Inhaltsverzeichnis:

  Abbildungsverzeichnis  IV

Tabellenverzeichnis V   

1.  Einleitung (Tschürtz)  1

1.1  Motivation  1

1.2  Aufgabenstellung  1

1.3  Beschreibung des Gebäudebestands  1

1.4  Beschreibung der Sanierungsmaßnahme  2

2.  Bestandsanalyse (Tschürtz)  4

2.1  Bestand allgemein  4

2.2  Dämmstandard Bestand  4

2.3  Anlagenstandard Bestand  4

2.4  Wärmebedarfsberechnung  5

2.5  Energetische Bewertung Bestand  7

3.  Neuplanung  8

3.1  Neuplanung allgemein. (Tschürtz)  8

3.2  Gebäudehülle - Wärmedämmung  9

3.2.1  Darstellung der Bauteilverhältnisse und der unter-  

  schiedlichen Bauteile (Nolte)  9

3.2.2  Übersicht der gewählten Dämmvarianten (Nolte/Tschürtz)  10

3.2.3  Investitionskosten der unterschiedlichen Dämm-  

  stoffvarianten (Nolte)  13

3.2.4  Bauteilaufbauten detailliert  14

3.2.4.1  Dämmstoffe allgemein (Tschürtz)  14

3.2.4.2  Wand (Nolte)  15

3.2.4.3  Dach (Nolte)  18

3.2.4.4  Fenster (Nolte)  20

3.2.4.5  Kellerdecke (Nolte)  22

3.2.5  Wärmebrücken / Anschlussdetails (Nolte)  23

3.2.5.1  Wärmebrücken allgemein  23

3.2.5.2  Detail Außenecke  24

3.2.5.3  Anschlussdetail Kellerdecke  26

3.2.5.4  Anschlussdetail Dach  27

3.2.5.5  Anschlussdetail Balkon alt - neu  27

3.2.5.6  Anschlussdetail Fenster - Leibung /  

  Brüstung / Sturz  27

I

3.3  Lüftung (Tschürtz)  29

3.3.1  Lüftungswärmeverluste  29

3.3.2  Mögliche Anlagenvarianten  30

3.3.3  Kosten Lüftung  30

3.4  Wärmeversorgung (Tschürtz)  31

3.4.1  Rahmenbedingungen und Simulationsgrundlagen  31

3.4.1.1  Rahmenbedingungen  31

3.4.1.2  Auswahl des Energieträgers  31

3.4.1.3  Auswahl des Wärmeerzeugers  32

3.4.1.4  Grundlagen der Simulation mit BHKW-Plan  

  (Wärme- und Strombedarf)  32

3.4.1.5  Grundlagen der Simulation mit BHKW-Plan  

  (Kosten)  34

3.4.1.6  Anlagenkonstellation  34

3.4.1.7  Auslegung des BHKW  35

3.4.2  Simulationen  35

3.4.2.1  Simulationsergebnisse der Variante 1 345  35

3.4.2.2  Kostenvergleich 3 Modul - 4 Modulsysteme  38

3.4.2.3  Kostenvergleich Niedertemperaturkessel -  

  Brennwertkessel  38

3.4.2.4  Kostenvergleich Brennwertkessel - BHKW  

  Spitzenkessel  38

3.4.2.5  Kostenvergleich Brennwertkessel -  

  Mephisto G34 Spitzenkessel  39

3.4.2.6  Ergebnis Mephisto G34 (Variante 1 345 b)  40

3.4.2.7  Brennstoffverbrauch und Emissionen der  

  wirtschaftlichsten Anlagenkonstellationen  42

3.4.3  Empfehlung Anlagentechnik  44

4.  Ergebnisdarstellung (Nolte)  45

4.1  Zusammenfassung der Ergebnisse  45

4.1.1  40 Regel - Bilanzverfahren im Bestand  45

4.1.2  Ergebnis bei nur bauteilbezogenen Maßnahmen  46

4.1.3  Ergebnis bei bauteilbezogenen Maßnahmen BHKW  46

4.1.4  Variantenvergleich mit bestehenden Standards  48

4.1.5  Primärenergieeinsatz  49

4.1.6  CO 2 Reduktion  49

4.1.7  Berechnung der CO2-Reduktion nach KfW  52

II

4.2  Finanzierung  53

4.2.1  Förderungsmöglichkeiten KfW-Programme  53

4.2.2  Bauteilsanierung  54

4.2.3  Bauteilsanierung Gas-Brennwertkessel Heizungsanlage  54

4.2.4  Wirtschaftlichkeit - Amortisation der Kosten  56

4.2.4.1  Überschlägige Kostenberechnung mit KfW  

  Konditionen  56

4.2.4.2  Amortisation  58

4.2.5  Anmerkung zur Wahl der Dämmstoffdicke  58

5.  Fazit - Empfehlung an den Bauherrn (Nolte)  60

6.  Anhang (Nolte/Tschürtz)  61

III

Abbildungsverzeichnis:

Bild 1: Energiereserven

Bild 2: Bild 3: Bild 4: Bild 5: Bild 6: Bild 7: Bild 8: Bild 9: Bild 10: Bild 11: Bild 12: Bild 13: Bild 14: Bild 15: Bild 16: Bild 17: Bild 18: Bild 19: Bild 20: Bild 21: Bild 22: Bild 23: Bild 24: Bild 25: Bild 26: Bild 27: Bild 28: Bild 29: Bild 30: Bild 31: Bild 32: Bild 33: Bild 34: Bild 35: Bild 36: Bild 37: Bild 38: Bild 39: Bild 40: Bild 41: Bild 42: Bild 43: Bild 44: Bild 45: Bild 46: IV

Tabellenverzeichnis:

Tab. 1: Vergleich des stationären Wärmeverhalten der Gebäude 1+2 mit den

Tab. 2: Tab. 3: Tab. 4: Tab. 5: Tab. 6: Tab. 7: Tab. 8: Tab. 9: Tab. 10: Tab. 11: Tab. 12: Tab. 13: Tab. 14: Tab. 15: Tab. 16: Tab. 17: Tab. 18: Tab. 19: Tab. 20: Tab. 21: Tab. 22: Tab. 23: Tab. 24: Tab. 25: Tab. 26: Tab. 27: Tab. 28: Tab. 29: Tab. 30: Tab. 31: Tab. 32: Tab. 33: Tab. 34: Tab. 35: Tab. 36: V

1. Einleitung

1.1 Motivation

Kohlendioxid (CO 2 ) ist das quantitativ wichtigste Treibhausgas, das durch menschliche Aktivitäten, insbesondere Verbrennung fossiler Energieträger, freigesetzt wird. In Deutschland entfallen rund ein Drittel der jährlichen CO 2 -Emissionen auf die Beheizung, Kühlung und Beleuchtung von Gebäuden. Vor allem durch Stromverbrauch werden in Deutschland hohe CO 2 -Emissionen verursacht.

Fossile Energieträger sind endlich und

die Ressourcen, wie selbst positive Prognosen bestätigen, werden in wenigen Generationen zur Neige gehen (Bild 1). Der schonende Umgang mit unserer Erdatmosphäre, die effiziente Nutzung bzw. die Substitution der endlichen Energiequellen durch regenerative, scheint der einzige Weg

zu sein um unseren energetischen Lebensstandard und die klimatischen Verhältnisse auf unserer Erde, auch für zukünftige Generationen zu sichern.

Aus diesem Grunde werden in dieser

Abschlussarbeit Möglichkeiten der Energieeinsparung im Altbaubestand untersucht. Dabei sollen Möglichkeiten und Chancen bei Sanierungsmaßnahmen in energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht betrachtet werden.

1.2 Aufgabenstellung

Anhand der Sanierungsmaßnahme von 6 Mehrfamilienhäuser sollen unterschiedliche Maßnahmen zur Reduzierung des Primärenergiebedarfs untersucht werden. Dabei werden Einsparmöglichkeiten, durch Verbesserung der Bauteile, sprich der wärmeübertragenden Hüllfläche, durch Reduzierung der Lüftungswärmeverluste und durch effiziente Bereitstellung von Heizwärme bzw. Trinkwarmwasser geprüft. Die vorgeschlagenen Maßnahmen sollen anschließend auf ihre Wirtschaftlichkeit untersucht werden.

1.3 Beschreibung des Gebäudebestands

Beim zu untersuchenden Gebäudebestand handelt es sich um 6 Mehrfamilienhäuser der Gemeinnützigen Wohnungsbaugesellschaft der Stadt Rüsselsheim mbH. Die Gebäude wurden 1956 - 58 erbaut und befinden sich auf einem Grundstück. Sie sind als Doppelhäuser in U-Form auf dem Grundstück angeordnet. (Bild 2+3) Das Grundstück wird im Norden von der Walter-Flex-Str., im Süden von der Birkenstr. und im Osten von der Tannenstr. begrenzt. Im Westen schließt ein weiteres Grundstück der GEWOBAU an.

1

Die Gebäude haben jeweils ein Kellergeschoss, vier Vollgeschosse und ein Dachgeschoss. Das Dachgeschoss ist nicht ausgebaut und dient momentan als Speicher bzw. als Wäschetrockenraum. Auf jeder Etage befinden sich jeweils drei Wohnungen (Bild 4). Diese entsprechen, in Zuschnitt (Zimmergrößen) und Raumaufteilung, nicht mehr dem heutigen Wohnstandard. Zudem weisen die Wohnungen erhebliche bauliche Mängel auf.

Im Rahmen einer Sanierungsmaßnahme sollen diese Mängel behoben werden.

1.4 Beschreibung der Sanierungsmaßnahme

Die Sanierungsmaßname soll sukzessive in drei Bauabschnitten durchgeführt werden. Jeder Bauabschnitt umfasst jeweils ein Doppelhaus. Es ist geplant, die Gebäude bis auf den Rohbau rückzubauen. D.h. es werden der Dachstuhl, sämtliche nicht tragenden Wände sowie der komplette Ausbau inkl. Haustechnik entfernt. So besteht die Möglichkeit, die Grundrisse neu zu ordnen. Dabei wird die Anzahl der Wohnungen pro Geschoss von drei auf zwei reduziert (Bild 5). Die Haustechnik wird neu installiert. Für die Bereitstellung von Trinkwarmwasser und Heizwärme ist eine, mit Brennwertkesseln bestückte, Heizzentrale vorgesehen. Diese soll alle sechs Gebäude zentral versorgen. In Kapitel 3.4 werden dazu alternative Möglichkeiten zur Wärmebereitstellung untersucht.

2

festgelegt. Auch hier soll ein verbesserter Dämmstandard auf Wirtschaftlichkeit untersucht werden.

Zur besseren Ausnutzung des Grundstücks werden bei allen Gebäuden das Dachgeschoss ausgebaut und eine neue, vom Gebäude thermisch getrennte, Balkonkonstruktion vor die Fassade gestellt.

2. Bestandsanalyse

2.1 Bestand allgemein

Die Daten zum Bestand lassen sich wie folgt zusammenfassen (detaillierte Berechnungen siehe Anhang 1,2,3):

- 6 Wohngebäude mit je 12 Wohneinheiten (Ges. 72 WE)

- Das beh. Bruttovolumen je Gebäude beträgt: V e =2378 m³ (Ges. 14268 m³)

- Die Hüllfläche pro Haus beträgt: A =1094 m² (Ges. 6566 m²)

- Das A / V e - Verhältnis beträgt: - Die Nutzfläche laut EnEV beträgt:

2.2 Dämmstandard Bestand

Der Dämmstandard des Bestands entspricht dem für dieses Baujahr durchaus üblichen.

Im Jahre 1979 wurden bei einer Sanierungsmaßnahme die alten Holzfenster durch Kunststofffenster mit Isolierverglasung ersetzt.

Die U-Werte der relevanten Bauteile im einzelnen (detaillierte Wandaufbauten des Bestands sind dem Anhang 1 zu entnehmen):

- Wand: U-Wert 1,8 [W/m²K]

- Oberste Geschossdecke: - Fenster: - Kellerdecke: U-Wert 1,9 [W/m²K]

- Sonstige Bauteile werden aufgrund der geringen Flächenanteile hier nicht gesondert aufgeführt.

2.3 Anlagenstandard Bestand

Im Laufe der Jahre wurden die Wohnungen sukzessive mit Gasetagenheizungen ausgestattet. Die Wohnungen werden nun wohnungszentral mit Warmwasser und Heizwärme versorgt.

4

Die eingebauten Gas-Kombi-Thermen haben eine Nennleistung um 18 KW. Sie sind unterschiedlichen Baujahrs und Zustands

2.4 Wärmebedarfsberechnung

Zunächst wurde der Wärmebedarf der Gebäude gemäß EnEV in der Fassung vom 16.11.01 mit dem Monatsbilanzverfahren berechnet. Dazu wurde das Excel Programm EnEV_Monatsbilanz_Wo.xls der Universität Kassel verwendet. Um die Auswirkung der Gebäudeorientierung zu untersuchen haben wir das ost-west ausgerichtete Doppelhaus entlang der Tannenstrasse (Gebäude 1+2) und das nord-süd orientierte entlang der Walter-Flex-Strasse (Gebäude 3+4) berechnet (s. Anhang 2/3).

Vergleich des Heizwärmebedarfs, der Wärmeverluste und Wärmegewinne, im Bestand, bei unterschiedlicher Ausrichtung zur Sonne. (Baugleiche Gebäude)

[Tab. 1: Vergleich des stationären Wärmeverhalten der Gebäude 1+2 mit den Gebäuden 3+4 gemäß Monatsbilanzverfahren.]

Beim Vergleich der beiden Doppelhäuser fällt auf, dass die Orientierung in diesem Fall keinen wesentlichen Einfluss auf den Heizwärmebedarf hat. Dieser ist auf das ganze Jahr gesehen nur geringfügig unterschiedlich, lediglich die monatliche Verteilung der Gewinne und Verluste variiert je nach Jahreszeit.

5

Bei den weiteren Berechnungen wird deshalb nur noch das Doppelhaus an der Tannenstrasse (Gebäude 1+2) untersucht. Für die Auslegung der zentralen Wärmeversorgung wird für die weiteren Gebäude der gleiche Wärmebedarf angenommen.

6

2.5 Energetische Bewertung Bestand

Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen,

dass die Gebäude, trotz der Ende der siebziger Jahre eingebauten Isolierglasfenster, einen mit H T ’ = 1,85 W/(m²K) sehr hohen Hüllentransmissionswert aufweisen. Demzufolge ist auch der Jahresheizwärmebedarf mit Q’’ h = 192 kWh/(m²a) relativ hoch. Bei der vorhandenen Anlagentechnik ergibt sich ein Gesamtprimärenergiebedarf von Q’’ P = 274 kWh/(m²a). Der hohe Bedarf ist für Bauten dieses Baujahrs durchaus nicht ungewöhnlich. [Bild 13: Zustand Fassade Bestand] Ein Vergleich mit den Anforderungen für ein nach EnEV saniertes Gebäude, bzw.

für einen gleichartig gestalteten Neubau,

offenbart das enorme energetische

Einsparpotential (s. Tab. 2). Folglich würde

eine Sanierung der Gebäudehülle

gemäß den EnEV Mindestanforderungen an einen Neubau, den Primärenergie- um den Faktor 3 reduzieren.

7

3 Neuplanung

3.1 Neuplanung allgemein

Die Daten zur Neuplanung lassen sich wie folgt zusammenfassen: (Vgl. alt - neu s. Anhang 4)

- 6 Wohngebäude mit je 10 Wohneinheiten (Ges. 60 WE)

- Das beh. Bruttovolumen je Geb. beträgt: - Die Hüllfläche pro Haus beträgt: - Das A / V e - Verhältnis beträgt: - Die Nutzfläche laut EnEV beträgt: - Vorgesehene Anzahl der Bewohner: - Fläche je Bewohner

Der Vergleich mit den Daten aus 2.1 zeigt, dass Bestand und Projekt sich nicht direkt vergleichen lassen, da sowohl die absoluten Bezugsgrößen (beh. Volumen, Hüllfläche...) als auch die Belegungsstruktur vollständig verändert werden. Eine Erfassung des realen Verbrauchs der einzelnen Wohneinheiten des Bestands wurde aus diesem Grunde nicht vorgenommen. Der Vergleich der flächenbezogenen Werte (HT’, Q’’P ,...), zwischen alt und neu, basiert deshalb auf normierten Werten gemäß EnEV und DIN. In Bild 14 wird die Veränderung der einzelnen Bauteilflächen dokumentiert. Dabei wurde die Gebäudehülle in die vier Hauptbauteile (Wand, Dach, Fenster, Decke) und die Sonstigen Bauteile aufgeteilt.

Im folgenden Teil werden nun die vier gewählten Dämmvarianten, die unterschiedlichen Bauteile mit ihren Anforderungen und verschiede Möglichkeiten der Bauteilaufbauten vorgestellt und berechnet.

Anschließend werden anlagentechnischen Möglichkeiten zur Wärmeversorgung der Gebäude betrachtet.

8

*HElXGHKOOH:lUPHGlPPXQJJJ

:LHEHUHLWVGDUJHVWHOOWWZXUGHVROOOGDV*HElXGHXPIDQJUHLFKVDQLHUWWZHUGHQ'DEHL PVVHQQGLHH5HJHOXQJHQQXQGGGLHHUIRUGHUOLFKHQQ%DXWHLOPLQGHVWDQIRUGHUXQJHQGHU DPP)HEUXDUULQQ.UDIWWJHWUHWHQHQ(QHUJLHHLQVSDUYHURUGQXQJHLQJHKDOWHQ ZHUGHQ

1HEHQQGHU%HWUDFKWXQJJGHU0LQGHVWDQIRUGHUXQJHQQZLUGXQWHUVXFKWLQZLHZHLWHVV VLQQYROOOLVWWHLQHQQK|KHUZHUWLJHQQ'lPPVWDQGDUWW]XXZlKOHQ'DEHLLZHUGHQQGLHH (QHUJLHHLQVSDUXQJGLHH0HKUNRVWHQQEHLGHU,QYHVWLWLRQQXQGGLH$PRUWLVDWLRQV]HLWGHU 0HKUDXIZHQGXQJHQQEHWUDFKWHW

'DUVWHOOXQJGHU%DXWHLOYHUKlOWQLVVHXQGGGHUUXQWHUVFKLHGOLFKHQQ%DXWHLOH

'LHH0DVVHQQE]Z)OlFKHQQGHUU%DXWHLOHHQDFKKGHPP3ODQXQJVVWDQGGGHUU6DQLHUXQJJ VWHOOHQVLFKJHPl‰‰7DEHOOHE]Z%LOGGZLHIROJWWGDU

:lUPHEHUWUDJHQGH )OlFKH$$LQQ>Pò@@@ :lUPHEHUWUDJHQGH )OlFKH$$LQQQQQ

^{>7DE%DXWHLOIOlFKHQQXQGGGHUHQQSUR]HQWXDOHU$QWHLOODQQGHUEHKHL]WHQQ*HElXGHKOOH@}

^{>%LOG*UDILVFKHUU9HUJOHLFKKGHUU%DXWHLOIOlFKHQYHUKlOWQLVVHHQDFKKGHU6DQLHUXQJ@}

3.2.2 Übersicht der gewählten Dämmvarianten

Zur Berechnung und zum Vergleich wurden vier unterschiedliche Dämmvarianten gewählt. Tabelle 4 zeigt die gewählten Bauteilaufbauten und die dazugehörigen U-Werte. (Weitere Daten können den Berechnungsergebnissen aus Anhang 2 und 5a-d entnommen werden) In den Kapiteln 3.2.4 werden die einzelnen Bauteile noch einmal näher betrachtet und alternative Bauteilaufbauten besprochen.

10

Aus den gewählten Aufbauten ergeben sich, je Variante, gemäß Tab. 5 folgende Transmissionswärmeverluste. Dabei ist zu beachten, dass beim Bestand, wie in Punkt 3.1 beschrieben, andere Bauteilflächen zugrunde liegen.

[Tab. 5: Transmissionswärmeverlust der einzelnen Bauteilflächen je Variante]

Obwohl im Bestand eine geringere wärmeübertragende Bauteiloberfläche vorliegt sind die Transmissionswärmeverluste deutlich höher als in den Sanierungsvarianten. Vergleicht man das prozentuale Verhältnis der absoluten Werte der Transmissionswärmeverluste aller Varianten, unter der Annahme, dass die geänderten Flächenverhältnisse vernachlässigbar sind, offenbart sich das enorme Einsparpotential welches die Dämmmaßnahmen möglich machen.

[Bild. 16: Prozentuales Verhältnis der absoluten Werte der Transmissionswärmeverluste, je Variante

Wie Bild 16 und Tabelle 5 zeigen können die gesamten Transmissionswärmeverluste gegenüber dem Bestand, je nach gewählter Dämmstoffvariante, um ca. 60 - 80 % reduziert werden.

Bild 17 zeigt noch einmal das Verhältnis der absoluten Werte der einzelnen Bauteile für die Sanierungsvarianten.

11

[Bild. 17: Verhältnis der absoluten Werte der Transmissionswärmeverluste der Sanierungsvarianten]

Aus den Wärmebedarfsberechnungen mit dem Monatsbilanzverfahren für den Bestand bzw. für die 4 Sanierungsvarianten ergibt sich folgendes Bild für den Jahresheizwärmebedarf. (Wobei der Wärmebedarf für den Bestand mit dem Programm EnEV_Monatsbilanz_Wo.xls, die Sanierungsvarianten mit Helena 4.0 berechnet wurden). Die Tabelle 6 zeigt, das sich durch die vorgeschlagenen Dämmmaßnahmen, je nach Variante ca. 70-80% des Jahresheizwärmebedarfs einsparen lassen. D.h. das durch eine Sanierung gemäß Variante 1, die in etwa den Anforderungen gemäß EnEV für einen Neubau entspricht, der Jahresheizwärmebedarfs um zwei Drittel gesenkt werden kann. Zu beachten ist wiederum, dass Q ^h einen unterschiedliche Flächenansätze bei Bestand und Sanierungsvariante haben.

[Tab. 6: Jahresheizwärmebedarf]

In Bild 18 wird der flächenbezogene Jahresheizwärmebedarf noch einmal grafisch verglichen.

12

[Bild. 18: Jahresheizwärmebedarf je Variante]

3.2.3 Investitionskosten der unterschiedlichen Dämmstoffvarianten

Um die vorgestellten Dämmstoffvarianten auf ihre Wirtschaftlichkeit überprüfen zu können, wurde für jede Variante eine Kostenschätzung durchgeführt. Die detaillierten Berechnungsergebnisse sind Anhang 6 zu entnehmen. Die Kosten für den Innenausbau der neuen Dachgeschosswohnungen und den Umbau der übrigen Wohnungen sind in diesen Kosten nicht enthalten. Variante 4 erzeugt gemäß dieser Berechnung ca. 30 % höhere Investitionskosten, bei ca. 30 % geringerem Jahresheizwärmebedarf (s. Tab. 7).

Kosten in € Summe Übrige Summe Kellerdecke Summe Dach Summe Fenster Summe Wand Gesamtsumme €

Prozentuale Mehrkosten

[Tab. 7: Investitionskosten Dämmvariante 1-4]

In Bild 19 werden diese Kosten noch einmal grafisch dargestellt. Dabei fällt auf, dass die Fenster trotz geringem Flächenanteil einen großen Anteil an den Gesamtkosten verursachen. Am exponential höheren Preis gegenüber den Varianten 1-3 lässt sich auch ablesen, dass das Fenster in Variante 4 an der Leistungsgrenze der marktüblichen Produkte liegt.

13

[Bild. 19: Kosten der Einzelbauteile je Variante]

3.2.4 Bauteilaufbauten detailliert

In diesem Kapitel werden die gewählten Bauteilaufbauten der vier Dämmvarianten und dazu alternative Aufbauten vorgestellt.

3.2.4.1 Dämmstoffe allgemein

Mit wachsendem Bedarf hat sich auch die Vielfalt der auf dem Markt verfügbaren Dämmstoffe erhöht. Neben synthetischen Dämmstoffen werden auch viele Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen angeboten.

[Bild. 20: Dämmstoffübersicht]

14

Bei dem breiten Angebot fällt die Auswahl des geeigneten Dämmstoffs nicht leicht. Die Auswahl der in den beschriebenen Bauteilen verwendeten Dämmstoffe erfolgte vorwiegend nach wirtschaftlichen Kriterien und nach Sinnhaftigkeit der Konstruktion.

3.2.4.2 Wand

Die Tatsache, dass der Anteil der Wandfläche von 1388,23 m² an der wärmeübertragenden Gesamtfläche der Außenhülle des Gebäudes mit ca. 50 % das umfangreichste Bauteil ist (s. Bild 15) und der Transmissionswärmeverlust H T im Bestand mit 1803,43 (W/K) (Tab. 5) den entsprechend größten Anteil hat zeigt auf, dass im vorliegenden Fall die Außenwände das größte energetisches Sparpotential bergen.

Die Sanierung der Außenwand mit den beschriebenen Konstruktionen hat zudem den Vorteil, dass sie auch als „Minimum-Maßnahme“ in Frage kommen könnte, sollte eine umfangreiche Sanierung der Gebäude gemäß der vorgestellten Planung nicht ausgeführt werden.

Die dokumentierten Beschädigungen (Bild 13) des Bestandsputzes müssen im Rahmen einer Instandhaltung der Gebäude in absehbarer Zeit beseitigt werden. Da die Putzschäden einen Flächenanteil von 20% der jeweiligen Bauteilfläche übersteigen, muss dieses Bauteil gemäß EnEV Abschnitt 3 §8 Änderung von Gebäuden wärmegedämmt werden.

Die Möglichkeiten zur Verbesserung der Dämmwirkung der Außenwände sind vielfältig. Für Außendämmung von Wänden kommen hauptsächlich zwei Konstruktionsweisen zum Einsatz. Zum einen Wärmedämmverbundsysteme und zum andern vorgehängte Fassaden.

Im Folgenden werden beide Konstruktionen kurz vorgestellt.

WDVS:

Bei einem Wärmedämmverbundsystem handelt es sich um die Kombination eines, in der Regel einschaligen Außenmauerwerks, mit einer energetisch leistungsfähigen außenseitigen Dämmschicht einschließlich Beschichtung der Dämmschicht, bestehend aus einer armierten Unterputzschicht und einer anschließenden Oberputzschicht.

Bereits seit ca. 1960 werden WDVS aus EPS-Hartschaumplatten ausgeführt, seit Ende der 70er Jahre auch Systeme mit Mineralfaserdämmplatten, zu den neueren Entwicklungen gehören u.a. Systeme mit Mineralschaumdämmplatten. Die Dämmstoffdicken haben seit Einführung der Systeme erheblich zugenommen, wurden an den ersten Objekten noch Dämmplatten mit einer Dicke von 20-40mm montiert, so ist der Standard heute bei 100-160mm Dämmstoffdicke, im Passivhausbereich kommen Dämmstoffdicken um 300mm zur Ausführung.

Als Dämmstoff werden für WDVS in der Regel synthetisch erzeugte Dämmstoffe wie Mineralfaser (Stein-/ Mineralwolle) oder Expandierter Polystyrol - Hartschaum (EPS) verwendet. Allerdings sind auch Systeme aus nachwachsenden Dämmstoffen wie beispielsweise Holzfaserplatten auf dem Markt erhältlich.

15

[Bild. 21: Wandaufbau alt - neu mit WDVS]

Vorgehängte hinterlüftete Fassaden:

Eine Vorhangfassade bietet in der Regel ein größere Variationsbreite in der Ausführung der Konstruktion. Bei einem System mit einer belüfteten Fassadenbekleidung werden im Unterschied zum WDVS die einzelnen Aufgaben wie Wärmeschutz, Witterungsschutz, Gestaltung, Standsicherheit jeweils den einzelnen spezifischen Schichten zugeordnet. Daraus ergeben sich dann auch größere Variationsmöglichkeiten in der Verwendung von Dämmmaterialien es können hier z.B. auch nachwachsende Materialien wie Holzfaser, Hanf, Flachs oder auch Zellulosedämmstoffe. Auch in der Ausführung der äußeren Bekleidung, der Witterungsschutzhülle ist die Bandbreite der zur Verfügung stehenden Materialien erheblich größer. Angefangen bei Holz und Holzwerkstoffen, Blechen, Ziegeln, Keramik, Schindeln bis zu einer ebenfalls möglichen, verputzten Oberfläche.

Hier als Beispiel ein Wandaufbau mit einer Holzverkleidung als Fassadenmaterial.

[Bild. 22: Bsp. Wandaufbau einer vorgehängten Fassade]

16

Gewählter Bauteilaufbau:

Für das vorliegende Objekt wurde aus Kostengründen ein EPS Standard WDVS ausgewählt (Bild 21). Dieses ist bei Sanierungs- und Neubaumaßnahmen aufgrund der niedrigen Kosten weit verbreitet.

Folgende Varianten bzw. Dämmstoffdicken wurden ausgewählt und berechnet.

[Tab. 8: Dämmvariante 1-4, Bauteil Wand]

* betrachtet man diese Dammmaßnahme als Einzelmaßnahme einer Sanierung, ist die Bauteilmindestanforderung nach EnEV Anhang 3 (U-Wert 0,35 W/(m²K)) nicht erfüllt.

** ohne Gerüstkosten, Baustelleneinrichtung und sonstige Nebenkosten

Anmerkung:

Die im Bestand vorliegende Konstruktion der Balkone mit einer durchgehenden Deckenplatte ist als bautechnisch sehr ungünstig einzustufen. Aus diesem Grund ist vorzusehen die Balkone abzureißen und als thermisch entkoppelte frei vor der Fassade stehende Konstruktion neu zu errichten. (s. auch Abschnitt Wärmebrücken)

Anmerkung zum Schallschutz:

Grundsätzlich wird der Schallschutz der Außenwände von der Masse der massiven Wand bestimmt. Wenn jedoch ein WDVS mit einer hohen dynamischen Steifigkeit wie z.B. gängige Polystyrolplatten, Holzwolle-Leichtbauplatten oder auch Mineralfaserplatten mit stehenden Fasern (Mineralfaserlamellen) verwendet wird, kann sich der Schallschutz um ca. 3 - 5 dB verringern. Bei Verwendung von elastisch eingestellten Polystyrolplatten und Mineralfaserplatten mit liegenden Fasern kann dies vermieden werden.

17

3.2.4.3 Dach

Bei der vorgesehenen Sanierung der Gebäude soll, wie schon dargestellt, das Dachgeschoss ausgebaut und neuer Wohnraum geschaffen werden. Die Wärmeübertragende Fläche des Daches beträgt 495,61m², das entspricht einem Anteil von fast 18% (s. Bild 15).

Durch den angestrebten kompletten Rückbau des alten Dachstuhles braucht in diesem Fall dann bei der Bemessung der Dämmstoffdicken keine Rücksicht auf vorhandene Sparrenhöhen genommen werden. Aufgrund des geplanten Ausbaus ist es jedoch auch erforderlich weitere Maßnahmen, wie z.B. die Bekleidung der inneren Dachflächen mit GK-Platten vorzunehmen.

Bei einer Sanierungsmaßnahme ohne Dachausbau, ist zu empfehlen die oberste Geschossdecke zu dämmen, auch wenn dies gemäß EnEV für begehbare Räume nicht zwingend vorgeschrieben ist.

Steildächer lassen sich auf unterschiedliche Weise dämmen. Man unterscheidet die Konstruktionen je nach Lage der Dämmschicht in Aufsparrendämmung, Zwischensparrendämmung und Untersparrendämmung.

Im Sanierungsfall wird häufig wie in Bild 23 eine Zwischensparrendämmung verwendet. Dabei bleibt die Lage der wasserführenden Schicht (hier Ziegel) unverändert. Gegebenenfalls wird der Sparren aufgedoppelt um größere Dämmstoffstärken unterzubringen.

[Bild. 23: Sanierung Steildach mit Zwischensparrendämmung]

Bei der Aufsparrendämmung bleiben die Sparren sichtbar, die Dämmung liegt auf den Sparren. Der Vorteil der Konstruktion ist die durchgängige Wärmedämmung, die nicht durch die „Wärmebrücke - Sparren“ unterbrochen wird. Nachteil der Konstruktion ist die größere Aufbauhöhe (Bild 24).

Im vorliegenden Fall wurden in Variante 1 und 2 eine einfache Zwischensparrendämmung mit unterschiedlicher Dämmstärke gewählt. In Variante 3 und 4 wurde diese mit einer Untersparrendämmung kombiniert. Diese nutzt die Aufbauhöhe der Unterkonstruktion der inneren Dachbekleidung als zusätzliche Dämmebene (Bild 25). Da diese senkrecht zu den Sparren verläuft deckt sie diese ab und reduziert so die vorher beschriebene Wärmebrücke.

18

[Bild. 24: Dachaufbau Aufsparrendämmung]

Für eine Zwischensparrendämmung ist eine weiche Dämmung sinnvoll welche die Zwischenräume zwischen den Sparren voll ausfüllen kann. Ein Hartschaum wie bei der Wandverkleidung kommt deshalb nicht in Frage.

Im vorliegenden Objekt wurde deshalb Mineralwolle als Dämmstoff gewählt. Als alternativen kommen beispielsweise Zellulosefaser, Schaf- oder Baumwolle, Flachs oder Hanf in Frage. Diese Möglichkeiten wurden allerdings aus Kostengründen verworfen.

[Bild. 25: Dachaufbau Zwischensparren- mit Untersparrendämmung]

19

Gewählter Bauteilaufbau:

Folgende Varianten bzw. Dämmstoffdicken wurden ausgewählt und berechnet.

[Tab. 9: Dämmvariante 1-4, Bauteil Dach]

* Kosten für Dachflächenbekleidung einschl. UK, Dämmung und Beplankung, ohne Gerüstkosten, Baustelleneinrichtung und sonstige Nebenkosten

3.2.4.4 Fenster

Die Fläche der Fenster mit 370 m² hat einen Anteil von ca. 13% an der gesamten wärmeübertragenden Fläche des Gebäudes nach der Sanierung (s. Bild 15). Der Energieverlust durch alte Fenster ist sehr hoch, im hier untersuchten Fall haben die Fenster im Bestand einen U-Wert von geschätzten 2,8 W/m²K. Die ursprünglich vorhanden und bei der Sanierung 1979 ausgetauschten alten einfachverglasten Holzfenster hatten vermutlich eine U-Wert von ca. 5,2-5,6 W/m²K. Der Transmissionswärmeverlust H T der Bestandfenster beträgt 776,16 W/K, das entspricht einem Anteil von ca. 20% am Gesamt-Transmissionswärmeverlust im Bestand.

Wird das Gebäude nur instandgehalten ist zu empfehlen die Fenster im Zuge der Fassadensanierung mit zu erneuern. Dadurch können Wärmebrücken im Bereich der Fensterleibung am Übergang WDVS - Fenster vermieden werden.

Im Bereich der Fenstertechnik wurden in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, was sich in der Leistungsfähigkeit und im Preis der Fenster deutlich niederschlägt. Dennoch sind die U-Werte deutlich schlechter und die Preise pro m² deutlich höher als bei opaken Bauteilen. So sind die U-Werte der Fenster je Variante

20

rund vier mal schlechter als bei der Wand bei gleichzeitig drei bis vier mal höheren Kosten pro m² Fenster.

[Bild. 26: Verglasung Fenster]

Neben der Qualität der Gläser sind die des Randverbundes und des Rahmens weitere wichtige Einflussfaktoren für die Dämmeigenschaften der Fenster.

Für die vorgeschlagenen Varianten wurden deshalb Gläser mit unterschiedlichen Beschichtungen und Edelgasfüllung gewählt. In Variante 1 - 3 hat die Verglasung zwei Scheiben, in Variante 4 sind es drei. Die Qualität der Rahmen und des Glasrandes wird entsprechend von Variante zu Variante verbessert. Zu beachten ist der mit zunehmender Dämmqualität schlechterwerdende Energiedurchlassgrad (g-Wert).

Gewählte Fenster:

Für das vorliegende Objekt wurden Kunststofffenster in folgende Varianten bzw. Fensterarten ausgewählt und berechnet.

[Tab. 10: Dämmvariante 1-4, Bauteil Fenster]

21

3.2.4.5 Kellerdecke

Eine Montage von Wärmedämmung an der Kellerdeckenunterseite kann in vielen Fällen ohne besonders großen technischen Aufwand bewerkstelligt werden (Bild 27). Entscheidend ist hierbei einerseits die zur Verfügung stehenden lichte Raumhöhe der Kellerräume und ihre Nutzung, andererseits in wie weit die Flächen durch Installationsleitungen gestört sind. Im einfachsten auch finanziell günstigsten Fall kann man geeignete Wärmedämmplatten ohne weitere Deckenbekleidungen direkt an die Decke kleben oder dübeln. Wenn eine ausreichende Montagehöhe gegeben ist, ist es ebenso möglich eine Montagedecke aus Gipskarton oder eine Raster-Montagedeckensystem mit Mineralfasereinlegeplatten und den erforderlichen Dämmstoffschichten einzubauen.

[Bild. 27: Dämmung Kellerdecke]

Die lichte Höhe im Bestand beträgt im Kellerbereich 2 Meter. Die Verrohrung unter der Decke wird im Zuge der Sanierungsmaßnahme entfernt und die Neue an geeigneter Stelle entlang der Wand angebracht. So ist die Deckenuntersicht für Dämmmaßnahmen frei zugänglich. Eine Reduzierung der lichten Höhe um mehr als 8cm wurde für die vorgesehene Nutzung als Lagerraum als unzumutbar angesehen. Eine Verbesserung der U-Werte je Variante erfolgt durch Verbesserung der Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG). Da EPS Hartschäume nur bis WLG 035 erhältlich sind wurde bei Variante 3 ein Extruierter Polystyrol - Hartschaum (XPS) und bei Variante 4 ein Polyurethan - Hartschaum (PUR) als Dämmung verwendet.

Prinzipiell können auch andere Dämmmaterialien verwendet werden, wie beispielsweise Stein- oder Mineralwolle, Schaumglas, Zellulose- oder Holzfaserplatten etc. Diese wurden aber wegen der schlechteren Dämmeigenschaften bei gleicher Konstruktionsdicke und der höheren Preise nicht weiter in Betracht gezogen.

22

Gewählter Bauteilaufbau:

Folgende Varianten bzw. Dämmstoffdicken wurden ausgewählt und berechnet.

[Tab. 11: Dämmvariante 1-4, Bauteil Kellerdecke]

3.2.5 Wärmebrücken / Anschlussdetails

3.2.5.1 Wärmebrücken allgemein

Wärmebrücken treten im Bereich von örtlich begrenzten Schwachstellen in der thermischen Hülle eines Gebäudes auf. Zum einen bewirken sie höhere Transmissionswärmeverluste und zum anderen niedrigere raumseitige Oberflächentemperaturen, welche im ungünstigsten Fall zu Tauwasserbildung und dadurch zu Schimmelpilzbefall führen können.

Im Rahmen der Durchführung von wärmedämmenden Baumaßnahmen ist es zwingend erforderlich auf eine sorgfältige Ausbildung der gefährdeten Anschlüsse zu achten, um diese Gefahren zu vermeiden. Die zusätzlichen Verluste durch Wärmebrücken können mit Hilfe von Wärmebrückenkatalogen bzw. entsprechenden Computerprogrammen detailliert nachgewiesen werden.

Grundsätzlich unterschieden werden folgende Arten von Wärmebrücken:

a) geometrische Wärmebrücken,

b) materialbedingte Wärmebrücken,

23

c) konvektive Wärmebrücken,

Die zusätzlichen Wärmeverluste können als zusätzlicher Wärmedurchgangskoeffizient ∆U WB mit Hilfe des außenmaßbezogenen längenbezogenen Wärmebrückenverlust-Koeffizienten errechnen.

Die EnEV bietet 3 Möglichkeiten die Wärmebrückenverluste zu erfassen:

Anhang 1 Nr. 2.5: a) Berücksichtigung durch Erhöhung der Wärmedurchgangskoeffizienten um ∆U WB =0,1 W/(m²K) für die gesamte

Technik.

Wenn die Wärmebrücken detailliert nachgewiesen werden müssen alle dafür wesentlichen Massen wie Gebäudekanten, umlaufende Fenster und Türanschlüsse, Wand- und Deckeneinbindungen, Deckenauflager, wärmetechnisch entkoppelte Balkonplatten erfasst werden.

In den Berechnungen zur Sanierung des hier vorgestellten Projektes wurden die Wärmebrückenverluste optimiert mit Berücksichtigung der DIN 4108 Bbl. 2, also mit ∆U WB =0,05 W/(m²K) angesetzt. Aus diesem Grund wurde auch keine detaillierte Berechnung vorgenommen. Anhand des Beispiels der Außenecke soll wird im Folgenden die Berechnung der auftretenden Verluste einmal beispielhaft dokumentiert, weitere Anschlüsse stellen wir kurz bildlich vor.

3.2.5.2 Detail Außenecke

Die Außenecke ist ein typischer Fall einer geometrischen zweidimensionalen Wärmebrücke.

Durch die Gegebenheit, dass einer warmen Innenfläche eine größere kältere Außenfläche gegenüber steht, fließen Wärmeströme nach außen ab, die das Temperaturniveau im Bereich der Innenecke absenken können. Der Temperaturverlauf in der Konstruktion stellt sich gemäß Bild 28 dar, die kalten Außenbereiche sind blau dargestellt die warmen Innenbereiche rot.

24

[Bild. 28: Geometrische Wärmebrücke „Außenecke“] (Quelle: Wärmebrückenkatalog 1.2)

Für die zur Gebäudesanierung bereits vorgestellten Varianten des WDVS ergeben sich bei Berechnung mit der Wärmebrückenkatalog-Software folgende Werte ausgehend von einer Außentemperatur von -5 °C und einer Innentemperatur von +20°C:

[Tab. 11: Berechnung der geometrischen Wärmebrücke „Außenecke“]

Damit stellt sich z.B. die Variante 1 bei Verwendung der innenmaßbezogenen Werte wie folgt dar:

Bei einer Dämmstoffdicke von 80mm auf der bestehenden 240mm dicken Ziegelwand beträgt die Temperatur auf der Innenseite der Wand 15,6 °C wenn die Außentemperatur -10°C und die Innentemperatur +20°C betragen. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 75,8 % auf der Raumseite würde im Bereich der Wärmebrücke Tauwasser anfallen. Bei einem innenmaßbezogenen Wärmebrückenverlustkoeffizienten von 0,167 gehen pro laufendem Meter Wandecke und Kelvin Temperaturdifferenz 0,167 W verloren.

25

Für den detaillierten Nachweis nach EnEV muss jedoch der außenmaßbezogene Wert gewählt werden, das führt bei einer Außenecke dazu, dass bei dieser Berechnung dann ein negativer ∆U WB Wert zustand kommt.

Im Massivbau treten an Außenwandecken längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ e auf einer Bandbreite von -0,30 bis 0,07 W/(mK) auf.

3.2.5.3 Anschlussdetail Kellerdecke

Das Anschlussdetail der Kellerdecke ist ein Beispiel für eine materialbedingte Wärmebrücke. Hier treffen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aufeinander.

Der Temperaturverlauf in der Konstruktion stellt sich gemäß Bild 29 dar. Die kalten Außenbereiche sind blau dargestellt die warmen Innenbereiche rot. In der Regel ist dieser Anschluss, bei einer sorgfältigen Ausführung der Außendämmung und der Ausführung einer bis in das Erdreich führenden Perimeterdämmung eher unproblematisch, ebenso wie eine Geschossdeckeneinbindung. Berücksichtigt werden sollte allerdings dass bei mehrgeschossigen Bauten, wie im vorliegenden Fall sich die Längen diese Anschlüsse erheblich aufsummieren und schon aus diesem Grund auf eine optimale Ausführung der Anschlüsse geachtet werden sollte.

[Bild. 29: Wärmebrücke „Kellerdecke“] (Quelle: Wärmebrückenkatalog 1.2)

Am Geschoßdeckenauflager treten längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ e auf einer Bandbreite von 0,00 bis 0,15 W/(mK), am Kellerdeckenauflager von -0,14 bis 0,20 W/(mK) auf.

26

3.2.5.4 Anschlussdetail Dach

Bei Dachanschlüssen sind die Ausführungsmöglichkeiten sehr unterschiedlich, allgemeingültige Angaben von Zusatzverlusten sind hier nur schwer möglich.

Der Temperaturverlauf in der Konstruktion stellt sich gemäß der Bild 30 dar, die kalten Außenbereiche sind blau dargestellt die warmen Innenbereiche rot.

[Bild. 30: Wärmebrücke „Dachanschluss“] (Quelle: Wärmebrückenkatalog 1.2)

Am Dachanschluss Traufe treten längenbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ e auf einer Bandbreite von -0,20 bis 0,11 W/(mK), am Dachanschluss Ortgang von -0,03 bis 0,10 W/(mK) auf.

3.2.5.5 Anschlussdetail Balkon alt - neu

Bei der bestehenden Balkonkonstruktion im Bestand, kragt die Deckenplatte aus und geht nahtlos in die Balkonplatte über. Diese Stelle lässt sich bei einer Fassadendämmung wärmetechnisch nicht entkoppeln. Eine Dämmung müsste praktisch um die gesamte auskragende Balkonplatte herumgeführt werden, um zu vermeiden dass sich die Wärmebrückeneffekte auf der Raumseite an dieser Stelle nach der Sanierung noch verstärken.

Da die Balkone im Bestand sowieso zu klein sind werden diese abgebrochen und durch größere, vor die Fassade gestellte, thermisch entkoppelte Balkone ersetzt.

3.2.5.6 Anschlussdetail Fenster - Leibung / Brüstung / Sturz

Der Übergang Wand - Fenster ist im Bereich der Fensterleibungen eine wärmetechnisch problematische Stelle. Bei der Ausführung dieser materialbedingten Wärmebrücke ist ein besonderes Augenmerk auf eine ausreichende Überdeckung des WDVS über den Fensterrahmen zu achten. Zudem ist es erforderlich auf eine luftdichte Ausführung der Anschlüsse zu achten, da sonst Leckagen, sprich eine

27