IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 01/02/2005, Seite 40 ff. KLIMATECHNIK |
Lüftungssysteme im Vergleich
Teil 2: Erkenntnisse aus dem abgeschlossenen BMWi-Modellvorhaben
Ing. André Jödicke*
Die DEGEWO-Gruppe verwaltet als größte Wohnungsbaugesellschaft in Berlin einen Bestand von ca. 74.000 Wohnungen. Durch die Tochtergesellschaft KÖWOGE (Köpenicker Wohnungsgesellschaft mbH) wurde in Berlin-Friedrichshagen ein Modellvorhaben zur Wohnungslüftung, gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium, realisiert. Innovative Wohnungslüftungssysteme sind nach der Montage über einen Zeitraum von zwei Jahren messtechnisch begleitet worden. Bereits in Ausgabe 21/2003 berichteten wir über das Konzept und erste Erfahrungen. In dem folgenden Artikel wird über die Ergebnisse des inzwischen abgeschlossenen Modellvorhabens berichtet.
Das Modernisierungskonzept
Bei den Gebäuden handelt es sich um Plattenbauten vom Typ P2 aus der Mitte der sechziger Jahre, die in Bad und Küche keine Fenster haben. Durch die ehemals vorhandene Schachtlüftung wurde der Luftwechsel in den Wohnungen durch den thermischen Auftrieb und den Wind bestimmt. Der Heizenergieverbrauch lag vor der Sanierung durchschnittlich bei 178 kWh/(m2 a) und Beschwerden von Mietern über Geruchsbelästigungen waren tägliche Praxis. Insgesamt 300 Wohnungen wurden im bewohnten Zustand umfassend modernisiert. Der Forschungsblock hat jetzt eine 14 bis 20 cm starke Fassadendämmung; jeweils 50 Wohnungen erhielten eine bedarfsgeführte Abluftanlage bzw. eine Zu- und Abluftanlage. Weitere 200 Wohnungen sind nach dem üblichen KÖWOGE-Standard saniert worden (u.a. 8 cm Fassadenwärmedämmung, ungeregelte Abluftanlage). Vor und nach der Modernisierung wurden Detailuntersuchungen vorgenommen zur Raumlufttemperatur- und Feuchte, dem CO2-Gehalt der Raumluft und den Fensteröffnungsgewohnheiten der Bewohner. Weitere Untersuchungen in und außerhalb der Bauhülle schlossen sich an. 14 Wärmemengenzähler wurden monatlich ausgewertet.
| Bild 1: Das Projekt im Überblick. |
Erfahrungen mit unterschiedlichen Lüftungsanlagen
Mit dem Einbau der Lüftungsanlagen wurde eine kontinuierliche Belüftung der Wohnungen sichergestellt. Aus der Analyse der Messwerte ergibt sich, dass mit allen drei Lüftungssystemen eine relative Luftfeuchte in den Wohnräumen von 60% nur selten überschritten bzw. schnell wieder abgebaut wird. Weiterhin sind für einige Aufenthaltsräume im Mittel eine relative Raumluftfeuchte von weniger als 30% festgestellt worden. Gemessen wurden bei der Zu- und Abluftanlage auch Minima unter 15%. Hohe Extrema des CO2-Gehaltes bis 7500 ppm in den Schlafzimmern bzw. in einem als Schlafzimmer genutzten Kinderzimmer zeigen, dass bei geschlossenen Fenstern und geschlossenen Innentüren eine Belüftung der Räume praktisch nicht stattfindet. Hier sind entsprechende Überströmdurchlässe in den Türen erforderlich, um eine kontinuierliche Lüftung zu gewährleisten. Im o.g. Beispiel waren die Überströmöffnungen durch den Nutzer verschlossen worden.
Bei der Zu- und Abluftanlage erfolgt die Luftführung im Installationsschacht über ein Rohr-in-Rohr-System zum wohnungsweisen Wärmetauscher. In diesem Konzept wird die Luft dort erwärmt, wo sie benötigt wird, in der Wohnung. Auffällig in der Auswertung ist, dass nicht Küche oder Bäder, sondern die Schlafzimmer im Monatsmittel die höchste relative Feuchte aufweisen.
Bei der bedarfsgeführten Abluftanlage System Riecon konnte über eine Fernüberwachung die Funktion jeder Anlagenkomponente kontrolliert werden. Die Einweisung vom Hersteller und eine optimierte Bedienungsanweisung stellten die Akzeptanz beim Mieter sicher. Problematisch zeigte sich die Platzierung der Außenluftdurchlasselemente (ALD) im oberen Fensterrahmen: es kam zu Beschwerden über Zugluft. Aufgrund der guten Wärmedämmung und der inneren Lasten sind die Heizkörper unterhalb der Fenster kaum noch in Betrieb und erwärmen somit den Zuluftstrom nicht. Im Verlauf des Projekts wurde dieses Problem durch eine außentemperaturabhängige Volumenstromregelung entschärft. Der Auswahl und Einbauposition der ALD’s sollte man in zukünftigen Projekten mehr Beachtung schenken. Es wurden auch bauakustische Messungen zur Bestimmung der Schalldämm-Maße von Fenstern mit und ohne ALD durchgeführt. Dabei wurde deutlich, dass mit den Außenluftdurchlasselementen die Schalldämmung der Fenster deutlich reduziert wird. Der Einbau an z.B. vielbefahrenen Verkehrsstraßen sollte überdacht werden.
Verschmutzung der Lüftungskanäle
Bei der Zu- und Abluftanlage wurde die Verschmutzung im Luftkanalsystem untersucht. Zuluftfilter sind zentral für jeweils zehn Wohnungen installiert. Nach über zweijährigem Betrieb sind die Lüftungskanäle und wohnungsweisen Wärmetauscher so gering verschmutzt, dass eine Reinigung noch nicht notwendig ist. In der Vergangenheit hat es immer wieder Streitigkeiten mit Mietern gegeben bezüglich der Filtermattenwechselfristen in Küche und Bad. Daher bot es sich an, im Rahmen des Modellvorhabens die Verschmutzung zu erfassen und Empfehlungen für Wechselfristen zu ermitteln. Ein viermaliger Austausch der Filter pro Jahr durch die Wartungsfirma erscheint notwendig. Bei intensiver Nutzung der Küche könnten sogar kürzere Wechselfristen sinnvoll sein. Problematisch sind die Filtergehäuse. Sind diese nicht exakt bündig auf der Wand befestigt, zeigen "Schmutzfahnen" den Verlauf eines Teilluftstromes am Abluftfilter vorbei in den Lüftungskanal.
Fensteröffnungszeiten
Zur Erfassung der Fensteröffnungszeiten wurden in neun Wohnungen alle Fenster sowohl vor als auch nach der Sanierung mit Reed-Kontakten ausgestattet. Damit war es möglich festzustellen, ob ein Fenster bzw. eine Loggiatür geschlossen ist oder sich geöffnet in Dreh- oder Kippstellung befindet.
In Diagramm 1 wird deutlich, dass die energetisch effektivste Zu- und Abluftanlage bei tiefen Außentemperaturen die höchsten Fensteröffnungsanteile hat. Offensichtlich kann der vorgewärmte Zuluftstrom den Wunsch nach der Fensterlüftung nicht ausschließen. Das Schlafen bei angekipptem Fenster verursacht besonders große Verluste bei der Zu- und Abluftanlage. Den größten Anteil an der Fensterlüftung haben die Schlafzimmerfenster.
| Diagramm 1: Vergleich der Fensteröffnungszeiten (Zeitanteile) nach der Sanierung im Zeitraum Februar 2002 bis August 2003 (BBP). |
Erträge der Solaranlage
Die Solaranlage hat die Simulationswerte erbracht. In der Grafik sind die solaren Erträge im Vergleich mit der Simulation dargestellt. Die Erträge der 66 m2 großen Flachkollektoranlage liegen bei 397 kWh pro m2 Kollektorfläche und Jahr. Ca. 9% gehen als Wärmeverluste trotz sorgfältiger Wärmedämmung im Leitungsnetz verloren.
Ein Anlagenausfall im Mai 2003 wurde nur bemerkt, weil im Rahmen des Modellvorhabens monatlich die Ertragswerte aufgenommen und analysiert wurden. Ursache war die Schaltung der Leistungsstufe der Umwälzpumpe von "3" auf "1", vorgenommen bei der jährlichen Wartung. Damit war die Umwälzung vom Solarpufferspeicher zur Trinkwarmwasserbereitung nicht mehr gegeben. Als Folge ging, nach dem Aufladen des Solarpufferspeichers, die Kollektoranlage in den Leerlauf. Die Fernüberwachung versandte kein Störmeldefax, da sie für diese Störung nicht "ausgelegt" war. Es sind daher Entwicklungsarbeiten bei den Herstellern zu begrüßen, die eine Solaranlage nicht nur anlagentechnisch überwacht, sondern auch die Erträge dokumentiert.
Messungen an der Wärmepumpe
Bei der bedarfsgeführten Abluftanlage wird die Abluft von 40 Wohnungen zusammengeführt und über eine Wärmepumpe geleitet. Die Gewinne werden in die zentrale Warmwasserbereitung eingebracht. Die Jahresarbeitszahl wurde für die eigentliche Wärmepumpe mit 3,7 errechnet. Für die gesamte Wärmepumpenanlage, inklusive der Umwälzpumpen, ergibt sich eine Jahresarbeitszahl von nur noch 2,77. Eine Wirtschaftlichkeit ist damit nicht zu erreichen. Durch schnelleren und insgesamt besseren Service der Wartungsfirma hätte das Ergebnis jedoch noch verbessert werden können.
Energetische Bewertungen
Nach der Sanierung ist es zu erheblichen Reduzierungen bei den Heizenergieverbräuchen gekommen. Erwartet war ein größerer Unterschied zwischen der bedarfsgeführten Abluftanlage und der Zu- und Abluftanlage. Der energetische Vorteil durch die wohnungsweisen Wärmetauscher reduziert sich aufgrund des Nutzereinflusses bzw. der längeren Fensteröffnungszeiten. Der primärenergetische Vergleich zwischen der bedarfsgeführten Abluftanlage und der Zu- und Abluftanlage führt zu einem annährend gleichen Endergebnis. Die Nutzung der Abluft für die Vorwärmung der Zuluft im wohnungsweisen Wärmetauscher ist zwar von energetischem Vorteil, jedoch wird für die Zuluftführung zusätzliche Elektroenergie benötigt. Bei der bedarfsgeführten Abluftanlage ist der Bedarf an Elektroenergie insgesamt geringer.
Thermografieaufnahmen der Gebäudehülle
Die Thermografie-Aufnahmen zeigen, dass mit dem Anbringen der Außenwand-Dämmsysteme der Wärmeschutz nachhaltig verbessert wurde. Wärmebrücken sind noch im Bereich der Loggia-Konstruktion, an den Sockelschienen, an den Belichtungsflächen der "Hochkeller" sowie im Bereich der Deckenverschlüsse der Installationsschächte vorhanden. Probleme hinsichtlich Tauwasserbildung wurden an den vorgefundenen Wärmebrücken nicht festgestellt.
| Diagramm 2: Vergleich der monatlichen Erträge der Solaranlage mit den Simulationswerten; Anlagenausfall im Monat Mai (ASSMANN). |
Überprüfung der Gebäudedichtheit
Blower Door-Untersuchungen wurden zur Bestimmung der Dichtheit der Wohnungen sowohl vor als auch nach der Sanierung durchgeführt. Der Vergleich der n50-Werte vor und nach der Sanierung zeigt eine wesentliche Verbesserung der Dichtheit der Wohnungen durch die durchgeführten Maßnahmen. Die DIN 4108-7 fordert einen n50-Wert von max. 1,5 für Wohnungen mit Lüftungsanlagen. Vor der Sanierung wurden n50-Werte von 1,9 - 4,0 festgestellt. Nach der Sanierung bewegen sich die ermittelten Werte zwischen 1,1 - 1,6.
Ein großer Teil der Leckagen in der Gebäudehülle wurde durch den Einbau der neuen Fenster und Wohnungseingangstüren sowie durch die neue, wärmedämmende Fassade beseitigt oder zumindest stark reduziert. Um die inneren Leckagen zu minimieren wurden insbesondere die Durchbrüche der Heizungsleitungen gedichtet und besonderes Augenmerk auf die Dichtheit der geschossweisen Verschlüsse der Installationsschächte gelegt. Im Zuge der Bauausführung wurde mittels Rauchgasgenerator und gleichzeitiger Blower-door-Messung die Dichtheit vom Verschluss eines Installationsschachts exemplarisch überprüft. Die festgestellten Schwachstellen wurden beseitigt und entsprechende Maßnahmen für die weiteren Bauarbeiten gemeinsam mit den Installateuren abgestimmt. Nach der Sanierung wurden Leckagen in den gleichen Bereichen wie vor der Sanierung vorgefunden, jedoch ist die Anzahl und Größe der Leckagen wesentlich reduziert worden.
| Diagramm 3: Übersicht über die Endenergieverbräuche von Heizenergie vor und nach der Modernisierung, klimabereinigt (DEGEWO). |
Warmwassersystem: hohe Zirkulationsverluste
Im Warmwassersystem ergibt sich ein Energiebedarf von 24,9 bis 27,2 kWh/(m2 a). Gegenüber der überschläglich ermittelten Werte für die veralteten Gasdurchlauferhitzer ergibt sich eine Einsparung von 21-29%. Die durchschnittlichen Warmwasserverbrauchswerte liegen bei 35 - 48 Liter/WE und Tag bzw. 21 - 28 Liter pro Person und Tag. Der Anteil der Zirkulationsverluste an der Warmwasserbereitung schwankte in Abhängigkeit vom Verbrauch zwischen 35 - 46%. Der Deckungsanteil von Solar- und Wärmepumpenanlage an der Warmwasserbereitung erreichte jeweils 31%. Bei der Solaranlage lag die jahreszeitliche Schwankungsbreite von 11 - 61%. Im Gegensatz dazu lieferte die Wärmepumpe einen relativ konstanten Beitrag (28 - 35%).
| Bild 2: Thermische Schwachstellen vor Sanierung; erhöhte Wärmeabgabe an den gemauerten Brüstungen, den Glasbausteinbändern im EG und den Fugen der Betonplatten (BBP). |
Elektroenergieverbrauch der Haustechnik
Vor der Modernisierung lag der Elektroenergieverbrauch bei 0,4 kWh/(m2a). Im Referenzblock kam es zu einer Steigerung auf 2,3 kWh/(m2a). Im Forschungsblock wurden zur Dämpfung des Anstiegs Gleichstrommotore in der Lüftung und Heizung eingesetzt. Bei der bedarfsgeführten Abluftanlage mit elektrisch gesteuerter Raumtemperaturregelung wurde ein Wert von 2,7 kWh/(m2a) ermittelt. Betrachtet man die Zu- und Abluftanlage, so liegt der Elektroenergieverbrauch bei 5,7 kWh/(m2a). Dies überraschte nicht, da die Widerstände im Zuluftfilter, dem Zuluftkanal und dem wohnungsweisen Wärmetauscher zusätzlich überwunden werden müssen.
Fazit Forschung
Ein direkter Vorteil für ein Lüftungssystem konnte nicht gefunden werden. Sind niedrige Energieverbräuche das Ziel, kommt man an bedarfsgeführter Abluftanlage und Zu- und Abluftanlage mit Wärmetauscher nicht vorbei. Die bedarfsgeführte Abluftanlage System Riecon führt zusammen, was zusammen gehört: Heizungs- und Lüftungssteuerung. Bei bewusstem Nutzerverhalten hat aber die Zu- und Abluftanlage ein wesentlich höheres Einsparpotenzial an Heizenergie. Im Verlaufe des Modellvorhabens musste man aber auch feststellen, dass die Wohnungslüftung weniger ein technisches, als viel mehr ein psychologisches Problem ist. Bei einem durchschnittlichen Nutzerverhalten zeigten sich tiefverwurzelte Gewohnheiten bei der Fensterlüftung. Zukünftig sollte sich der Nutzer über eine Anzeige hinsichtlich der Luftgüte informieren können, wie es jetzt schon für die Temperatur und relative Luftfeuchte möglich ist. Damit könnte der Wunsch nach dem offenen Fenster reduziert werden. Hier sieht man weiteren Forschungs- und Entwicklungsbedarf.
| Bild 3: Die gedämmten Wände und neuen Fensterelemente reduzieren den Wärmefluss, darüber hinaus wurden die massiven Wärmebrücken beseitigt (BBP). |
Fazit Wohnungsbaugesellschaft
Zum wichtigen Thema Wohnungslüftung konnte die Wohnungsbaugesellschaft umfangreiche Erfahrungen sammeln. Monatliche Präsentationen vor In- und ausländischem Fachpublikum zeigen das große Interesse. Mit der Förderung durch das Bundeswirtschaftsministerium konnten die Forschungsmehrkosten ausgeglichen werden. Damit stehen jetzt Wohnungen zur Vermietung, die weit über dem üblichen Standard im Wohnungsbau ausgestattet sind. Die Gesamtmiete in den Wohnungen beträgt ca. 7,80 Euro/m2. Die warmen Betriebskosten sind darin mit durchschnittlich 0,58 Euro/m2 enthalten, wobei die Spanne bei den einzelnen Nutzern von 0,38 Euro/m2 bis 1,17 Euro/m2 reicht. Diese Spanne zeigt deutlich: Der Nutzer entscheidet über die Anwendung von Energiespartechniken.
Internetinformationen: |
* Ing. André Jödicke, DEGEWO-Gruppe, E-Mail: andre_joedicke@degewo.de
L i t e r a t u r :
A. Kerschberger: "Niedrigenergiesanierung - Ein neues Modellvorhaben in Berlin-Friedrichshagen", Bausubstanz Nr. 3 / 01, S. 49 - 51, März 2001
A. Kerschberger, A. Kloos: "P2-Niedrigenergiesanierung in Berlin-Friedrichshagen: Praxisbericht aus der Durchführungsphase", Bausubstanz Nr. 8 / 01, S, 45 - 49, November 2001
A. Jödicke: "BMWi-Modellvorhaben Albert-Schweitzer-Straße Innovative Lüftungssysteme im Vergleich", VDI-Springer Verlag, HLH Heizung-Lüftung-Haustechnik, Heft 9, September 2002
A. Jödicke: Lüftungssysteme im Vergleich, IKZ-HAUSTECHNIK Heft 21/2003
Der Schlussbericht des Modellvorhabens kann bezogen werden über: ASSMANN Beraten + Planen Büro Stuttgart, Pflasteräckerstraße 88, 70186 Stuttgart.
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