OptimierteOptimierte SolarsystemeSSolarsystemeolarsysteme · 2016. 3. 25. · FACHTAGUNG EnergieundArchitektur2001 Donnerstag, 11.Oktober2001 Residenz,Kaisersaal Residenzplatz1 A-5020Salzburg

OptimierteOptimierteOptimierteSolarsystemeSolarsystemeSolarsysteme

FACHTAGUNGEnergie und Architektur 2001


Donnerstag, 11. Oktober 2001

Alte Residenz Kaisersaal

5010 Salzburg

Tagungsunterlage

ProgrammFACHTAGUNG

Energie und Architektur Do., 11.10. 2001

OptimierteSolarsysteme


9.00

9.15

9.50

10.50

11.30

Begrüßung und Eröffnung

Die optimierte solareGebäudehülle:WelcheMöglichkeiten der Solarnutzungdurch die Gebäudehülle bieten sich an?

Simulationsgestützte Optimierung vonGebäuden: die Grundelemente vonNiedrigenergiehäusern und ihreOptimierung

Fassadenintegration von thermischenSonnenkollektoren ohneHinterlüftung

Dachintegrierte Großflächenkollektoren,Kunstoffabsorber - Erfahrungen ausNorwegen

Landesrat Josef Eisl undHypoVorstandsdirektor Dr. Salhofer

FH

Köln

GebhardBertsch, Fa. DOMA, Satteins

UweKroiß, Fa. Stromaufwärts, Traun

ChristophMuß,GMI-Ingenieure, Dornbirn

I

FriedrichWilhelmGrimme, Institut für Tropentechnologie,

Wolfgang Streicher, Institut für Wärmetechnik, Techn.

Universität Graz

reneBergmann, AEE INTEC;Gleisdorf

MichaelaMeir, Universität Oslo, Oslo

10.30 K a f f e e p a u s e

12.10 M i t t a g s b u f f e t

13.30

14.00

14.30

15.00

Kollektorintegration, färbigeAbsorberschichten - Erfahrungen ausÖsterreich

Gebäudeintegrierte Photovoltaiksysteme

Wohnen am Lohbach - Innsbruck:Ergebnis einer simulationsunterstütztenOptimierung von Gebäude undSolarsystem

Diskussion / Abschluss

FACHTAGUNG

Energie und Architektur 2001

Donnerstag,

11. Oktober 2001

Residenz, Kaisersaal

Residenzplatz 1

A-5020 Salzburg



Prof. Dr.-Ing. F.W. Grimme, Institut f.

Tropentechn., FH Köln,

Univ.Prof. Dr. W. Streicher,

Institut f. Wärmetechnik, TU Graz

D.I. Irene Bergmann, AEE INTEC

Dipl. Phys. Michaela Meir, Universität Oslo

Gebhard Bertsch, DOMA Solartechnik

Uwe Kroiß, stromaufwärts

D.I. Christof Muß, GMI-Ingenieure

Referenten

Teilnehmerkreis

Tagungsziele

Tagungsorganisationund -leitung

Tagungsgebühr

Anmeldung

Architekten und Planer, technische Büros,

Bauträger, Entscheidungsträger in Gemeinden,

Energieberater, Immobilienmakler &

sonstige Interessierte

Bei der Anwendung von solaren Technologien

im Gebäude- bereich müssen architektonische

und finanzielle Ansprüche berücksichtigt werden,

um diesen Technologien zu einem breiten

Durchbruch zu verhelfen. Die Tagung versucht

daher aufzuzeigen, wie Solarsysteme bestmöglich

in die Gebäude- hülle integriert werden können.

Einerseits werden aktuelle Forschungsergebnisse

und Praxis- beispiele zur Gebäudeintegration von

Solarsystemen vorgestellt. Andererseits soll die

Tauglichkeit von Simulationsprogrammen zur

Optimierung des Zusammenspieles von Gebäude

und Solarsystem dargestellt werden.

SIR, Salzburger Institut für

Raumordnung & Wohnen

Dipl.-Ing. Helmut Strasser, Alpenstraße 47,

A-5020 Salzburg

Telefon: 0662 / 62 34 55 DW 26

Alpenstraße 47, A-5020 Salzburg

EUR 50,– + 10 % Ust., öS 688,02

Studenten EUR 16,– + 10 % USt., öS 220,16

(Ausweis), in der Tagungsgebühr sind die

Tagungsunterlagen, Pausengetränke und ein

Mittagsbuffet enthalten.

Bankverbindung: Sbg. Sparkasse BLZ 20404,

Kto-Nr. 1800

SIR, Brigitte Haider, Alpenstraße 47, A-5033

Salzburg, Telefon: 0662 / 62 34 55 DW 12,

Fax: 0662 / 62 99 15,

E-mail: [email protected]

Bitte melden Sie sich mit der beigefügten Karte

oder einfach per Fax oder via Internet (www.sir.at)

bis 1. Oktober 2001 an. Wir bestätigen Ihnen

umgehend Ihre Anmeldung und Sie erhalten

die Rechnung per Postweg.

Salzburger Institut für Raumordnung und WohnenAlpenstraße 47, 5033 Salzburg, Mail: [email protected]. (0662) 623455, Fax (0662) 629915 http://www.sir.at

Stand: 08.10.01

TEILNEHMERLISTE

Fachtagung Energie und Architektur

„Optimierte Solarsysteme“11. Okt. 2001

Nr. Teilnehmer Firma / Institution

1. Aichinger, Arch.

2. Anglberger Heinz, Dipl.-.Ing.

3. Aschenberger Helmut, Ing. Die Salzburg

4. Berger Helmut, Arch. Dipl.-Ing. Architekturbüro Berger & Hofmann

5. Birgmann R., Bmstr. Ing. Planungsbüro Bmstr.Ing. R. Birgmann

6. Breitfuss Erich, Bmst., Ing.

7. Derschan Günter C., Arch. Dipl.-Ing. Architekturbüro

8. Doll Günther, Arch. Bauunternehmen Doll

9. Ehrlich Robert, Arch. Architekturbüro

10. Eisl Michael, Dipl.-Ing.I Eisl & Söhne Bauträger

11. Grani Erich, Bmst. Ing. Wohnbau-Genossenschaft Bergland

12. Grössinger Martin Installateur

13. Hasenauer Johannes Büro f. Installationstechnik u. Energie

14. Haugh Thomas Architekturbüro Walch

15. Heiling Gerhard, Ing. Ingenieurbüro für Gebäudetechnik

16. Heim Ferdinand, Bmst. Ing. Habitat BauträgergesmbH

17. Hodecek Otto, Bmstr. Verein der Energiebaumeister

18. Hofer Andreas, Arch. Dipl.-Ing. Architekt

19. Höll Markus Leitgöb Wohnbau Bauträger GmbH

20. Hopfner Helmut, Dipl.-Htl-Ing Baumeister

21. Hosp Egon Architekturbüro Walch


Stand: 08.10.01


22. Idlhammer Johann, Ing. Burghauptmannschaft Österreich

23. Josel Walter, Ing. Die Salzburg

24. Kainmüller Ernst

25. Kramer Franz Sanitäre Anlagen Energiesysteme GmbH

26. Langreiter Peter Langreiter

27. Leopolder Alfred Ing. Burghauptmannschaft Salzburg

28. Maier Ferdinand ABB AG

29. Malina Csanad, Dipl.-Ing. SUN-Systems GmbH

30. Millonig Ulrike Dipl.-Ing. Magistrat Salzburg Hochbauamt

31. Mlekusch Alexander Dipl.-Ing. ZT - Büro Mlekusch

32. Müllauer Otmar Otmar Müllauer KGSanitäre – Heizung – Ölfeuerung

33. Müller Dieter , Dipl.-Ing. Bauamtsleiter Stadtgemeinde Oberndorf

34. Niederberger Hans Arch.

35. Niedl Gerhard Solidhaus Bauträger GmbH

36. Nießler Franz

37. Petri Erich Ing. Magistrat Salzburg Hochbauamt

38. Pichler Bernhard Heiz - Sanitär - Solar

39. Pichler Manfred Ing. Magistrat Salzburg Hochbauamt

40. Rainer Josef Ing. Verein der Energiebaumeister

41. Ristovic Alexander Architekturbüro Walch

42. Rothenthal Adalbert Arch. Dipl.-Ing. Architekt

43. Rummel Christian Dipl.-Ing. Firma Ing. Rummel - Heizung

44. Scheiber Manfred Bauträger Gassner Immob. GesmbH

45. Scheicher ? Arch. Architekten ZT GesmbH

46. Scheicher Hans W. Arch. Architekten ZT GesmbH

47. Schmidl Johann, Arch. Dipl.-Ing. Architekt

48. Schulz Harald Ing. Burghauptmannschaft Österreich

49. Seiringer Wolfgang Reg. Rat Land Salzburg Abteilung 11


Stand: 08.10.01


50. Strasser Willy Arch.

51. Sturm Markus, Geschäftsführer Die Salzburg

52. Trickl Ägidius Gemeinde Koppl

53. Überreich Rainer Bmst. Ing. Die Salzburg

54. Unterfrauner Josef TAP - Techn. Anlagen Planung GesmbH

55. Wegner

56. Weiss Christian, Ing. Ferdinand Reiter GesmbH

57. Werner Carmen, Dipl.-Ing. Die Salzburg

58. Widmann Eduard Arch. Dipl.-Ing.

59. Wolf Herbert Arch. Dipl.-Ing. Staatl. Hochbauamt Traunstein

60. Wuppinger Bruno, Dipl.-Ing. Bürgermeister Elixhausen

61. Zecini Ralph Leitgöb Wohnbau Bauträger GmbH

62. Zeiger Ludwig Dipl. Betr.Wirt Zeiger Wohnbau GmbH

63. Ziegler Christian Solartechnik Fuchsberger

WOHNBAU-IDEEN

www.hyposalzburg.at STARK DURCH IDEEN

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Institutionelle Kunden WohnbauteamKommunales Kompetenzcenter

Leiterin: Gabriela Moretti-Prucher

Telefon (06 62) 80 46-36 00 · Mobil (06 76) 82 46-36 00 · [email protected]

SIR

DienstleistungenDienstleistungen

TeamTeam

Das Salzburger Institut für Raumordnung und Wohnen ist eingemeinnütziges Unternehmen und fühlt sich der wissenschaftlichenQualität und dem Gemeinwohl verpflichtet und bietet folgendeDienstleistungen• Erarbeitung wissenschaftlicher Grundlagen• Umsetzung von Forschungsergebnissen in Pilotprojekten• räumliche Planungen, Gutachten, Entwicklungskonzepte• GIS-Analysen und EDV-gestützte Kartographie• Betreuung von Planungs- und Architektenwettbewerben• Fortbildung und Öffentlichkeitsarbeit; Seminare• Politik- und Behördenberatung• Wohnberatung für Gemeinden, BürgerInnen und Initiativgruppen• Fachbibliothekm, Publikationen und Internet• Projektentwicklung

Raumordnung

Wohnen

Dorf- und Stadterneuerung

Energie

Wir bearbeiten die Projekte mit unserem interdisziplinären Team vonArchitekten, Raumplanern, Geographen, Landschaftsplanern,Sozialwissenschaftlern, Juristen, EDV-Spezialisten, Ökologen u.a.

Das SIR gibt mehrere Publikationen heraus.Zielgruppen sind sowohl das wissenschaftliche Publikumals auch die interessierten BürgerInnen.• SIR-Mitteilungen und Berichte• SIR-Schriftenreihe• SIR-Info• SIR-Konkret

Unser Tätigkeitsbereich erstreckt sich auf das österreichischeBundesgebiet, den benachbarten bayrischen Raum und beiEU-kofinanzierten Projekten auch auf die Mitgliedsländer der EU.

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forschen • entwickeln • planen • betreuen • beraten • moderieren • umsetzenforschen • entwickeln • planen • betreuen • beraten • moderieren • umsetzen

NähereInfosunter:

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Die optimierte solare Gebäudehülle:

Welche Möglichkeiten

der Solarnutzung

durch die Gebäudehülle

bieten sich an?

Die optimierte solare Gebäudehülle:

Welche Möglichkeiten

der Solarnutzung

durch die Gebäudehülle

bieten sich an?



Referent:Friedrich Wilhelm GRIMME

Institut für Tropentechnologie, FH Köln

OptimierteOptimierteOptimierte SolarsystemeSolarsystemeSolarsysteme

Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“_____________________________________________________________________________________________________________________________________________GRIMME

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Die optimierte solare Gebäudehülle - Welche Möglichkeiten derDie optimierte solare Gebäudehülle - Welche Möglichkeiten derDie optimierte solare Gebäudehülle - Welche Möglichkeiten derDie optimierte solare Gebäudehülle - Welche Möglichkeiten derSolarenergienutzung durch die Gebäudehülle bieten sich an?Solarenergienutzung durch die Gebäudehülle bieten sich an?Solarenergienutzung durch die Gebäudehülle bieten sich an?Solarenergienutzung durch die Gebäudehülle bieten sich an?

Prof. Dr.-Ing. F. W. GrimmeInstitut für Tropentechnologie der Fachhochschule Köln

Betzdorfer Straße 2; D 50679 Kö[email protected] und [email protected]

www.tt.fh-koeln.dewww.tt.fh-koeln.dewww.tt.fh-koeln.dewww.tt.fh-koeln.de

Seit der 1. Ölkrise sind eigentlich alle europäische Länder bestrebt, denEnergieverbrauch zu senken und andererseits verstärkt Solarenergie zu nutzen. Dabeispielt der Baubereich eine gewichtige Rolle; so werden trotz aller Einsparungen in derBRD immer noch > 30 % der Endenergie für die Raumheizung eingesetzt.

So wurde nicht nur in Deutschland der bauliche Dämmstandard massiv verbessert.Tab. 1 zeigt für deutsche Einfamilienhäuser die Änderung des Mauerwerk- zumDämmvolumen.

Tabelle 1 Zeitliche Entwicklung des Baumaterialeinsatzes für Einfamilienhäuser [1]Tabelle 1 Zeitliche Entwicklung des Baumaterialeinsatzes für Einfamilienhäuser [1]Tabelle 1 Zeitliche Entwicklung des Baumaterialeinsatzes für Einfamilienhäuser [1]Tabelle 1 Zeitliche Entwicklung des Baumaterialeinsatzes für Einfamilienhäuser [1]

Volumen [m³]Volumen [m³]Volumen [m³]Volumen [m³] 1950 bis1970

WSVO 95 Niedrigenergiehaus2000

Passivhaus 2010

Mauerwerk ~ 62 ~ 42 ~ 30 ~ 30~ 30~ 30~ 30Dämmung ~ 5 ~ 30 ~ 50 ~105~105~105~105

Gesamt ~ 67 ~ 72 ~ 80 ~135~135~135~135

Aber auch die Fenstergläser und -rahmen wurde in dieser Zeit thermisch starkverbessert. So fiel der Dämmwert für Zweifachverglasungen von ~ 3 W/m²K aufWerte um 1 W/m²K, wobei allerdings der Gesamtenergiedurchlassgrad g geringerwurde, so dass weniger Sonne genutzt werden kann.

Die Verbesserungen der Dämmwerte für opake und transparente Bauteile brachte mitsich, dass die Heizperiode deutlich kürzer wurde. Und mit der Verkürzung reduziertsich die Heizperiode auf die strahlungsärmere Zeit, was die Solarnutzung für dieHeizung erschwert. In Deutschland wurde das „3-Liter-Haus“ als Optimalgebäudekreiert, obwohl schon Passiv-Häuser existieren, die weniger als 1 Liter Heizöl/m²Wohnfläche im Jahr verbrauchen. So ist schon vieles Richtung Energieeinsparung bei Neubauten erreicht worden. Speziell der Altbausektor (älter als 1976 > 83 % derGesamt-Nutz/Wohnflächen in Deutschland, Status 1992[2]) verharrt noch zumgrößten Teil „in den Startlöchern“ mit Einfachverglasung, oder auch ungedämmtenAlufensterrahmen, Fassaden-U-Werte von ~ 1 W/m²K oder noch schlechter (Altbautenmit > 450 kWh/m²*a). Und ohne staatlichen Druck oder/und Subventionen wird sichso bald nichts ändern. Denn der Mieter verbraucht soviel Energie, wie er „mag“ undbezahlt dem Besitzer Kaltmiete.


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Was wir brauchen, damit unsere Gebäude - die neuen, vor allem aber die alten –Was wir brauchen, damit unsere Gebäude - die neuen, vor allem aber die alten –Was wir brauchen, damit unsere Gebäude - die neuen, vor allem aber die alten –Was wir brauchen, damit unsere Gebäude - die neuen, vor allem aber die alten –enerenerenerenerggggeeeetisch „besser“ werden?tisch „besser“ werden?tisch „besser“ werden?tisch „besser“ werden?

Rangfolge 1Rangfolge 1Rangfolge 1Rangfolge 1: Alle (einfachen, rentablen) Spar- und Solargewinnmaßnahmen, da sichdiese Maßnahmen über die lange Lebenserwartung immer amortisieren� Optimierte Dämmung von Fassaden, Dach und Kellerdecken� Optimale Fenstersysteme - wenn möglich mit Regel/Schattiereinrichtungen� Aktive Nutzer� Optimale Nutzung von Solarangebot und örtlichem Klima durch Siedlungs- und

Gebäude-Form, -Orientierung, -Organisation und Baumaterialien� Ebenso Nutzung der traditionellen Methoden klimagerechten Bauens (denn unsere

Ahnen konnten es schon).

Rangfolge 2Rangfolge 2Rangfolge 2Rangfolge 2: Moderne, innovative Ansätze� Mut zur Innovation und zur Investition, denn die Argumente: „Haben wir noch nie

so gemacht" oder „Haben wir schon immer so gemacht" müssen überwundenwerden.

� Intelligente Fassadensysteme bzw. variable Gebäudehüllen mit optimalem Wärme-schutz,

� Einsatz transparenter Wärmedämmung� Integrative, optimierbare Steuerungs-, Regelungs-, Speicher- und Verteiltechniken,� Dauernde Anpassung in offenen, nachhaltigen Systemen, die auf Veränderungen

der Umwelt und der Nutzung dynamisch reagieren.� Systeme, die den Energiebedarf für Licht, Strom, Luft, Wärme und Kälte auf ein

absolutes Minimum reduzieren, sind gefordert.� UND: UND: UND: UND: alle opaken, „nur“ gedämmten Flächen können neben den Fensters auch

Gewinnflächen werden - Solargewinnfassadeno Strom statt Marmor - Gebäudeintegrierte Photovoltaiko Solar-Heizwärme durch Fassadenkollektoren statt einer gut gedämmten

transparenten oder opaker Glasfassade

Der Nutzer muss im Geldbeutel den Spar- bzw. Gewinneffekt merken, dann wird eraktiv, denn "Belohnung" motiviert mehr als alles andere!

Passiv-Systeme zur solarthermischen Nutzung und Nutzereinfluss auf die einzelnenPassiv-Systeme zur solarthermischen Nutzung und Nutzereinfluss auf die einzelnenPassiv-Systeme zur solarthermischen Nutzung und Nutzereinfluss auf die einzelnenPassiv-Systeme zur solarthermischen Nutzung und Nutzereinfluss auf die einzelnenSystemeSystemeSystemeSysteme� Direktgewinn Direktgewinn Direktgewinn Direktgewinn (Fenster und Lichtöffnungen; mit Beispielen belegt)

Direktgewinnsysteme sind sehr effiziente Passiv-Solarsysteme. Alle Strahlung, diedurch das Fenster gelangt, wird an den Innenraumflächen in Wärme umgesetztund kann direktdirektdirektdirekt als Wärme im Raum genutzt werden. Zu großes Solarangebotkann aber zur Überhitzung führen, vor allem, wenn die SO/S/SW-Seiten großzügigverglast sind und nicht über Schattiersysteme geregelt werden (können). Denn: „Ein(effizientes) Passiv-System erfordert einen aktiven Nutzer“. Zudem kann ein nichtgut trainierter Nutzer die Effizienz drastisch reduzieren, sei es aus Gründen, dass erdas Ausbleichen von Inventar vermeiden will, oder helle, reflektierende Teppicheauf den optimal dunklen, thermisch speichernden Steinfußboden legt oder gar den„dunklen“ Kollektor (= Raum) mit weißen Gardinen zu einem Solarreflektor


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degradiert. Eine Fußbodenheizung reduziert dagegen durch die „Vorheizung“ eineoptimale Solarspeicherung.In Bezug auf die Tageslichtnutzung in Bürobauten muss das Fenster in seinenFunktionen überdacht werden. Das Lichtangebot ist - zwar variabel - groß, aberwegen Blendproblemen wird eigentlich ganztags abgeschattet. GeregelteLichtöffnungen/Oberlichter lassen eine verbesserte Tageslichtnutzung zu, doch werhat bislang die Jalousie nicht über dem Fenstersturz, sondern so angebracht, dass20 bis 30 % der Fensterhöhe oben ohne Jalousie bleiben, zweigeteilte Jalousieneingebaut, die unten schattieren und oben Licht unter die Decke lenken, eine vonunten nach oben schließende Schattierung eingebaut oder zur Optimierung nocheine Tagslichtabhängige Kunstlichtregelung realisiert? Mit modernen Laser CutPanels, Hologrammen oder auch Prismen kann die Strahlung unter die Deckeumgelenkt werden. Aktiv geregelte elektrochrome Verglasungen können denSolareintrag regeln. Über starre Spiegelraster kann so bei Glasdächern derDirektstrahlungsanteil ausgeblendet werden.Bei transparenter Wärmedämmung (TWD), die seit den frühen 80-er Jahre in derEntwicklung und Verbreitung ist, wird neben der Verbesserung derWärmedämmung auch eine diffuse Lichtverteilung erzielt, der Schattenwurf wirddrastisch reduziert. Auch lenken TWD-Kapillaren wie bei Spiegeln das Licht um, sodass durch TWD-Oberlichter eine tiefe Raumausleuchtung ermöglicht wird. ImFensterbereich ist vom TWD-Einsatz im Sichtbereich der Nutzer auf den Seiten, diedirekt sonnenbeschienen werden, absolut abzuraten. Denn es zeigt sich ein rundum den hellen Durchsichtspunkt ein deutlich hellerer Lichtkreis zu sehen ist, derstark blendet.

� Indirekter Gewinn Indirekter Gewinn Indirekter Gewinn Indirekter Gewinn ( a] Trombe-Wände und b] Wintergärten; mit Beispielen belegt)Indirekte Gewinnsysteme sind nicht so effizient, da Strahlung zuerst in Wärmeumgewandelt und erst diese Wärme – somit indirektindirektindirektindirekt - dem (dahinterliegenden)Raum zugeführt wird.

a] Trombe-Wände – verglaste Massivwände - können vom Nutzer nicht falschbedient, aber auch nicht positiv beeinflusst werden. Alt- und Neubauten mitmassiven Wänden können so solar geheizt werden, wobei die Außenwand überihre Phasenverschiebung als Flächenheizung mit deutlicher Zeitverzögerung wirkt.Beim Einsatz von transparenter Wärmedämmung ist eine Regelung durchVerschattung (fast) zwingend. Denn ohne diese Regelung können dieRaumtemperaturen unkomfortable Werte erreichen. Zudem verbessern solchegeschlossenen Elemente außerhalb der Strahlungsnutzungszeiten denFassadendämmwert (Beispiele: Energieautarkes Haus, Freiburg und TWD-HäuserHellerhof, Düsseldorf). Bei hoch reflektiven Schattierelemente kann es Ärger mitden „nördlichen“ Nachbarn geben. High-Tech-Entwicklungen solcher Regelsystemekommen voran, so Laser Cut Panels, Hologramme oder im (Iso)Glas integrierteLamellen, Prismen, Zylinderlinsen, passiv-thermochrom oder auch aktiv-elektrochrome Komponenten.

b] Wintergärten stellen gute Gewinnssysteme dar, wenn sie nur zu Zeiten vonSolargewinnen genutzt oder ihren Gewinn in anderen Räumen genutzt werden. Beieiner (fast) ständige Wohnraumnutzung sind sie wegen der großzügigen


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Verglasung – somit großen Verlustflächen - schlechter als normal befensterteRäume.

� Abgekoppelter GewinnAbgekoppelter GewinnAbgekoppelter GewinnAbgekoppelter Gewinn (Kollektorsystem mit Zusatzspeicher; mit Beispielen belegt)Hier wären Passiv-, Aktiv- oder Hybrid-Systeme zu unterscheiden.

PassivPassivPassivPassiv = keine Zusatzenergie für Gewinnung, Transport oder Nutzung erforderlich(Thermosyphon-Kollektor, Speicherkollektor);

HybridHybridHybridHybrid = Zusatzenergie nur für Gewinnung oder Transport oder Nutzungerforderlich (Luftkollektorsystem mit tiefliegendem Kies-Speicher zur Ladung oderauch zusätzlich zur Entladung und Verteilung); Zusatzenergieaufwand muss << 10% des Gewinns bleiben, sonst wenig sinnvoll.

AktivAktivAktivAktiv = Zusatzenergie für Gewinnung, Transport oder Nutzung (Umwälzpumpenfür Kollektorkreislauf oder auch für Brauchwarmwasser aus dem Speicher); trotzLangzeiterfahrungen stecken immer noch viele Fehlermöglichkeiten im Detail.

o WärmeträgerWärmeträgerWärmeträgerWärmeträger� Luft erfordert große Querschnitte, dadurch höherer Planungs- und

Realisierungsaufwand, Luft- und damit verbundene Energieverluste beachten;unproblematisch bei Frost. Einsatz nur sinnvoll bei Luftheizung, da niedrigeHeizungsvorlauftemperaturen durch Luftkollektoren mit (sehr) gutenWirkungsgraden bereitgestellt werden. Derzeit scheinen nur die Luftkollektoren,deren selektive Absorber hinterströmt zur Wärmeabfuhr optimiert sind, guteMarktchancen und langfristig gute Wirkungsgrade aufzuweisen. Die für dieFassade notwendige Wärmedämmung wird über die Kollektor-Rückseiten-dämmung verbessert/ersetzt. Vorgefertigte Hohlwände und –decken können alsLuftführung und als thermische Speicher genutzt werden. ThermischeZusatzspeicher erfordern viel Platz und erfordern höhere Ventilatorleistungen.System ist sehr günstig in die Wärmerückgewinnung zu integrieren. Warmwasser-bereitung über Wärmetauscher im Luftstrom möglich. Offene Luftkreisläufe inGebäuden sind aus Hygienegründen umstritten.

� Wasser benötigt nur kleine Querschnitte, bei Frostgefahr sind Zweikreissysteme mit unvermeidbaren Energieeinbußen erforderlich. Die für die Fassade notwendigeWärmedämmung wird über die Kollektor-Rückseitendämmung verbessert/ersetzt.

Einfach(st)e SystemeEinfach(st)e SystemeEinfach(st)e SystemeEinfach(st)e Systeme (Absorber, Folienspeicher) sind günstige Systeme, sie stellenaber bautechnische Anforderungen, bzw. sind nicht überall einsetzbar.Direktdurchströmte Absorber für Schwimmbäder sind in Mitteleuropa wirtschaftlich.Durchentwickelte Folienspeicherkollektoren zur Kurzzeitspeicherung < 6 h sindaber (zu) wenig genutzt - können technisch bislang nur horizontal angeordnetwerden, sind aber für Bade/Küstenhotels als Fuel Saver ökonomisch. Überzusätzlich integrierbare gedämmte Speicher können solche Systeme wie normaleKollektorsysteme eingesetzt werden.

Technisch weiterentwickelte Kollektor-Systeme Technisch weiterentwickelte Kollektor-Systeme Technisch weiterentwickelte Kollektor-Systeme Technisch weiterentwickelte Kollektor-Systeme erfordern mehr Aufwand, erbringenaber höhere Vorlauftemperaturen mit gutem Wirkungsgrad für längereSpeicherzeiten. Die technische Entwicklung schreitet weiter fort mit verbessertenKollektorabdeckungen (Erhöhung der Transparenz durch Reflexionsminderung,oder eisenfreies Glas), moderne, hochselektive Absorber, Einsatz von High-Tech-Dämmungen (so transparente Wärmedämmung für die Kollektorabdeckung oderfür die Rückseite Aerogel-Niederdruck-Dämmungen) oder auch Vakuum-Flach-


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und Röhrenkollektoren, TWD-gedämmte Speicherkollektoren - ohne und mitSpiegel - oder auch innovative, beidseitig bestrahlte Kollektoren steigern inunterschiedlicher Kombination den Solargewinn.

Der Einsatz von Kollektoren auf und am Gebäude ist (in Prinzip) vielfältig:

a. Auf dem Dach aufgeständert, parallel oder anders als das Dach geneigt undausgerichtet

b. Dachintegriert – die Kollektoren übernehmen den Wetterschutz als äußereFassadenkomponente im Dachraster als opakes Bauteil

c. Als geneigtes Schattierelement vor der Fassade z. B. über den Südseitefensternstarr montiert - nur für definitiven Zeitraum optimal orientiert

Schon Anfang der 80-er Jahre gab es die ersten Fassaden-Flachkollektoren. Doch dieKollektortechnik war noch nicht weit genug. So gab es größere Undichtigkeiten beiden Kollektorgehäusen, wie auch bei den Leitungen und Absorberplatinen, genausowie auch bei den dachintegrierten Kollektoren. Auch die positiven, aber wenigenBeispiele von fassadenintegrierten Speicherkollektoren der 90-er Jahre fanden (fast)keine Nachfolger. Es wird weiter massiv an der einfacheren Integrierbarkeit vonKollektoren in Dach- und Fassadenflächen gearbeitet. So werden neuerdingsKollektoren baugleich wie Dachflächenfenster ausgeführt, um so ein einheitlichesRaster und gleiche Einbauteile für dachintegrierten Kollektoren und Dachflächenfensterzu haben.Bei Einsatz von außenliegenden Wärmedämmsystemen besteht neuerdings dieMöglichkeit, in der Fassade opake, transparente Dämmung auf südorientiertenFassaden so flächenmäßig zu kombinieren, dass im dahinter liegenden Raum auch imSommer keine Überhitzung auftritt. Hinter der transparente Dämmung auf der Wandkönnen miteinander gekoppelte Absorber für die Warmwasserbereitung angeordnetwerden.Andererseits werden variable oder fixe Großflächenkollektoren gebaut, umvollständige Kollektor-Dachflächen realisieren zu können. An den Speichern wird dieWärmeeinkoppelung modifiziert, um eine optimale Stratifizierung aufrecht zu erhaltenund so optimale Speichereigenschaften zu erhalten. Auch werden hier verbesserteDämmungen eingesetzt, um die Verluste deutlich vermindern zu können.

In Deutschland stieg die solarthermische Nutzung durch den Anstieg derKollektorfläche im Jahr 1990 von 258.000 m2 und 90 GWh Nutzenergie im Jahr1999 auf 2. 647.00 m² und 987 GWh [5]. Bei konventionellen Kollektoranlagen füreine 4-köpfigen Haushalt (5 m² Kollektor, 50 % Solardeckung angesetzt) fiel derGesamt-Systempreis von 2.459 DM/m² im Jahr 1994 auf 1.800 im Jahr 1997 [6]. DieEnergiegestehungskosten betragen im Jahr 1997 0,48 DM/kWh Bei größerenAnlagen betrug 1997 der Gesamt-Systempreis beim 50 m² Kollektorfeld1.050 DM/m², die Energiegestehungskosten 0,28 DM/kWh, beim 200 m² Kol-lektorfeld 800 DM/m², die Energiegestehungskosten von 0,28 DM/kWh. BeiGroßanlagen mit 2.000 m² und saisonalen Speicher steigt der Gesamt-Systempreisauf 1.400 DM/m² mit Energiegestehungskosten - je nach Speicher - zwischen 0,30und 0,50 DM/kWh [6].


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Nutzungspotential für eine thermische Solarnutzung in Deutschland Nutzungspotential für eine thermische Solarnutzung in Deutschland Nutzungspotential für eine thermische Solarnutzung in Deutschland Nutzungspotential für eine thermische Solarnutzung in Deutschland [3]

In Deutschland stehen ca. 800 Millionen m² für Kollektoren (oder auch PV) sinnvollnutzbare Dachflächen zur Verfügung. Wenn bei den Neubauten-Dächer zukünftig eineSüdorientierung durchgesetzt wird, wird das Potential deutlich aufgestockt. Bei Aus-nutzung siedlungsnaher Freiflächen, so für eine solare Nahwärme, erhöht sich dastechnische Potential zusätzlich erheblich. Bei vollständiger Belegung und Solarkol-lektorgewinne von 210 bis 320 kWh/m²a ließen sich durch die Dachflächen 169 bis256 TWh/a und durch die Freiflächen 739 bis 1.119 TWh/a solar gewinnen. DieserWert übersteigt den Bedarf an Niedertemperaturwärme erheblich, da er für Haushaltezwischen 12 (nur Warmwasser) und 96 TWh/a (Warmwasser und Raumheizung) undfür Kleinverbraucher und Industrie zwischen 25,7 und 102 PJ/a liegt. Dieses würdeeinem Endenergieverbrauch von 5 bis 35 % des Wertes von 1993 entsprechen. DaSO/S/SW-orientierte Fassadenkollektoren eine (fast) optimale Nutzung desSolarangebots der Heizperiode ermöglichen, dieses aber in [3] nicht berücksichtigtwurde, ergibt sich bei dieser Technik noch ein weiteres großes Flächenpotential, dasgenutzt werde kann.

� Photovoltaik (PV)Photovoltaik (PV)Photovoltaik (PV)Photovoltaik (PV)

Hier sind zum einen die PV-Zellentypen zu unterscheiden:

1. Monokristalline Silizium-PV-Zellen2. Polykristalline Silizium-PV-Zellen3. Amorphe Silizium-PV-Zellen und4. Zellen anderen Basismaterials

Sie unterscheiden sich je nach Basismaterial, Materialdicke und Fertigung in ihremSolarwirkungsgrad und somit, wie hoch ihr Wpeak (Leistung in Watt beiNormbedingungen gemessen) ist. Sie unterscheiden sich aber auch in ihrem Aussehenund im Panel-Aufbau. So ist - seit 1994 angekündigt – seit 1996 ein Verfahren amMarkt, die - je nach Schichtdicke der Antireflexionsschicht auf den Zellen - die andereZellenfarbe mit erträglichen Einbußen im Wirkungsgrad (so statt 14,1 % bei derblauen Referenzzelle 11,8 % bei grün und nur 11,3 % bei grau [4]) realisieren. DerPaneel-Aufbau reicht von beidseitig verglasten über frontseitig Glas (ESG gegenHagelschäden) und Rückseite aus Metall oder Verbundfolien bis hin zu beidseitigkunststofflaminierten Systemen mit oder ohne metallischen Randverbund. DerRandverbund muss auf Dauer wasserdicht bleiben, da nur so ein Blindwerden des PV-Paneels vermieden werden kann (wie bei der Auto-Verbundglasscheibe wird dieLaminatfolie bei Wasserzutritt weiß). Amorphe PV-Paneele können sogar gebogenwerden. So kann von einem Dachbahnenhersteller eine Dachbahn mit auflaminierterPhotovoltaik bezogen werden.

Es gibt Standardgrößen, die sich aus der Kombinierbarkeit der einzelnen PV-Zellenergibt und Sonderlösungen, die für spezielle Anwendungsfälle an andere Rastermaßeangepasst werden können, so kann der PV-Flächenanteil so reduziert werden, dass diePaneele durch die verglasten Freiflächen eine sinnvolle Tageslichtnutzung in demdahinterliegenden Raum ermöglichen. Ohne Licht-Diffusor, z. B. Milchglas als


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Streuscheibe, kann es aber zu starken Kontrasten durch „Licht/Schattenwurf“ an denArbeitsplätzen kommen, was vermieden werden muss.

Der Einsatz von PV ist vielfältig:a. Auf dem Dach aufgeständert, parallel oder anders als das Dach geneigt und

ausgerichtetb. Dachintegriert – PV- Paneele übernehmen den Wetterschutzc. Als äußere Fassadenkomponente im Bauraster

o als teiltransparentes Fenster (Äußerer Teil des Isoglases) bei nicht visuellgenutzten Fenstern oder

o als opakes Bauteild. Als Shadow-(Photo)Voltaik vor der Fassade,

o starr montiert - nur für definitiven Zeitraum optimal orientiert odero einachsig dem Sonnenstand nachgeführt und so automatisch oder manuell

anpassbar an den Nutzen/Nutzer

Es besteht aber im Gegensatz zur thermischen Kollektoren das Problem, dass derWirkungsgrad der PV gegenüber bei Standardbedingungen (20 °C!) mit zunehmenderTemperatur um ~ 0,5 %/K abnimmt. Nicht hinterlüftete PV kann bei höherenLufttemperaturen (~ 30 °C) und hoher Direktstrahlung mehr als 70 °C heiß werden,somit bricht der Wirkungsgrad um 25 % ein, ein Verlust, der über die Wärmeabfuhreiner sehr guten Hinterlüftung auf < 10 % reduziert werden kann.

Die Kosten netzgekoppelter PV-Dach-Anlagen < 10 kWpeak haben sich von 1990 von27 DM/Wpeak auf 14 DM/Wpeak in 1999 bei Stromgestehungskosten von 1,46DM/kWh reduziert. Bei größeren PV-Kraftwerken > 100 kWpeak fiel der Wert auf 10DM/Wpeak bei Stromgestehungskosten von 1,08 DM/kWh in 1999 [7, 8]. DerKostensenkungstrend wird sich weiter fortsetzen, wenn die Silizium-Preise nichtansteigen, da die Industrie das Kostensenkungspotenzial neuer, größereFertigungsanlagen bei steigender Marktnachfrage nutzen wird.

Nutzungspotential für eine photovoltaische Solarnutzung in DeutschlandNutzungspotential für eine photovoltaische Solarnutzung in DeutschlandNutzungspotential für eine photovoltaische Solarnutzung in DeutschlandNutzungspotential für eine photovoltaische Solarnutzung in Deutschland[3]

In Deutschland besteht eine für PV und Kollektoren nutzbare Dachflächen von ca. 800 Millionen m². Bei Vollbelegung und 8 bis 9 % PV-Jahreswirkungsgrad (polykristallineZellen angesetzt) ergibt sich daraus eine maximale Energiemenge von 99 TWh/a.Dieses entspricht 19 % des gesamten Stromverbrauchs der BRD von 1993. Da mehrals 1,5 Millionen ha Ackerland brachliegen, ständen auf diesen Flächen insgesamt1.730 Millionen m² für PV zur Verfügung, die noch durch Modulflächen von 1.800Millionen m² auf Grünland ergänzt werden können. So könnten zusätzlich 410 TWh/a= 78 % der Bruttostromerzeugung der BRD 1993 solar produziert werden.Unter Berücksichtigung der realen Welt-PV-Produktionsmengen ergibt sich, dass –unter Nichtbeachtung der Finanzierungsmöglichkeiten – es noch länger dauern wird,bis eine deutliche Stromdeckung – realisierte PV-Leistung 1992 gesamt 5,6 MW mit50 GWh/a; 1999 gesamt 64 MW bislang - durch PV-Anlagen möglich wird.

ZukunftsaussichtenZukunftsaussichtenZukunftsaussichtenZukunftsaussichten


8

Es wird sich aufgrund unterschiedlicher Kosten für thermische und photovoltaischeSysteme bei steigenden Energiekosten ein Parallelmarkt für beide Systeme entwickeln.Derzeit geht der Markt-Run auf PV wegen der derzeit noch hohen Einspeisevergütung.Aber auch der Kollektormarkt entwickelt sich nicht nur in Deutschland, sondern inganz Mitteleuropa positiv.

Beachte aber trotz aller Spar- und Solar-Gewinnziele: Häuser werden zum WohnenBeachte aber trotz aller Spar- und Solar-Gewinnziele: Häuser werden zum WohnenBeachte aber trotz aller Spar- und Solar-Gewinnziele: Häuser werden zum WohnenBeachte aber trotz aller Spar- und Solar-Gewinnziele: Häuser werden zum Wohnenund Wohlfühlen bzw. zur optimalen Nutzung errichtet und nicht gebaut, um Energieund Wohlfühlen bzw. zur optimalen Nutzung errichtet und nicht gebaut, um Energieund Wohlfühlen bzw. zur optimalen Nutzung errichtet und nicht gebaut, um Energieund Wohlfühlen bzw. zur optimalen Nutzung errichtet und nicht gebaut, um Energiezu sparen und zu gewinnen. Passiv-Häuser können beides, wenn Planer und Nutzerzu sparen und zu gewinnen. Passiv-Häuser können beides, wenn Planer und Nutzerzu sparen und zu gewinnen. Passiv-Häuser können beides, wenn Planer und Nutzerzu sparen und zu gewinnen. Passiv-Häuser können beides, wenn Planer und Nutzerwohltrainiert sind und die Zusatz-Investition nicht scheuen. Und die opaken Fassadenwohltrainiert sind und die Zusatz-Investition nicht scheuen. Und die opaken Fassadenwohltrainiert sind und die Zusatz-Investition nicht scheuen. Und die opaken Fassadenwohltrainiert sind und die Zusatz-Investition nicht scheuen. Und die opaken Fassadenoder auch die nicht benötigten transparenten Flächen können multifunktional - somitoder auch die nicht benötigten transparenten Flächen können multifunktional - somitoder auch die nicht benötigten transparenten Flächen können multifunktional - somitoder auch die nicht benötigten transparenten Flächen können multifunktional - somitauch zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass das Wohnen oder dieauch zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass das Wohnen oder dieauch zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass das Wohnen oder dieauch zur Energiegewinnung genutzt werden, ohne dass das Wohnen oder dieNutzung eingeschränkt wird. Gute Beispiel gibt es schon jetzt. Das „Wenn und Aber“Nutzung eingeschränkt wird. Gute Beispiel gibt es schon jetzt. Das „Wenn und Aber“Nutzung eingeschränkt wird. Gute Beispiel gibt es schon jetzt. Das „Wenn und Aber“Nutzung eingeschränkt wird. Gute Beispiel gibt es schon jetzt. Das „Wenn und Aber“solcher Bauten muss aber verstanden sein, bevor eine breiter Umsetzung erfolgensolcher Bauten muss aber verstanden sein, bevor eine breiter Umsetzung erfolgensolcher Bauten muss aber verstanden sein, bevor eine breiter Umsetzung erfolgensolcher Bauten muss aber verstanden sein, bevor eine breiter Umsetzung erfolgenkann. Wir haben viel zu tun, pkann. Wir haben viel zu tun, pkann. Wir haben viel zu tun, pkann. Wir haben viel zu tun, paaaacken wir es an!cken wir es an!cken wir es an!cken wir es an!

Literatur:[1] Energieagentur NRW, REN Impulsprogramm „Folienpool zur rationellen Energie-„Folienpool zur rationellen Energie-„Folienpool zur rationellen Energie-„Folienpool zur rationellen Energie-

ververververwendung und Nutzung erneuerbarer wendung und Nutzung erneuerbarer wendung und Nutzung erneuerbarer wendung und Nutzung erneuerbarer EEEEnergien“nergien“nergien“nergien“, Wuppertal 2001[2] Enquete-Kommission "Schutz des Menschen und der Umwelt" des 13.

Bundestages; „Stoffströme und Kosten in den Bereichen Bauen und Umwelt“,Stoffströme und Kosten in den Bereichen Bauen und Umwelt“,Stoffströme und Kosten in den Bereichen Bauen und Umwelt“,Stoffströme und Kosten in den Bereichen Bauen und Umwelt“,Springer 1999

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Solaranlagen“Solaranlagen“Solaranlagen“Solaranlagen“ 8. OTTI-Symposium Thermische Solarenergie, Regensburg 1999[7] Allnoch, N. „Zur Lage der Wind- und Solarenergienutzung in Deutschland“„Zur Lage der Wind- und Solarenergienutzung in Deutschland“„Zur Lage der Wind- und Solarenergienutzung in Deutschland“„Zur Lage der Wind- und Solarenergienutzung in Deutschland“ Inter-

nationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien, Münster 1998[8] Staiß, F., Knaupp, W. „Photovoltaik: Ein Leitfaden für Anwender“„Photovoltaik: Ein Leitfaden für Anwender“„Photovoltaik: Ein Leitfaden für Anwender“„Photovoltaik: Ein Leitfaden für Anwender“ 4. völlig

überarbeitete Auflage, FIZ Karlsruhe, TÜV-Verlag Köln, 2000

Simulationsgestützte

Optimierung von Gebäuden:

Die Grundelemente von

Niedrigenergiehäusern

und ihre Optimierung

Simulationsgestützte

Optimierung von Gebäuden:

Die Grundelemente von

Niedrigenergiehäusern

und ihre Optimierung



Referent:Wolfgang STREICHER

Institut für Wärmetechnik, Techn. Universität Graz


Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“_________________________________________________________________________________________________________________________________________________ STREICHER

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Simulationsgestützte Optimierung von Gebäuden:Die Grundelemente von Niedrigenergiehäusern und Ihre

OptimierungAo. Univ.-Prof. Wolfgang Streicher

Institut für Wärmetechnik, Technische Universität Graz e-mail: [email protected], http://wt.tu-graz.ac.at

1 EinleitungDer Energieverbrauch neuer Gebäude hat sich in den letzten 25 Jahren drastisch reduziert.Dies ist auf eine rasante Entwicklung der Baustoffe zurückzuführen. Waren z.B. vor 10 JahrenFenster mit einem U-Wert von 3 W/(m²K) Standard so sind heute zum gleichen Preis Fenstermit nur dem halben U-Wert Standard. Durch diese Entwicklung müssen auch das Heizungs-und Klimatisierungssystem angepasst werden. Oftmals stehen Geräte mit einer ausreichendkleinen Leistung nicht zur Verfügung.Die thermische Simulation von Gebäuden wird im Zuge des Energiespargedankens und derReduzierung der Betriebskosten eines Gebäudes aber auch mit dem Aufkommen von großeGlasflächen und Atrien und somit der Frage der sommerlichen Überwärmung mehr und mehrvon Architekten, Bauherren, Betreibern und Nutzern gewünscht.Allerdings bestehen oft große Unterschiede in den Vorstellung, was eigentlich berechnetwerden soll um die gewünschten Aussagen zu bekommen, was die thermischeGebäudesimulation zu leisten imstande ist und was diese Leistungen kosten.Im Folgenden wird eine Übersicht die Grundelemente von Niedrigenergiehäusern und dieMöglichkeiten der thermische Gebäudesimulation gegeben.

2 Grundelemente von NiedrigenergiehäusernUm ein Gebäude möglichst energiesparend zu bauen, müssen die folgenden Kriterieneingehalten werden:

• Standort möglichst sonnig, windgeschützt.• Bauhülle kompakt (kleine Oberfläche bezogen auf das Volumen) und gut gedämmt

(Wände, Decken, Fußböden und Fenster), um die Wärmeverluste des Gebäudes gering zuhalten.

• Hohe solare passive Gewinne im Winter ohne sommerliche Überwärmung.• Effiziente und an die Erfordernisse angepaßte Heizanlage und, falls erforderlich,

Kühlanlage.• Wenn auch die Lüftungsverluste reduziert werden sollen, kommt eine kontrollierte Lüftung

mit Abluftwärmerückgewinnung, eventuell in Verbindung mit einem Erdreichwärmetauscherzur Vorkonditionierung der Luft, zum Einsatz.

• In unseren Breiten kann bei richtiger Architektur bei kleinen und mittleren Gebäudenzumeist ohne eine Kühlung im Sommer ausgekommen werden.

• Ein österreichisches Spezifikum ist der relativ hohe Einsatz von aktiver thermischerSonnenenergienutzung für Brauchwasserbereitung und zunehmend auch der Heizung.


2

3 Anforderungen an das HeizungssystemBei Niedrigenergiegebäuden spielt das Verhalten der Bewohner eine große Rolle (vgl. Abb. 1).Wird z.B. bei einem Gebäude mit Abluftwärmerückgewinnung im Winter händisch gelüftet, sokann die Lüftungswärme nicht zurückgewonnen werden und die Heizung muss denzusätzlichen Wärmebedarf aufbringen. Wird eine Raumtemperatur über der in deneinschlägigen Normen vorgeschlagenen Temperatur von 20°C gewählt, so erhöht sichebenfalls der Energiebedarf für die Heizung. Bei Niedrigenergiehäusern sind zudem diesogenannten inneren Wärmequellen, das sind Wärmen die durch die Personen (ca. 100 W proPerson) und Haushaltsgeräte abgegeben werden, für die benötigte Heizleistung und denJahresenergiebedarf von großem Einfluss. Je größer diese inneren Wärmen sind, destogeringer wird der zusätzliche Jahresenergieverbrauch. Der Einfluss des Benutzerverhaltenskann den jährlichen Energiebedarf vervielfachen oder auch halbieren.Mit thermischen Gebäudesimulationen lassen sich solche Variationsrechnungen undSensitivitätsanalysen sehr gut durchführen.

Einfluß der Lüftung auf den Heizenergiebedarf

17.3422.91

26.9032.94

42.92

53.07

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0.10 0.20 0.28 0.40 0.60 0.80Luftwechsel pro Stunde 1/h

kWh/m²a

Solltemperatur/Heizenergiebedarf

32.94

64.4991.92

187.85

37.92

0.0020.0040.0060.0080.00

100.00120.00140.00160.00180.00200.00

20 21 24 25 26Soll Raumtemperatur °C

kWh/m²a

Abb. 1: Einfluss von Lüftung und Soll-Raumtemperatur auf den Energiebedarf einesMehrfamilien-Niedrigenergiehauses (A. Lari, 1999, Dissertation am Institut fürStädtebau und Umweltgestaltung und dem Institut für Wärmetechnik, TU Graz)

Ebenfalls von großer Bedeutung ist die Einstrahlung der Sonne durch die Fenster. Bei gutgedämmten Gebäuden reicht diese Einstrahlung oft aus, um den gesamten Heizenergiebedarfzu decken. Diese klassische Form der passiven Sonnenenergienutzung senkt denEnergieverbrauch zum Heizen weiter. Allerdings ist die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabeungeregelt. Die durch die Sonne aufgewärmten Speichermassen des Hauses geben dieWärme zeitlich versetzt und in der Temperaturamplitude abgeschwächt, aber ohneEinflussnahme des Benutzers an den Innenraum ab. Bei passiver Sonnenenergienutzungmuss darauf geachtet werden, dass keine Übertemperaturen in den zu beheizendenRäumen auftreten. Daher ist es wichtig, die zeitliche Verzögerung und die Dämpfung desWärmeflusses durch den passiven Speicher zu kennen. Zur Verminderung derEnergieaufnahme müssen im Sommer zumeist Abschattungseinrichtungen vorgesehenwerden.Abb. 2 zeigt beispielhaft den Temperaturverlauf eines Wintergartens (twi), derWohnraumtemperatur (trrm), der Außentemperatur (ta) und die Fußboden- (tfueg) undDeckentemperaturen (tdeeg) in einem Haus mit Fußbodenheizung an drei schönenSommertagen. Trotz einer zugrundegelegten hohen Luftwechselrate nach außen steigt dieTemperatur im Wintergarten auf über 40 °C an. Die Raumtemperatur liegt maximal bei 30°C.In Abb. 3 ist die Wirkung von Jalousien gezeigt. Deutlich wird, dass innenliegende Jalousiendie Raumtemperaturen nur geringfügig senken können. Mit außenliegenden Jalousien kanndie Raumtemperatur doch um einige Graz Celsius gesenkt werden. Im vorliegenden Fall warkeine zusätzliche Kühlung mehr erforderlich.


3

Sommertage

-10-5

05

1015

20253035

4045

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Tem

per

atu

r [°C

]

trrmtwitatfuegtdeeg

27.Juli 29.Juli28.Juli

grazhour.dat IWT

Abb. 2 Sommerliche Überwärmung eines Wintergartens (Heimrath, 1998)

4080 4104 4128 4152 4176 4200 4224 424810

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

TEG (C) Jalousie aussen Tamb (C) TEG (C) Jalousie innen TEG (C) ohne Verschattung

Tem

pera

tur i

n °C

Zeit in h

Abb. 3 Wirkung von Verschattungseinrichtungen in einem Bürogebäude (Heimrath, 2000)

Ein ökonomisches Problem bei der Beheizung von Niedrigenergiehäusern ist die geringeLaufzeit der Heizung. Abb. 4 zeigt den Wärmebedarf für ein Niedrigenergiegebäude mit 30kWh/m²a Heizenergiebedarf (Standort Zürich). Man erkannt, dass sich die Heizperiodepraktisch auf 6 Monate reduziert und selbst im Winter Perioden mit sehr geringenHeizenergiebedarf gegeben sind. Andererseits treten relativ hohe Spitzenleistungen auf. Hierstellt sich die Frage, ob sich für eine geringe Wärmemenge hohe Investitionskosten für dieHeizung rechtfertigen oder ob nicht sehr einfache Systeme mit geringeren Wirkungsgradenzielführender sind. In einigen Niedrigenergie- und Passivhäusern wird der Restenergiebedarffür die Heizung einfach über Elektroheizungen gedeckt. Diese sind sehr gut regelbar und billigeinzusetzen. Vom ökologischen Standpunkt her ist die Strom-Direktheizung sehr umstritten,jedoch ist der Strombedarf zur Nachheizung in einem solchen Haus sehr gering und die


4

Innenwärmen der Haushaltsgeräte sowie der Energiebedarf für Ventilatoren der automatischenLüftung werden ebenfalls über Strom gedeckt.

Heizleistung

Heizleistung

Aussentemperatur

Raumtemperatur

Abb. 4 Außen- und Innentemperaturen sowie Heizleistung eines Niedrigenergiehauses (30kWh/m²a) Heizenergiebedarf für das Klima Zürich (Heimrath 1999)

4 Heizung und WarmwasserbereitungDurch den geringen Energieverbrauch ergeben sich andere Anforderungen an das Heizungs-und Lüftungssystem als bei konventionellen Gebäuden: Benötigt werden kleine Leistungen fürkonventionelle zentrale Heizsysteme (1-6 kW), neue Wärmebereitstellungs- und-verteilungssysteme bzw. sogar der Verzicht auf ein zentrales Heizsystem. Zudem sollten dieWärmeversorgungssysteme möglichst mit erneuerbarer Energie betrieben werden.Gasthermen, Ölkessel und Pelletsöfen werden erst ab einer Leistung regelbar von 4-10 kWangeboten. Hier besteht ein Nachholbedarf für die Hersteller von Heizungssystemen.Heizgeräte mit größerer Heizleistung als Heizbedarf sollten mit (teuren) Wärmespeicherngekoppelt werden.Die Standardwärmeerzeuger sind nach wie vor Kessel, in denen Öl, Gas, feste Brennstoffewie Kohle, Koks, Briketts und Biomasse verbrannt werden. Ein Sonderfall ist die Fernwärme,also externe Wärmeerzeugung, bei der die Wärme in einer Umformerstation an dasGebäude übergeben wird. In Österreich kommen großteils Wasser-Zentralheizungssystemzur Anwendung wobei die Wärmeabgabe über Radiatoren, Wand- oder Fußbodenheizungenerfolgt.HeizkesselAuf den Gebieten Gaskessel und Biomassekessel wurde in letzter Zeit viel entwickelt:


5

- Bei Gaskesseln hat sich die Brennwerttechnik durchgesetzt, auch wenn die Kessel oftfalsch eingesetzt werden (Hochtemperatur-Wärmeverteilsysteme, Überdimensionierungauf Grund falsch verstandener Diagramme mit dem Wirkungsgrad über der Last).

- Für Biomasse gibt es Kessel für die unterschiedlichsten Brennstoffformen wie Scheitholzverschiedenster Größe, Hackschnitzel und Pellets. Hackschnitzel- (ab einer bestimmtenLeistung) und vor allem Pelletskessel sind für vollautomatischen Betrieb geeignet.

- Bei allen Kesseln wurde eine deutliche Reduzierung der Schadstoffemissionen erreicht.Zu diesen konventionellen Wärmeerzeugern kommen noch Wärmepumpen und thermischeSolaranlagen.

Hydraulische Einbindungen von ZentralheizungssystemenZentralheizungsanlagen können mit Wärmeerzeugern unterschiedlichster Bauart betriebenwerden. Man kann zwischen zwei Arten von Wärmeerzeugern unterschieden, da sich diehydraulischen Einbindungen in das Heizungssystem signifikant voneinander unterscheiden:leistungsgeregelte WärmeerzeugerAbb. 5, links zeigt hydraulische Einbindung eines leistungsgeregelte Wärmeerzeuger, welchedie jeweils benötigte Heizungsvorlauftemperatur über die Leistung genau einstellen können.Hierunter fallen modulierende Gaskessel, drehzahlgeregelte Wärmepumpen, Fernwärme-übergabestationen, leistungsgeregelte Hackschnitzel- oder Pelletsöfen, sowie schnelltaktende Wärmeerzeuger mit ausreichender Eigenmasse (z.B. Gasthermen, Strom-Direktheizungen, moderne Ölheizung), die über das Laufzeit – zu - Stillstandsverhältnis diejeweilig benötigte Leistung einstellen.Eine zentrale Heizungspumpe fördert durch den Wärmeerzeuger und durch die Heizkreise.Die Abstimmung der Massenflüsse durch die einzelnen Heizkreise erfolgt entweder über fixvoreingestellte Strangregulierventile (hydraulische Einregulierung), wodurch die an denHeizkörpern abgegebene Leistung für die gegebene Vorlauftemperatur und damit die erzielteRaumtemperatur festgelegt wird, oder über Thermostat- oder Zonenventile einer Einzelraum-bzw. Zonenregelung. Da die Leistungsregelung in der Regel nur bis 30 - 40% derNennleistung möglich ist, muss im unteren Leistungsbereich getaktet werden. Die sicheinstellenden Taktzeiten sind von der thermischen Trägheit (den Speichermassen) desHeizungssystems und der Heizflächen (z.B. Estrich einer Fußbodenheizung) abhängig.

Nicht leistungsgeregelte WärmeerzeugerWärmeerzeuger mit großen Taktverlusten die entweder nur eine Leistungsstufe (Abb. 5,rechts), besitzen (z.B. Ölkessel) oder schlecht regelbar sind (Festbrennstoffkessel wieHolz- und Kohleöfen, die bei Drosselung der Luftzufuhr hohe Emissionen aufweisen).Durch die Beimischung in den Heizkreisen bei zu hoher Kesselaustrittstemperatur würde derMassenfluss, der durch den Kessel fließen würde, sinken. Ohne eine hydraulischeEntkoppelung würden noch höhere Übertemperaturen am Kesselaustritt entstehen. Dahermuss ein solcher Kessel über einen Pufferspeicher hydraulisch vom Heizungssystementkoppelt werden. Der Speicher erfüllt hierbei mehrere Funktionen:

• Massenflussentkoppelung von Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher,

• Entkoppelung der Kesselaustritts- und der Heizungsvorlauftemperatur,

• Bereitstellung eines gewissen Volumens im oberen Speicherbereich für dieBrauchwassererwärmung,


6

• Laufzeiterhöhung des Kessels, da das Puffervolumen zur kurzzeitigen Wärme-speicherung verwendet werden kann.

Vorlauf

Rücklauf

Heizungs- Regelung

Außen- temperatur- fühler

leistungsgeregelter Kessel

Strangregulierventileoder Thermostatventile

Brauchwasserspeicher

Heizkreise

Heizungs-Regelung

Außen-temperatur-fühler

nicht leistungs-geregelterKessel

Vorlauf

RücklaufBeimischventileMinimalthermostat

und Mischer für Kessel

Brauchwasserspeicher

Heizkreise

Abb. 5 Beispiel der hydraulische Einbindung von leistungsgeregelten (links) und nichtleistungsgeregelten Wärmeerzeugern (rechts) in ein Zentralheizungssystem

Die Größe des Pufferspeichers richtet sich nach der Art des Wärmeerzeugers und kann beigenügend großen Speichermassen des Wärmeabgabesystems auch komplett entfallen, wiedas Beispiel einer Wärmepumpeneinbindung in Abb. 6 zeigt. Hier dient der Estrich derFußbodenheizung als Speicher und ermöglicht minimale Laufzeiten der Wärmepumpe vonüber 5 Stunden. Die Jahresarbeitszahl der in Abb. 6 gezeigten Wärmepumpenanlage mitErdreich-Direktverdampfung und Propan als Kältemittel liegt bei ca. 4.5 über die letzten 5Jahre.

Vorlauf

Rücklauf

Heizungs- Regelung

Raum-temperatur-fühler

Wärmepumpe Strangregulierventileoder Thermostatventile

Heizkreise, Estrich als Speichermass

Verdampfer

Abb. 6 Einbau und Hydraulikschema einer Erdreich-DirektverdampfungsWärmepumpenanlage mit Propan als Kältemittel (Streicher, 1997)

Solarunterstützte AnlagenIn Österreich genießt die thermische Nutzung der Solarenergie einen hohen Stellenwert.Österreich hat die größte Dichte an thermischen Sonnenkollektoren in Europa. In den letztenJahren wird zunehmend nicht nur das Brauchwasser sondern auch die Heizung durch dieSolaranlage unterstützt. Abb. 7 zeigt beispielhaft ein Nullheizenergiehaus sowie einHydraulikschema für eine kompakte teilsolare Raumheizung, wie sie in Österreich häufiganzutreffen ist.


7

Kaltwasser

BW-aus

Festbrennstoff-Kessel

Pumpedrehzahlgeregelt

Abb. 7 Nullheizenergiehaus Nader und Hydraulikschema einer teilsolaren Raumheizung(Streicher, 1996, Streicher et al. , 1998)

Wärmeabgabesysteme für WasserheizungssystemeIn Österreich kommen fast ausschließlich Radiator-, Fußboden- und Wandheizungssystemezur Anwendung. Bei Niedrigenergiehäusern und bei Heizanlagen, die eineWirkungsgradeinbuße bei hohen Heizungsvor- und –rücklauftemperaturen haben (Gas-Brennwertkessel, Wärmepumpen, Solaranlage) setzen sich zunehmend die beidenletztgenannten Heizungssysteme durch. Im Standard Wohnbau sind es nach wie vorRadiatoren. Abb. 8 links zeigt einen Heizkreisverteiler mit Strangregulierventilen undSchwebekörpern für die Massenflussvisualisierung für ein Heizungssystem mit vielenparallelen Strängen. Mit Hilfe solcher Verteiler kann ein Heizungssystem schnell und einfachhydraulisch abgeglichen werden. Abb. 8 rechts und Abb. 9 zeigen Aufbauten von Fußboden-und Wandheizungen. Fußbodenheizungen sind träge und machen Nachtabsenkungenunwirksam. Wandheizungen reagieren schnell, oft fehlen jedoch die nötigen Freiflächen(keine Möbel). Mit beiden Systemen werden die Raumluftströmungen durch Naturkonvektiongering gehalten.

Abb. 8 Fußbodenheizung: Heizverteiler mit Durchflussanzeige und Verlegung derFußbodenheizungsrohre über einer PE-Folie (Heimrath, 1998)


8

MauerwerkAbdeckfolie, DampfbremRanddämmstreifen

EstrichHeizungsrohr mitBefestigungFixierschiene oderTrägermatteWärme- undTrittschalldämmungRohdecke

Fußbodenbelag

20 - 30 cm

AußenputzAußendämmungtragendes Mauerwerk

Klebefuge

HeizungsdämmungHeizputz

Heizregister

Wandbelag, Farbe

Abb. 9 Aufbau von Fußbodenheizung und Wandheizung (Streicher, 1996)

Fußbodenheizungen werden bei Niedrigenergiehäusern durch die große Wärmeabgabeflächemit sehr geringer Fußboden-Übertemperatur gegenüber der Raumtemperatur betrieben. Steigtnun die Temperatur in einem Raum durch Sonneneinstrahlung oder Innenwärmen über dieFußbodentemperatur an, so gibt der Fußboden keine Wärme mehr an den Raum ab und dieHeizung ist, zumindest über einen gewissen Zeitraum, „abgeschaltet“. In diesem Fall sindkeine Raumthermostaten in jedem Zimmer oder andere aufwendige Regelungen notwendig.

5 Lüftung und AbluftwärmerückgewinnungDie (mechanische) Lüftung, in einigen Ländern Stand der Technik (z.B. Schweden), ist inÖsterreich erst durch den verstärkten Bau von Niedrigenergie- und Passivhäusern wiederbekannt geworden. Lüftungsanlagen ermöglichen einen richtig dosierten kontinuierlichenLuftwechsel und damit die Reduktion der im Inneren des Gebäudes entstehenden Schadst-offe. Zudem kann durch Abluftwärmerückgewinnung eine Reduktion des Heizenergie-einsatzes erreicht werden.Es gibt im Prinzip drei Möglichkeiten für kontrollierte Lüftungssysteme (siehe Abb. 10):

1) Jeder einzelne Raum wird über Zuluftventile mit der erforderlichen Frischluft versorgt, dieAbluft wird ebenfalls über Abluftventile aus den Nassräumen abgesaugt.

2) Die erforderliche Frischluft wird über Zuluftventile in die Wohnräume eingebracht undüber Abluftventile aus der Küche und den Nassräumen abgesaugt; die Verbindung erfolgtdurch Überströmöffnungen bzw. Türen mit größeren Spalten.

3) Die Frischluft wird in jedem Raum durch Zuluft-Ventile angesaugt und über Abluftventileabgesaugt.

Bei allen Systemen ist darauf zu achten, dass es zu keiner Beeinträchtigung des Komfortsdurch die kalte eingesaugte Luft kommt, eine rasche Durchmischung ist sehr wichtig.

Die Ventile bzw. deren Einstellung sind für die vorgesehen Luftmengen und dieDruckverhältnisse im Raum verantwortlich.Bis auf das Lüftungssystem in Abb. 10 rechts benötigen alle Systeme ein „dichtes“ Haus,um den kontrollierten Luftwechsel zu gewährleisten. Zur Prüfung der Dichtheit vonGebäuden werden „Blower door“ Tests durchgeführt. Bei einem Unterdruck von 50 Pa solltedas Haus hierbei einen Luftwechsel unter 0,6 h-1 haben um als „dicht“ zu gelten.


9

OUTLET

AIR

OUTLET INLET

AIRAIR

OUTLET

INLET

AIR

AIR

Abb. 10 Lüftungssysteme (Halozan et al. 1999)

Um dies zu erreichen müssen alle Anschlüsse von Fenstern, Türen, Wänden etc. genaugeplant und ausgeführt werden. Auch Durchlässe durch die Wand müssen vermiedenwerden. Auf der Baustelle muss eine sehr gute Bauaufsicht stattfinden. Es wird daherschwierig sein, solche Systeme als Standard im Bauwesen einzuführen.Abb. 11 zeigt ein System mit Abluftwärmerückgewinnung und Abluftwärmepumpe zurAnhebung der Zulufttemperatur. Zudem ist im Winter eine Luftvorwärmung in der Erdemöglich. Im Sommer kann das System vorgekühlte Luft aus der Erde verwenden. Ist derEnergiebedarf eines Gebäudes sehr niedrig (unter 15 kWh/m²a für die Heizung, d.h.Passivhaus), so kann der gesamte Energiebedarf für die Heizung aus einer solchenAbluftwärmerückgewinnung mit integrierter Wärmepumpe abgedeckt werden. Einkonventionelles Heizungssystem kann entfallen.

Abb. 11: Kontrollierte Lüftung mit Abluftwärmerückgewinnung und Luft/Luft Wärmetauscher(Passivhaus Institut, Darmstadt, http://www.passivehouse.com) und fallweise eingebauterWärmepumpe (http://heizung.at/wohnraumlueftung/info.htm).

6 Verfahren und Einsatzgebiete der thermischenGebäudesimulation

Die Thermische Gebäudesimulation kann grob in statische und dynamische Verfahreneingeteilt werden. Während die statischen Verfahren, die in den meisten Heizlast-Normenverwendet werden, mit Mittelwerten über das ganze Jahr oder monatsweise arbeiten,simulieren dynamische Verfahren das Gebäude in Schrittweiten von einer Stunden bisBruchteilen von Stunden. Eine dynamische Simulation benötigt daher für die Berechnungeines Jahres eine größere Rechenzeit, als ein statisches Verfahren.Dynamische Simulationen sind bei Gebäuden mit hohen Speichermassen und/oder großenFensteranteilen notwendig, um die Regelung der Klimatisierung zu optimieren und allfällige

1 23


10

Überhitzungen zu erkennen und zu vermindern. Außerdem können regelungstechnischeAspekte wie Nachtauskühlung durch verstärkte Lüftung, belichtungsabhängige Beleuchtung,wechselnde Anwesenheitsverhältnisse von Personen und dergleichen nur mittelsdynamischer Simulation korrekt berücksichtigt werden. Dynamische Simulationen erlaubenzudem die Aufschlüsselung welche Temperaturen über welche Zeiträume in den Gebäudenauftreten.Bedingt durch die Vielzahl ein Eingabeparametern für Gebäude, Benutzerverhalten,Technologie und Regelung der Klimatisierung können sich für ein Gebäude aufgrundunterschiedlicher Annahmen selbst bei gleichem Benutzerverhalten sehr unterschiedlicheErgebnisse ergeben (siehe Abb. 12). Simulationen spiegeln daher immer nur dieEingabendaten aber nicht unbedingt die Realität wieder.

Bürogebäude mit hohem Luftwechsel (n=2)spez. Heiz/Kühlenergiebedarf

020406080

100120140160180

Ausgan

g+A

WR

+AWR+V

ersch

.

+AWR+V

ersch

.+EWT

+AWR+V

ersch

.+<LW

kWh/

m²a

WärmebedarfKühlbedarf

Abb. 12 Berechnungsvarianten eines Bürogebäudes (Mach 2001)

7 SchlussfolgerungenGebäude in Niedrigenergiebauweise stellen andere Anforderungen an das Heizungssystemals herkömmliche Gebäude. Benutzerverhalten, passive Solargewinne und innereWärmequellen haben einen großen Einfluss auf die benötigte Wärmemenge. Aus diesemGrund muss gerade bei Niedrigenergiegebäuden das Heizungs- und Lüftungssystem auf dasgesamte Gebäude gut abgestimmt sein. Zudem werden Heizungen mit geringen Leistungenbenötigt, die nur für einige Heizungstechnologien erhältlich sind.Erfahrungsgemäß ist aber gerade die Abstimmung der verschiedenen am Bau tätigenProfessionisten sehr schwierig. Beginnend bei der Architektur sollte das Haus so konzipiertsein, daß neben einem geringen Energieverbrauch einfache Lösungen in der Heizungs- undKlimatechnik möglich sind. Eine solche Vorgangsweise wird als integrierte Planungbezeichnet.Das Heizungs- und Klimatisierungssystem sollte möglichst einfach aufgebaut sein. AlleErfahrung zeigt, daß komplexe Systeme weniger gut funktionieren als einfache, da es einegrößere Anzahl von Fehlerquellen gibt. Gute Systeme müssen so funktionieren, dass derBenutzer sie einfach vergißt, mit dem Raumklima zufrieden ist und sein Verhaltensspektrumausleben kann. Nur so können Niedrigenergiehäuser eine große Verbreitung finden und dasPotential bei der Energieeinsparung im Gebäudebereich ausgeschöpft werden.Mit Hilfe der thermische Gebäudesimulation können Leistungs- und Energiebedarf vonGebäuden sehr gut abgeschätzt werden. Allerdings müssen auch alle Randbedingungen


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„richtig“ d.h. realitätsnah eingegeben werden. Speziell das zukünftige Benutzerverhalten istaber oft nur schwer einschätzbar. Aus diesem Grund liegen die Ergebnisse oft erheblichneben den später gemessenen Werten. Ergebnisse müssen stets auf Plausibilitätabgeschätzt werden.Die Simulation kann mit unterschiedlich komplexen Modellen erfolgen. Möglichst einfacheModelle sollten verwendet werden; sind die Kosten der Energieplanung höher als die Kostendes Architekten, findet sicher keine Energieplanung statt. Viele Aspekte der thermischenGebäudesimulation können einfach abgeschätzt werden.Das Institut für Wärmetechnik der TU-Graz beschäftigt sich seit vielen Jahren theoretischund experimentell mit der Gebäudetechnik und der thermischen Gebäudesimulation. .

8 LiteraturHalozan. H., 1998, Grundlagen der Gebäudetechnik, Skriptum am Institut für Wärmetechnik,TU GrazHalozan, H., Gilli, P.V., Heimrath, R., 2001, Niedrig-Heizenergie-Gebäude mit Luftheizung,Abluftwärmerückgewinnung und Erdwärmenutzung, Arge Wärmetechnik, Studie im Auftrag derEnergieforschungsgemeinschaft des Verbandes der Elektrizitätswerke ÖsterreichsHeimrath, R., 1999, Zwischenbericht für den Subtask C des Task 26 Solar Combisystems desImplemeting Agreements for Solar Heating and Cooling der Internationalen Energieagentur.Heimrath, R., 2000, Dokumentation - Dynamische Simulation Betonkernkühlung mit Hilfe einesErdreichwärmetauschers,Lari, A. 1999, Wissenschaftliche Begleitung zur Sicherung der energetischen Optimierung fürdas Projekt Solarsiedlung Plabutsch, Dissertation am Institut für Städtebau undUmweltgestaltung und dem Institut für Wärmetechnik, TU GrazMach, Th, 2001, Thermische Simulation zum Neubau der Betriebsanlage der Fa. Sonnenkraft,Institut für Wärmetechnik TU Graz.Streicher, W. ,1996, Teilsolare Raumheizung, Auslegung und hydraulische Integration,Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, 8200 Gleisdorf, Postfach 142, ISBN 3-90-1426-06-3.

Streicher, W., 1997, Erfahrungen eines Wärmepumpenanwenders in der Praxis, STEG -Wärmepumpenfachtagung, 20. Mai 1997.

Streicher, W., Koch, M., Fink, C., 1998, Betriebsergebnisse der ersten Heizperiode desNullheizenergiehauses Nader, 8. Symposium Thermische Solarenergie, Kloster Banz, D-96231 Staffelstein. Hrsg.: OTTI-Technologie-Kolleg, Wernerwerkstr. 4, D-93049Regensburg, S. 371-375.

Fassadenintegration

von thermischen

Sonnenkollektoren

ohne Hinterlüftung

Fassadenintegration

von thermischen

Sonnenkollektoren

ohne Hinterlüftung



Referent:Irene BERGMANN

AEE INTEC Gleisdorf


Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“_____________________________________________________________________________________________________________________________________BERGMANN

1

Fassadenintegration von thermischen Sonnenkollektoren ohne Hinterlüftung – Messergebnisse zweier Testanlagen

Dipl.-Ing. Irene Bergmann

Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIEInstitut für Nachhaltige Technologien

Feldgasse 19, 8200 Gleisdorf, ÖsterreichTel.: +43/3112/58 86-62, Fax.: +43/3112/5886-18

E-mail: [email protected], Internet: http://www.aee.at

1. EinleitungIn einem Projekt im Rahmen des Impulsprogramms Haus der Zukunft des ÖsterreichischenBundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie werden systemtechnische undbausphysikalische Grundlagen zur Fassadenintegration von thermischen Sonnenkollektorenohne Hinterlüftung erarbeitet. Eine Fragebogenerhebung zeigte die AnforderungenWeiters werden zwei Testfassaden errichtet und die Temperatur und Feuchtigkeit imWandaufbau messtechnisch erfasst. Eine Testfassade wird auf einer Wand inLeichtbauweise und eine zweite in Massivbauweise errichtet, um das unterschiedlicheVerhalten Kollektor-Wand zu erfassen.Die Erfahrungen mit den Testanlagen bzw. die ersten Messergebnisse zeigen dieunterschiedliche Problematik der Fassadenintegration in unterschiedlicheWandkonstruktionen. Während beim Massivbau die Unterbindung von Wärmebrücken imFordergrund steht, ist bei Holzriegelkonstruktionen die Abfuhr der Feuchtigkeit aus demWandaufbau von Bedeutung.

2. Direkte FassadenintegrationUnter einem fassadenintegrierten Sonnenkollektor wird ein direkt in die Fassadeaufgenommenes Kollektorelement verstanden; es ist keine thermische Trennung in Formeiner Hinterlüftung vorhanden. Der Kollektor übernimmt verschiedene Funktionen in einemBauteil: die Funktion als thermischer Flachkollektor, Verbesserung der Wärmedämmung desGebäudes, Funktion als passiv solares Element bei geringer Einstrahlung, alsWitterungsschutz und schließlich als Gestaltungselement der Fassade.Ein Vorteil von nicht hinterlüfteten fassadenintegrierten Kollektoren ist demnach eineKostenersparnis durch gemeinsame Nutzung von Bauteilen. Fassadenkollektoren dienenweiters als Ersatz für die konventionelle Fassade. Anwendungsmöglichkeiten ergeben sichfür den Neubau und für Altbausanierungen.

3. Fragebogenerhebung unter ArchitektenThermische Kollektoren können in der Fassade eines Gebäudes als Gestaltungselementeingesetzt werden. Mit der Rasterung der Gläser, der Art (Metall, Holz) und Farbe derGlasabdeckleisten und der Farbe des Kollektors lassen sich unterschiedliche Effekteerzielen.Um das Anforderungsprofil für Fassadenkollektoren von seiten der Architekten zu erheben,wurde in Österreich unter Architekten eine Fragebogenerhebung durchgeführt (75Rückmeldungen, 4% Rücklaufquote). Bezüglich Form und Farbe der Absorber zeigte sich,dass der Wunsch nach möglichst freien Gestaltungsmöglichkeiten besteht. 85% derbefragten Architekten wünschen sich eine andere Absorberfarbe als schwarz, wobei eineVerringerung des Ertrages in Kauf genommen wird. Weiters sehen 14% der befragtenArchitekten eine Möglichkeit, Fassadenkollektoren bei der Renovierung von Gebäuden


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einzusetzen. Nur 29% der befragten Architekten sind mit Standardabmessungen zufrieden.Die meisten wünschen sich verschiedene Rastermaße oder beliebige Rasterungen.Folgende Konsequenzen ergeben sich aus der architektonischen Integration derFassadenkollektoren:• Kollektor-Standardgrößen sind nicht oder nur selten möglich• Fassadenteilung bestimmt der Architekt• Rastergröße entspricht zumeist nicht der Absorbergröße• Sehr frühe Kooperation mit dem Architekten / Planer erforderlich

4. Farbige AbsorberDie Fragebogenerhebung hat ein großes Interesse an farbigen Beschichtungen vonKollektoren ergeben. Um den Ertrag von Kollektoren mit farbigen Absorbern abschätzen zukönnen, wurden Proben von Absorbern mit unterschiedlichen Beschichtungen undverschiedenen Farben vermessen. Auf Basis der Messdaten wurden die Kollektorkennliniengeneriert.

Kollektorkennlinien

0,00,10,2

0,30,40,50,6

0,70,80,9

0 20 40 60 80Temperaturdifferenz Medium - Umgebung K

eta

Solarlack, a=0,95, e=0,86schwarz eloxiert, a=0,934, e=0,881grün Farblack a=0,861, e=0,892rot Farblack a=0,822, e=0,819blau Pulverbesch. a=0,725, e=0,890

Abbildung 1: Aus den Messergebnissen berechnete Kollektorkennlinien; Bestrahlungsstärke 800[W/m²]; Windstärke 0 m/s

Aus den gemessenen Werten wurden der Konversionsfaktor, das lineare Wärmeverlustgliedund das quadratische Wärmeverlustglied ermittelt und Kollektorkennlinien berechnet. AlsVergleich wurde die Kennlinie eines Absorbers mit Solarlack (schwarz) herangezogen, dieaus tabellierten Daten ermittelt wurde (Ŭ, Ů).Um die Leistung von Kollektoren mit den unterschiedlich beschichteten Absorbernvergleichen zu können, wurden Ertragsberechnungen für eine Standardanlage zurWarmwasserbereitung durchgeführt und der solare Deckungsgrad ermittelt. Die Anlagewurde mit einem 300 Liter Brauchwasserspeicher und einer Kollektorfläche von 6 m²festgelegt. Der Warmwasserverbrauch beträgt 160 Liter je Tag, wobei vier Personen miteinem Verbrauch von je 40 Liter je Tag angenommen wurden.


3

60,1 58,653,1

63,464,168,3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

selektiveSchicht

Solarlack schwarzeloxiert

grün Farblack rot Farblack blauPulverbesch.

Dec

kung

sgra

d [%

]selektive SchichtSolarlackschwarz eloxiertgrün Farblackrot Farblackblau Pulverbesch.

Abbildung 2: Vergleich des solaren Deckungsgrads, verschieden farbige Schichten (nicht selektiv) undeine selektive Schicht

Für die Farblackbeschichtungen (grün, rot) ergibt sich eine Verminderung des spezifischenErtrages im Vergleich zum Absorber mit schwarzem Solarlack von 8 bzw. 11%. Bei derblauen Pulverbeschichtung wurden geringere alpha-Werte gemessen, das macht sich ineinem um ca. 20% geringeren spezifischen Ertrag gegen über dem Absorber mit schwarzemSolarlack bemerkbar.

5 Ertragssimulationen von FassadenkollektorenEs wurden Ertragssimulationen von Fassadenkollektoren durchgeführt und im VergleichKollektoranlagen mit einem Aufstellungswinkel von 45° dargestellt. Dabei wurde deutlich,dass Fassadenkollektoren ihre wesentlichen Vorteile bei Kombianlagen (Raumheizung undWarmwasserbereitung) haben. Dies ergibt sich aus dem niedrigen Sonnenstand in denÜbergangszeiten bzw. im Winter und dem sich daraus ergebenden günstigenEinstrahlungswinkel in die Fassade.Je höher der solare Gesamtdeckungsgrad einer Kombianlage ist, desto geringer ist imVergleich zu einer Anlage mit 45° geneigten Kollektoren die zusätzlich benötigteKollektorfläche in der Fassade (siehe Abbildung 3). Umgekehrt verhält es sich bei Anlagenzur reinen Warmwasserbereitung: je größer der Deckungsgrad, desto größer ist dasVerhältnis der benötigten Fläche in der Fassade zur benötigten Fläche mit 45° Neigung.

0,0

0,20,4

0,60,81,0

1,21,41,6

1,82,0

20 40 60Deckung [%]

WarmwasserWarmwasser+Raumheizung

100

150

200

250

300

45° 45°, Schnee 90° 90°, Schnee

[kW

h/m

²]

November bis Februar

+20%+5%


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Abbildung 3: Kollektorfläche in der Fassade imVergleich zu Kollektoren mit 45° Neigung,verschiedene Deckungsgrade.(Einfamilienhaus, 2000 l Energiespeicher+300 lBrauchwasserspeicher, Graz)

Abbildung 4: Erhöhung der Einstrahlung in die 45°und die 90° geneigte Fläche durchSchneereflexion in der Zeit von November bisFebruar (Graz).

Die Reflexion der Sonnenstrahlung auf die Kollektorfläche erhöht den Ertrag. Der Einflussder Reflexion vom Untergrund ist umso größer, je näher die bestrahlte Fläche diesem ist undje stärker die Fläche aufgerichtet wird. Gerade bei senkrechten Kollektoren ist die verstärkteReflexion der Sonneneinstrahlung bei Schneelage ein wichtiger Einflussfaktor: in derHeizsaison wird die Einstrahlung in die Fassade dadurch höher, als in eine 45° geneigteFläche (siehe Abbildung 4).

6. WärmedurchgangUm das dynamische Verhalten des Systems Wand-Kollektor beurteilen zu können, wurdenWärmestromberechnungen für verschiedene Wandaufbauten (Massiv- und Leichtbauten)durchgeführt. Um ein Aussage über die sommerliche Überhitzung treffen zu können, wurdeanschließend mit TRNSYS die Temperaturerhöhung in einem Raum mit Fassadenkollektorim Vergleich zu einem Raum ohne Kollektor in der Fassade in Abhängigkeit von derDämmstärke berechnet (siehe Abbildung 5), wobei das Überschreiten von 1 KTemperaturdifferenz zum Vergleichsraum als unzulässige Überhitzung definiert wurde.Dadurch kann für einen bestimmten Wandaufbau mit Kollektor die nötige Dämmstärke in derFassade bestimmt werden. So sollte z.B. für einen Wandaufbau mit 25 cm Hochlochziegeleine Dämmung von 8 cm zwischen Mauerwerk und Absorber vorgesehen werden.

10 m

2 m 0,75 m

1m

6 m

7 m

4 m

3 m 4 m

Vergleichs- raum

Sommer, Ziegel 25 cm, lamba=0,38

8 8

10

12

10

12

20

18

15

18

15

5 5

8

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2

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6

8

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16

18

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22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

Dämmung [cm]

Ustat [W/m²K]

Temperaturdifferenz [K]

kein Kollektor

selektive BeschichtungSolarlack Beschichtung

Sommer, Holzriegelbau

kein Kollektor

selektive Beschichtung

SolarlackBeschichtung

Abbildung 5: Vergleichsraum:16 m² Grundfläche, 12 m²Südfassade, 10 m² Kollektorbzw. Wand ohne Kollektor, 2 m²Fenster mit 100% Verschattung

Abbildung 6: Erhöhung der Temperatur im Raum mitFassadenkollektor im Vergleich zum Raum ohneFassadenkollektor in Abhängigkeit von der Dämmstärke für einenMassivbau (Ziegel, 25 cm, lambda =0,38 W/mK) und einenLeichtbau (Holzriegelbau).

Die Simulationen zeigten weiters, dass sich der fassadenintegrierte Kollektor im Winterpositiv auf die Reduktion der Transmissionswärmeverluste auswirkt. Auch außerhalb derZeiten, in denen der Kollektor von Medium durchflossen wird, also an strahlungsarmenTagen, wirkt er durch die direkte Integration als „passiv solares“ Element. In einer Periodestrahlungsintensiver Wintertage wird je nach Wandaufbau ein effektiver U-Wert erreicht, derum bis zu 90% unter dem statischen U-Wert liegt. In einer Periode strahlungsarmer Tagewird noch eine Reduktion des U-Werts bis zu 45% erreicht.


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7. TestanlagenIm Rahmen des Projekts werden Testfassaden mit integriertem Kollektor errichtet, um dasAnlagen- und das bauphysikalische Verhalten untersuchen zu können. Es wurde eineTestfassade als Leichtbau und eine als Massivwand ausgeführt, um das unterschiedlicheVerhalten Wand-Kollektor zu ermitteln.

7.1 Testfassade auf LeichtbauAbbildung 7 zeigt die Testfassade, die auf eine Leichtbauwand montiert ist. Der Kollektor hateine Rückwand aus Holz, die mit Stahlwinkeln an den Holzriegeln der Wandkonstruktionbefestigt ist. Diese Art der Montage bewirkt nur sehr geringe Wärmebrückeneffekte (sieheauch unten).

Abbildung 7: Testfassade,55 m² Bruttokollektorfläche,3570 l Schichtspeicher,500 l Brauchwasserspeicher

1 GFK-Platte 15 mm2 Streuschalung 24 mm3 Holzfaserdämmung 50 mm4 Dampfbremse 5 Steinwolle 160 mm (Gebäudedämmung)6 Holzriegel7 Stahlwinkel8 OSB-Platte 10 mm9 Steinwolle 40 mm (Kollektordämmung)10 Kollektorrahmen, Holz11 Absorber12 Glasabdeckung 4 mm

Außen

Innen

Dampfbremse: Produkt: TYVAP, Material: PolypropylenCopolymerbeschichtung, Luftdurchlässigkeit: winddicht, sd-Wert >= 0,8 m

Abbildung 8.: Wandaufbauder Testfassade,Holzriegelbau. Testanlage:Zweifamilienhaus, 55 m²Bruttokollektorfläche, 3570 lSchichtspeicher, 500 lBrauchwasserspeicher,12 kW Heizlast, 240 l/dWarmwasser mit 60°C

7.1.1 Wärmebrücken durch KollektorbefestigungBeim der gegebenen Testanlage wird die Rückwand der Kollektoren (OSB-Platte) mit

Stahlwinkeln an das Holzriegelgerüstfestgeschraubt (siehe Abbildung 9).

Abbildung 9: Befestigung derKollektorrückwand (OSB-Platte) an denHolzriegeln der Wandkonstruktion mitStahlwinkeln


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Für jedes der drei Kollektorfelder mit je 18,3 m² sind lediglich 10 Befestigungspunkteangeordnet worden. Durch diese Art der Befestigung - die geringe Anzahl an Stahlwinkel undBefestigung der OSB-Rückwand an den Holzständerwänden - ist die Auswirkung vonWärmebrückeneffekten gering.

7.1.2 Speichermanagement der Testanlage 1Speziell für Kombianlagen für Warmwasserbereitung und Raumheizung wurde ein neuesSpeichermanagement entwickelt, das die speziellen Gegebenheiten vonFassadenkollektoranlagen berücksichtigt. Das Ziel ist, außerhalb der Heizsaison möglichstrasch ein hohes Temperaturniveau für die Warmwasserbereitung zur Verfügung zu stellenund dabei den Nachheizbedarf gering zu halten. Dafür wird in dieser Zeit der Solarrücklaufvorrangig aus dem oberen Bereich des Speichers entnommen, wobei die Drehzahl der

Pumpe auf die vorgegebeneVorlauftemperaturen geregelt wird. Derdurch die höheren Rücklauftemperaturenetwas geringeren Kollektorwirkungsgrad wirdkurzfristig in Kauf genommen, da soverhindert wird, dass eine Nachheizung zurWarmwasserbereitung notwendig ist. Daserwärmte Heizungsmedium wird überLanzen in den Speicher eingeschichtet. Erstwenn eine einstellbare Solltemperaturerreicht ist, erfolgt durch Umschalten einesVentils die Beladung des gesamtenSpeichers.

Abbildung 10: „Speicherteilung“ beiFassadenkollektoranlagen zur Gewährleistungeiner effizienten Warmwasserbereitung im

Sommer

7.2 Testfassade MassivbauDie zweite Testfassade wurde im Juni 2001 montiert und mit entsprechender Messtechnikausgestattet. Die Testfassade 2 wurde auf der SSW-Fassade eines Verwaltungsgebäudesmontiert. Die Bruttokollektorfläche beträgt 25 m², es wurde ein Kollektor mit selektiverBeschichtung verwendet. Die Abweichung der Fassade von der Südausrichtung nachWesten beträgt 27°. Der Kollektor wurde auf eine Ziegelwand (25 cm hochporöser Ziegel)montiert.Der gesamte Kollektoraufbau samt Dämmung und Glasabdeckung hat eine Tiefe von8,8 cm. Dies ergibt sich aus dem Anspruch, in einer Ebene an die restliche Fassadeanzuschließen. Die verbleibende Fassade wird mit Eternit-Platten abgedeckt. Mit einemFassadenanschlusselement wird der Kollektor mit der restlichen Fassade verbunden.

M


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Abbildung 11: Kranmontage desVersuchskollektors auf eineZiegelwand, Ansicht derSüdfassade desVerwaltungsgebäudes

Abbildung 12: 25 m² Bruttokollektorfläche (5 m x 5 m) überdas 1. und 2. OG

7.2.1 Wärmebrücken durch Kollektorbefestigung

Es handelt sich um einen Fassadenkollektor, der in eine Pfosten-Riegelkonstruktion ausAluminium eingebettet ist und vorgefertigt werden soll. Um eine Abschätzung desWärmeverlustes und der Oberflächentemperatur an Grenzschichten abzuklären, wurdeneinige Varianten mittels eines mehrdimensionalen Wärmebrückeprogrammes (Therm)durchgerechnet und ausgewertet.Die Varianten wurden zunächst vom Kollektorhersteller (Projektpartner im Haus der Zukunft -Projekt) vorgegeben und dann entsprechend den Rechenergebnissen optimiert und erneutberechnet.

Die Berechnung erfolgt stationär mit den angegebenen Randbedingungen. Für diedurchgeführten Variantenberechnungen wurden folgende Randbedingungen definiert:

• Außentemperatur: ta = -12 °C• Innentemperatur: ti = +20 °C• Ziegelmauerwerk 25 cm (λ = 0,50) innen verputzt• Berechnung eines Randpfostens des Kollektorfeldes• Annahme der örtlichen Befestigung alle 1,0 m• Berechnung der eingeschlossenen Luft nach CEN

Variiert wurden zunächst Kollektorkonstruktionen mit einer Kollektorrückwand aus Aluminiumund Holz. Weiters wurde der Einfluss der thermischen Trennung der Glasabdeckleiste undder Befestigung des Kollektorrahmens am Mauerwerk untersucht. Das Ergebnis wird als U-Wert der Konstruktion und als Temperatur an der Befestigung des Kollektorrahmens amZiegel und in der Kollektorrückwand, 0,5 Meter von der Befestigung entfernt, angegeben(siehe Tabelle 1).

Tabelle 1: Vergleichs U-Wert und ermittelte Temperaturen an der Befestigung des Kollektorrahmensam Ziegel und in der Kollektorrückwand, 0,5 Meter von der Befestigung entfernt.


8

Thermische Trennungder

Ermittelte Temperaturen[°C]

Rück-wand

Befestigungam Ziegel

Glasab-deckleiste

Vergleichs U-Wert[W/m²K]

Lges = 0,50 m Befestigung anZiegel

Kollektor-rückwand

1 Alu 0,87 -7,3 -3,6

2 Holz 0,64 -9,6 +5,7

3 Alu X 0,86 -6,8 -3,5

4 Alu X 0,81 -5,2 -2,0

5 Holz X 0,63 -8,3 +5,9

5a Holz X X 0,62 -7,7 +6,0

Aufgrund der Rechenergebnisse wurde beim schließlich realisierten Kollektor (mit Rückwandaus Holz) zwischen Glasabdeckleiste und Halteschiene (beide aus Aluminium) und zwischender Ziegelwand und Montagehalterung des Kollektors 5 mm Kunststoff (Acetal) eingesetzt.

Prinzipiell wird bei der Befestigung eines Fassadenkollektors auf einer Massivwand eineKollektorkonstruktion mit einer thermisch getrennten Glasabdeckleiste unbedingt empfohlen.Diese thermische Trennung der Deckschicht vom Pfosten oder Riegel hat auf dieBauteilgrenztemperatur zwischen Massivwand und Kollektor und auf den Wärmeverlust imWinter einen entscheidenden Einfluss.

Abbildung 13 zeigt den errechneten Verlauf der Isothermen in der Konstruktion mitthermischer Trennung der Glasabdeckleiste (Kollektor mit Holzrückwand). Die errechneteThermographieaufnahme ist in Abbildung 14 dargestellt.

Abbildung 13: Isothermenverlauf der Kollektorkonstruktion mit thermischer Trennung derGlasabdeckleiste (Kollektor mit Holzrückwand, 25 cm HLZ)


9

Abbildung 14: Errechnete Thermographiezeichnung der Konstruktion mit thermischer Trennung derGlasabdeckleiste (Kollektor mit Holzrückwand, 25 cm HLZ)

7.3 Messergebnisse der Testfassade LeichtbauAbbildung 15 zeigt beispielhaft die Temperaturverläufe im Wandaufbau der Testfassade 1(Fassadenkollektor auf Leichtbau) in der ersten Messwoche. Das Haus war noch nichtbewohnt und unbeheizt. Auch waren noch nicht alle Fenster eingesetzt. Dadurch sind diegeringen Innentemperaturen erklärbar.

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17:10:0015.04.01

13:45:0016.04.01

10:20:0017.04.01

06:55:0018.04.01

03:30:0019.04.01

00:05:0020.04.01

20:40:0020.04.01

17:15:0021.04.01

[°C

]

T_Absorber [°C]

T_Kollektordämmung [°C]T vor Gebäudedämmung [°C]T nach Gebäudedämmung [°C]

T Raum [°C]

Abbildung 15: Temperaturen im Wandaufbau, 14.4.-21.4.2001, das Gebäude befindet sich noch imunbewohnten Zustand, daher die geringen Raumtemperaturen. Noch keine Wärmeabnahme vomKollektor (T_Absorber ist daher Stagnationstemperatur).


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Deutlich niedriger als im März sind die Temperaturen im Wandaufbau im August. Dies wirddurch den großen Einfallswinkel der Strahlung auf den Kollektor bewirkt.

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11:4508.08.01

05:3009.08.01

23:1509.08.01

17:0010.08.01

10:4511.08.01

04:3012.08.01

22:1512.08.01

16:0013.08.01

[°C

]

T_Absorber [°C]T_Kollektordämmung [°C]T vor Gebäudedämmung [°C]T nach Gebäudedämmung [°C]T_Raum [°C]

Abbildung 16: Temperaturen im Wandaufbau 7.8.-13.8.2001. Gebäude seit Anfang August bezogen,Warmwasserbereitung erfolgt ausschließlich über Solaranlage.

Die abgebildete Messkurve „Relative Feuchtigkeit nach der Gebäudedämmung“ in denAbbildungen 17 und 18 stellen zugleich die relative Feuchtigkeit dar, die direkt an derDampfbremse herrscht. Da die gewählte und in der Testanlage 1 eingebaute Dampfbremseeinen sehr geringen Dampfsperrwert sD-Wert (0,8 m) aufweist, ist gewährleistet, dass aufdiese Weise die Bau- und Materialfeuchtigkeit in der Konstruktion nach innen austrocknenkann.

Zu Beginn der Messungen im März 2001 befand sich vermutlich noch relativ vielMaterialfeuchte in der Holzständerkonstruktion. Die Auswertung der ermittelten Messkurvenzeigte, dass bis Ende April die Konstruktion so weit austrocknete, dass keine schädlicheKondensation mehr auftrat, d.h. nie mehr 100% relative Feuchtigkeit erreicht wurden. Dierelative Feuchtigkeit zwischen Gebäudedämmung und Dampfbremse „pendelte“ sich imMonat Juni schließlich tagsüber zwischen maximal 50% und 75% ein.

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03:00:0019.04.01

23:30:0019.04.01

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Luftraum Kollektorvor Gebäudedämmungnach GebäudedämmungInnen

Abbildung 17: Relative Feuchte im Wandaufbau, 14.4.-21.4.2001. Die hohe Feuchtigkeit des Holzes,das für die Wandkonstruktion verwendet wurde, macht sich bemerkbar


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rela

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[%]

Luftraum Kollektor [%rH]

rH vor Gebäudedämmung [% rH]

rH nach Gebäudedämmung [% rH]

rH Raum [% rH]

Abbildung 18: Relative Feuchte im Wandaufbau, 7.8.-13.8.2001. Nach dem Austrocknen derWandkonstruktion stellt sich an der Dampfbremse (nach Gebäudedämmung) tagsüber eine relativeFeuchtigkeit zwischen maximal 50% und 75% ein.

Die Praxis bei der Herstellung von Holzständerkonstruktionen im Wohnbau auf der Baustellehat gezeigt, speziell auch bei der Testfassade 1, dass kaum trockenes Bauholz verwendetwird. Ein dampf- bzw. luftdichtes Abschließen von nassen Holzkonstruktionen einerseitsdurch den außen angeordneten Kollektor und andererseits durch eine innenliegende dichteDampfbremse ist unbedingt zu vermeiden. Ein ständig feuchtwarmes Klima in einerdiffusionsdicht abgeschlossenen Holzbauteilkonstruktion führt unweigerlich innerhalbkürzester Zeit zu Schimmel- und Pilzbildungen und somit zur Zerstörung des Holzes.Ist aus zeitlichen Gründen ein natürliches Austrocknen der Holzkonstruktion und derWärmedämmung bis zur Ausgleichsfeuchte vor der Montage der innenliegendenDampfbremse nicht möglich, wird eine relativ diffusionsoffene Dampfbremse empfohlen.

8 Schlussfolgerungen

Ertragssimulationen haben gezeigt, dass vertikale Kollektoren umso mehr Ertrag bringen, jegrößer der Anteil der Wärmeabnahme im Winter und in den Übergangszeiten ist. Das heißt,dass Anlagen mit Fassadenkollektor besonders für solare Kombianlagen geeignet sind.Besonders in Regionen mit guter Schneelage im Winter wird die Einstrahlung in die Fassadedurch Reflexion in der Zeit von November bis März um bis zu 20% erhöht.Wenn auf eine entsprechende Dämmung der Fassade geachtet wird, ist im Sommer mitkeiner Überhitzung des Raumes hinter der Wand mit dem Kollektor zu rechnen. Im Winterbewirkt der fassadenintegrierte Kollektor eine Verminderung derTransmissionswärmeverluste.

Die Erfahrungen mit der Testfassade, die als Leichtbaukonstruktion ausgeführt wurde,zeigten, dass durch die Verwendung einer Dampfbremse mit einem geringenDampfsperrwert (0,8 m) ein Austrocknen der Wandkonstruktion gewährleistet ist. DieMessung zeigten ein Absinken der relativen Feuchtigkeit im Wandaufbau vor derDampfbremse von 100% direkt nach Beginn der Messungen im März 2001 auf maximal 50%bis 70% im August 2001. Generell sollte also eine innenliegende Dampfbremse, die lediglichdie Funktion einer Luftsperre hat, verwendet werden.

Um die Feuchtigkeit im Wandaufbau mit nicht hinterlüfteten Fassadekollektor so gering wiemöglich zu halten, ist trockenes Bauholz oder Leimholz für das Holzskelett zu verwenden.Die Anordnung einer Wandheizung wird prinzipiell als positiv bewertet. Dagegen sollte aufFliesen im bereich des Fassadenkollektors möglichst verzichtet werden. Anderenfalls droht


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durch das Einschließen der Feuchtigkeit zwischen zwei dampfdichten Schichten dieKondensation von Feuchtigkeit.

Die Wärmebrückenberechnungen der Befestigung eines Fassadenkollektors an einerMassivwand haben gezeigt, dass die Glasabdeckleiste thermisch getrennt ausgeführtwerden sollte. Dies kann durch Unterlegen mit Kunststoff geschehen. Eine Hinterlegung derörtlichen Befestigungselemente mit einem druckfesten wärmedämmenden Material (PVC,Polyamid etc.) vermindert ebenso die Wärmebrückeneffekte. Die Rückwand des Kollektorssollte aus einem „gut dämmenden“ Material (z.B. Holz) ausgeführt sein. Auf Fliesen sollteauch hier verzichtet werden, während die Anordnung einer Wandheizung empfehlenswert ist.Prinzipiell sollte eine Mindestdämmung zwischen Kollektor und Mauerwerk von etwa 8 cmeingehalten werden.

9. Literatur/1/ Diem, Paul, Bauphysik im Zusammenhang, 2. Auflage 1996, Bauverlag

/2/ Rockendorf, Janßen: Facade Integrated Solar Collectors, Institut fürSolarenergieforschung GmbH, Hameln

/3/ Stadler, Irene, AEE INTEC, Fassadenintegration von thermischen Sonnenkollektorenohne Hinterlüftung, Elftes Symposium Thermische Solarenergie in Staffelstein,Deutschland, 2001

Informationen auch unterwww.hausderzukunft.at

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Energie und Architektur 2001 BERGMANN

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Dachintegrierte

Großflächenkollektoren,

Kunstoffabsorber –

Erfahrungen aus Norwegen

Dachintegrierte

Großflächenkollektoren,

Kunstoffabsorber –

Erfahrungen aus Norwegen



Referent:Michaela MEIRUniversität Oslo


Dachintegrierte Großflächenkollektoren,Dachintegrierte Großflächenkollektoren,Kunststoffabsorber -Kunststoffabsorber -Erfahrungen aus NorwegenErfahrungen aus Norwegen

Fachtagung ”Energie und Architektur”SIR-Salzburger Institut für Raumordung und Wohnen 11.10.2001, Residenz, Salzburg

M.MeirUniversity of Oslo,Department of PhysicsP.O.Box 1048 Blindern,N-0316 Oslo, Norwegen<[email protected]>

M.Meir, University of OsloFachtagung ”Energie und Architektur”

SIR-Salzburger Institut für Raumordnung und Wohnen, 11.10.2001, Residenz, Salzburg

Österreich - NorwegenÖsterreich - Norwegen

Energieressourcen(Wasserkraft, Erdöl, -gas)

niedr. Strompreis

Elektroradiatoren

unterentwickelterSolarmarkt

oft kein Keller /Heizungsraum

mäßigesUmweltbewusstsein

entwickelter Solarmarkt

Zentralheizungsanlagen

"Do-it-yourself-market"

Biomasse



Beobachtung: Solartechnik heuteBeobachtung: Solartechnik heute

� Der gegenwärtige thermische Solarmarkt in Europa berührt nuretwa 2% der Bevölkerung. - "Solar-Enthusiasten"

� Motivation für "Solarinvestitionen":• Komfort/Gesundheit• Vertrauen in Technik• Ästhetik• Bau- und Zeitaufwand der Installation• Kosten / Amortisationszeit• Gesellschaftl. Bewertung, Statussymbol

� gewöhnlich: Solaranlage als Erweiterung einer Heizungsanlage� erstrebenswert: Integrale Konzepte

beinhaltend: Kollektor, Wärme-/Pufferspeicher, Nachheizung,Wärmeabgabesystem, zentr. Regelung



Entwicklung, PolymerkollektorEntwicklung, Polymerkollektor

� Anforderungen an Heizungsanlage:– Raumtemperatur : 20-22ºC– Warmwasser : 50-55ºC– Behaglichkeit, Raumklima– Umweltfreundlichkeit– Betriebskosten

"Energiedach"– Integration in die Gebäudehaut– Flexibilität + Ästhetik– Niedertemperaturheizung– einfache Lösungen– preisgünstig



PolymerkollektorPolymerkollektor

� Doppelstegplatten:PPO Absorber, PC Abdeckung

� Produktionsvorteile� Logistikvorteile� Flexibilität: Orientierung, Länge,

Dach- oder Fassadenintegration� Kollektor ist Teil eines Konzepts

=> Niedertemperatur-Heizungssystem� Solaranlage zur kombinierten Brauchwasserbereitung und

Raumheizung� Wärmeabgabesystem: Wand- oder Fußbodenheizung� energetisch optimale Kopplung zwischen Pufferspeicher,

Kollektor- und Fussbodenheizkreis� Produzent/Vertrieb, SOLARNOR AS (Høvik, Norwegen)

www.solarnor.com



Anlagenschema - PolymerkollektorAnlagenschema - Polymerkollektor

� große, drucklosePufferspeicher ausEdelstahl

� mit eingetauchten Tank fürBrauchwasservorwärmung

� Solarkreis, Pufferspeicherund Fußbodenheizkreis"direkt gekoppelt"

� Anlage: Installationund Inbetriebnahmeist technisch einfach

� Umweltfreundlichkeit,Wasser als Wärmeträger

� Drain-Back-Anlagenverbreitet in denNiederlanden, Norwegen

Nachheizung



DrainDrain-Back-Anlage-Back-Anlage

� Wärmeträger ist Wasser ohne chem. Zusätze� Einfrieren oder Überhitzungsgefahr: Regler schaltet

Solarpumpe ab, und Kollektorkreis entleert sich (Schwerkraft)� Pufferspeicher übernimmt Funktion eines Drain-Back-

Reservoirs im Anlagenstillstand� Kollektorverschaltung, Rohrführung: Drain-Back-Funktion!� Thermische Ausdehung von Kunststoffen ist zu beachten



AnwendungenAnwendungenPolymerkollektor & "Niedertemperaturkonzept"Polymerkollektor & "Niedertemperaturkonzept"

� in Anlagen mit hohem Brauchwasserbedarf (Pflegeheime,Krankenhäuser, Bäder, Industrie)

� in Solaranlagen zur kombinierten Brauchwasserbereitung undRaumheizung mit Niedertemperaturheizsystemenund einem typischen Pufferspeichervolumen vonca. 50-100 Liter / (m2 Kollektorfläche)

KollektorwirkungsgradArbeitsbereich

� Solarer Energieertrag: vor allem abhängig vom "richtigenAnlagendesign", Kollektorwirkungsgrad zweitrangig



Kollektor als Dach- / FassadenmodulKollektor als Dach- / FassadenmodulPlanung - Montage - LogistikPlanung - Montage - Logistik

� Isolierung ist Teil der Dachkonstruktion� Wer installiert den Kollektor? Wer installiert das Dach?� Kollektor: geringes Gewicht (ca. 10 kg/m2)� drucklose Anlage - "Heizungsbauer aufs Dach?"� Konflikt zwischen Gewerke?� Anforderungen während der Installation

– Kollektormontage durch ein Gewerke– schnell und einfach– Verzicht auf besondere Hilfsmittel– zuverlässiges Montagesystem und Bauteile

� Heizraum/-zentrale:Transport des Pufferspeichers

Selbstbau

Dachmodul

”Solar roof"

Flachkollektor



DachkonstruktionDachkonstruktion

� genereller Aufbau / Querschnitt� Erfahrungen: Dach mit/ ohne Hinterlüftung� Übergänge sind Schwachpunkte

PC AbdeckungPPO AbsorberWärmedämmungwasserdichte Folie

SparrenWärmedämmungDampfsperreSchalung

Dachintegration mit Hinterlüftung

Übergänge sind Schwachpunkte



KlosterengaKlosterengaÖkologiewohnungen, OsloÖkologiewohnungen, Oslo

� Zusammenspiel: Bauträger/Bauherr,Architekt, Planer, Solarinstallateur

� Plan: Integriertes "Solardach"+ Maisonette für 6. Etage

Energy saving installations• active solar heating• passive solar heating• improved insulation standards• individually metered apartments

Recycling• waste recycling• local cleaning of grey water• rainwater collection

Building Materials• reduced number• easy recyclable• easy maintenance• indoor climate

Living quality• green areas• sculpture park• limited parking possibilities• visual access to green areas

Bauherr: USBL, OsloArchitekt: GASA AS, Oslo; Architektskap AS, OsloBauträger: Veidekke ASA, OsloSolaranlage: SOLARNOR AS, HØVIK



Solare Brauchwasserbereitung undSolare Brauchwasserbereitung undRaumheizung -Raumheizung - Klosterenga Klosterenga Projekt Projekt

W ohnfläche 2900 m 2

W ohneinheiten 35typ.Bewohnerzahl 70Pufferspeicher 13 m 3

Aperturfläche 214 m 2

Neigungswinkel 45°



Building integrated energyBuilding integrated energy system system

zentrale ZoneBad, Küche, +25°C

Wohnbereich,Doppelfassade+17 - 22°C

Fußbodenheizung "Energiedach" Doppelfassade



Das Norwegische Haus in MalmöDas Norwegische Haus in Malmö

� Bo01 - Bauausstellung 2001 in Malmö, Schweden� Norwegen stellt neben 14 europäischen Ländern im "European Village"

eigenes Bauwesen vor� Norwegische "Villa": Verbindung - traditionelles Blockhaus mit moderner

Glasfassade; Architekt: Bjørn Larsen (Oslo)Bauherr: Selmer Skanska Boilg AS

Ziel:Mit konventionellen Techologien soll derEnergiebedarf 25% unter dem gegen-wärtigen Standard von norwegischenNiedrigenergiehäusern liegen.Umweltfreundlichkeit: im Bauprozess undwährend der späteren Nutzung.



Polymerkollektor:Polymerkollektor:FassadenintegrationFassadenintegration

� Kollektor ist Teil der Fassade� Heizraum im Dachgeschoß� kurze direkte Rohrleitungen

Das Norwegische Haus (Bo01, Malmö)Architekt: Bjørn Larsen

Fassaden-kollektoren

Heiz-zentrale



Das Norwegische HausDas Norwegische HausAnlagenschemaAnlagenschema

W ohnfläche 214 m 2

Pufferspeicher 1 m 3

Kollektorfläche 14 m 2

Neigungswinkel 90°

Südfassade



BKK VerwaltungsgebäudeBKK VerwaltungsgebäudeBergens Kommunale Energie Gesellschaft

� Aufdachmontage als Design



Neigungswinkel 15°Heizw.bedarf 300000 kW h/a



RANTENRANTEN Mountain Mountain Hotel Hotel

� Solaranlage: Brauchwasserbereitung,Raumheizungsunterstützung, Schwimmbadbeheizung

Gästezim m er 134Pufferspeicher 4 m 3


Schwim m bad 90 m 3

Neigungswinkel 27°Heizw.bedarf 400000 kW h/a



Einfamilienhaus, OsloEinfamilienhaus, Oslo

� Anpassung an asymmetrischeBauformen

beh.W ohnfläche 200 m 2



Neigungswinkel 44°Heizw.bedarf31000 kW h/a

Architekt: Pål Tysland (Oslo)



""Lessons learnedLessons learned""

� Interessenkonflikt: traditionelles Handwerk - neue Technologien� Integration: Branchenkonflikte?� Qualität der handwerklichen Arbeit� Kollektor als Bestandteil der Gebäudehülle� Planung, Solaranlage: früh und als integraler Bestandteil� Heizraum/ -zentrale: Lage, Größe� Technisch einfache Lösungen (Rohrführung, Regelsystem, ...)� Direkte Kopplung: Berücksichtige Material der einzelnen

Komponenten� Ästhetik ist wichtig für Akzeptanz

Kollektorintegration,

färbige Absorberschichten –

Erfahrungen aus Österreich

Kollektorintegration,

färbige Absorberschichten –

Erfahrungen aus Österreich



Referent:Gebhard BERTSCH

Fa. DOMA, Satteins


Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“___________________________________________________________________________________________________________________________________________BERTSCH

�=ÄÉêíëÅÜKÇçÅ 1

Fassadenintegrierte Kollektoren können Wachstumspotenziale nutzen

Die Solaranlage als gestalterisches Element

Gebhard BertschAKS DOMA Solartechnik

Energiepark WestSonnenstraße 1

SATTEINS05524/5353

Die thermische Nutzung der Sonnenenergie ist mehr denn je ein Gebot der Stunde. In Zeitenwie diesen geht es dabei nicht bloß um die Schonung der Umwelt durch Vermeidung vonAbgasen. Die in den letzten Monaten rasant gestiegenen Rohölpreise und vor allem auch dieaktuelle Kriegsgefahr machen die Zerbrechlichkeit der immer noch als sicher vorgegebenenStrukturen deutlich, mit denen die sogenannte 1. Welt die Ressourcen ärmerer Erdteile fürsich nutzt. Ohne näher auf diese politisch brisante Lage eingehen zu wollen, sei dochfestgehalten: Die mit gewaltigen Umweltschäden verbundene Verbrennung von begrenztund nicht einmal im eigenen Land vorhandenen Ressourcen ist weit unintelligenter, als dieumweltfreundliche Nutzung der Sonnenenergie: Die ist überall auf der Welt vorhanden undjeder kann sie nutzen, ohne dem anderen etwas wegzunehmen.

Auf dieser Erkenntnis fußt die Firmengründung von AKS DOMA im Jahr 1992.Seit damals hat die thermische Solarenergienutzung eine Entwicklung genommen, die zuBeginn der 90er Jahre noch kaum vorstellbar schien.

Österreich gehört inzwischen zu den Top-Solarregionen Europas und der Welt. Darausableiten zu wollen, dass damit quasi das Limit erreicht sei, wäre aber aus unserer Sicht völligverkehrt, im Gegenteil: Wir stehen immer noch erst am Anfang einer Entwicklung, welchedie Nutzung der thermischen und auch der elektrischen Solarenergie zu einer der großenSäulen einer zukünftigen und zukunftsfähigen weltweiten Energieversorgung macht.

� Die CO2 Belastung zu reduzieren, ist inzwischen ein global anerkanntes Erfordernis. Nachden vielen Lippenbekenntnissen der verschiedenen Klimakonferenzen zeichnen sich dafürimmer mehr auch konkrete Maßnahmen einzelner Staaten ab. Das Weißbuch "Energie für dieZukunft" der Europäischen Union etwa definiert die Verdoppelung des Anteils dererneuerbaren Energie am Gesamtenergieeinsatz von derzeit 6% auf 12 % bis 2010 als EU-Gesamtziel.

� Die positive Entwicklung der Solarenergie war in den vergangenen zehn Jahren möglich,obwohl die Kosten für fossile Energie in dieser Zeit auf einem äußerst niedrigen Niveaulagen. Seit etwa einem Jahr sind die Preise für Heizöl, Gas und Benzin massiv gestiegen. Wirwissen, dass diese Preisentwicklung langfristig anhalten wird, zumal sich die Erschöpfung derweltweiten Vorräte an fossilen Energieträgern immer klarer abzeichnet.


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� Die mit der Marktentwicklung einhergegangenen produktionstechnischen Fortschritte fürSolaranlagen und ihre Komponenten waren enorm. Die Verwendung der Sonnenenergie bloßfür die Brauchwassererwärmung ist angesichts der gesunkenen Preise und gestiegenenLeistungsfähigkeit moderner Kollektoren schon beinahe grotesk.

Bei entsprechender Planung eines normalen Einfamilienhauses lässt sich einEnergieverbrauch von knapp 30 Kilowattstunden pro Jahr und Quadratmeter erreichen. Eineausreichend dimensionierte Solaranlage liefert die Energie für die Erwärmung desBrauchwassers und gibt über Fußboden oder/und Wandheizungen, die mitNiedrigtemperaturen von maximal 35 Grad arbeiten, angenehme Strahlungswärme ab.Wichtig ist die richtige Größe des Pufferspeichers. Passt alles zusammen, können ohnebesonderen Aufwand 70 bis 80 Prozent der benötigten Wärmeenergie aus derSonneneinstrahlung gewonnen werden.

Einbindung in das HeizsystemIn Österreich werden bereits geschätzte 50 Prozent aller Neuanlagen in Einfamilienhäusernals „Kombianlagen“ – für Brauchwasser-Erwärmung und Heizungseinbindung – realisiert. InDeutschland liegt der Anteil der Kombianlagen bei rund 25 Prozent.

Grundlage dieser Schätzung bildet die Größe der neu errichteten Anlagen – man weiß, dassKollektorflächen von unter zehn Quadratmetern Größe für die Heizungseinbindung zu kleinsind, Flächen über 15 Quadratmeter mehr Wärmeenergie liefern, als ein normaler Vier-Personen-Haushalt für das Brauchwasser benötigt. Für die sinnvolle Nutzung derSolarenergie sind also größere Kollektorflächen notwendig.

Seit unserer Firmengründung hatten wir immer wieder Kontakt mit Planern und Architekten,welche die früher angebotenen herkömmlichen Kollektoren aus gestalterischen Gründenablehnten – und man muss zugeben, nicht ganz zu Unrecht; Tatsächlich ließen sich diefrüher üblichen Kollektoren in viele Bauten kaum einbinden, ohne größere ästhetischeWunden zu hinterlassen.Die schwarzen Flächen auf einem roten Ziegeldach sind wirklich nicht jedermanns Sache,schon gar nicht die entsprechenden Stahlgerüste für Solaranlagen auf modernen Pult- undSatteldächern.

Wenn man sich damals schon schwer tat, relativ kleine Anlagen von 8 bis 12 QuadratmeternGröße unterzubringen, wie sollten wir Architekten davon überzeugen, dass Solaranlagen mit15, 20 und bis zu 30 Quadratmeter notwendig sind?

Immer wieder wurde als mögliche Lösung in solchen Fällen die Integration der Kollektoren indie Fassade in Betracht gezogen.

In enger Zusammenarbeit mit einigen Architekten und Bauphysikern haben wir bereits 1993den zahlreichen Gegenargumenten zum Trotz begonnen, den fassadenintegrierten Kollektorzu entwickeln. In den folgenden Jahren hat sich vielfach bewiesen, dass technischeMessungen in Labors andere Ergebnisse bringen, als die Erfahrungen in der Praxis. DerFassadenkollektor wird heute nicht nur aus ökologischen und ökonomischen Gründenforciert. Von einer großen und rasant steigenden Anzahl von Architekten werden die inpraktisch allen Größen und Formen sowie in verschiedenen Farben und immer in perfekterVerarbeitung gelieferten Kollektoren auch als gestalterisches Element am Bau eingesetzt.


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Voraussetzungen

Ein paar wichtige Grundsätze gilt es dabei aber einzuhalten.Die Bedenken der Bauphysiker, die vor allem Probleme mit der Kondensation durch dieDiffusionsdichte der Glasflächen befürchteten, erwiesen sich in der Praxis als unbegründet.Durch den Aufbau unserer Kollektoren mit Holz als sehr diffusionsfähigem Trägermaterialfunktioniert der Feuchtigkeitsaustausch auch ohne Hinterlüftung der Kollektoren ohneProbleme.

Natürliche DämmstoffeZu achten ist dabei auf die Verwendung natürlicher Dämmstoffe wie Flachs, Hanf oderHolzwolle, die Feuchtigkeit aufnehmen und sie wieder abgeben. Diese nichtkondensierenden Dämmstoffe haben auch andere Vorteile gegenüber kondensierendenDämmstoffen (PU-Schaumplatten, Styropor etc).

Fachmann/frau ist gefragtEine wesentliche Bedingung ist auch die wärmebrückenfreie Integration des Kollektors in dieFassade, was wiederum fachgerechte Planung und Montage. Das Institut fürSolarenergieforschung in Emmerthal hat die Transmissions-Wärmeverluste einer Fassade mit25 Zentimeter opaker Dämmung mit denen einer Fassade von 21 Zentimeter Dämmung plusGlasscheibe und Absorber verglichen. Im Bereich des Kollektors wurde eine Reduktion derTransmissions- Wärmeverluste gegenüber der herkömmlichen Fassadenfläche um 50 Prozentgemessen!

Keine strukturierten GläserDie vergleichenden Forschungen des Institutes für Solarenergieforschung in Emmerthalhaben eine weitere Bedingung für den Fassadenkollektor definiert: Klarglasscheiben zeigenvor allem bei größeren Einfallswinkeln, wie sie bei der lotrechten Montage in der Südfassadevorkommen, ein günstigeres Verhalten: Die Reduzierung des jährlichen Ertrages durchstrukturierte Glasscheiben beträgt in der Fassade gegenüber den glatten Gläsern 3 bis 5Prozent.

Achtung: BeschattungBei der fassadenintegrierten Solaranlage müssen Planer und Bauherren bedenken, dass eineBeschattung der Anlage durch Vordächer, Balkone oder Bäume den Wärmeertrag erheblichmindert. Auch die Beschattung durch Nachbargebäude ist bei der Planung zuberücksichtigen.

Überzeugende Vorteile

Die theoretische Jahres-Energieausbeute beim senkrecht integrierten Fassadenkollektor istgeringer als beim ideal geneigten Kollektor auf dem Dach. Der rechnerische Mehrertrag derschräg montierten Kollektoren resultiert aber im wesentlichen aus der besseren Ausbeute inder Sommerzeit: Genau im Hochsommer allerdings werden die großen Mengen Heißwassernicht gebraucht.

Nutzergerechte EnergieerzeugungIm Winter aber kann der lotrechte Absorber das flacher auftretende Sonnenlicht bessernutzen - der solare Ernteertrag ist somit genau dann höher, wenn dieser Mehrertrag auchgenutzt werden kann.


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Mehrertrag durch ReflexionDas Institutes für Solarenergieforschung verglich auch diesen Gesamtenergieertrag vonFassaden - bzw. Dachkollektoren und stellte dabei außerdem fest, dass dieFassadenkollektoren einen zusätzlichen Strahlungsgewinn durch Bodenreflexion erzielen -gerade auch im „schneeweißen“ Winter.

Kein Schnee auf der FassadeJe nach Lage des Bauobjektes zu beträchtlichen Einbußen führt natürlich auch Schneefall -der einen Dachkollektor, gerade dann, wenn seine Leistung besonders gefragt wäre, lahmlegen kann.

Weniger thermische BelastungenIm lotrecht montierten Kollektor sind die Temperaturen im Sommer nicht so hoch. In Bezugauf die thermischen Belastungen des Systems ist das aber durchaus vorteilhaft. Während beiDachkollektoren schon ab einer Größe von sechs Quadratmetern lange Stillstandszeiten zuverzeichnen sind, treten bei großflächigen Fassadenkollektoren wesentlich wenigerStillstandszeiten auf. Das Institut für Solarenergieforschung Emmenthal errechnete für 20Quadratmeter große Kollektoren auf dem Dach 525, in der Fassade dagegen nur 100Stillstandsstunden pro Jahr.

Keine hochselektive BeschichtungDie dabei auftauchenden Temperaturen sind enorm: Bei hochselektiv beschichtetenDachkollektoren treten an mehr als 230 Stunden Temperaturen von über 190 Grad Celsiusauf, beim Fassadenkollektor dagegen sind nur an zehn Stunden pro Jahr solcheTemperaturen zu messen.AKS-DOMA verzichtet aus diesem Grund weitgehend auf den Einsatz sogenannterHochleistungs-Selektivbeschichtungen. Bei unseren fassadenintegrierten Absorbern betragendie maximalen Stillstandstemperaturen deswegen „nur“ ca. 130 Grad.

Eine Messung bei einer Absorbertemperatur von 115 Grad ergab, dass die hinter einer 5cmstarken Steinwoll-Dämmschicht montierte, 20 mm dicke OSB-Platte immer noch eineTemperatur von 85 Grad aufwies.Es ist vorstellbar, dass bei Temperaturen von bis zu 190 Grad, die an hochselektivbeschichteten Absorbern gemessen werden, in der Wand thermische Belastungen auftreten,welche Beschädigung an Materialien im Wandaufbau nach sich ziehen.Eine diesbezügliche Studie wird derzeit betrieben, von hochselektivenAbsorberbeschichtungen raten wir aber aus den genannten Gründen ab.

Finanzielle VorteileDie statische Funktion, die bei frei oder auf Flach- und Pultdächern montierte Solaranlagenteure Metallkonstruktionen übernehmen müssen, wird beim Fassadenkollektor vom bereitsbestehenden Mauerwerk übernommen.Bei der herkömmlichen Dachintegration erspart sich der Hausherr Dachfläche im Ausmaß derKollektorgröße: Normale Dachflächen sind allerdings schon um 250 Schilling je Quadratmeterzu haben. Viel größer ist der Einsparungseffekt bei fassadenintegrierten Kollektoren: Schonnormale Fassadenaufbauten und -flächen kosten bis zu 1000 Schilling je Quadratmeter.Bei aufwendigeren Fassaden, etwa bei Aluverkleidungen von Gewerbebauten, ist derErsparniseffekt oft noch um vieles größer. Die Dämmung des Kollektors ist gleichzeitigWärmedämmung für die Fassade. Auch die Folgekosten bei fälliger Fassadenerneuerung sindentsprechend geringer. Glas verwittert nicht und schaut nach kurzer Reinigung aus wie neu.


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ZusammenfassungDie zukunftsorientierte Energiepolitik im globalen Sinn und der - angesichts von Krisen undsteigenden Energiepreisen - wachsende Wunsch des Einzelnen und der Kommunen nachmöglichst unabhängiger Energieversorgung, eröffnen der Solarenergie in Zukunft neue,gewaltige Marktchancen.

Die (produktions-)technische Entwicklung der thermischen Solaranlagen ist so weitfortgeschritten, dass deren Einsatz für Brauchwassererwärmung, Heizungsunterstützung undSchwimmbaderwärmung ökologisch wie ökonomisch Sinn macht.

Eine ausreichend dimensionierte Solaranlage kann im Einfamilienhausbau bei entsprechenderPlanung – aber ohne besonderen Aufwand – 70 bis 80 Prozent der erforderlichen Energie fürHeißwasser und Heizung liefern.

Größere Solaranlagen können meistens in der Fassade integriert gestalterisch ansprechenderund wirtschaftlicher ausgeführt werden, als herkömmliche Dach-Solaranlagen

Fachtagung

Energie und Architektur 2001 BERTSCH

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Abb. 1: Je kleiner die Aussenfläche im Verhältnis zum, Volumen, desto geringer

der Heizwärmebedarf: Deutlich sichtbar ist aber, dass die verhältnismäßig

kleinen Dachflächen für eine ausreichend dimensionierte Solaranlage eng

werden können: In der Fassade ist mehr Platz für die Kollektoren.(Grafik: Solarfibel Baden Württemberg)

Abb. 2: Beschattung kann die Leistung fassadenintegrierter Kollektoren deutlich

mindern: Auch die Gartenplanung muss in das Gesamt-Energiekonzept

eingebunden werden

Fachtagung


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“Radelsbeck”: EFH in Bludesch, Vorarlberg.

Planung: Richard Caldonazzi

“WA Klaus 2”: Wohnanlage in Klaus, Vorarlberg

Planung: Walter Unterrainer,

Ausführung Lot Holzbau Feldkirch

Fachtagung


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“Kleindienst Matt4”: Sonnenenergie verleiht Flügel: Objekte

in Feldkirch, Vorarlberg

Planung: Walter Unterrainer,

Hermann Kaufmann

“Energiepark1”: Idealkombination thermische Kollektoren und

PV-Module in der Fassade: Energiepark West, Satteins.

Planung: MHM Dornbirn und Gruppo Sportive, Bludenz

Gebäudeintegrierte

Photovoltaiksysteme

Gebäudeintegrierte

Photovoltaiksysteme



Referent:Uwe KROISS

Fa. Stromaufwärts, Traun


Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ KROIß

stromaufwärts Photovoltaik GmbH. stromaufwärts Photovoltaik GmbH.Hauptplatz 10 Sonnenstraße 1A-4050 Traun A-6822 SatteinsT 07229 61022 T 05524 8666F 07229 61002 F 05524 8666-45

www.stromaufwaerts.at

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SOLARFASSADEN - INTEGRALE BESTANDTEILE DES GEBÄUDES

Uwe Kroißstromaufwärts Photovoltaik GmbH

Hauptplatz 10, 4050 TraunTel.: +43 (0)7229 / 61022, Fax 61002

Mobil.: +43 (0)676 6776677E-Mail: [email protected]

Zentrale:Sonnenstraße 1, 6822 Satteins

Tel.: +43 (0)5524 / 8666, Fax DW- 45

1 Spannungsfeld Architektur - PV-Anlageneffizienz

1.1 ArchitekturArchitektur = griechische Baukunst. Kunst ist das Spiegelbild der Zeit und Gesellschaft.Ausdruck von Kultur, Lebensweise und Ästhetik. Kunst an sich, fragt wenig nacheffizienter Verwendung, sondern eher nach der Wirkung, Form, Effekt, Ausdruck, etc. derverwendeten Materialien. Die Werkstoffe haben der Kunst zu dienen und nicht umgekehrt.Eine Kosten-Nutzen-Rechnung im Bereich Kunst, ist stets emotional.

1.2 PhotovoltaikPhotovoltaik ist wohl die edelste Form der elektrischen Stromerzeugung. Ulfert Höhnenennt sie die Primadonna und Hans Kronberger kommt zum Schluss, dass Photovoltaikdie genialste Erfindung der Menschheit ist. Aus Licht wird Kraft. Völlig unbewegt, absolutgeräuschlos und ohne schädliche Emissionen erzeugen Photovoltaikmodule elektrischenStrom. Photovoltaik ist zudem eine der verlässlichsten Formen der Stromgewinnung. Seitden 50er Jahren wird sie zur vollsten Zufriedenheit und mit Erfolg in der Weltraumfahrteingesetzt. Der Rohstoff Sonne steht dort wie hier, in unerschöpflichen Ausmaß und gratiszur Verfügung.

1.3 Anwendung und EffizienzWie, wo und unter welchen Bedingungen Photovoltaikanlagen die höchste Effizienzentwickeln, ist in zahlreichen Untersuchungen nachgewiesen. Nahezu sektiererisch wirdum jedes zehntel Prozent Wirkungsgrad gefeilscht, mit dem Ergebnis: Wenn dieBedingungen etwas besser wären, könnte noch etwas mehr aus den Modulen




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herausgeholt werden. Es wird gerade so getan, als ob es nicht genügend Sonnenenergieauf der Erde geben würde. Aber gerade das Gegenteil ist der Fall. Wir habenSonnenenergie im Überfluss und selbst ganz nahe an der Sonne würden die Module dannwieder nicht optimal funktionieren, da es dort zu heiß wäre.Es drängt sich der Verdacht auf, dass unter dem Deckmantel der Wissenschaft, dieStromgewinnung aus der Sonne diskreditiert wird. Um so mehr, da doch jeder, zumindestaus meiner Generation weiß, dass der erste Computer im Vergleich zu den heutigen, sogroß wie ein Haus und einen Stromverbrauch von einer kleineren Gemeinde hatte. Heutesind in jedem Satelliten Hunderte von Computern installiert und werden über die selbenZellen versorgt wie damals. Der Zellenwirkungsgrad ist aber lediglich von 6% auf 15%verbessert worden. Das Geheimnis ist, dass der Verbrauch dramatisch reduziert wurde.Dies aber nicht auf Kosten des Komforts, sondern im Gegenteil, der Wunsch nach nochmehr und schnellerer Rechnerleistung hat den Ingenieursgeist beflügelt und daraus sindenorm effiziente Geräte entstanden.Jetzt möchte ich aber nicht dem schlechten Anlagenbau das Wort reden, sondern dieDiskussion auf eine andere Ebene bringen.Auch wenn die Ausrichtung und der Anstellwinkel einer Fassade nicht optimal zur Sonneist, so ist der optische, ästhetische Wert ein wesentlicher und zusätzlicher zurStromgewinnung. Bei PV-Fassaden haben die Vorstellungen des Baukünstlers imVordergrund zu stehen. Er gestaltet das Kunstwerk nach seiner Idee, fasst den Juwel imIndustriebau oder setzt einen besonderen Akzent im Städtebau. Und wir haben all unserKönnen in der Umsetzung einzusetzen. Unsere Aufgabe ist es, aus der vorgegebenenArchitektur das Beste, für die optimale Funktion der Anlage herauszuholen.Konstruktionen aus rostfreien Materialien Wie VA4 Stahl oder Aluminium so zu erstellen,dass eine gute Hinterlüftung gewährleistet ist, die Wärmedehnungen berücksichtigt sind,Schattenverläufe zu simulieren und die Verkabelung der Stränge dementsprechend zugestalten usw.

1.4 BeispieleEinige von uns errichtete Anlagen sollen Beispiel dafür sein.

1.4.1. Umspannwerk Rieden 11,76kWp Kyocera und Fronius Wechselrichter:Das UW Rieden der VKW ist ein unbewohntes, rein zur Aufnahme der technischenGeräte bestimmtes Gebäude. Diese liefern einen relativ hohen Abwärmeanteil, so dass imWinter auf eine eigene Beheizung verzichtet werden kann. Im Sommer jedoch, so habendie thermischen Simulationen ergeben, würde die geplante Verglasung, zu starkerÜberhitzung des Gebäudes führen. Der Einsatz von Photovoltaikmodulen hat in diesemFall nicht nur den Nutzen der Stromerzeugung, sondern bewirkt die gewünschteAbschattung und gibt dem Gebäude eine besondere Note. Allein die Energieeinsparungdurch die Abschattung, die Energiegewinnung der Module und die Einsparung der Gläser,




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rechtfertigen den Einsatz der Photovoltaik. Der ästhetische Gewinn kann als zusätzlichesPlus verbucht werden.Die luft- und wasserdichte Einbettung der Module, zwischen die Profilitverglasung, beieinem Temperaturgang von 100°C und einer mechanischen Länge von ca. 14m, stelltbesondere Ansprüche an die Konstruktion. Um die Wärmedehnung so gering wie möglichzu halten, um eine Beschädigung der Gläser zu vermeiden, wird die einwirkende Wärmesehr rasch über die Konstruktion abgeleitet. Der vorgegebene Abstand von 86cm, derModule von der Wand, ist für die seitlichen Anschlüsse und auch für die Windbelastungnicht unkritisch. Wir haben uns für eine Kombination aus VA4 Stahl und Aluminiumentschieden. Die Konstruktion ist, um bestehende Bauungenauigkeiten rasch ausgleichenund um vorgefertigte Fassadenteile problemlos einsetzen zu können, wurde dieKonstruktion dreidimensional verstellbar konzipiert.

1.4.2. Landeshochbauamt Feldkirch 5,35kWp Kyocera, Fronius WechselrichterDiese Anlage wurde ganz klar als gestalterisches Element eingesetzt. Das langgezogene,sehr in die Breite strebende Bauwerk, erhält durch den Einsatz der 11 schmalenModulstreifen, einen feingliedrigen Charakter. Die thermische Sanierung der Fassade undder dadurch notwendige Ersatz der Jalousien, erforderten eine architektonischeNeugestaltung des Erscheinungsbildes.

1.4.3. Sonnenpark Dornbirn, 18,08kWp Kyocera, Fronius WechselrichterDer Sonnenpark Dornbirn ist ein Wohn und Geschäftshaus auf Eigentumsbasis. EinÖffnen der Südfassade hätte zumindest einen entsprechenden Sonnenschutz erfordert.Überall dort wo Büros situiert sind, wäre eine zusätzliche Klimatisierung, bedingt durch dieAbwärme der Computer, unabdingbar gewesen. Da der Tageslichteintrag aber durch denOst-West Querbaukörper sehr leicht realisierbar war, hat sich daher der Architekt dazuentschlossen, die Südfassade geschlossen zu halten. Die Kosteneinsparung der nichtgetätigten Investition, die laufenden Kosten für Betrieb und Wartung der Klimatisierung,konnten nun für die Gestaltung der Südfassade frei verwendet werden. Prachtfassadenaus Glas, Granit und Marmor besitzen keine besonderen Herausstellungsmerkmale.Photovoltaik steht in der Öffentlichkeit für besondere Attribute wie, innovativ,verantwortungsbewusst, modern, aufgeschlossen und der Umwelt verpflichtet. DieArchitekten MHM und auch der Bauträger, Jochen Klimmer, aus Dornbirn, sind bekanntdafür, dass in ihren Bauwerken ausschließlich mit nachwachsenden Rohstoffen geheiztwird und so war die Gestaltung der Südfassade des Sonnenparks mit Photovoltaik, einelogische Konsequenz. Die Einsparung des Außenputzes, die Vermeidung der obenerwähnten Kosten und der zu erwartende Energieeintrag ergeben eine sehr preisgünstigePrachtfassade. Zudem stellt das Objekt ein städtebauliches Juwel dar, dem sehr vielöffentliche Beachtung geschenkt wird.Die besondere Herausforderung an dieser Konstruktion war die Bedingung, dasssämtliche Module von vorne, einzeln abnehmbar sein müssen. Dies ist deshalb eine




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besondere Aufgabe, da die Module von hinten zu befestigen sind, keine Schraubensichtbar sein dürfen und wir aus Gründen der Baugeschwindigkeit, stets in vorgefertigtenTeilen auf die Baustelle liefern.Die durch das gegenüberliegende Gebäude auftretende Abschattung im Winter, istnatürlich in der Verkabelung berücksichtigt und soll durch die Reflexion des davorliegenden Wasserbeckens im Sommer wieder aufgeholt werden.

1.4.4. Maschinenhandel Metzler, 5,56kWp, Kyocera, Fronius WechselrichterDer Architekt und der Bauherr, beide waren sich einig. Die innere Überzeugung, darf undsoll sich am Firmengebäude zeigen. Reinhard Metzler ein engagierter Unternehmer ausFeldkirch, mit einem Naheverhältnis zu Umwelt und Natur, handelt mit hochwertigenWerkzeugmaschinen. Gesunde Umwelt ist ein unbezahlbares Gut, mit denkonventionellen Stromerzeugungsmethoden wird dieses Gut systematisch zerstört. Er willmit seiner anspruchsvoll gestalteten Fassade, an seinem neuen Firmengebäude jedenBesucher daran erinnern und gleichzeitig seinen eigenen Stromverbrauch mit erzeugen.

1.4.5. Haustechnik Leuteneger, 1,95kWp Solarfabrik, Fronius WechselrichterUrsprünglich waren die Seiten des Eingangsbereichs mit Sinuswellblech verkleidet. EineNeugestaltung schwebte Herrn Leutenegger und seinem Architekten schon lange vor. Erwürde gerne Module einsetzen. Die gerahmten Paneele haben ihm jedoch nicht rechtzugesagt. Wenn es eine Möglichkeit gibt, Laminate mit nicht oder kaum sichtbarerBefestigung zu integrieren, dann würde er sofort diese einsetzen lassen. Wir haben unseine entsprechende Konstruktion einfallen lassen.

1.4.6. Energiepark West und Stadtwerke HallBeide Projekte sind derzeit in Arbeit. Photos können daher noch nicht zur Verfügunggestellt werden.Die Stadtwerke Hall erhalten eine 12,42kWp Fassade mit Solarfabrik Laminaten. DasBesondere daran ist einerseits die Form des Gebäudes. Es ist in Bogenform gebaut undzieht sich von Süden im Bogen bis nach Osten. Andererseits werden es die Laminatesein, welche auf Wunsch des Architekten, mit einer blauen Folie ausgestattet seinwerden. Die Konstruktion wird auch hier aus Edelstahl und Aluminium gefertigt.Der Energiepark West ist das zukünftige Domizil von DOMA Solartechnik, S.A.G.Solarstrom GmbH und stromaufwärts Photovoltaik GmbH. Neben einem Sonnenkraftwerkmit 45kWp auf dem Dach, wird die Südfassade als gemischte Fassade aus thermischenKollektoren zur Warmasserbereitung und teilsolaren Raumheizung und ca. 17kWpPhotovoltaikmodulen bestehen. An der Westfassade werden 4,14kWp zuVergleichsmessungen angebracht.

1.5. SchlussDie gezeigten Beispiele sollen zeigen, dass Photovoltaikanlagen, wenn sie vonArchitekten als Elemente der Baukunst eingesetzt werden, durchaus zur Bereicherung der




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Architektur beitragen. Wichtig ist eine saubere Bauausführung und der Lebensdauer derModule, entsprechende Unterkonstruktionen. Um preislich in einem vernünftigen Rahmenbleiben zu können ist die Gestaltung und Ausführung mit Standardmodulen sinnvoll.Sondermodule je nach Größe und Gestaltung liegen vom Preis weit jenseits von denStandards und sind im Ersatzfall weit aufwendiger zu beschaffen.Ich widerspreche laut und deutlich jenen, die glauben, Photovoltaik an der Fassade seiPerlen vor die Säue geworfen! Nirgends kann diese phantastische Möglichkeit derStromproduktion besser und sympathischer präsentiert werden.




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Wohnen am Lohbach – Innsbruck:

Ergebnis einer

simulationsunterstützten Optimierung

von Gebäude und Solarsystem

Wohnen am Lohbach – Innsbruck:

Ergebnis einer

simulationsunterstützten Optimierung

von Gebäude und Solarsystem



Referent:Christoph MUSS

GMI-Ingenieure, Dornbirn


Fachtagung Energie und Architektur 2001„Optimierte Solarsyteme“ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ MUß

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Wohnen am Lohbach - Innsbruck: Ergebnis einersimulationsunterstützten Optimierung von Gebäude und Haustechnik

�� Christoph Muß – GMI DornbirnGMI Gasser Bernhard Ingenieurbüro, Schulgasse 22, 6850 DornbirnTel.: 05572-337770, Fax: 05572-337777, email: [email protected]

�� Das Projekt

Die Wohnanlage liegt am westlichen Ende des Franz-Baumann-Weges und bildet denAbschluss des Siedlungsgebietes gegen die landwirtschaftlich genutzten Flächen imWesten. Die 298 Wohnungen der Wohnanlage sind auf 6 Häuser mit 5-7 Geschossenverteilt. Der Zugang zu den Häusern erfolgt über eine Abfolge von befestigten Wegen undPlätzen. Diese sind autofrei gehalten, von Künstlern gestaltet und beinhalten auchKinderspielplätze. Über einen gedeckten Eingangsbereich gelangt man in die großzügigen,von oben belichteten Stiegenhäuser. Die Wohneinheiten werden von hier über Lift undTreppe erschlossen.Alle Aussenöffnungen sind als raumhohe Fenstertüren ausgebildet und öffnen sich zu denrund um das Haus laufenden Terrassen/Balkonen. Dadurch verfügt jede Wohnung übergroßzügige Freibereiche, die von allen Zimmern der Wohnung aus zugänglich sind.Vorgesetzte Kupferfaltläden und Brüstungen aus satiniertem Glas gewährleisten Sonnen-,Wetter- und Sichtschutz. In einem der Häuser sind 22 Seniorenwohnungen untergebracht,die zusätzlich über eine gemeinsame, betreute Tagesstätte verfügen.Unterirdisch sind alle Häuser durch eine zweigeschossige Tiefgarage mit 287 Stellplätzenverbunden.

Die Energieverbrauchsdaten dieser Wohnanlage, die 70% unter dem auch heute nochgebauten Standard liegen, sind in dieser Größenordnung in Österreich einzigartig. Dieschon beim Vorgängerprojekt am Mitterweg eingesetzte Gebäudetypologie und dasEnergiekonzept wurden hier weiterentwickelt und in großem Maßstab umgesetzt.Nachhaltigkeit, hohe Wohnqualität und die Reduktion der Unterhaltskosten, insbesonderebei der Wartung und dem Energieverbrauch, prägen diesen neuen Stadtteil mit knapp 300Wohnungen und ca. 1000 neuen Bewohnern.Durch die Anordnung sechs verschieden hoher, extrem kompakter Gebäude konnten dieAußenräume trotz der hohen städtebaulichen Dichte und des geringen Grundanteilsoptimiert werden und bieten vielfältige Durch- und Ausblicke auf die umgebendennaturräumlichen Qualitäten des Grundstückes. Ein Außenraumkonzept, daß sich anstädtischen Verhältnissen orientiert, relativiert diese Beziehungen und stellt den Rahmenfür das öffentliche Leben innerhalb der Anlage dar. Überdachte „natürliche“ Außenräumeaus flachgezogenen Linden gliedern diese Räume und beherbergen Kunstobjekte, diezusätzlich Spannung erzeugen. Durch die unterschiedlichen Stellungen der Klappläden ander Fassade wird die Beziehung zwischen drinnen und draussen, privat und öffentlich,immer wieder neu definiert und so den unterschiedlichen Bedürfnissen des Individuumsangepaßt.Durch den Versuch, mehr Software und weniger Hardware im gesamten Planungs- undBauprozeß einzusetzen, ist es gelungen, einen hohen Ausstattungsstandard zu realisierenGespart wurde bei den für den Bewohner „unsichtbaren“ Kosten. Natursteinböden in denGängen der großzügigen Erschließungshallen, Holzböden und Holztüren in denWohnungen; Glasbrüstungen, Kupferklappläden, Holzfenster und Holzverkleidungen ander Fassade sind nur einige Beispiele für den Einsatz von hochwertigen Materialen, die im„sozialen Wohnbau“ selten zu finden sind.


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�� Allgemeine Daten

Bauherr: NEUE HEIMAT TIROL, Gemeinnützige Wohnungs- und SiedlungsgesellschaftGmbH, Innsbruck

Architekten: Architekturbüro Baumschlager & Eberle, Lochau

Projektleitung: Architekt Gerhard Zweier, Wolfurt

Haustechnikkonzept, Simulation: GMI Ingenieure, Dornbirn

Haustechnikplanung: Kurt Haidsengst, Rum, Innsbruck

Elektroplanung: TB Obwieser, Absam /Hall

Landschaftsplanung: Kienast, Vogt & Partner, Zürich

Konstruktionsplanung: Mac Wallnöfer, Fritzer&Saurwein, DI Neuner, alle Innsbruck

298 Wohneinheiten50 4-Zimmerwohnungen131 3-Zimmerwohnungen82 2-Zimmerwohnungen34 1-Zimmerwohnungen01 Ordination und Aufenthaltsraum für Senioren

121 Mietwohnungen154 Eigentumswohnungen23 Seniorenwohnungen

zweigeschossige Garage mit 287 PKW Abstellplätzengesamt: 22.150 m² Wohnnutzflächegesamt: 112.000 m³ umbauter Raum

�� Bauphysik

Aussenwand K-Wert 0.16 W/m²K. Innenputz, Stahlbetonpfeiler 18 cm,Wärmedämmung 28 cm, Holzschalung 2 cm

Flachdach K-Wert 0.13 W/m²K. Kies 5 cm, Bitumenabdichtung, Wärmedämmung 30cm, Dampfsperre, Stahlbetondecke im Gefälle 22-30 cm, Deckenputz

Kellerdecke K-Wert 0.16 W/m²K. Parkettbelag, Estrich 5 cm, Trittschalldämmung 3 cm,Sandausgleich 2.5 cm, Stahlbetondecke 22 cm, Wärmedämmung 20 cm, Deckenputz

Verglasung K-Wert 0.60 W/m²K: 3-Scheiben Wärmeschutzverglasung

Stiegenhaustrennwand K-Wert 0.23 W/m²K. Gipskartonplatten 2,5 cm,Wärmedämmung 7,5 cm, Gipskartonplatte 1,25 cm, Wärmedämmung 7,5 cm,Gipskartonplatten 2,5 cm

Stahlbetonbalkonplatten. thermisch getrennt mit Isolierkörben


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�� Haustechnik, Energiekonzept

Energiekonzept

Die Wohnungen sind mit einem Kompaktlüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung undKleinstlüftungswärmepumpe und mit einem Warmwasserspeicher ausgestattet. Nebeneiner energiesparenden Heizung führt die kontrollierte Wohnungslüftung zu einer Er-höhung des Komforts und zu einem langfristigen Erhalt der Bauqualität (gute Luftqualität inden Wohnungen, zugfreie Frischlufteinbringung, Abführung von Gerüchen, Vermeidungvon Schimmelrisiko). Bei Wärmedämmstärken von 25 bis 30 cm und einer 3 – Scheiben-verglasung der Fenster treten nur sehr geringe Wärmeverluste über die Fassade auf. Esergeben sich keine kühlen Wand- und Fensterflächen.Eine solare Warmwasserbereitung erfolgt über Sonnenkollektoren und zentrale Solar-speicher.Durch Bauweise und Haustechnik werden bei hohem Komfort sehr niedrige Heiz-energiekennzahlen um 20 kWh/m²a erreicht. Dies liegt um den Faktor 3 bis 4 unter demHeizenergieverbrauch üblicher Wohnungsneubauten. Insgesamt ergibt sich für die 298Wohnungen mit 21500 m² Wohnnutzfläche eine Heizenergieersparnis von etwa 860Megawattstunden pro Jahr. Die jährliche Heizenergieeinsparung entspricht etwa 86000Liter Öl oder 86000 m³ Gas pro Jahr entsprechend 237 Tonnen CO2 – Emissionen oderdem Heizwärmebedarf von etwa 120 Niedrigenergiehäusern.

Lüftung und Heizung

Die Luftansaugung erfolgt über Dach, die im Winter kalte Außenluft wird vomSolarspeicher auf 0°C - 10°C erwärmt. Bei Ausfall der solaren Frischlufterwärmung oderextremen Aussentemperaturen übernimmt dies eine Gastherme. Im Wohnungslüftungs-gerät wird die Frischluft durch die Abwärme der Abluft auf 16°C - 20°C nachgewärmt.Hierbei erfolgt eine durchmischungsfreie Übertragung von 80% der in der warmen Abluft(20°C bis 22°C) enthaltenen Wärme auf die Frischluft.Ist aufgrund der Wärme von Personen, Beleuchtung oder Sonneneinstrahlung keineHeizung mehr notwendig, so wird Frischluft ohne Nachheizung in die Wohn- undSchlafräume eingebracht. Im Heizfall erfolgt eine Erwärmung der Frischluft auf ca. 30°C -40°C durch die Kleinstlüftungswärmepumpe.

Die Frischluft wird über in die Betondecken eingelegte Lüftungsrohre zu den Luftauslässenim Wohn- und Schlafbereich geführt, wobei die verwendete Luftauslaßtechnologie einekomfortable, leise und zugfreie Lufteinbringung gewährleistet. Die Abluft wird in der Kücheund in den Bädern und WC´s abgesaugt, die Luftüberströmung von den Wohnräumen undZimmern erfolgt hierbei über den Luftspalt unter den Türen. Die bei Kochtätigkeitnotwendige Abfuhr der auftretenden Gerüche der Küchenabluft erfolgt separat überAktivkohlefilter.

Im Lüftungsgerät wird die Abluft über die Wärmerückgewinnung geleitet und über Dach insFreie geführt.


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Solare Brauchwasserbereitung und Zulufterwärmung

Die Sonnenkollektoren mit einer Fläche zwischen 140 und 190 m² pro Gebäude geben beiEinstrahlung ihre Wärme an die zentralen, zwischen 80 und 105 m³ pro Gebäude großenSolarspeicher in der Tiefgarage ab.Im Sommer wird das benötigte Warmwasser in den 40°C – 60°C warmen Speichernerwärmt und anschließend in die wohnungseigenen Boiler geleitet. Dort findet je nachBedarf eine weitere Wassererwärmung durch die Wärmepumpe statt (ca. 65% günstigerals Elektroboiler).Im Winter wird die solare Wärme zur Erwärmung der Zuluft genutzt. Die Speicher könnendann auf 5°C bis 15°C sinken. Damit erwirtschaften die Kollektoren bereits beiTemperaturen um 20°C solare Wärmeerträge, so daß mit üblichen Kollektoren sehr hoheErträge um 450 kWh pro Kollektorquadratmeter erzielt werden.

Regenwassernutzung

Das Regenwasser wird gesammelt und für die WC-Spülung verwendet. Niederschlags-menge 1996 für Innsbruck laut meteorologischem Institut 933 Liter/m², das ergibt für diegesamte Dachfläche 5400 m³/a. Der Verbrauch für ca. 1000 Personen/Jahr beträgt ca.9750 m³/a. Deckungsgrad somit 55%.


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Abbildung: Energie-/Haustechnikkonzept, Schema


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Fragebogen zur FachtagungOptimierte Solarsysteme

Oktober 2001Ihre Meinung ist uns wichtig!VORTRAGENDE:

AnmerkungenProf. Dr.-Ing. F. W. Grimme, FH KölnInhalt des Vortrages 0 0 0 0 0 __________________________________Gestaltung des Vortrages 0 0 0 0 0 __________________________________

Univ.Prof. Dr. W. Streicher, TU Graz

Inhalt des Vortrages 0 0 0 0 0 _____________________________________Gestaltung des Vortrages 0 0 0 0 0 _____________________________________

D.I. Irene Bergmann, AEE INTEC


Dipl. Phys. Michaela Meir, Universität Oslo


Gebhard Bertsch, DOMA Solartechnik


Uwe Kroiß, stromaufwärts


D.I. Christof Muß, GMI-Ingenieure


SIR ORGANISATIONvor Kursbeginn 0 0 0 0 0 __________________________________zu Kursbeginn 0 0 0 0 0 __________________________________während des Kurses 0 0 0 0 0 __________________________________Ausstattung der Kursräume 0 0 0 0 0 _____________________________________Tagungsunterlagen u. Arbeitsunterlagen 0 0 0 0 0 _____________________________________

Gesamteindruck: ____________________________________________________________________________________________

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Wie haben Sie von dieser SIR-Veranstaltung erfahren:

O Jahresprogramm O SIR- Aussendung O durch Bekannte O durch meine Firma

O Internet O Zeitung (welche)______________________

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O Sonstige __________________________________

_________________________________________Danke für Ihre Mitarbeit!

Documents

OptimierteOptimierte SolarsystemeSSolarsystemeolarsysteme · 2016. 3. 25. · FACHTAGUNG EnergieundArchitektur2001 Donnerstag, 11.Oktober2001 Residenz,Kaisersaal Residenzplatz1 A-5020Salzburg