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Sparsame Nutzung externer Energiequellen

4. Sparsame Nutzung externer Energiequellen. 4. Sparsame Nutzung externer Energiequellen. 4.1 Aus der Bauphysik: W ärmeschutz, Gebäudekonzepte, Passivhaus 4.10 Einführung: Energiedienstleistungen im Haushalt 4.11 Bauphysik - Wärmeschutz

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Sparsame Nutzung externer Energiequellen

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  1. 4. Sparsame Nutzung externer Energiequellen

  2. 4. Sparsame Nutzung externerEnergiequellen 4.1 Aus der Bauphysik: Wärmeschutz, Gebäudekonzepte, Passivhaus 4.10 Einführung: Energiedienstleistungen im Haushalt 4.11 Bauphysik - Wärmeschutz .111Wärmetransport durch Wände .112Wärmetransport durch Fenster .113Lüftungsverluste .114 Instationäre Heizung4.11a Ergänzung: Bauphysik - Wärmeverluste von Feuerungsanlagen4.12 Zukunftsorientierte Gebäudekonzepte NEH = Niedrigenergiehaus ; PH = Passivhaus ; Nullenergiehaus 4.13 Das Passivhaus 4.14 Die EnergieEinsparVerordnung EnEV

  3. 4.10 4.1 Energie im Haushalt

  4. Energiedienstleistungen im Haushalt W.Feist: „Energie im Haushalt“, in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002), Springer Verlag; p.815-838

  5. Energiedienstleistungen im Haushalt W.Feist: „Energie im Haushalt“, in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002), Springer Verlag; p.815-838, Tab 5.3-1;p816

  6. Endenergie in [ kWh/(m2a)] 88 % Einsparung durch effizienteEnergienuzung 210 kWh /(m2a) 10.5 Vergleich desdurchschnittlichen Energieverbrauchs in einem deutschen Haushalt (1996)mit dem gemessenen Verbrauch im 4 Familienhaus"Passivhaus Darmstadt Kranichstein".Durch konsequente Anwendung von Effizienztechniken ist es gelungen,88 % des üblichen Energieeinsatzes einzusparen.Die Geräteausstattung und der Komfort sind dabei nochbesserals im Durchschnitt W.Feist: „Energie im Haushalt“, in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002), Tab 5.3-1;p816

  7. 4.11 Bauphysik - Wärmeschutz Das Wichtigste in (für Physiker angemessener) Kürze J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859

  8. Exkurs: Einige allgemeinere Worte zur Bauphysik goto: V4.1a_Bauphysik_Uebersicht.ppt

  9. 4.111 Wärmetransport durch Wände J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859

  10. Wärmetransport in opaken Bauteilen Stationärer 1-dim. Wärmetransport : q =  /d * T  = WärmeLeitfähigkeit Analogie :Wärmefluss ~ el. Stromstärkeq ~ I Temperaturdifferenz ~ el. SpannungT ~ V Ohm‘sches und Kirchhoff‘sche Gesetze gelten analog. R =  Rn ; „U“ = 1/ R U = „Wärmedurchgangskoeffizient“ J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb. 5.4-2,p.842

  11. Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen Massive, nicht poröse Baustoffe : um  = 1 [ W/(mK)] (Stein, Beton, Glas) Kunststoffe, Holz (typisch):  = 0,2 [ W/(mK)]  von Dämmstoffen: konventionelle Dämmstoffe : um 0,035 - 0,040 [ W/(mK)] mit Schwergasfüllung : bis auf 0,020 - 0,025 Evakuierte Dämmstoffe : 0,002 - 0,005 Zum Vergleich Kupfer : = 390 J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ ,.... ,p.841

  12. Beispiele für die Berechnung von U-Werten: siehe PHHP2002 Programm- Blatt U-Wert U-Wert von Außenwand U-Wert von Dach etc.

  13. nur zur Vollständigkeit Wärmespeicher Analogie : Wärmespeicher ~ el. KapazitätQS=ρ *cp*Volumen~ C = ε0ε * A/d Kapazitiver Blindstrom: I = - jωQS * T(ω) ~ I = - jω*C *U(ω) In einem homogenen Materialstück ist Leitfähigkeit und Speicherfähigkeit verteilt. Analogie zur Mikrowellentechnik mit einer „induktionslosen (!)“ Leitung. Konzepte der Elektrotechnik und Mikrowellentechnik wie: Ersatzschaltbilder, Zwei- und Mehrtore, komplexe Leitwerte, Frequenzabhängige Ortskurven, harmonische Analyse mit Laplace-und Fourier Transformationen etc. kann man auch auf Wärmeleitungsphänomene anwenden. Bei Publikum erntet man meist Staunen –Unverständnis- Ablehnung, es sei denn man findet einen echten Bau-Physiker

  14. 4.112 Wärmetransport durch Fenster J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859

  15. Edelgas IR- Reflexschicht Wärmetransport durch Fenster: Ersatzschaltbild Wärmeschutzverglasung mitWiderstands- Ersatzschaltbild: Rs = Strahlungswiderstand RL = Wärmeleitungs- Widerstand Ra = 1/ alpha_a = äußerer Wärmeübergangswiderstand Ri = 1/ alpha_i = innerer Wärmeübergangswiderstand ggg U -Wert des Fensters in W/(m2K) J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb. 5.4-5,p.845

  16. Luft Ar Kr Xe U -Wert und Scheibenabstand d bei versch. Füllgasen U -Wert von Zweischeibenverglasungen mit IR-Beschichtung (= 0,05) mit verschiedenen Füllgasen als Funktion des Scheibenabstands d . Füllungen: (...) Luft(-) Argon(---) Krypton, (- .-) Xenon J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb. 5.4-6,p.845

  17. Sonnenstrahlung, Augenempfindlichkeit und Wärmestrahlung Terrestrisches Spektrum der Sonnenstrahlung für AM 1,5 ,Hellempfindlichkeitsgrad des Auges und Schwarzkörperstrahlung bei T = 10°C J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb. 5.4-7,p.846

  18. Optische Eigenschaften einer Spezial-Glasscheibe Reflexions-grad Transmissions-grad Metallisch beschichtete4 mm dicke Glasscheibe mithoher Transmission im sichtbaren und solaren Bereichsowie mit hohem Reflexionsgrad (= niedrigem Emissionsgrad) im IR . J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb. 5.4-7,p.846

  19. 4.113 Lüftungsverluste J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859

  20. Rechenwert für jährliche Lüftungs-Wärmeverluste Jährliche Lüftungswärmeverluste nach WSchV 1995 : qL= 28.56 * V * hLWin [kWh] L = 28,56 [ kWh / (m3 / h) ] hLW = Luftwechsel-Rate Grobe NebenRechnung:L =r * cp * Heizgradstunden 1,3[kg/m3] * 1000 /3600[Wh/(kg*K)] * 79 000 [Kh] = 28,53 [ kWh / (m3/h) ] J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859; p.854

  21. Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Schematische Darstellung einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung J.Fricke und A.Beck: „Bauphysik, Wohnen und Energieeinsatz“ , in E.Rebhan(Hrg.) Energiehandbuch (2002) ; p.839-859, Abb.5.4-15,p.855

  22. 4.114 Instationärer Heizbetrieb Für den Heizwärmeverbrauch alleine maßgebend ist die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, gemittelt über die gesamte Heizperiode. Speichereffekte und generell instationäres Verhalten können höchstens bei der Frage der Ausnutzung von Überwärmunge (z.B. durch passive Solarenergie) eine Rolle spielen. (Vermeidung von überflüssigem Lüften zur Abkühlung eines überhitzten Raumes). Quelle: Luther, G. : „Einsparung von Heizkosten durch zeitweises Abschalten der Heizung“; GI - GesundheitsIngenieur; Bd. 100,Heft 12 (1979), p.384-386

  23. Quelle: Luther, G. : „Einsparung von Heizkosten durch zeitweises Abschalten der Heizung“; GI - GesundheitsIngenieur; Bd. 100,Heft 12 (1979), p.384-386

  24. 4.12 Zukunftsorientierte Gebäudekonzepte aktuell verfügbar und sogar wirtschaftlich: Niedrigenergiehaus ( NEH ) Passivhaus (PH ) technisch möglich: NullHeizenergiehaus, Nullenergiehaus

  25. Endenergiebedarf von Wohngebäuden mit therm.Solaranlage Werte beziehensich auf Einfamilienhäuser. Der externe Energiebedarf von Wohngebäuden (Endenergie) unterschiedlichen Standards im Vergleich. Anmerkungen _> Luther, J. und Voss,K.: „Solares bauen-Neue Märkte und Konzepte“ ; Abb.1; p.62; inFVS Themen 2000;p.62-71

  26. Anmerkungen zu Endenergiebedarf von Wohngebäuden: 1. Größere Gebäude haben in der Regel einen geringeren Heizwärmebedarf (Kompaktheit) bei höherem Warmwasserbedarf (Verluste durch Zirkulation). 2. Die Konzepte Wärmeschutzverordnung (WschVo) bzw. Energieeinsparverordnung (EnEV) beschreiben den bis bzw. ab 2002_0201 gültigen gesetzlichen Standard. 3. Ab dem Niedrigenergiehaus 2001 (NEH 2001) ist eine thermische Solaranlage berücksichtigt. 4. Für das Nullemissionshaus ist eine eine Solarstromanlage (PV) berücksichtigt. Die Solarstromanlage ist im Beispiel so dimensioniert, dass ihr primärenergetisch gewichteter Ertrag den Primärenergieaufwand von Haustechnikstrom, Heizung und Warmwasserbereitung in der Jahresbilanz vollständig deckt. 5. Der Stromverbrauch im Haushalt kann in allen Fällen durch erhöhte Geräteeffizienz ohne Komfortverzicht halbiert werden. Luther, J. und Voss,K.: „Solares bauen-Neue Märkte und Konzepte“ ; Abb.1; p.62; inFVS Themen 2000;p.62-71

  27. Zwei in sich geschlossen stimmige energiesparende Gebäudekonzepte : das Niedrigenergiehaus das Passivhaus

  28. Das Niedrigenergiehaus (NEH) Def.:DerEnergiekennwert Heizwärme vonNiedrigenergiehäuser beträgt unter 70 kWh/(m2a) (Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die Wohnflache). Dies kann erreicht werden durch: guten Wärmeschutz,Wärmeschutzverglasungenund eine kosten-günstige Abluft -Lüftungsanlage Solch ein Niedrigenergiehaus benötigt aber noch eine konventionelle warmwasserführende Heizanlage: Quelle: Feist, W.: „Passivhäuser-Behaglichkeit ohne Heizung“; in 1Passivhaustagung-1996; p.29-40;p.29

  29. NEH braucht noch konventionelle WW-Heizung: 1. Der Wärmebedarf istohne Wärmerückgewinnung aus der Abluftauch bei sehr guter Dämmungnicht unter ~25 kWh/(m2a)zu senken (maximale Heizlast ~25 W/m2 am Auslegungstag), was über eineZuluftnacherwärmung allein nicht abzudecken ist. 2. Zweischeiben-Wärmeschutzverglasungen (k~1,3W/(m2K) haben bei -10°C Außentemperatur eine innere Oberflächentemperaturen unter 15 oC. Dadurch käme es am Fenster zumKaltluftabfall, wenn nicht ein Heizkörper unter dem Fenster für die Umkehrung der Strömungsrichtung sorgte; der Heizkörper wird zudem benötigt, um den Strahlungsvvärmeentzug auszugleichen. 3. Durch den Außenluftdurchlaß (ALD) tritt im Winter kalte Frischluft in den Raum; dies würde zu Zugerscheinungen und zum Kaltluftsee führen. Daher muss unter dem ALD ein Heizkörper stehen, der die eintretendeFrischluft in die Warmluftwalze einbindet und so Behaglichkeit garantiert Quelle: Feist, W.: „Passivhäuser-Behaglichkeit ohne Heizung“; in 1Passivhaustagung-1996; p.29-40;p.29

  30. Das Passivhaus (PH) Def.:DerEnergiekennwert Heizwärme vonPassivhäusern beträgt unter 15 kWh/(m2a) (Jahresheizwärmebedarf bezogen auf die Wohnflache). Dies kann erreicht werden durch:noch besseren WärmeschutzDreischeiben - Wärmeschutzverglasungenund eineZu -/ Abluftanlage mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung Solch ein Passivhaus kann auf eine konventionelle Heizanlage verzichten. Quelle: Feist, W.: „Passivhäuser-Behaglichkeit ohne Heizung“; in 1Passivhaustagung-1996; p.29-40;p.29

  31. PH braucht keinekonventionelle Heizungsanlagemehr: Die im Vehältnis zum Niedrigenergiehaus noch weitergehendeVerbesserungder Wärmedämmung und der Fenster und die Abluft-Wärmrückgewinnung sind für sich alleine genommen unwirtschaftlich. Beim Passivhaus führen jedoch die Mehrinvestionen in den Wärmeschutz und die Wärmerückgewinnungzueiner konzeptionelle Vereinfachung: Die Investitionen in die Lüftungstechnikersetzen die konventionelle Ausgaben für die Installation des Heizsystem. Auch im Passivhaus paßt alles zusammen. Quelle: Feist, W.: „Passivhäuser-Behaglichkeit ohne Heizung“; in 1Passivhaustagung-1996; p.29-40;p.29

  32. Gegenüberstellung der Wärmebilanzen bei NEH und PH Gleichgewicht vonWärmeverlusten (links) und Wärmegewinnen (rechts) in einem "normalen Niedrigenergiehaus“ und in einem Passivhaus. Im Passivhaus werden die Wärmeverluste so stark verringert, daß die durch Fenster eingestrahlte Sonnenenergie und die inneren Wärmequellen zusammen mit der Zuluftnachheizungaus reichen, um die Verluste auszugleichen. Quelle: W. Feist: Gestaltungsgrundlagen Passivhäuser, (2001), Abb.3, p.

  33. Entwicklung der Hausstandards: vom schlecht gedämmten Altbauüber das Niedrigenergiehauszum Passivhaus - Durch den Wegfall der Heizung werden Investitionen gespart. - Die Behaglichkeit nimmt dabei immer mehr zu - Der Energieverbrauch und die Umweltbelastung nehmen ab.Beim Nullheizenergiehausnimmt der Aufwand wegen der additiven Systeme wieder zu. Quelle: Feist, W.: „Passivhäuser-Behaglichkeit ohne Heizung“; in 1.Passivhaustagung-1996;/PHT1-96/; p.29-40; Abb.1;p.30

  34. Passivhaus-Foliensatz: Folie 2; Energiekennwerte, PHI-2000

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