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2002-03: Passivhäuser

Passivhäuser

Im Rahmen des EU-Projektes CEPHEUS wurden in den Ländern Deutschland, Schweiz, Frankreich, Schweden und Österreich an 14 Standorten 221 Wohneinheiten im Passivhausstandard realisiert. Von über 100 Wohneinheiten in 11 Projekten in Deutschland, Österreich und der Schweiz liegen ausgewertete Messergebnisse aus dem ersten Betriebsjahr vor.

CEPHEUS - (an)gemessene Ergebnisse

Von Alexander Thür*

Der Artikel CEPHEUS Austria von Helmut Krapmeier gibt einen kurzen Überblick über die wesentlichen, nichtenergetischen Kenndaten der CEPHEUS Projekte, wie Bauweise, Auslegungskenndaten, usw.
Die wichtigsten Ergebnisse der übergreifenden Auswertung des Messprogramms werden nachfolgend dargestellt. Grundsätzlich ist anzumerken, dass die Messergebnisse bei den meisten Projekten aus der ersten Heizperiode stammen bzw. die Wohnungen erst im Laufe dieser ersten Heizperiode bezogen wurden. Diverse Effekte wie das Austrocknen der Bauten, Inbetriebnahmeprobleme mit der Haustechnik bzw. das Benutzerverhalten im ersten Jahr in einem Passivhaus haben sicher die Energieverbräuche in den Häusern beeinflusst (siehe auch unten).

Die Abbildung 1 zeigt als Gesamtübersicht die Gegenüberstellung für Nutzenergie, Endenergie und Primärenergie als Vergleich zwischen den CEPHEUS Messergebnissen und allgemein gültigen Referenzwerten. Diese Referenzwerte wurden den jeweiligen aktuellen, lokalen Bauordnungen entsprechend für jedes Objekt ermittelt. Die größte Einsparung wird erwartungsgemäß durch den verminderten Heizenergiebedarf erzielt.

Abbildung 1: Gegenüberstellung für Nutzenergie, Endenergie und Primärenergie als Vergleich zwischen den CEPHEUS Messergebnissen mit Referenzwerten

Der tatsächlich gemessene Heizenergieverbrauch ist in Abbildung 2 dargestellt. Die sehr niedrigen Werte unter 5 kWh/m²a stammen von noch ganz oder teilweise unbewohnten Wohneinheiten. Trotzdem ist bemerkenswert, wie groß die Streuung innerhalb eines Projektes sein kann. Wie am Beispiel Hörbranz noch erläutert wird, ist es besonders beim Passivhaus wichtig, die internen Lasten in ihren unterschiedlichen Größenordungen in die Gesamtbeurteilung des Gebäudes mit einzubeziehen. Typischerweise ergibt sich dann eine deutliche Vergleichmäßigung des Bildes.

Abbildung 2: Gemessener Heizenergieverbrauch aller CEPHEUS Objekte im Winter 2000/2001

Ein weiterer Grund für die durchschnittlich erhöhten Heizenergieverbräuche ist in Abbildung 3 zu erkennen. Es gibt in der Praxis nur sehr wenige Wohnungen, welche die geplanten 20°C Raumtemperatur aufweisen. Im Durchschnitt lagen die gemessenen Raumtemperaturen in den bewohnten Wohneinheiten zwischen 21 und 23°C.

Abbildung 3: Durchschnittliche Raumtemperaturen aller CEPHEUS Objekte im Winter 2000/2001. Die geplanten 20 °C wurden fast immer überschritten

Österreichische CEPHEUS-Projekte

Die zwei österreichischen Projekte in Hörbranz und Wolfurt wurden bereits im Winter 1999/2000 bezogen und waren im Winter 2000/2001 die zweite Heizsaison bewohnt. Alle anderen Projekte in Österreich wurden erst zwischen Juni und Dezember 2000 fertiggestellt und bezogen. Damit ist klar, dass diese Messergebnisse auch den Inbetriebnahmewinter reflektieren und auf Grund diversester bekannter und unbekannter Einflüsse mit Verfälschungen gegenüber einem Standardbetrieb zu rechnen ist.
In den österreichischen CEPHEUS-Projekten wurden grundsätzlich alle Wohneinheiten mit je einem Raumtemperatur- und einem Raumfeuchtefühler in den allgemeinen Wohnräumen ausgestattet. Abbildung 4 zeigt die maximalen und mittleren Innen- und Außentemperaturen aller österreichischen Projekte (Hüllkurven). Außerdem ist der Mittelwert über alle Projekte dargestellt.
Das Ergebnis der Raumtemperaturen zeigt deutlich, dass von den geplanten 20 °C in der Praxis keine Rede sein kann. Die gemessenen Raumtemperaturen lagen zwischen 19 °C und 26 °C, der Durchschnitt lag knapp unter 23 °C. Befragungen in einigen Objekten haben ergeben, dass auch im Winter diese hohen Temperaturen nicht immer gewollt waren. Beschwerden wegen zu geringen Temperaturen gab es keine. Die Gründe für diese "winterlichen Überhitzungen" liegen in der Regel darin, dass ein Passivhaus sehr geringe Verluste hat, die an einem schönen Wintertag durch die Sonneneinstrahlung bei weitem gedeckt werden können. Ein kurzeitiger Überschuss an Sonnenenergieeintrag lässt sich aber im Winter relativ einfach abbauen.

Abbildung 4: Maximale, mittlere und minimale Raumtemperaturen (Ti) und Außentemperaturen (Ta) von den 53 Wohneinheiten der österreichischen CEPHEUS-Projekte im Winter 2000/2001

Die Hüllkurven der Raumfeuchte der 53 Wohneinheiten der österreichischen CEPHEUS-Projekte sind in Abbildung 5 dargestellt. Je niedriger die Außentemperatur ist, desto trockener wird die Luft. In der Regel waren die Feuchtigkeitswerte in der kältesten Periode zwischen 30% und 40%, also bei im Winter absolut üblichen Werten. An zwei Standorten wurden Werte zwischen 20% und 30% relative Feuchte festgestellt, was hauptsächlich an zu hoch eingestellten Luftwechselraten liegen dürfte. Grundsätzlich liegen die gemessenen Werte also im unteren, aber den relativ hohen Raumtemperaturen entsprechend, im zulässigen Bereich - und das bei gleichzeitigem Vorteil eines automatischen, hygienischen Luftwechsels.

Abbildung 5: Maximale, mittlere und minimale Raumfeuchte (rF) und Außentemperaturen (Ta) von den 53 Wohneinheiten der österreichischen CEPHEUS-Projekte im Winter 2000/2001

Interne Lasten

Die Erfassung des Haushaltsstromverbrauchs zeigte, dass im Mittel täglich rund 7 kWh pro Haushalt verbraucht wurden. Dies entspricht einer Dauerleistung von rund 300 W. Extremverbräuche gingen auf über 35 kWh pro Tag bzw. über 1400 W Dauerleistung. Dies entspricht bereits in etwa der Nennheizlast einer durchschnittlichen Passivhaus-Wohneinheit. Abgesehen von wenigen, wirklichen "Sparmeistern" konnte ein Minimalverbrauch von rund 3 kWh am Tag entsprechend einer Dauerleistung von 125 W festgestellt werden.
Ebenfalls um die Extremverbraucher bereinigt wurde ein maximaler Tagesverbrauch von durchschnittlich rund 15 kWh - entsprechend 625 W Dauerleistung - gemessen. Der Haushaltsstromverbrauch stellt also in einem Passivhaus eine bedeutende interne Last dar, der im positiven Sinn zur Beheizung genutzt werden kann, im Sommer aber auch wegen möglicher Überhitzungsprobleme beachtet werden sollte.
Dezentrale Energieversorgungskonzepte
Bei den Einfamilienhäusern bzw. Reihenhäusern der österreichischen CEPHEUS-Projekte kamen unterschiedlichste Energieversorgungskonzepte zum Einsatz. Die Heizsysteme waren immer vollkommen eigenständige Systeme pro Wohneinheit. Zwei Wohneinheiten in Hörbranz sind mit je einer Luft-Luft-Wärmepumpe zur Heizenergieversorgung bzw. einer Solaranlage und Elektroheizpatrone zur Warmwasserbereitung ausgestattet. Eine Wohneinheit in Steyr wird von einer Gastherme direkt über einen Wasser-Luft-Wärmetauscher beheizt. Das Warmwasser wird von der Solaranlage bzw. ebenfalls der Gastherme erwärmt. Eine weitere Wohneinheit (in Hörbranz) hat einen zentralen Pufferspeicher, der von einer Gastherme sowie einer Solaranlage beladen wird. Aus dem Pufferspeicher wird ebenfalls über einen Wasser-Luft-Wärmetauscher die Zuluft zur Wohnraumbeheizung bzw. der Warmwasserspeicher über einen internen Wärmetauscher erwärmt.
In Abbildung 6 sind deutlich die zwei Klassen im Primärenergieverbrauch zu erkennen. Die Luft-Luft-Wärmepumpenanlagen haben ein Verhältnis von Primärenergie zu Nutzheizenergie von 0,7 bzw. 0,76, während die Gasthermen mit 1,44 bzw. 1,39 ca. doppelt so hohe Werte aufweisen. Der verwendete Primärenergiefaktor für Strom beträgt 2,5 und für Gas 1,15. Die Luft-Luft-Wärmepumpen sind also fast um den Faktor 2 effizienter bei der Versorgung der Häuser mit Heizenergie als die Gasheizungen.

Abbildung 6: Vergleich unterschiedlicher Energieversorgungssysteme an Hand der Kennzahl Primär- zu Nutzenergieaufwand (Prim/Nutz)

Energieverbräuche und Nutzerverhalten

Das Beispiel des Reihenhausprojektes in Hörbranz zeigt am Vergleich von drei Wohneinheiten die ziemlich große Spannweite, in welcher sich die Heizenergie-Verbrauchskennwerte bei sehr ähnlichen Randbedingungen bewegen können (siehe Abbildung 7). Betrachtet man nur die gemessenen Nutzheizenergieverbräuche, dann stimmt einen der eklatante Unterschied zwischen Haus A und Haus C (beides Randhäuser) vorerst bedenklich, da die Raumtemperaturen nur unwesentlich abweichen und auch mittels Infrarotaufnahmen keine Baufehler zu entdecken waren.
Berücksichtigt man zusätzlich auch die internen Lasten in Form des Haushaltstromverbrauches bzw. des Kochgases in Haus A (in den beiden anderen Häusern B und C wird mit Strom gekocht), zeigt sich ein absolut plausibles Verhalten der drei Häuser. Das Haus B als Mittelhaus profitiert natürlich von seiner Lage zwischen den beiden anderen Häusern und ist zusätzlich noch auf der Nordseite durch den verglasten Vorraum thermisch geschützt.

Abbildung 7: Gesamtenergiezufuhr in die Häuser der Reihenhausanlage Hörbranz von Oktober 2000 bis Mai 2001

Dieses Beispiel zeigt sehr deutlich, wie stark das Benutzerverhalten sich auf das Ergebnis eines Kennwertes auswirken kann. Ein vorschneller Vergleich der Häuser A und C nur an Hand des Nutzheizenergieverbrauches würde Haus A als das um fast einen Faktor 3 bessere Haus erscheinen lassen. Erst die gesamtheitliche Betrachtung mit den internen Lasten zeigt, dass Haus A zu einem großen Teil mittels Stromdirektheizung (durch den hohen Haushaltsstromverbrauch) und das Kochen heizt. Währenddessen heizt Haus C nur sehr wenig mittels Haushaltsstrom und hat dank Luft-Luft-Wärmepumpe sogar einen wesentlich geringeren Endheizenergieeinsatz als Haus A, welches mittels Gastherme beheizt wird. Auch in der Gesamtprimärenergiebilanz hat Haus C einen um 20% niedrigeren Verbrauch als Haus A.

Literatur
1 Tagungsband der Passivhaustagung 2002 in Basel, Fachhochschule beider Basel, Institut für Energie, CH-4132 Muttenz, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
2 CEPHEUS-Homepage: www.cepheus.at
3 Homepage des Passivhausinstitut in Darmstadt: www.passiv.de

*) Dipl.- Ing. Alexander Thür ist Mitarbeiter der AEE INTEC in Gleisdorf, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]