 5,1 44,1 16:00:00 1,5 50,0 16:11:47 0,0 52,3 Sonnenuntergang

Abb. 20 Sonnenstandsberechnung für Nürnberg Abb. 21 Sonnenverlauf für den 48. Breitengrad Nord

(cid:0)bb. 22 Verschattung IST 10:30 / 21.Dezember - große Verschattung hinter den südorientierten Reihenhäusern Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 23 Verschattung IST 11:30 / 21.Dezember - Ost-West Zeilen eher gut, sehr starke Verschattung bei Südorientierung! Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 24 Verschattung IST 12:15 / 21.Dezember - große Verschattung hinter den südorientierten Reihenhäusern Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 25 Verschattung IST 13:30 / 21.Dezember - sehr große Verschattung hinter Südzeilen Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 26 Verschattung IST 14:30 / 21.Dezember - überwiegend hinter südlichen Gebäudezeilen keine Besonnung möglich Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007

(cid:0)bb. 27 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 10:30 / 21.Dezember - nur geringe Verschattungen, auch hinter den südlichen Zeilen G.A.S., Stuttgart, 2007

(cid:0)bb. 28 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 11:30 / 21.Dezember - geringe Verschattungen, wenn Verschattung vorhanden, max. im EG G.A.S., Stuttgart, 2007

(cid:0)bb. 29 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 12:15 / 21.Dezember - geringe Verschattungen! G.A.S., Stuttgart, 2007

(cid:0)bb. 30 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 13:30 / 21.Dezember - geringe Verschattungen! G.A.S., Stuttgart, 2007

(cid:0)bb. 31 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 14:30 / 21.Dezember G.A.S., Stuttgart, 2007

6.1 Vergleichende Verschattungssimulation in einem Quartier IST und Bebauungsvorschlag SOLL

Verschattung IST 10:30 Verschattung IST 11:30 Verschattung IST 12:15 Verschattung IST 13:30 Verschattung IST 14:30

Sehr starke Verschattung der Gebäude hinter dem Reihenhausriegel. Viele Gebäude erfüllen nicht die Mindestanforderung an die Besonnung eines Wohnhauses

Verschattung SOLL 10:30 Verschattung SOLL 11:30 Verschattung SOLL 12:15 Verschattung SOLL 13:30 Verschattung SOLL 14:30

Durch Öffnung der südlichen Kante, wird die Besonnung der Einfamilienhäuser deutlich verbessert.

Abb. 32 Ausschnitte aus der Verschattungssimulation - Betrachtung eines Quartiers G.A.S., Stuttgart, 2007

6.2 Vergleich der Verschattung auf der Südfassade eines Einfamilienhauses bei IST und Bebauungsvorschlag SOLL

Mögliche Verschattung im IST Bestand auf der Südfassade einer 1 + D Typologie mit davor liegender 3-geschossigen Reihenhauszeile.

Zeit Dez. Jan. Feb. März

10:30 100% 100% 0% 0%

11:30 100% 100% 0% 0%

12:15 100% 100% 0% 0%

13:30 100% 100% 21% 0%

14:30 87% 89% 40% 0% Abb. 33 Verschattung IST 12:15 / 21. Dezember Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007 Fazit: Totale Verschattung in den Monaten Dezember und Januar

Mögliche Verschattung im SOLL Bestand auf die Südfassade.

Zeit Dez. Jan. Feb. März

10:30 2% 0% 0% 0%

11:30 2% 0% 0% 0%

12:15 6% 0% 0% 0%

13:30 20% 5% 0% 0%

14:30 27% 15% 0% 0%

Abb. 34 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 12:15 / 21. Dezember Fazit: Die Verschattung der Südfassade des Einfamilienhauses ist in G.A.S., Stuttgart, 2007 den Monaten Dezember und Januar nur noch geringfügig

6.3 Vergleich der Verschattung hinter dem III-geschossigen Reihenhaus südorientiert

Mögliche Verschattung im IST Bestand. 3 geschossiges Reihenhaus verschattet 2 geschossiges Reihenhaus.

Zeit Dez. Jan. Feb. März

10:30 100% 100% 24% 0%

11:30 100% 100% 7% 0%

12:15 100% 100% 1% 0%

13:30 69% 75% 4% 0%

14:30 2% 7% 0% 0% Abb. 35 Verschattung IST 12:15 / 21. Dezember Kornburg-Nord, Nürnberg, 2007 Fazit: Fast vollständig verschattet in den Monaten Dezember und Januar

Mögliche Verschattung bei einer Optimierung SOLL auf die Südfassade.

Zeit Dez. Jan. Feb. März

10:30 50% 25% 0% 0%

11:30 36% 9% 0% 0%

12:15 30% 3% 0% 0%

13:30 31% 8% 0% 0%

14:30 3% 4% 0% 0%

Abb. 36 Verschattung Bebauungsvorschlag SOLL 12:15 / 21. Dezember Fazit: deutliche Verbesserung der Verschattung in den Monaten G.A.S., Stuttgart, 2007 Dezember und Januar

7. Rechnerische Auswertung des Bebauungsvorschlages - Betrachtung eines

Einzelgebäudes unter Einbezug der Geometrie und der Verschattung

Abb. 37 Verschattung IST Typologie 2 EFH Abb. 38 Verschattung SOLL Typologie 2 EFH G.A.S., Stuttgart, 2007 12:15 / 21. Dezember G.A.S., Stuttgart, 2007 12:15 / 21. Dezember

Typologie 2 EFH Vergleich IST / Optimierte FORM + Einfluss Verschattung IST

)a²m(/hWK

hQ

Abb. 39 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die Typologie 2 EFH bei einer Verschattung IST im Vergleich der unverschatteten optimierten Gebäudeform, bezogen auf die Energiestandards. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind bei Korrektur die Gewinnerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart, 2007

7.1 Rechnerische Auswertung des Bebauungsvorschlages - Betrachtung eines Regelquartiers

unter Berücksichtigung der neuen Geometrie und der Verschattung

Quartiersbezogen werden die Spitzenwerte einzelner Optimierungen mit der typologischen Reduktion eines III- auf II-geschossigen Gebäudes teilweise aufgehoben. Dennoch sind Einsparpotentiale um ca. 8% möglich, die jedoch durch eine Neudefi nition der Wärmedämmebene auf 18% gesteigert werden können.

Energetische Bilanz Abschnitt 6 IST / SOLL

)a²m(/hWK

hQ

Bilanzierung Quartier 6

Abb. 40 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die energetische Optimierung des Quartiers 6 und der Energiestandards. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind bei Korrektur die Gewinnerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart, 2007

Legende IST Zustand nach EnEV H‘ SOLL T SOLL neue Form EnEV H‘ SOLL T SOLL neue Dämmebene entspricht ca. EnEV H‘ SOLL -20% T SOLL KfW 60 Standard H‘ SOLL -30% T

SOLL KfW 60 Standard Minimierung der Wärmebrücken U = 0 WB SOLL KfW 40 Standard H‘ SOLL -45% T SOLL KfW 40 Standard Minimierung der Wärmebrücken U = 0 WB SOLL Passivhausstandard H‘ nach PHPP T

7.2 Rechnerische Auswertung des Bebauungsvorschlages - Betrachtung eines Sonderquartiers

Für das Sonderquartier schlagen wir eine Siedlung mit Gartenhofhäusern vor, die ihren Innenhof eventuell im Winter verschließen können. Die Einsparpotentiale aus Gebäudegeometrie und Verschattung sind deutlich höher als bei Standardhäusern.

Energetische Bilanz Vergleich Gebiet 1 IST / Gartenhofhaustypologie

)a²m(/hWK

hQ

RH Typologie IST

Abb. 41 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die energetische Optimierung des Quartier 1 durch Veränderung der Gebäudetypologie bezogen auf die Energiestandards. Gartenhofhäuser reagieren unabhängig gegen Verdrehung, durch eine Innenhofsituation gelangt zusätzliche solare Energie ins Gebäudeinnere. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind bei Korrektur die Gewinnerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart, 2007

Legende SOLL KfW 60 Standard Minimierung der IST Zustand nach EnEV H‘ SOLL Wärmebrücken U = 0 SOLL neue Form EnEV H T ‘ SOLL SOLL KfW 40 Standard H‘ SOL W L B -45% SOLL neue Dämmebene e T ntspricht ca. SOLL KfW 40 Standard M T inimierung der RH Typologie Gartenhofhaus, zusätliche EnEV H‘ SOLL -20% Wärmebrücken U = 0 solare Gewinne über Innenhofsituation SOLL KfW 60 Standard T H‘ SOLL -30% SOLL Passivhausstandard H‘ n W a B ch PHPP T T

7.3 Rechnerische Auswertung des Bebauungsvorschlages - Gesamtbetrachtung des Gesamtstädtebaus

unter Einbezug der neuen Gebäudegeometrie und der Verschattung

Für das gesamte Quartier entsteht aus energetischer Optimierung und Verschattungsfreiheit eine Reduktion um 7% des Jahresheiywärmebedarfs (Q ) und mit h der Neudefi nition der Wärmedämmebene immerhin ein Gesamtpotential um 20%.

Energetische Bilanz Gesamtgebiet IST / SOLL

)a²m(/hWK

hQ

Abb. 42 Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die energetische Optimierung des Gesamtgebietes, Verschattung des IST Zustandes ist mit eingerechnet, Verbesserungen entstehen durch die Optimierung der Verschattungsfreiheit und der Form. ANMERKUNG: Sockelgeschoss auf EFH + 0.5 m OK Gelände ist Grundlage. Bei Fehlen dieser Festsetztung sind die bei Korrektur die Mehrerträge um 3-4% höher. G.A.S., Stuttgart, 2007

Legende IST Zustand nach EnEV H‘ SOLL SOLL KfW 40 Standard EnEV H‘ -45% SOLL neue Form EnEV H T ‘ SOLL SOLL KfW 40 Standard Minimier T ung der Wärmebrücken U = 0 SOLL neue Dämmebene e T ntspricht ca. EnEV H‘ -20% SOLL Östliches Gebiet im Passivhausstandard (Quartier 9- W 1 B 1), T SOLL KFW60 Standard EnEV H‘ -30% KfW 60 für das westliche Gebiet (Quartier 1-8) T SOLL KWF60 Standard Minimierung der Wärmebrücken U = 0 SOLL Passivhausstandard H‘ nach PHPP WB T

8. Empfehlungen zur städtebaulichen Optimierung

CO Einsparung durch Optimierung

2

-613 -390 -494 -430 -390 -271 -159 -56 IST 796

500 CO2 t/a

Das Ergebnis der städtebaulichen Optimierung hat durch die Verbesserungen an den Bebauungsplanfestsetzungen eine Reduzierung des Jahresheizwärmebedarfs um 7% zur Folge. Dabei wurde das städtebauliche Grundkonzept des Stadtplanungsamtes respektiert und pro Jahr den Ausstoß an CO um ca. 56 t/a verringert. 2 Die neuen Festsetzungen und der energetische Standard der Quartiere sollte in den Bebauungsplan aufgenommen werden. Wir schlagen vor mindestens den Standard KfW 60 festzusetzen. Hierdurch entsteht eine Verminderung des CO -Ausstoßes um ca. 1/3 gegenüber der jet- 2 zigen Planung. Bei steigenden Energiepreisen sind die Standards KfW 40 und Passivhaus langfristig wirtschafl ich. Wir empfehlen daher ein besonderes Quartier herauszugreifen, um den Standard exemplarisch zu realisieren. Die Festlegungen bezüglich der qualitativen Ausbildung der Gebäude, wie z.B. die Bestimmung der Wärmedämmebene und die Wärmebrückenfreiheit können nur in einem Vertrag zwischen Erwerber und Stadt beim Kauf einer Liegenschaft vereinbart werden. Die Einsparungen gemessen am Jahresheizwärmebedarf sind verhältnismäßig groß. Daher wäre es sinnvoll, diese Baustandards auch zu erfüllen und durch ein unabhängiges Institut zu kontrollieren. Abb. 43 CO Einsparung durch Optimierungsschritte bei 0,27kg CO2 / kWh Endenergie 2

Legende 1. IST Zustand nach EnEV H‘ SOLL T 2. SOLL neue Form EnEV H‘ SOLL T 3. SOLL neue Dämmebene entspricht ca. EnEV H‘ SOLL -20% T 4. SOLL KfW 60 Standard H‘ SOLL -30% T 5. SOLL KfW 60 Standard Minimierung der Wärmebrücken U = 0 WB 6. SOLL KfW 40 Standard H‘ SOLL -45% T 7. SOLL KfW 40 Standard Minimierung der Wärmebrücken U = 0 WB 8. SOLL Östliches Gebiet im Passivhausstandard (Quartier 9-11), KfW 60 für das westliche Gebiet (Quartier 1-8) 9. SOLL Passivhausstandard H‘ nach PHPP T

EMPFEHLUNGEN ZUR STÄDTEBAULICHEN OPTIMIERUNG 40

9. Optimierungsschritte und ihre Festsetzungen

IST 1 2 3 4

Verbesserung der Festlegung des Festlegung der Wär- Festlegung der Wärmebrücken- Form Dämmstandards medämmebene freiheit U = 0 WB B-Plan Festlegungen oder B-Plan Festlegungen Vertragliche Festlegungen Vertragliche Festlegungen

Abb.44 Optimierungsschritte und Festlegungsmöglichkeiten

Festlegung Schritt 1: Festlegung bezüglich der Baukörper Geome- Empfehlung Schritt 1: Festlegung im Bebauungsplan. trien können im Bebauungsplan festgelegt werden. Empfehlung Schritt 2: Festlegung auf Energiestandard KfW 60, Festlegung Schritt 2: Festlegung bezüglich des Wärmedämmstan- KfW 40 oder Passivhausstandard. dards können vertraglich geregelt werden und sollte im B-Plan festgeschrieben werden. Empfehlung Schritt 3: Vertragliche Festlegung im Kaufvertrag.

Festlegung Schritt 3: Festlegung bezüglich der Wärmedämm- Empfehlung Schritt 4: um eine baulich korrekte Ausführung zu geebene können vertraglich geregelt werden. währleisten, empfehlen wir die vertragliche Durch diese Festlegung steigen die bau- Festsetzung auf U = 0 bei KfW 60, KfW 40 WB lichen Mehrkosten an, jedoch steigt und Passivhausstandard. auch der Nutzwert der Gebäude an. Um eine Qualitätssicherung zu wahren empfehlen wir vertraglich ein Festlegung Schritt 4: Festlegung bezüglich der Wärmebrücken Nachweisverfahren der Energiestandards und der baulichen Ausfühfreien Ausführung können vertraglich geregelt rung festzulegen. Für parzielle Abnahmen und Überprüfungen der Bewerden. Es entstehen nur planerische Mehr- rechnungen sollte ein wissenschaftliches Institut herangezogen werkosten, jedoch keine baulichen Mehrkosten. den.

OPTIMIERUNGSSCHRITTE UND IHRE FESTSETZUNGEN 41

Teil 2: Wärmeversorgungskonzept Aus diesen Basiswerten ergeben sich folgende Bedarfswerte für das Gesamtgebiet. In Teil 2 der Studie werden auf Basis einer optimierten Ausgestaltung des B-Plans zukunftsorientierte Varianten der Wärmeversorgung un- 1.800 tersucht. Eine aussagekräftige Gegenüberstellung erfordert einen Ver- 1.600 gleich hinsichtlich der erzielbaren Reduzierung von Umweltbelastun- 1.400 1.200 gen (Primärenergiebedarf oder CO -Emissionen) sowie hinsichtlich der 2 1.000 damit verbundenen Kosten (Investitions- und Betriebskosten). 800 600 400 200

]Wk[

fradebsgnutsielzieH

1. GRUNDLAGENERMITTLUNG 0

EnEV KfW 60 KfW 40 Passivhaus

1.1. Flächen und Wärmebedarf

4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 EnEV KfW 60 KfW 40 Passivhaus

]a/hWM[

Der Wärme- und Heizleistungsbedarf der Gebäude wird aus flächenbezogenen Energiekennwerten ermittelt. Dafür werden die nach B- Plan maximal zulässigen Bruttogrundflächen zu Grunde gelegt. Als maximal möglich wurden ermittelt: BGF: 41.350 m² Wohnfläche: 33.080 m²

fradebemräW

Die Ermittlung des Heizwärmebedarfs erfolgt auf Basis von 4 unterschiedlichen Energiestandards. Hierbei wird der Mindestwärmeschutz nach EnEV, nach KfW 60 sowie nach KfW 40 vorausgesetzt. Zusätzlich wird der Wärmebedarf für den Passivhausstandard ermittelt. Als Kennwerte werden die in Teil 1 ermittelten Bedarfswerte nach Optimierung des B-Plans zu Grunde gelegt. Diese Werte werden um etwa 5 kWh/m²a erhöht, um zusätzliche hausinterne Wärmeverteilverluste zu berücksichtigen. Für die Berechnung des Brauchwasserbedarfs wird der in der EnEV vorgegebene Pauschalwert von 12,5 kWh/m²a ebenfalls um einen Anteil für Speicher- und Verteilverluste auf 18 kWh/m²a erhöht. Der Heizleistungsbedarf wird aus den Heizwärmebedarfswerten mit einer Volllaststundenzahl von, je nach Energiestandard, etwa 1.200- 1.600 h/a ermittelt.

Bild 1: Heizleistungs- und Jahreswärmebedarf bei unterschiedlichen Wärmeschutzstandards

Die Variantenberechnungen in Kap. 2 werden zunächst auf Basis des Wärmebedarfs für den KfW 60-Standard durchgeführt. Dieser beträgt

Tabelle 1: Wärme- und Heizleistungsbedarf für das Gesamtgebiet bei KfW 60- Standard

1.2. Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen

Für eine Heizzentrale ist ein eigener Strom- und Wasseranschluss Der Wirtschaftlichkeitsvergleich von Wärmeversorgungsarten wird auf erforderlich: Dadurch entstehen, je nach Größe, folgende Zusatzkos- Grundlage aktueller Energiekosten geführt. Dazu wurden vom örtliten: chen Energieversorger die für den jeweiligen Anwendungsfall gültigen (cid:190) Strom und Wasser: ca. 4.000 - 5.000 € Energietarife sowie die Anschlusskosten abgefragt. Zudem wurden die derzeitigen Marktpreise von nicht leitungsgebundenen Energieträgern Holzpellets: ermittelt. Für Holzpellets existiert inzwischen ein flächendeckendes Netz von Herstellern und Lieferanten. Pellets werden in den hier benötigten Vorbemerkung: Alle Kostenangaben sind netto, ohne die gesetzliche Mehrwertsteuer. Mengen üblicherweise im Tanklastzug angeliefert. Die Preise sind, wie z.B. beim Heizöl auch, von der Abnahmemenge abhängig. Erdgas: (cid:190) EFH (ca. 3 - 5 to): 190 €/to bzw. 38 €/MWh Hu Örtlicher Energieversorger ist die N-Ergie AG, Nürnberg. (cid:190) Heizzentrale (ab 15 to): 170 €/to bzw. 34 €/MWh Hu (cid:190) Anschlusskosten je nach Anschlussleistung: 2.000 - 5.000 € Pflanzenöl: Baukostenzuschuss: ca. 10 €/kW Der aktuelle Preis für naturbelassenes Pflanzenöl liegt bei 70 ct/l. Dies (cid:190) Gastarife entspricht 7,5 ct/kWh . Hu Grundpreis: zwischen 120 und 900 €/a Arbeitspreis: zwischen 42,9 und 44,7 €/MWh Ho 2. VERGLEICH VON WÄRMEVERSORGUNGSVARIANTEN

Strom:

2.1. Kriterien für die Variantenauswahl

Örtlicher Energieversorger ist ebenfalls die N-Ergie AG, Nürnberg

Neben einer Reihe von dezentralen Versorgungsoptionen sollen zent- Haushaltstarif: 14,1 ct/kWh rale Wärmeversorgungsmöglichkeiten untersucht werden. Hier bietet (cid:190) WP-Tarif: sich ein weites Feld von technischen Möglichkeiten, die im Vorfeld auf Arbeitspreis: 10,1 ct/kWh (Mittel aus HT und NT) ein sinnvolles Maß von Vergleichsvarianten zu begrenzen sind. Folgende Kriterien sind zu beachten: 2-Tarif-Zähler: 50,40 €/a

• Die Geschwindigkeit der Aufsiedlung beeinflusst die Größe

Der WP-Tarif beinhaltet die Berechtigung des Energieversorgers, möglicher Versorgungseinheiten. tagsüber den WP-Betrieb zweimal für 2 h zu unterbrechen. Zur Über- - Größe der Versorgungseinheiten hat Auswirkungen auf möglibrückung dieser Zeiten ist die Installation eines Pufferspeichers sinn- che Betreiberformen (zu große Einheiten sind für eine Verwalvoll.

Baufeld Bauabschnitt Gesamtgebiet 00-250 kW) (400-600 kW) (1.500 kW)

tung durch die Nutzer selbst zu groß, zu kleine Einheiten sind Hauszeile (40-60 kW) (1 für professionelle Betreiber mit zu viel Aufwand verbunden).

• Bestimmte Technologien sind nicht in allen Größen sinnvoll Solaranlagen

einsetzbar (Pellets bis ca. 400 kW, darüber Holzhackschnitzel; Pelletskessel Einspeisevergütung für BHKW < 50 kW ist deutlich höher als el Holzhackschnitzel bei größeren Anlagen).

Gas-BHKW

HHaauusszzeeiillee GGeessaammttggeebbiieett BBaauuffeelldd 4400--6600 kkWW 11..550000 kkWW 110000 ––225500 kkWW BBaauuaabbsscchhnniitttt 440000 ––660000 kkWW

Pflanzenöl-BHKW

Bild 3: Sinnvoller Einsatz von Technologien in den o.g. Versorgungseinheiten (grün=geeignet / gelb=bedingt geeignet)

Der folgende Variantenvergleich bezieht sich in den zentralen Varianten zum einen auf die Versorgung einer Hauszeile, zum anderen auf eine deutliche größere Einheit eines möglichen ersten Bauabschnittes.

Bild 2: Mögliche Größen von zentralen Wärmeversorgungseinheiten

Bild 3 zeigt eine Auswahl von Wärmeerzeugern und ihre typischen Einsatzbereiche innerhalb des Wohngebiets Kornburg Nord.

Bild 4: Untersuchte Versorgungsgebiete

Eine zentrale Versorgung für das Gesamtgebiet ist auf Grund der unsicheren Dauer der Aufsiedlung nicht sinnvoll, da in diesem Fall die Dauer der Vorhaltung von Versorgungsstrukturen (v.a Netz und Heizzentrale) unverhältnismäßig aufwändig wäre. Zudem vergrößern sich

bei einem größeren Gebiet die Nennweiten der Versorgungsleitungen Die Kosten für die Gesamtanlage werden auf 9,8 T€ geschätzt. Darin und damit die anteiligen Netzverluste sowie die Kosten. Bei Gebieten enthalten ist u.a. der Gasanschluss mit einem Anteil von 2,5 T€. mit hohen Anteilen an Einfamilienhäusern werden dabei Netzverluste von 20% und mehr erreicht, was nicht mehr hinnehmbar ist. A2: Gas-Brennwerttherme und solare WW-Bereitung Folgende Wärmeversorgungsarten wurden untersucht: In Variante A2 wird die o.g. Anlage um eine thermische Solaranlage zur WW-Bereitung erweitert. Der WW-Bereiter wird durch einen größeren Solarspeicher ersetzt, für eine EFH werden etwa 5-6 m² Kollektoren benötigt. Die Solaranlage führt zu Mehrkosten von ca. 5 T€. damit 2.2. Variantenbeschreibung und Investitionskostenschätzung ergeben sich Gesamtinvestitionen von 14,8 T€. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert Solaranlagen dieser Vorbemerkungen: Größe mit 412 €.

• Den Variantenuntersuchungen wird ein Wärmeschutz gemäß Die Solaranlage kann etwa 50-60% des WW-Wärmebedarfs decken.

KfW 60-Standard zu Grunde gelegt.

• Alle Kostenangaben sind netto, ohne die gesetzliche Mehr-

wertsteuer. Kosten für die Planung sind in den Angaben enthal- A3: Pelletskessel ten. Holzpelletskessel sind auch in der hier benötigten Größe von etwa 10 kW verfügbar. Neben dem etwas größeren Platzbedarf für den 2.2.1 Dezentrale Wärmeversorgung Heizkessel ist ein Pelletslagerraum erforderlich, der etwa einen Jahresbedarf von 3 to oder 4-5 m³ fasst. Im EFH werden dazu häufig Ge- Bei einer dezentralen Wärmeversorgung erhält jedes Gebäude einen webetanks eingesetzt (s. Bild 5). Die Pellets werden über eine Fördereigenen Wärmeerzeuger. Dazu erforderlich ist für jedes Gebäude die schnecke oder ein Saugsystem dem Kessel zugeführt. Der Anlagenbeentsprechende Versorgungsleitung oder ein entsprechender Brenntrieb ist vollautomatisch. Lediglich die anfallende Asche muss wenige stofflagerraum. Male im Jahr geleert werden.

A1: Gas-Brennwerttherme Vergleichsvariante ist die konventionelle Lösung einer Wärmeerzeugung mit Gas. Jedes Gebäude erhält einen Gasanschluss sowie eine Gas-Brennwerttherme mit WW-Bereiter. Die Anlage wird häufig im Dachgeschoss installiert, die Abgase werden über eine kurze Leitung ins Freie abgeführt. Ein konventioneller Schornstein ist damit nicht mehr erforderlich. Bild 5: Holzpellets, Kessel u. Lagerbehälter für EFH, Anlieferung im Tanklast- Die Anlagen werden meist als wandhängende Thermen mit unterge- zug stelltem WW-Bereiter ausgeführt, so dass zur Aufstellung eine Fläche von 1 m² ausreicht.

Da Pelletskessel in der Regel im Keller aufgestellt werden und Brennwertgeräte noch kaum verfügbar sind, ist ein konventioneller Schornstein (gemauert oder Edelstahl) erforderlich. Die Kosten für die Gesamtanlage incl. WW-Bereiter werden auf 16,1 T€ geschätzt. Vom BAFA wird die Anlage mit 1.500 € gefördert.

A4: Pelletskessel und solare WW-Bereitung Der o.g. Pelletskessel wird ebenfalls um eine thermische Solaranlage erweitert. Dies ist für den praktischen Anlagenbetrieb sehr sinnvoll: Ein Pelletskessel hat eine deutlich größere Masse als eine Gastherme. Bild 6: Schema einer Wärmepumpen-Heizung mit Erdsonden Obwohl im Sommer der Kessel für die WW-Bereitung nur wenige Male am Tag in Betrieb geht, ist er den ganzen Tag warm. Dies führt zu hohen Wärmeverlusten. Mit einer thermischen Solaranlage kann der Heizkessel im Sommer ganz abgeschaltet werden. 2.2.2 Gemeinsame Versorgung für eine Reihenhauszeile Die Gesamtkosten für die Anlage betragen etwa 20,8 T€. Davon werden 1.912 € durch die Förderung gedeckt. Eine gemeinsame Versorgung einer ganzen Hauszeile unterscheidet sich in folgenden Punkten von einer Einzelversorgung der Gebäude: A5: Erdsonden-Wärmepumpe (cid:190) Technische Erfordernisse Eine Erdsonde entzieht dem Erdreich über Erdsonden Wärme, die Es wird nur eine Wärmezentrale errichtet. Diese sollte jederzeit Wärmepumpe bringt diese auf das für die Heizung und WW-Bereitung von außen zugänglich sein. Im UG eines Reihenhauses ist dies erforderliche Temperaturniveau. In der Wärmepumpe werden dabei schwer zu gewährleisten. Es bieten sich folgende Alternativen aus 1 kWh elektrischer Energie ca. 3,5 bis 4 kWh Wärme erzeugt. an: Dieser Vorteil führt dazu, dass mit Wärmepumpen die Energiekosten - abgetrennter Raum oder Anbau an eine Garage gegenüber einer Gasheizung deutlich sinken. - unterirdischer Anbau an ein Reihenendhaus (mit Zugang von Für ein EFH wird eine Wärmepumpe mit etwa 8-10 kW sowie eine außen) Erdsonde mit einer Tiefe von 80-100 m benötigt. Um einen kontinuier- - Container lichen WP-Betrieb zu erreichen und um die Abschaltzeiten des Ener- Zur Wärmeverteilung von der Zentrale zu den einzelnen Gegieversorgers zu überbrücken, ist ein Pufferspeicher erforderlich. bäude ist ein zusätzliches Leitungsnetz erforderlich. Ein solches Die Investitionskosten für die Gesamtanlage betragen etwa 20,7 T€. Netz mit nur wenigen Abnehmern wird in der Regel als 4-Leiter- Netz ausgeführt. Der WW-Bereiter steht dabei in der Heizzentrale. Alternativ könnte die Wärme über ein 2 Leiter-Netz verteilt werden. Dazu wären dezentrale WW-Bereiter erforderlich.

Zur Abrechnung sind für jedes Gebäude Messeinrichtungen, lusten von 15 MWh/a zu rechnen. Der Wärmeverlust, bezogen auf die z.B. ein Wärmemengenzähler für die Heizwärme und ein Was- im Heizraum erzeugte Wärme, beträgt damit 13%. serzähler für die WW-Menge, erforderlich. Die Kosten für die Wärmeverteilung sowie die Messeinrichtungen werden auf etwa 10 T€ geschätzt, außerdem sind für die Zentrale ein ei- (cid:190) Organisatorische Erfordernisse gener Wasser- und Stromanschluss (4 T€) erforderlich.

B2: Pelletskessel und solare WW-Bereitung kostengünstiger Gaskessel ab. Die erwartete Laufzeit des BHKW's Die Wärmeversorgung wird auch hier um eine solare WW-Bereitung liegt bei 6.500 h/a. erweitert. Benötigt werden etwa 45 m² Kollektoren. Diese können auf Der erzeugte Strom kann ins öffentliche Netz eingespeist oder in den den Carports oder Garagen untergebracht werden. Dabei ist auf die angeschlossenen Gebäuden verbraucht werden. Die Einspeisevergü- Baumbepflanzung zu achten, um unnötige Verschattung zu verhin- tung ist im KWK-Gesetz geregelt und setzt sich aus folgenden Komdern. ponenten zusammen: Die Investitionskosten der Solaranlage betragen etwa 30 T€. Die Ge- - Grundvergütung ("üblicher Preis"), Quartals-Mittelwert für Grundsamtkosten für die Wärmeversorgung incl. baulicher Anlagen und laststrom an der Strombörse Leipzig EEX Wärmeverteilung werden auf 113 T€ geschätzt. Die Förderung für - Vergütung für vermiedene Netznutzung Pelletskessel und Solaranlage beträgt 4,2 T€. - KWK-Zulage

Damit ist derzeit eine Einspeisevergütung von etwa 9 ct/kWh zu erreichen. Deutlich höher liegt der Stromerlös bei Verbrauch des Stroms in den Gebäuden. Hier ist gegen die Kosten für vermiedenen Strombezug zu rechnen. In der Wirtschaftlichkeitsberechnung wird die Einspeisung des erzeugten Stroms zu Grunde gelegt. Zusätzlich wird für das im BHKW eingesetzte Gas die Mineralölsteuer in Höhe von 0,55 ct/kWh vom Hauptzollamt auf Antrag zurückerstat- Ho tet. Dies entspricht einem Anteil von 12% des Gaspreises.

Bei einem Heizleistungsbedarf von 49 kW bietet sich die Installation eines Kleinst-BHKW's an. Im Leistungsbereich von 5-7 kWel bzw. 10- 15 kWth sind mehrere Anbieter auf dem Markt. In den Berechnungen Bild 9: Anordnung von Kollektoren auf einer Garagenzeile wird ein Modul mit 5,5 kWel / 12,5 kWth zu Grunde gelegt.

Die Investitionskosten für das BHKW incl. Pufferspeicher liegen bei etwa 20 T€. Die Gesamtinvestitionen für die komplette Wärmeversor- B3: Gasmotor-BHKW und Gas-Spitzenkessel gung incl. Heizraum werden auf 78 T€ geschätzt. Beim BHKW wird die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme zur Gebäudebeheizung genutzt. Dies unterscheidet es von der Stromerzeugung im Großkraftwerk, bei der nur etwa 40% der eingesetzten Energie tatsächlich genutzt werden. 2.2.3 Zentrale Versorgung für einen Bauabschnitt Ein BHKW wird so ausgelegt, dass es etwa 25% der erforderlichen Eine zentrale Versorgung für ein größeres Gebiet, wie hier für die Heizlast abdeckt. Damit wird im Sommer die gesamte, übers Jahr etwa Quartiere 1 bis 4, ist nicht mit einer reinen Vergrößerung der Anlagen- 70% der benötigten Wärme im BHKW erzeugt. Den Rest deckt ein komponenten realisierbar, sondern erfordert eine Anpassung des Gesamtsystems:

• Die Heizzentrale wird unter Umständen in einem separaten Gebäu-

de auf einem eigenen Grundstück untergebracht werden.

• Das Wärmenetz wird als 2-Leiter-Netz auszuführen sein. Dies er-

fordert in jedem Gebäude eine Übergabestation und einen eigenen WW-Bereiter.

• Die Errichtung und der Betrieb der Anlagen werden sinnvollerweise

durch einen professionellen Betreiber übernommen.

Um die Kosten für die Wärmeverteilung und die Wärmeverluste auf ein Minimum zu begrenzen, wird folgende Vorgehensweise empfohlen: 224400 mm²² 115500 mm²²

• Verwendung von PEX-Rohren (Kunststoff-Mediumrohre), bei klei-

nen Nennweiten Einsatz von DUO-Rohren (Vor- und Rücklauf in 333300 mm²² einer Dämmhülle)

• Leitungsführung möglichst durch die Keller der Gebäude (v.a. in

Reihenhäusern sinnvoll), dies erfordert i.d.R. eine entsprechende Grunddienstbarkeit

• Einsatz von Kompakt-Übergabestationen

Bild 11: Mögliche Netzverlegung durch die Reihenhauszeilen, Kollektorflächen auf Carport-Dächern Beim Übergang zwischen den Reihenhäusern ist auf die Belange des Schall- und Brandschutzes zu achten.

Variante C1: Pellets

Bei dieser Variante erfolgt die Wärmeversorgung zentral für einen Bauabschnitt. Die Heizzentrale wird in einem separaten Gebäude untergebracht. Die Versorgungsleitungen werden durch die Keller verlegt. Die Wärmelieferung erfolgt über einen Pelletskessel mit 400 kW. Ein Pufferspeicher mit 8 m³ fängt Leistungsspitzen ab und ermöglicht einen gleichmäßigeren und somit effizienteren Betrieb des Pelletskes- Bild 10: Wärmenetz mit PEX-Rohr, Verbindung zwischen 2 RH, Kompaktsels. Der Raumbedarf für Heizzentrale und Pelletslager beträgt ca. 250 Übergabestation m³ bei einer Raumhöhe von ca. 3,30 m. Die Gesamtinvestitionen betragen 665 T€. Darin enthalten sind die Kosten für die Heizzentrale in Höhe von 255 T€ und die Kosten für das Nahwärmenetz und für die Übergabestationen in Höhe von 410 T€.

Variante C2: Gasmotor-BHKW und Gas-Spitzenkessel Variante C4: Solaranlage mit Mehrtagesspeicher und Gaskessel Da sich ein BHKW erst bei hohen Laufzeiten lohnt, wird nur ein Teil der maximalen Heizlast durch das BHKW abgedeckt. Für den Spit- Bei dieser Variante erfolgt die Wärmeerzeugung durch eine Solaranlazenlastbedarf wird ein Gaskessel eingesetzt. ge und einen Mehrtagesspeicher. Mit einem Gasmotor-BHKW (50 kW / 100 kW ) ist eine Laufzeit von Damit auch einige Tage schlechter Witterung im Sommer bzw. der el th etwa 6.500 h/a zu erwarten. Es werden 650 MWh/a Wärme erzeugt. Übergangszeit überbrückt werden können, wird eine Kollektorfläche Dies entspricht einem Wärmeanteil von 70%. Die Spitzenlast wird von 700 m² und ein Speichervolumen von 100 m³ vorgesehen. Damit durch einen Gaskessel mit 300 kW gedeckt. werden 25% des Gesamtwärmebedarfs gedeckt. Die restliche Wärme Die elektrische Leistung des BHKW’s beträgt 50 kW . Der erzeugte wird durch einen Gaskessel von 400 kW bereit gestellt. el Strom von ca. 325 MWh/a wird ins öffentliche Netz eingespeist. Die Eine mögliche Aufstellung der Solarkollektoren ist auf den Carports. Vergütung erfolgt nach dem KWK-Gesetz. Die Einspeisevergütung Der Mehrtagesspeicher muss aufgrund seiner Größe außerhalb der beträgt mit 9 ct/kWh (siehe Variante B3) ca. 30 T€ pro Jahr . Heizzentrale aufgestellt werden. Möglichkeiten der Integration siehe Die Gesamtinvestitionen für die Heizzentrale betragen ca. 230 T€. Bild 12. Hinzu kommen Kosten in der Höhe von 410 T€ für das Nahwärmenetz und die Übergabestationen. Somit betragen die Gesamtinvestitionen Die Investitionskosten betragen für die Heizzentrale incl. der gesamten ca. 640 T€. Anlagentechnik 450 T€. Darin enthalten sind die Kosten für die Solaranlage incl. Pufferspeicher und Solarleitungen in Höhe von 275 T€. Variante C3: Pflanzenöl-BHKW und Pflanzenöl-Spitzenkessel Zusammen mit den Kosten für das Nahwärmenetz und die Übergabestationen in Höhe von 410 T€ ergeben sich Gesamtinvestitionskosten Wie bei der vorherigen Variante wird die Grundlast durch ein BHKW von 860 T€. Die Förderung durch das Programm Solarthermie (75 kW / 105 kW ), die Spitzenlast durch einen zusätzlichen Ölkessel 2000plus beträgt ca. 83 T€ für die Solaranlage. el th (300 kW) abgedeckt. Als Brennstoff dient Pflanzenöl, durch dessen Einsatz die CO2-Emissionen drastisch reduziert werden. Anstelle des Gasanschlusses wird bei dieser Variante ein Öltank mit ca. 50 m³ Volumen benötigt.

Die Einspeisevergütung beträgt nach EEG (Strom aus Biomasse) und dem KWK- und NaWaRo-Bonus bei einer Inbetriebnahme vor 2010 185 €/MWh. Daraus ergibt sich bei einer Stromerzeugung von ca. 490 MWh/a eine Einspeisevergütung von ca. 90 T€ pro Jahr

Bild 12: Thermische Solaranlagen und architektonische Integration von Wär- Die Investitionskosten für die Heizzentrale werden auf ca. 315 T€ gemespeichern schätzt. Hinzu kommen Kosten von 410 T€ für das Nahwärmenetz und die Übergabestationen, womit sich Gesamtkosten von 725 T€ ergeben.

Ergänzung zu diesem Kapitel: Bild 14 zeigt diese Investitionskosten aller untersuchten Varianten im Das östliche Quartier (Baufelder 9-11) sollte ebenfalls auf seine Eig- Vergleich. Aus der Gegenüberstellung sind folgende Aussagen abzunung für solare Versorgung untersucht werden. Dabei ist die Unter- leiten: bringung der Kollektoren auf dem Lärmschutzwall einzubeziehen: - Die höchsten Mehrinvestitionen für effiziente und innovative Wär- Dieses Quartier ist von der Anzahl der Gebäude vergleichbar mit dem meerzeugungsanlagen entstehen bei kleinen, dezentralen Anlagen. oben beschriebenen. Der Anteil der freistehenden Häuser ist etwas Hier können sich die Kosten mehr als verdoppeln. höher, was den Aufwand für die Wärmeverteilung erhöht. Die erforder- - Die gemeinsame Wärmeversorgung für eine Reihenhauszeile führt liche Kollektorfläche ist mit 820 m² um ca. 15% höher als in der obigen zu enormen Einsparungen bei den Wärmeerzeugern bei nur gerin- Betrachtung. Insgesamt sind die Ergebnisse direkt auf das östliche gem Aufwand für die Wärmeverteilung. Quartier übertragbar. - Zentrale Versorgungseinheiten mit Gas-BHKW oder Pelletskessel sind nicht oder nur geringfügig teurer als eine dezentrale Wärmeer- Die Aufstellung von Kollektoren auf einem Lärmschutzwall wurde in zeugung mit Gas. der Vergangenheit an mehreren Standorten umgesetzt, z.B. in Ne- - Der Einsatz von Solaranlagen führt zu einer spürbaren Erhöhung ckarsulm und in Crailsheim. Die folgenden Bilder zeigen die Aufstel- der Investitionen. lung der Kollektoren:

25

20

suaH

orp

15

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ni

nenoititsevnI

10

Bild 13: Aufstellung von Kollektoren auf einem Lärmschutzwall 5

0

A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts

2

3

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BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp

BHK W (Erdgas) C1 Pel

2 Pellets + So B l

4 Pellets + So A la

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In

v estitionskosten beziehen sich

ohne MWSt., mit Planungskosten

C le

auf unterschiedlich große Versorgungseinheiten. Um sie vergleichbar zu machen, werden sie alle auf die Kosten pro Haus umgerechnet.

Bild 14: Investitionskosten für Wärmeerzeugung

Die beschriebenen Förderprogramme decken nur einen geringen Be- 4.000 trag der Investitionen ab. Berücksichtigt wurden:

• BAFA, Marktanreizprogramm (neue Förderrichtlinien ab 2.8.07): 3.500

suaH

Pelletskessel: 1.500 € 3.000 Solaranlagen: 60 €/m²,

orp

a/€

• Solarthermie 2000plus: 2.500

ni

netsoktmasegserhaJ

Solaranlagen >100 m²: 30% der Investitionen 2.000

1.500 Lediglich bei den Varianten A3, A4 und C4 ergibt sich daraus eine Förderung von mehr als 1.000 € pro Haus (bis zu 1.900 € bei Variante 1.000 A4 und 1.400 € bei Variante C4). 500

Die Jahresgesamtkosten (nach VDI 2067) setzen sich zusammen aus 0 d - en v K o a n p i 5 ta % lk ) o sten (ermittelt aus den Investitionen bei einem Zinssatz A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts 4 Pellets + So A la 5 r Erdsonden- WP B1 Pelle B ts 2 Pellets + S B ol 3 a r BHK W (Erdgas) C1 Pe C lle 2 t s BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp

ohne MWSt., mit Planungskosten

• den Kosten für Instandsetzung, Wartung und Betrieb

Bild 15: Vergleich der Jahresgesamtkosten

• den Energiekosten

• und ggfs. den Erlösen für den im BHKW erzeugten Strom.

• Die gemeinsame Zentrale für eine Hauszeile stellt sich fast durch-

gängig als nicht teurer dar als die konventionelle Wärmeversorgung.

Die Berechnungen basieren zunächst auf den jetzigen Investitionskosten sowie den aktuellen Energiepreisen. Sie geben somit die aktuelle Kostensituation wieder.

• Die kostengünstigste Art der zentralen Versorgung ist die mit Holz-

pellets oder einem Gas-BHKW.

• Der Einsatz eines Pflanzenöl-BHKW's führt zu sehr hohen Energie-

kosten, der jedoch eine hohe Einspeisevergütung gegenübersteht (nach EEG gesichert über 20 Jahre). Trotzdem ergeben sich bei Versorgung mit Pflanzenöl die höchsten Gesamtkosten aller zentralen Varianten).

Die beschriebenen Förderprogramme haben nur einen geringen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit. Die Jahreskosten reduzieren sich um höchstens 150 €/a (bei absoluten Kosten von etwa 2.000 €/a).

3.500

5.000

4.500

3.000

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4.000

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3.500

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netsoktmasegserhaJ

netsoktmasegserhaJ

2.500

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500

0 A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts 4 Pellets + So A la 5 r Erdsonden- WP B1 Pelle B ts 2 Pellets + S B ol 3 a r BHK W (Erdgas) C1 Pe C lle 2 ts BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp

0 ohne MWSt., A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts 4 Pellets + So A la 5 r Erdsonden- WP B1 Pelle B ts 2 Pellets + S B ol 3 a r BHK W (Erdgas) C1 Pe C lle 2 t s BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp mit Planungskosten

ohne MWSt., mit Planungskosten

Bild 16: Jahresgesamtkosten mit Einbeziehung der Förderung

Bild 17: Jahresgesamtkosten mit um 50% höheren Energiepreisen

Die Kapitalkosten bleiben im Laufe der Nutzungszeit einer Anlage annähernd konstant, auch die Kosten für Instandsetzung, Wartung und Betrieb steigen üblicherweise nur im Rahmen der allgemeinen Preisentwicklung. Als Unsicherheitsfaktor besteht v.a. die Entwicklung der Energiepreise. Energiesysteme, die weniger Energie verbrauchen oder prinzipiell kostengünstigere Energieträger verwenden, sind demnach weniger anfällig gegenüber Energiepreisansteigerungen.

Untersuchungen für andere Energiestandards:

Die Kosten der bisherigen Berechnungen basieren auf dem Wärmeschutzstandard "KfW 60". In einem weiteren Schritt wurden dieselben Berechnungen für alle in Kap. 1.1 genannten Wärmeschutzstandards durchgeführt. Dazu wurden die jeweiligen Bedarfswerte aus Bild 1 verwendet. Außerdem wurden die Investitionskosten an den geänderten Heizleistungsbedarf angepasst. Für einige Anlagenteile bleiben die Kosten unverändert:

• Die Investitionskosten für dezentrale Anlagen im EFH sind meist

unabhängig vom Leistungsbedarf, da ohnehin der kleinste zur Verfügung stehende Wärmeerzeuger gewählt wird (Gas- oder Pelletskessel mit ca. 10 kW). Solaranlagen für die WW-Bereitung sind nicht vom Wärmeschutzstandard, sondern vom WW-Bedarf abhängig. Lediglich bei der Variante Wärmepumpe (A5) ergeben sich

Mit den geänderten Investitionskosten (Bild 18) wurden die entsprechenden Jahresgesamtkosten (Bild 19) neu berechnet:

Kostenänderungen durch die Anpassung der Erdsondenlänge und der WP-Leistung.

• Geändert wurden die Kosten für die meisten Komponenten in den

Heizzentralen. Dies gilt für das BHKW nur zum Teil, da dessen Leistung nicht durch die erforderliche Heizleistung, sondern durch die 50 kW-Grenze des KWK-Gesetzes festgelegt wurde.

3,0

2,5

• Nicht geändert wurden auch die zentralen Solaranlagen, da ihre

]a/€T[

Auslegung im Wesentlichen durch den WW-Bedarf bestimmt wird, der sich nicht verändert.

2,0

netsoktmasegserhaJ

• Für den Passivhausstandard wurde lediglich die zentrale Versor-

1,5

gung in die Betrachtung einbezogen. Für eine dezentrale Versorgung ist eine Vielzahl von Systemen verfügbar, die zudem in sonstige Haussysteme (z.B. Lüftung) integriert sind, so dass verlässliche Kostenangaben allein auf Basis von Gebäudetypologien nicht möglich sind.

1,0

0,5

0,0 A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts

25

BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp

BHK W (Erdgas) C1 Pel

4 Pellets + So A la

2 Pellets + So B l

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Kosten pro EFH ohne MWSt., mit Planung

3 a r

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20

Bild 19: Jahresgesamtkosten bei unterschiedlichen Wärmeschutzstandards

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15

Der geänderte Wärmebedarf und die geänderten Kapitalkosten führen zu folgenden Änderungen gegenüber den ursprünglichen Berechnungen für den Wärmeschutzstandard KfW 60 (rot):

nenoititsevnI

10

5

Wärmeschutz nach EnEV (gelb): Die Wärmeversorgungskosten liegen etwa 10 bis 15% höher. (Zu berücksichtigen ist auch, dass der Aufwand für den Wärmeschutz je nach Gebäudetyp etwa 1 bis 5 T€ geringer ist als beim Standard KfW 60.) Wärmeschutz nach KfW 40 (grün): Die Wärmeversorgungskosten liegen etwa 5 bis 10% niedriger. (Der Mehraufwand für den besseren Wärmeschutz beträgt etwa 5 bis 10 T€ pro Gebäude.) Passivhausstandard (blau): Die Wärmeversorgungskosten liegen etwa 20 bis 30% niedriger als bei Standard KfW 60.

0 A1 Gas A2 Gas + Solar A3 Pelle A ts

BHK W (Erdgas) C1 Pel

BHK W (Erdgas) C4 Solar MT-Sp

4 Pellets + So A la

2 Pellets + So B l

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2 ts

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Kosten pro EFH ohne MWSt., mit Planung Bild 18: Investitionskosten bei unterschiedlichen Wärmeschutzstandards (mit Förderung)

Eine wesentliche Änderung der Kostenrelation zwischen den einzelnen Varianten ist nicht zu erkennen. Damit ändert sich nichts an den bereits für den Standard KfW 60 getroffenen Grundaussagen.

• Mit Holz (und ergänzend Sonne) als Energieträger (A3+4; B1+2;

C1) wird der Primärenergiebedarf gegenüber der Referenzvariante um 70-75% reduziert.

• Mit einem BHKW als Grundlastwärmeerzeuger (B3; C2) lässt sich

der Primärenergiebedarf um 30-35% reduzieren.

• Mit einer dezentralen Solaranlage (A2) reduziert sich der PE-Bedarf

2.4. Ökologische Bewertung

um etwa 15%. Das gleiche Ergebnis wird erreicht mit einer deutlich größer dimensionierten zentralen Anlage (C4), allerdings bei geringeren Kosten.

Eine ökologische Bewertung erfolgt meist nach den Faktoren CO - 2 Emissionen oder Primärenergiebedarf. Da die Zielgröße der EnEV und der KfW-Energiestandards jeweils der Primärenergiebedarf ist, wird dieser in der folgenden Bewertung betrachtet. Die CO -Emissionen 2 korrelieren ungefähr mit denen der Primärenergie, so dass sich im Vergleich der Varianten ähnliche Ergebnisse einstellen. Bild 20 zeigt den Primärenergiebedarf bei allen untersuchten Versorgungsvarianten bei einem Wärmeschutz gemäß KfW 60-Standard.

• Die dezentrale Erdsonden-Wärmepumpe (A5) reduziert den PE-

Bedarf um ca. 25%.

• Mit einem Pflanzenöl-BHKW ergibt sich rechnerisch ein negativer

Wert, in der tatsächlichen Bewertung ein Ergebnis von 0. Dies resultiert aus der Tatsache, dass ein erneuerbarer Brennstoff eingesetzt wird, mit dem auch noch Strom erzeugt wird, d.h. an anderer Stelle der Einsatz fossiler Brennstoffe ersetzt wird.

100

80

aNA²m/hWk

Ebenso wie die Kosten wurde auch der PE-Bedarf für alle in Kap. 1.1 beschriebenen Wärmeschutzstandards ermittelt. Bild 21 zeigt, welcher Primärenergiebedarf bei unterschiedlicher Art der Wärmeerzeugung in Verbindung mit den 4 verschiedenen Wärmeschutzstandards erreicht werden kann.

60

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fradebeigrenerämirP

40

20

Anmerkung: Die zu Grunde liegenden Berechnungen wurden für einen Mix aus freistehenden EFH, Doppel- und Reihenhäusern durchgeführt. Die Bedarfswerte für freistehende EFH sind in der Regel deutlich höher als für die kompakteren Reihenhäuser. Das bedeutet, dass es vorkommen kann, dass bei gleichem Wärmeschutzstandard und gleicher Wärmeversorgung z.B. ein Reihenhaus einen angestrebten Standard erreicht, ein freistehendes EFH aber nicht.

0

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-20

-40

A A A4 A5 E B2 B3 B C2 B C

Bild 20: Primärenergiebedarf bei Wärmeschutz gemäß KfW 60 (bezogen auf die Nutzfläche A ) N

der KfW 60-Standard nur erreicht werden, wenn zusätzliche Maßnahmen wie z.B. ein nochmal deutlich verbesserter Wärmeschutz, zur Anwendung kommen.

120

100

]aNA²m/hWk[

• Etwas günstigere Werte als mit Solaranlage ergeben sich beim

80

dezentralen Einsatz einer Wärmepumpe. Aber auch hier werden zusätzlich zu den Mindestanforderungen an den Wärmeschutz weitere Einsparmaßnahmen erforderlich.

ni

60

fradebeigrenerämirP

40

20

Neben den energetischen und wirtschaftlichen Aspekten einer Wärmeversorgung gibt es eine Reihe von weiteren Faktoren, die eine Entscheidung für ein bestimmtes System beeinflussen. Diese sind in der folgenden Tabelle gegenübergestellt:

0

.fizeps

Wärmeschutz nach EnEV

Wärmeschutz entspr. KfW 60 Wärmeschutz entspr. KfW 40 Passivhausstandard

-20

-40

A A2 A4 Pel A5 Erd B2 Pel B3 BHK C2 BHK C4 S

Bild 21: Primärenergiebedarf (bezogen auf die Nutzfläche A ) N

Für die angestrebten Energiestandards KfW 60 bzw. 40 bedeutet dies:

• Mit Holz als Brennstoff (A3, A4, B1, B2, C1) sind ohnehin nur die

Anforderungen an die Gebäudehülle (H ') zu erfüllen, so dass sich T bei entsprechendem Wärmeschutz keine weiteren Schwierigkeiten bei der Umsetzung erhöhter Energiestandards ergeben. Gleiches gilt bei Wärmeversorgung auf der Basis von Pflanzenöl (C3).

• Bei Versorgung mit Gas-BHKW (B3, C2) wird mit dem jeweiligen

Wärmeschutzstandard rechnerisch der KfW 60-Standard erreicht, der KfW 40-Standard jedoch verfehlt. Laut Aussage der KfW gilt aber auch hier, dass bei KfW 60 und KfW 40 nur die Anforderungen an die Hülle (H ') einzuhalten sind, sofern der Anteil der Wärme aus T dem BHKW mehr als 70% beträgt. Dies kann bei üblicher BHKW- Auslegung erfüllt werden.

• Bei einer Wärmeversorgung auf Basis von Solaranlagen in Kombi-

nation mit herkömmlicher Wärmeerzeugung mit Gas (A2, C4) kann

Abb.22 Vergleich von Energieversorgungsvarianten

Teil 3 Anhang

1. Definition der Begriffe

Energiebilanz Um während der Heizperiode eine defi nierte Temperatur aufrechtzuerhalten, muss dem Gebäude Energie zugeführt werden. Ein Teil dieser Energie kommt von außen durch die Sonneneinstrahlung sowie aus internen Wärmequellen wie Beleuchtung, Personen und Abwärme von Geräten. Die Gebäudehülle verliert über Transmissionsverluste Wärme, durch den Sauerstoffbedarf im Wohnrauminneren lassen sich Lüftungswärmeverluste nicht vermeiden. In der Heizwärmebilanz werden die Wärmegewinne mit den Wärmeverlusten verrechnet. Die Heizenergiebilanz ist von einer Vielzahl städtebaulicher, bauphysikalischer, formspezifi scher, nutzerspezifi scher und äußerer Einfl ussgrößen bestimmt.

Wärmeverluste Der Wärmeverlust eines Gebäudes setzt sich aus dem Transmissionswärmeverlust und Lüftungswärmeverlusten zusammen. Die Verluste sind sowohl von äußeren Faktoren wie Klima und Nutzerverhalten, als auch von gebäudespezifi schen Vorraussetzung, wie Dämmstandard und Lüftungseinrichtung sowie Oberfl ächen/Volumen Verhältnis abhängig.

Transmissionswärmeverlust defi niert den Wärmestrom durch die Außenbauteile je Grad Kelvin Temperaturdifferenz. Ursächlich für den Wärmeverlust ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Gebäudeinneren und seiner Umgebung. Der Transmissionswärmeverlust wird von der Außenoberfl äche A, über die Abb. 1 das Gebäude Energie verliert, und durch den baulichen Wärmeschutz Energiehaushalt Quelle: Arbeitsgemeinschaft Ziegel, EnEV Energiesparverordnung U bestimmt (H = A x U x (T x T) ) T i a

Wärmedurchgangskoeffizient nergie ganz direkt und ohne Umwege. Die passive Nutzung der Sonne Maß für den baulichen Wärmeschutz. Der U-Wert gibt den stündlichen ist die einfachste und wirksamste Form des solaren Bauens. Das Haus Wärmestrom durch ein Bauteil mit einem m² Oberfl äche bei einem und seine Elemente werden als solares System betrachtet. Die rich- Grad Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außenseite an (Einheit tige Ausrichtung und Dimensionierung der Fensterfl ächen, sowie der W/m²K). Je kleiner der U-Wert, desto geringer ist der Wärmestrom Wärmedurchgangsgrad g der Fenster sind beeinfl ussende Faktoren für durch ein Bauteil und somit der Wärmeverlust. Bei homogenen Bautei- die Energiebilanz. Durch eine sorgfältige Abstimmung dieser Faktoren len ist der U-Wert umgekehrt proportional zur Bauteildicke, Verdopp- kann die Sonnenwärme effi zient aufgenommen und gespeichert werlung der Bauteildicke halbiert den Wärmestrom. den und das Licht optimal eingesetzt werden.

Lüftungswärmeverlust HV Interne Wärmequellen Der Lüftungswärmeverlust bilanziert die durch den Luftaustausch ver- Unter internen Wärmequellen versteht man die im Gebäude freigesetzlorene Wärmemenge. Der Luftaustausch ist primär notwendig, um die te Abwärme aus Energieumwandlungsprozessen, die nicht primär zur im Gebäude durch Atemluft, Pfl anzen und heißes Wasser freigesetz- Beheizung des Gebäudes bestimmt sind. Hierzu zählen die Körperte Luftfeuchtigkeit abzutransportieren und Bauschäden zu vermeiden. wärme von Personen (60-120 W je Person), die bei Stromverbrauch Der Luftaustausch wird durch die Luftwechselrate ß quantifi ziert. Diese in Wärme umgesetzte Energie (Elektrogeräte, Kühlschränke….) und gibt an, wie oft das Luftvolumen VL eines Raumes je Stunde ausge- die Abwärme beim Kochen. Die zur Erzeugung von Warmwasser auftauscht wird. (H = V x ß x 0,34 x (T-T) ). Zur Abführung von Luft- gewandte Energie kann nur zu einem kleinen Teil hinzugerechnet wer- V L i a feuchtigkeit und Gerüchen müssen im Mittel pro Stunde 50% - 80% den, weil die Wärme nicht im Gebäude verbleibt, sondern überwiegend der Luftmenge des Gebäudes ausgetauscht werden. Der Anteil an Lüf- in die Kanalisation abgeführt wird. tungswärmeverlusten liegt bei gut wärmegedämmten Gebäuden mit manueller Lüftung bei über der Hälfte der gesamten Wärmeverluste. Durch die Dichtigkeit des Gebäudes und kontrollierte Wohnraumlüf- Jahres Heizenergiebedarf Q h tung mit Wärmerückgewinnung können eine Verluste weiter deutlich Berechnete Energiemenge, die der Heizung, Lüftung sowie der Warmreduziert werden. wasserbereitung bereitgestellt werden muss, um die festgelegte Rauminnentemperatur und die Erwärmung des Warmwassers über Wärmegewinne das ganze Jahr sicherzustellen. Diese Energiemenge bezieht die für Setzen sich durch solare Gewinne und interne Wärmegewinne zusam- den Betreib der Anlagentechnik (Pumpen, Regelung..) benötigte Hilfsmen. Solare Gewinne sind stark abhängig von klimatischen und klein- energie mit ein. klimatischen Faktoren und der städtebaulichen Struktur. Die Schnittstelle Fassade spielt ebenfalls eine erhebliche Rolle. Jahres-Primärenergiebedarf Jährliche Energiemenge, die zusätzlich zum Energieinhalt des Brenn- Solare Gewinne Q stoffes und der Hilfsenergien für die Anlagentechnik unter Berück- S Wärmegewinne aus diffuser und direkter Sonneneinstrahlung auf die sichtigung der für die jeweiligen Energieträger geltenden Primärener- Bauteile eines Gebäudes. Die Fassade eines Gebäudes bildet ein giefaktoren auch die Energiemenge einbezieht, die für Gewinnung, höchst effi zientes passives Solarsystem. Das Gebäude mit seiner Plat- Umwandlung und Verteilung der jeweils eingesetzten Brennstoffe (vorzierung, seiner Geometrie, und Bauelementen gebraucht die Sonnene- gelagerte Prozessketten außerhalb des Gebäudes) erforderlich ist.

Transmissionswärmeverlust Q = A . U . t . ∆θ B Bauteil Bauteil

U (W/m²K)

2-Scheiben Wärmeschutzglas 1.4

3-Scheiben 0.5

EnEV Wand <0.35

NEH Wand <0.25

Passivhaus Wand <0.15

A Fläche Bauteil [m²] Bauteil U U-Wert Bauteil [W/m²K] Bauteil ∆θ Temp.diff. innen-außen [K] t Zeit [h]

Lüftungswärmeverlust Q = V . c . t . ∆θ . n Luft Raum Luft V Raumvolumen [m³] Raum c Wärmekapazität Luft 0.34 [W/m³K] Luft h ∆θ Temp.diff. innen-außen [K] n Luftwechselzahl t Zeit [h]

n (h-1)

Fenster u. Türen geschl. 0-0.5

Fenster gekippt 0.3-1.5

Fenster halb offen 5-10

Fenster ganz offen 10-15

Fe. u. Türen offen >40

Solare Gewinne Q = 0,024 . θ . t S,M S,M M F Verschattung s g Energiedurchlassgrad Verglasung F Abminderungsfaktor So.Schutz c f Verglassungsanteil Fassade t Zeit [h]

g

2-Scheiben Wärmeschutzglas 0.6

3-Scheiben 0.4

2-Scheibern Sonnenschutz 0.3

Interne Wärmegewinne W/m²

Q nach EnEV 5 W/m² i

Abb. 2 Gewinne und Verluste, beispielhafte Darstellung der Bezugswerte Quelle: G.A.S.,Stuttgart 2007

Die Primärenergie kann auch als Beurteilungsgröße für ökologische Beheizte Wohnfl äche Kriterien, wie z.B. CO -Emission, herangezogen werden, weil damit 2 der gesamte Energieaufwand für die Gebäudebeheizung einbezogen Die Wohnfl äche kann nach § 44 Abs. 1 der für den preisgebundenen wird. Der Jahres-Primärenergiebedarf ist die Hauptanforderung der Wohnraum geltenden II. Berechnungsverordnung ermittelt werden. Sie Energieeinsparverordnung. Energiemenge, die den Anlagen für Hei- bezieht nur die wirklich innerhalb der Wohnung genutzten Flächen ein zung, Lüftung, Warmwasserbereitung und Kühlung zur Verfügung ge- und ist in der Regel kleiner als die nach physikalischen Gesichtspunkstellt werden muss, um die normierte Rauminnentemperatur und die ten ausgerechnete Gebäudenutzfl äche im Sinne der Energieeinspar- Erwärmung des Warmwassers über das ganze Jahr sicherzustellen. verordnung. Diese Energiemenge bezieht die für den Betrieb der Anlagentechnik (Pumpen, Regelung, usw.) benötigte Hilfsenergie ein. Beheiztes Gebäudevolumen (V ) e Endenergie Das beheizte Gebäudevolumen (Ve) ist das an Hand von Außenmaßen Die Endenergie wird an der „Schnittstelle“ Gebäudehülle übergeben ermittelte, von der wärmeübertragenden Umfassungs- oder Hüllfl äche und stellt somit die Energiemenge dar, die dem Verbraucher (im all- eines Gebäudes umschlossene Volumen. Dieses Volumen schließt gemeinen dem Eigentümer) geliefert und mit ihm abgerechnet wird. mindestens alle Räume eines Gebäudes ein, die direkt oder indirekt Der Endenergiebedarf ist deshalb eine für den Verbraucher besonders durch Raumverbund bestimmungsgemäß beheizt werden. Es kann interessante Angabe. Er muss vor diesem Hintergrund im Energiebe- deshalb das gesamte Gebäude oder aber nur die entsprechenden bedarfsausweis getrennt nach verwendeten Energieträgern angegeben heizten Bereiche einbeziehen. werden; bei Wohngebäuden kann er neben der auf die Gebäudenutzfl äche bezogenen Angabe und dem absoluten Wert (Gesamtbedarf für das Gebäude) auch auf die Wohnfl äche bezogen angegeben werden Wärmeübertragende Umfassungsfl äche (A) (freiwillige Angabe). Der auf die Wohnfl äche bezogene Bedarfswert ist in der Regel höher als der entsprechende, auf die Gebäudenutzfl äche Auch Hüllfl äche genannt. Sie bildet die Grenze zwischen dem beheizten bezogene Wert, weil die Wohnfl äche in der Regel kleiner ist als die Innenraum und der Außenluft, nicht beheizten Räumen und dem Erd- Gebäudenutzfl äche. reich. Sie besteht üblicherweise aus Außenwänden einschließlich Fenster und Türen, Kellerdecke, oberster Geschossdecke oder Dach. Die- Bezugsflächen se Gebäudeteile sollten möglichst gut gedämmt sein, weil über sie die Bezugsfl ächen und Rauminhalte (geometrische Angaben) Wärme aus dem Rauminneren nach Außen dringt. Die Gebäudenutzfl äche (A ) der EnEV 2002-2004 beschreibt die im N beheiztem Gebäudevolumen zur Verfügung stehende nutzbare Flä- Anlagenaufwandszahl e p che. Sie wird aus dem beheizten Gebäudevolumen unter Berücksich- Sie beschreibt die energetische Effi zienz des gesamten Anlagensytigung einer üblichen Raumhöhe im Wohnungsbau abzüglich der von stems über Aufwandszahlen. Die Aufwandszahl stellt das Verhältnis Innen- und Außenbauteilen beanspruchten Fläche ermittelt. Sie ist in von Aufwand zu Nutzen (eingesetzter Brennstoff zu abgegebener Wärder Regel größer als die Wohnfl äche, da z.B. auch indirekt beheizte meleistung) dar. Je kleiner die Zahl ist, um so effi zienter ist die Anlage. Flure und Treppenhäuser einbezogen werden. Die Aufwandszahl schließt auch die anteilige Nutzung erneuerbarer

Energien ein. Deshalb kann dieser Wert auch kleiner als 1,0 sein. Bei der hier angegebenen „Anlagenaufwandszahl“ ist die „Primärenergie“ einbezogen. Die Zahl gibt also an, wie viele Einheiten (kWh) Energie aus der Energiequelle (z. B. einem Erdgaskessel) gewonnen werden müssen, um mit der beschriebenen Anlage eine Einheit Nutzwärme im Raum bereitzustellen.

Wärmebrücke Wärmebrücken sind Zonen der Außenbauteile, bei denen gegenüber der sonstigen Fläche ein besonders hoher Wärmefl uss auftritt. Neben geometrischen gibt es insbesondere konstruktive Wärmebrücken, die an Bauteilanschlüssen auftreten. An diesen Stellen können sich im Übrigen die raumseitigen Oberfl ächentemperaturen abkühlen und so Grundlage für eine eventuelle Schimmelpilzbildung sein. Wärmebrücken müssen deshalb besonders konstruktiv behandelt und energetisch optimiert werden.

Dichtheit Gemeint ist die Dichtheit der wärmeübertragenden Umfassungsfl äche. Sie soll sicherstellen, dass der Austausch der Raumluft nicht unkontrolliert aufgrund der Wind- und Luftdruckverhältnisse, sondern gezielt nach hygienischen Erfordernissen oder sonstigen Bedürfnissen (z. B. Behaglichkeit, gesundes Raumklima) erfolgen kann. Unerwünschte Luftwechsel über Bauteilfugen sind nicht nur zusätzliche Energieverluste, sie können auch zu Bauschäden führen, wenn sich durch warme, feuchtigkeitsgeladene Luft in kalten Bauteilschichten Tauwasser bildet. Die Lüftung eines Gebäudes wird durch eine nach demStand der Technik dichte Ausführung nicht beeinträchtigt; sie kann nur durch gezieltes, wohldosiertes Öffnen der Fenster oder durch Lüftungsanlagen sichergestellt werden.

Quelle: Allgemeine Verwaltungsvorschrift zu § 13 der Energieeinsparverordnung

2. Defi nition von Standards - PE-Bedarf für Heizung und WW-Bereitung (kWh/m²A )

Na

• mittlerer U-Wert (H ‘) der Gebäudehülle (W/m²K) (s. Bild 1.)

T

Energiestandards dienen dazu, die gesamtenergetische Qualität eines Bei Gebäuden, die zu mehr als 70% mit erneuerbaren Energien oder Gebäude einzuordnen. Maßstab und Hilfsmittel dazu ist meist die aus Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) versorgt werden, ist nur die Anforderzeit geltende Energieeinsparverordnung (EnEV) bzw. ihr Berech- derung an H ‘ zu erfüllen. T nungsverfahren. Diese Anforderungen sind gesetzliche Mindestanforderungen für neue Gebäude und sind unbedingt einzuhalten. Folgende Energiestandards sind gegenwärtig in Verwendung: Als erhöhte Anforderung kann ein Primärenergiebedarf von x% unter (Mindest)anforderungen nach EnEV: EnEV festgelegt werden.

EnEV-Standard

Die EnEV stellt, in Abhängigkeit vom A/V-Verhältnis, d.h. von der Geo- Niedrigenergiehaus (NEH) metrie eines Gebäudes, Anforderungen an den: Eine eindeutige und allgemein anerkannte Defi nition dafür existiert nicht. Meist entstanden mit jeder neuen Wärmeschutzverordnung neue Defi nitionen für das NEH. Dieses hatte dann jeweils die gesetzlichen Anforde-

160

1,20

rungen zu unterbieten. Folgende Defi nitionen „kursieren“:

140

1,05

• Ein Gebäude mit einem Heizwärmebedarf von weniger als 70

]a²m/hWk[

120 kWh/m²a (bei EFH) bzw. 55 kWh/m²a (bei MFH). Bezugsfl äche

0,90

]K²m/W[

ist hier die Wohnfl äche! (u.a. verwendet in Österreich und 100 vom Passivhaus-Institut Darmstadt).

0,75

'TH

fradebeigrenerämirP

• Zu Zeiten der Wärmeschutzverordnung `95, die bis Anfang

treW-U

80 2002 gültig war, hatte ein NEH einen Heizwärmebedarf von

0,60

25% unter den Anforderungen.

60 - Die Gütegemeinschaft Niedrigenergie-Häuser e.V. fordert von

rerelttim

0,45

einem NEH einen mittleren U-Wert H ‘ (nach EnEV), der 30% T unter den Mindestanforderungen liegt. Diese Anforderung ist

40

0,30

identisch mit der, die die KfW an die Gebäudehülle beim Energiesparhaus 60 stellt.

20

0,15

Abb. 4 Zulässige Werte für PE und H‘ nach EnEV T Quelle: EGS-plan

0

0,00

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

A/V-Verhältnis [m-1]

Energiesparhaus 60 (nach KfW*) - hochwertiger Wärmeschutz mit Dämmstoffdicken von 25 bis Ein Energiesparhaus 60 („KfW 60-Haus“) weist einen Primärenergie- 40 cm in den Außenbauteilen bedarf von maximal 60 kWh/m²A , ermittelt nach dem Rechenverfah- - 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung N ren der EnEV, auf. Zudem ist der maximal zulässige Wert H ‘ um 30% - besondere Sorgfalt hinsichtlich Luftdichtheit und Reduzierung T zu unterschreiten. Diese Anforderungen sind bei größeren Gebäuden von Wärmebrücken in der Regel leichter zu erreichen als bei kleinen, da bei ihnen zum - kontrollierte Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung einen das A/V-Verhältnis und damit die spezifi schen Verluste über die Gebäudehülle geringer sind. Zum anderen werden mit dem geringeren Bei allen Standards, die Anforderungen an absolute Werte (z.B. A/V-Verhältnis die Anforderungen an die Gebäudehülle geringer. Die Heizwärme oder Primärenergie) stellen, sind die Anforderungen bei Defi nition dieses Energiestandards beruht auf einem Förderprogramm kleineren, weniger kompakten Gebäuden bedeutend schwerer zu erder KfW, die für derartige Gebäude zinsgünstige Darlehen vergibt. füllen als bei großen, kompakten Gebäuden.

160

1,20

Energiesparhaus 40 (nach KfW*)

Ein Energiesparhaus 40 („KfW 40-Haus“) weist einen Primärenergie- 140 bedarf von maximal 40 kWh/m²A , ermittelt nach dem Rechenverfah- N ren der EnEV, auf. Zudem ist der maximal zulässige Wert H T ‘ um 45% 120 zu unterschreiten. Dieser Standard erfordert Maßnahmen, die im Einzelfall nahe an denen für ein Passivhaus sein können.

1,05

]a²m/hWk[

0,90

]K²m/W[

100

0,75

'TH

fradebeigrenerämirP

treW-U

80

0,60

Bei beiden KfW-Energiesparhäusern gilt ebenfalls: Bei Gebäuden, die zu mehr als 70% mit erneuerbaren Energien oder

rerelttim

60

0,45

aus Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) versorgt werden, ist nur die (erhöhte) Anforderung an H ‘ (d.h. 30 bzw. 45% unter EnEV-Grenzwert) T 40 zu erfüllen.

0,30

20

0,15

Passivhaus

Ein Passivhaus weist einen Jahresheizwärmebedarf von maximal 15 0

0,00

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

kWh/m²a und einen Primärenergiebedarf für Heizung, WW-Bereitung

A/V-Verhältnis [m-1]

und Haushaltsstrom von maximal 120 kWh/m²a (jeweils bezogen auf Wohnfl äche!) auf (Defi nition und Berechnung nach Passivhaus-Institut Abb. 5 Vergleich der Kennwerte bei EnEV- und KfW 60-Standard Darmstadt). Um diese Werte zu erreichen, sind folgende Maßnahmen Quelle: EGS-plan bzw. Komponenten unabdingbar: *KfW: Kreditanstalt für Wiederaufbau

[ kWh/m²A ] N Winkelbungalows und Einfamilienhäuser fallen durch den hohen Aussenwandanteil (schlechtes A/V-Verhätnis) sehr ungünstig aus. Sehr kompakte Bauformen wie Doppelhäuser, Reihenhäuser und Mehrfamilienhäuser hingegen können mit einem geringeren Dämmstandard angesetzt werden um die Anforderungen zu erfüllen.

Abb. 6 A/V-Verhältnis und abhängige U-Werte die angestrebt werden müssen in Verbindung der Mehrkosten Quelle: G.A.S. 2002

Der Bericht wurde erstellt am 06.08.2007

Dipl. Ing. Jörg Baumgärtner Prof. Dipl. Ing. Georg Sahner BDA / E2D

Dipl.-Ing. Josef Broll

in Steinbeis – Transferzentrum in G.A.S. Sahner- Architekten und Stadtplaner

Energie-, Gebäude- und Solartechnik (STZ-EGS) Ludwigstrasse 57

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