Innovative TGA Feldversuch Karlsruhe-Rintheim

BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 2 F&E innovative Gebäudesanierung Zielsetzung: CO2-Einsparung mit optimalem Kosten/Nutzenverhältnis Vergleichbarkeit von Maßnahmen  90 Wohneinheiten detaillierte messtechnische Begleitung Innovationen: Hülle TGA („Niedrigexergie“) Regelungstechnik Nutzerinfo / Verhaltensbeeinflussung Betriebsoptimierung Copyright "Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt" BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 2

BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 3 Gebäudegrundriss Eingang A A B C BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 3

BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 4 Bestandssituation Gasdurchlauf- erhitzer Kachelofen BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 4

Standardsanierung Volkswohnung Karlsruhe Baukonstruktion Fassade mit Wärmedämmverbundsystem 14 cm WLG 035 Speicherboden 14 cm WLG 035 Kellerdecke 7 cm WLG 035 Kunststofffenster mit Isolierverglasung Uw = 1,3 W/(m²K) Anlagentechnik: Einbau Heizungsanlage (Fernwärme), Wärmeübergabe raumweise mit Plattenheizkörpern Kontrollierte Abluft mit Zuluftelementen im Fensterrahmen Zentrale Warmwasserbereitung Quelle: Volkswohnung Karlsruhe BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 5

Energetische Kennwerte – Bsp. Heilbronner Str. 27 kWh/(m²a) kWh/(m²a) Primary Energy Demand, Block 1, entrance A after Refurbishment Primary Energy Demand, Block 1, entrance A before Refurbishment BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 6

Standardsanierung Volkswohnung Karlsruhe BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 7

Sanierungsvarianten für das Gesamtkonzept C C C B B B A A A BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 8

Sanierungsvarianten – Baukonstruktion Wärmedämmung WLG 021 Vakuumdämmung  = 0,006 W/(mK) Quelle: sto Passivhausfenster Uw = 0,8 W/(m²K) Quelle: Porextherm Quelle: Knauf Quelle: Zumtobel Staff Quelle: Passivhausinstitut Außenliegender Sonnenschutz mit Tageslichtlenkung PCM Platten Es handelt sich dabei nicht um grundsätzlich neue Materialien, sondern eher um den Einsatz bekannter Baustoffe im Wohnungsbau. Um einen geringen Heizenergiebedarf zu erzielen wird bei der Sanierung auf hoch dämmende Baustoffe zurückgegriffen. Für das Bauteil Fenster werden Passivhausfenster also Fenster mit einem U ges von max 0,7 W/m²K eingeplant. Ein Gebäuderiegel wird mit einer Außendämmung aus Vakuumisopaneelen versehen, die Wärmeleitfähigkeit beläuft sich bei diesem Material auf 0,008 W/mK. Die restlichen Dämmmaßnahmen werden lediglich durch die Verwendung von Dämmmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,025 W/mK ertüchtigt. Da die Wohnungen sehr kleine Fensteröffnungen haben und die Aufenthaltsräume daher sehr dunkel wirken, wird in diesem Fall untersucht, ob die Verwendung von Jalousien mit Tageslichtlenkung den gewünschten Effekt erzielen. Untersucht wird, in wie weit sich der Tageslichtquotient und der Stromverbrauch für die künstliche Beleuchtung ändert, für den Nutzer würde sich eine höhere visuelle Behaglichkeit mit geringeren Kosten für den Strom ergeben. Die durchschnittliche Außentemperatur im Sommer ist in den letzten Jahren stetig gestiegen, so dass es häufig zu einer Überhitzung der Räume gekommen ist. Es wurden daher zum Beispiel vom Hersteller Knauf Wand- und Deckensysteme in Trockenbauweise entwickelt, die Latentwärmespeicher enthalten und so zu einer Temperaturbalance im Raum beitragen. Die Platten können aus der Raumluft Energie aufnehmen, wenn die Lufttemperatur 26°C überschreitet. Die aufgenommene Wärmemenge führt zum Schmelzen des mikroverkapselten Parafin. Die Temperatur der Raumluft bleibt konstant bis das gesamte Parafin geschmolzen ist. Durch Senkung der Raumlufttemperatur erstarrt das geschmolzene Paraffin und gibt die Schmelzwärme wieder an die Raumluft ab. Die Verwendung der PCM Platten soll daher zu einem behaglicheren Raumklima beitragen. BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 9

Sanierungsvarianten – Anlagentechnik Dezentrale Heizungspumpen Dezentrale Zuluft (verschiedene Systeme) Quelle: Emco, Schüco Quelle: Kömmerling, Aluplast Quelle: Wilo Dezentrale Lüftung mit Wärmerückgewinnung Quelle: Umweltzentrum Hannover Quelle: Varmeco Beheizung zentral über Lüftung Quelle: Greentec Solar Quelle: Lufttechnik Schmeißer Luftwärmepumpe Bei der Standardsanierung wurden schon elektrische Anschlüsse für die später einzubauenden dezentralen Pumpen vorgesehen. Der Vorteil von dezentralen Pumpen gegenüber konventionellen Thermostatventilen ist, der geringere elektrische Leistungsbedarf, Schnellaufheizung und der bedarfsgerechten Regelung der Vorlauftemperatur. Das größte Problem bei Beistandssanierungen besteht in der mangelnden Lüftung durch die Nutzer. Um diesem Problem vorzubeugen werden bei allen Sanierungen Zwangslüftungen vorgesehen. Zum einen gibt es die ganz einfachen Systeme verschiedener Hersteller. Hier wird die Zuluft lediglich über Schlitz oder Öffnungen im Rahmen zugeführt und über Überströmöffnungen in den Türen im Bad und Küche abgezogen. Für die dezentrale Lüftung mit Wärmerückgewinnung werden Geräte in die Fensterbrüstung oder –sturz eingebaut. Momentan auf dem Markt gibt es diese Geräte vom Hersteller Schüco und EMCO. Das besondere ist hierbei, dass jeder Raum einzeln be- und entlüftet wird und dabei die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie durch einen Wärmeübertrager genutzt werden kann. Im Gegensatz zur dezentralen Lüftung wird auch das System der zentralen Lüftungstechnik eingebaut, auch hier unterscheiden wir zwei Systeme. Zum einen wird die Wärmerückgewinnung inkl. Lüftung zentral im Gebäude aufgestellt und die Wohnungen erhalten dann eine Art Nachheizregister und funktioniert autark. Bei der anderen Variante ist alles zentral und die Regelung der Temperatur wird in den Wohnungen über die Reduzierung des Luftvolumenstromes geregelt. Das besondere an diesem Gerät ist, dass die Vereisung nicht wie üblich durch elektrische Energie behoben wird, sondern durch einen Umluftbetrieb, in dieser Zeit wird zwar den Räumen keine frische Luft zur Verfügung gestellt, der Hersteller garantiert jedoch, dass nach fünf Minuten der Standardbetrieb wieder anlaufen kann. Für das Gebiet wurde zwar im letzten Jahr das Fernwärmenetz ausgebaut, da aber allgemeingültige Sanierungsvorschläge unterbreitet werden sollen, werden diverse Möglichkeiten zur Heizenergiegewinnung eingebaut wie zum Beispiel die Wärmepumpentechnologie. Zum einen wird die WP mit einem Flächenkollektor in Betracht gezogen. Im gesamten Rintheimer Feld wird das Regenwasser versickert und entsprechend sind Rigolen zu erstellen. Diese Rigolen werden jetzt für die Verlegung des Flächenkollektors genutzt. Die Rohre haben eine geringere Wandung, werden mit geringem Druck betrieben und haben so eine höhere Effizienz. Die zweite WP wird von CO2 Erdsonden gespeist, da es sich beim Rintheimer Feld um ein Gebiet der Wasserschutzklasse 3 handelt und andere Medien nicht verwendet werden dürfen. Die Nutzung der Fernwärme wird im Rintheimer Feld obligatorisch vorgesehen, das besondere ist hier die Reduzierung der Fernwärme um eine höhere Effizienz im Fernwärmenetz erzielen zu können. Das zentrale Trinkwarmwasser wird auch nicht wie üblich deutlich über das nutzbare Temperaturniveau erwärmt, sondern im Niedertemperaturbereich von 40°C gehalten. Dies ist möglich da keine größeren Mengen (größer drei Liter) gespeichert werden und somit die Vorgaben für das Trinkwasser trotzdem eingehalten werden. Wärmepumpe mit CO2 Erdwärmesonden Fernwärme mit Temperaturabsenkung Quelle: Heliotherm Niedertemperatur Trinkwarmwasser BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 10

Spezifischer Transmissionswärmeverlust HT‘ Bestand Block 1 saniert Block 2 saniert Block 3 saniert BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 11

BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 12 Wärmebrückenkatalog BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 12

Primärenergiebedarf qP vor und nach Sanierung Vor Sanierung Block 1 Block 2 Block 3 Primärenergieeinsparung A B C A B C A B C A B C BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 13

Gebäudemodell Entwicklungsumgebung Dymola BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 14

Wohnungsmodell Entwicklungsumgebung Dymola BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 15

Messtechnische Untersuchung BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 16

Arbeitspakete des Forschungsvorhabens Beispielhafte Planung der Maßnahmen durch detaillierte Analyse der baukonstruktiven und anlagentechnischen Maßnahmen Unterstützung bei der Detailausbildung Laborprüfstand für Komponenten Messtechnische Überprüfung der verschiedenen Systeme Validierung von Planungswerkzeugen anhand Messdaten und Simulationen Nutzerbefragung vor und nach der Sanierung Ökonomische Analyse Exergetische Kennzahlen für Gebäude- und Wohnungstypen BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 17

BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 18 Gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft und Forschung über den Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH. BauSim 2010 | Davide Calì | Folie 18