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Technologie und Wirtschaftlichkeit des Passivhauses

Die Diplomarbeit wurde 2003 mit dem Schöck Bau-Innovationspreis ausgezeichnet.
Technologie und Wirtschaftlichkeit des Passivhauses
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Stefan Echterhölter
  • Abgabedatum: Oktober 2002
  • Umfang: 196 Seiten
  • Dateigröße: 7,8 MB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Universität Fridericiana Karlsruhe (TH) Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-6491-2
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-6491-2 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-6491-2 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung: Die Diplomarbeit wurde 2003 mit dem Schöck Bau-Innovationspreis ausgezeichnet.
  • Arbeit zitieren: Echterhölter, Stefan Oktober 2002: Technologie und Wirtschaftlichkeit des Passivhauses, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Niedrigenergiehaus, Energiesparverordnung (EnEV), Innovation, Bauphysik, Energieeffizientes Bauen

Diplomarbeit von Stefan Echterhölter

Zusammenfassung:

Der Begriff „Passivhaus“ kennzeichnet einen Baustandard, der sowohl höchste Anforderungen an den Energieverbrauch als auch an die Ausführungsqualität stellt. Der maximale Jahresheizwärmebedarf des Passivhauses ist so gering, dass auf ein konventionelles aktives Heizsystem mit statischen Heizflächen verzichtet werden kann. Der Hauptteil des Wärmebedarfs wird durch die Energiebeiträge aus der einstrahlenden Sonne, der Abwärme der sich im Haus befindenden Personen sowie der Wärmeabgabe von elektrischen Geräten und Leuchtmitteln bereitgestellt. Die geringe zuzuführende Restwärmemenge erfolgt durch die Erwärmung der Frischluft in der ohnehin erforderlichen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Die verwendeten „passiven Techniken“ - die Solarenergienutzung, der exzellente Wärmeschutz und die passive Vorerwärmung der Frischluft - geben dem Passivhaus seinen Namen.

Die mit dem Konzept des Passivhauses verbundenen Chancen einer nachhaltigen Wohnungswirtschaft einerseits und einer volkswirtschaftlich sinnvollen Verringerung der Abhängigkeit von importierten fossilen Energieträgern andererseits, fügen sich in eine zunehmende Dezentralisierung der Energieversorgung ein. An deren Ende könnte der sich selbst mit Energie versorgende Verbraucher stehen, der jene in dem von ihm bewohnten Gebäude produziert und speichert.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es in einem ersten Schritt die bautechnischen und funktionalen Besonderheiten des Passivhauses herauszuarbeiten und auf der Grundlage einer umfassenden Literaturrecherche die entscheidenden Einflussgrößen auf die Erreichbarkeit des Standards sowie die spezifischen Randbedingungen für die Energiebilanzierung zu quantifizieren. Die qualitativen bautechnischen Verbesserungen sowie das Argument der Energieeinsparungen und der Komfortverbesserung werden alleine dem Passivhaus jedoch nicht zu einer Etablierung auf dem Baumarkt verhelfen. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher in einem zweiten Schritt das Verhältnis der Mehrkosten zu den monetär bewertbaren Einsparungen des energieeffizienteren Passivhauses gegenüber dem Niedrigenergiehaus untersucht. Es soll eine Aussage darüber getroffen werden können, unter welchen Randbedingungen der Neubau eines Passivhauses eventuell heute schon wirtschaftlich vertretbar ist, obwohl die Anforderungen weit über den gesetzlich vorgeschriebenen Standard hinausgehen. Dafür wird ein Wirtschaftlichkeitsmodell erstellt und die Zusammenhänge in ein Excel-Kalkulationsblatt implementiert. In einer Parameterstudie werden die Auswirkungen von Investitionskosten, Betrachtungszeitraum, Zinssatz, Inflation und Kostensteigerungsraten auf die Wirtschaftlichkeit untersucht und ausgewertet.

Inhaltsverzeichnis:

1. Einleitung 1
2. Literaturübersicht 5
2.1 Normung 5
2.2 Literaturrecherche 5
3. Technologie und Funktionsprinzipien des Passivhauses 7
3.1 Definition 7
3.2 Wärmeschutz 11
3.2.1 Wand 14
3.2.2 Dach 17
3.2.3 Sonstige Gebäudeabschlüsse 19
3.2.4 Wärmebrückenfreies Konstruieren 21
3.2.5 Kompaktheit und städtebauliche Aspekte 28
3.3 Luftdichtheit 35
3.4 Wärmerückgewinnung 40
3.4.1 Wärmerückgewinner 40
3.4.2 Erdwärmetauscher 51
3.5 Passive Nutzung der Solarenergie 54
3.5.1 “Solarkollektor“ Fenster 55
3.5.2 Transparente Wärmedämmung 62
3.5.3 Sonstiges Systeme 63
3.6 Innere Wärmequellen 64
3.6.1 Berechnung innerer Wärmegewinne 64
3.6.2 Sommerlicher Wärmeschutz 66
3.6.3 Ausnutzbarkeit innerer und solarer Gewinne 69
3.7 Haustechnik 70
3.7.1 Lüftung 70
3.7.2 Heizung und Warmwasserbereitung 79
3.7.3 Wasserspeicher 93
3.8 Sonstige Einflussfaktoren 94
3.8.1 Nutzerverhalten 94
3.8.2 Elektrische Haushaltsgeräte 97
3.8.3 Nutzung von alternativen Energien 99
3.8.4 Gebäudebestand 101
3.8.5 Ökobilanz und Nachhaltigkeit 104
3.9 Energiebilanzierung im Passivhaus 107
3.9.1 Randbedingungen der Bilanzierung 107
3.9.2 Heizwärmebedarf 110
3.9.3 Primärenergiebedarf 110
4. Wirtschaftlichkeit des Passivhauses 112
4.1 Statische Verfahren der Wirtschaftlichkeitsrechnung 115
4.2 Dynamische Verfahren der Wirtschaftlichkeitsrechnung 117
4.3 Rahmenbedingungen des Wirtschaftlichkeitsmodells 123
4.3.1 Kalkulationsblatt 123
4.3.2 Investitionskosten 124
4.3.3 Betrachtungszeitraum 126
4.3.4 Kalkulatorischer Zins 127
4.3.5 Energiepreissteigerung 128
4.3.6 Zusatzkostensteigerung 130
4.4 Vergleichsvarianten und Parameterstudie 131
4.4.1 Referenzobjekt und Passivhaus-Grundvariante 131
4.4.2 Mehr- und Minderkosten des Passivhauses 133
4.4.3 Durchführung der Parametervariation 134
4.5 Finanzierung 141
5. Untersuchungsergebnisse und Entwicklungsperspektiven 143
5.1 Auswertung der Untersuchungsergebnisse 143
5.2 Diskussion und Bewertung des Wirtschaftlichkeitsmodells 150
5.3 Entwicklungsperspektiven und Ausblick 155
6. Zusammenfassung 161
Literaturverzeichnis 164
Abbildungsverzeichnis 173
Tabellenverzeichnis 177
Übersicht Anhang 178

Automatisiert erstellter Textauszug:

Die von Feist vorgelegte Berechnung darf also nicht verallgemeinert werden. Zugegebenermaßen sind die Wohnungen heutzutage im Allgemeinen nicht so großzügig zugeschnitten, dass bedenklich kleine spezifische Luftwechselraten zustande kommen. Bei Einfamilienhäusern hingegen muss also noch verstärkter als im Reihen- und Geschosswohnungsbau auf die höchstmögliche Verringerung der Wärmeverluste geachtet werden, damit die benötigten Heizleistungen mittels Normallüftung erreicht werden. Um den Unwägbarkeiten der genauen Heizlastauslegung und auch dem Mangel einer Regelbarkeit der Temperatur in verschiedenen Räumen zu begegnen, werden häufig noch Elektroheizkörper im Bad und/oder im Wohnbereich installiert. Dies ist die einfachste und günstigste Methode, um dem in diesen Räumen zeitweise benötigten, erhöhten Temperaturniveau gerecht zu werden. Auch im Falle einer Nutzungsänderung, z. B. für ältere Bewohner mit höherem Temperaturbedarf ist diese Lösung sinnvoll, solange eine Temperaturdifferenzierung einzelner Räume nicht anderweitig verfügbar ist. Primärenergetisch scheint diese Lösung gegen das Passivhaus Konzept zu sprechen. Simulationen dazu haben ergeben, dass z. B. ein ganzjährig währendes 24°C-Temperaturniveau in einem Badraum etwa 300 % mehr Energie verbraucht, als wenn es 3 x täglich jeweils eine halbe Stunde von 20 auf 24 °C hoch geheizt würde [35]. Eine die Projektierung der Anlage mit den in der DIN V 4701 vorgegebenen Randbedingungen ist aus folgendem Grund nicht möglich: Die benötigten Heizleistungen werden damit um das bis zu etwa 3-fache überschätzt und so eine Nachheizung über das Lüftungssystem unmöglich macht. Dies ist insbesondere damit zu erklären, dass solare und innere Gewinne in der Norm-Heizlastauslegung unberücksichtigt bleiben. Im Vergleich zu den minimalen Wärmeverlusten sind diese im PH jedoch erheblich [30, S. V/1]. Zusammengefasst sollten Planer sich von folgenden Prinzipien bei der Wahl des Systems leiten lassen [27, S. 47]: [...]

Mit PHz = Heizlast. Den Beweis, dass die Zuluftnachheizung im Prinzip funktioniert, liefern Messungen von bereits in Betrieb befindlicher Einheiten des CEPHEUS Projektes [24, S. 196ff.] [25, S. 107ff.] und anderer Passivhäuser (vergleiche Kap. 3.1). Die Heizgerade spiegelt die stationäre Situation wider. Mit sinkenden Außentemperaturen nimmt der Wärmestrom nach außen zu. Die erforderliche Heizleistung erhöht sich. Abbildung 64 stellt die theoretische Heizgerade den gemessenen Werten der Heizlast für das Passivhaus Hannover-Kronberg gegenüber. Nicht auf der theoretischen Heizgeraden befindliche Werte sind vor dem Hintergrund der wirklichen nicht stationären Situation zu erklären. Werte unter der Geraden kommen durch übermäßige Solarstrahlung oder interne Gewinne zustande, höhere sind z. B. durch Aufheizvorgänge zu erklären. [...]

Für die Restheizung und den Warmwasserbereich ergibt sich beim Passivhaus die besondere Situation, dass im Gegensatz zu konventionellen Gebäuden die Raumwärmebereitstellung quasi nebenbei von der Warmwasserbereitung mit erledigt werden kann und nicht, wie in bisherigen Neubauten und im Bestand, die Heizungsanlage normalerweise nebenbei das Wasser erwärmte. Die benötigte Endenergie für Warmwasser übersteigt normalerweise deutlich die der Raumwärme. Werte liegen im Bereich von 20-40 kWh/(m2a). Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, ein konventionelles Heizsystem mit Öl oder Gas in ein Passivhaus einzubinden, doch ist gerade aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die energetische Qualität des Passivhauses darauf ausgelegt, dass eine Nachbeheizung über die Zuluft ausreicht und die eingesparten Investitionen bei der Heizanlage, die Mehrkosten für Wärmedämmung und Lüftungsanlage zu einem großen Teil decken. Die Wahl ist eine technische und ökonomische Frage und sollte deshalb nicht durch feste Vorgaben eingeschränkt werden. Jedes System, das kostengünstig und primärenergetisch effizient die Versorgung sicherstellt, ist sinnvoll. Die Lösungsvielfalt gegenüber Standardsystemen wird durch die gerin- [...]

Arbeit zitieren:
Echterhölter, Stefan Oktober 2002: Technologie und Wirtschaftlichkeit des Passivhauses, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Niedrigenergiehaus, Energiesparverordnung (EnEV), Innovation, Bauphysik, Energieeffizientes Bauen

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