Zeitschrift EE

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2010-02: Energie in Gemeinden

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1: Beispiel einer Lüftungsanlage am Dach

Gesunde, frische Luft in Innenräumen sollte eine Selbstverständlichkeit sein. Die Realität sieht heute leider oft immer noch anders aus. Um den Einsatz von zentralen bzw. semizentralen Wohnraumlüftungsanlagen im Mehrfamilienhausbereich sowohl im Neubau als auch in der Sanierung voranzutreiben soll ein entsprechender Kriterienkatalog als Hilfsmittel für das planende und ausführende Gewerbe erstellt werden.

Evaluierung der Lüftungssysteme im Mehrfamilienwohnbau

Von Karl Höfler, Waldemar Wagner, Roland Kapferer, Andreas Greml, Wolfgang Leitzinger, Jürgen Suschek-Berger *

Einleitung

Wohnraumlüftungen bzw. Komfortlüftungen sind insbesondere im Mehrfamilienhausbereich noch keine Standardausrüstung. Wohnraumlüftungen im Mehrfamilienhaus (MFH) werden durch die Dynamik der Grenzwerte der OIB Richtlinie 6 (Verschärfung 2010), bzw. die verschärften Wohnbauförderungsbestimmungen, die in einer §15A-Vereinbarung zwischen Bund und Ländern vereinbart wurden, jedoch vermehrt zum Standard werden. Sie sind nötig, um die geforderten Kennwerte für Neubauten und umfassende Sanierungen zu erreichen.
Rechtsgutachten in Deutschland sprechen außerdem bereits von „erhebliche rechtliche Risiken“ wenn bei Neubau oder Sanierung auf eine Lüftungsanlage verzichten wird, da „… schon heute in Zweifel gezogen werden kann, ob die Sicherstellung des notwendigen Luftaustausches nur über Fensterlüftung noch den Regeln der Technik entspricht.“ (siehe Rechtsgutachten RA Dietmar Lampe – www.wohnungslueftung-ev.de).
Insbesondere aus Kosten- und Wartungsgründen hat sich in den letzten Jahren bei den Lüftungsanlagen im Mehrfamilienhausbereich der Anteil von zentralen bzw. semizentralen Lösungen deutlich erhöht. Die bisherige Untersuchung zum Thema Wohnraumlüftung „Technischer Status von Wohnraumlüftungen in Österreich“ beschränkte sich auf Einfamilienhäuser bzw. dezentrale, wohnungsweise Lösungen. Die in diesem Projekt entwickelten 55 Qualitätskriterien sind in erster Linie auf den Einfamilienhausbereich bzw. auf wohnungsweise Lösungen im Mehrfamilienwohnhaus ausgerichtet. Diese und weitere Hilfsmittel für das planende und ausführende Gewerbe stehen derzeit für zentrale bzw. semizentrale Komfortlüftungen nicht zur Verfügung. Daher war es notwendig auch für den Mehrfamilienhausbereich neue Kriterien zu definieren.

Zielsetzungen des Projektes

Die Evaluierung von zentralen bzw. semizentralen Wohnraumlüftungen mit Wärmerückgewinnung (Komfortlüftungen) und die Erarbeitung von Qualitätskriterien bzw. eines Planungsleitfadens für zentrale bzw. semizentralen Anlagen ist Inhalt dieses Projektes.
Dazu werden 14 Anlagen in Österreich hinsichtlich Nutzerzufriedenheit, technischer Qualität und Betriebserfahrungen evaluiert. Aufbauend auf den Erfahrungen dieser Evaluierung werden die bestehenden Qualitätskriterien für dezentrale Anlagen, bzw. Anlagen im Einfamilienhaus auf zentrale bzw. semizentrale Anlagen im Mehrfamilienhaus adaptiert und gute bzw. weniger gute Lösungen dargestellt (inkl. Sanierungsbereich).

Abbildung 2: Beispiel MFH Mühlweg

Ziel ist es bis Mitte 2010 den Bauträgern bzw. dem planenden und ausführenden Gewerbe aktuelle Qualitätskriterien bzw. einen Planungsleitfaden für die Umsetzung von zentralen und semizentralen Wohnraumlüftungen für Sanierung und Neubau bereitzustellen, um die Qualität und damit auch die Akzeptanz von Komfortlüftungen weiter zu steigern.
Die 60 Qualitätskriterien sind als „Entwurf“ schon fertig und wurden an den bisher evaluierten Objekten getestet. Sie sind auf der Homepage www.komfortlüftung.at im Bereich MFH allgemein zugänglich. Die eingegangen Rückmeldungen dazu sind sehr erfreulich und die Anregungen der Planer etc. können für die Endversion gut genutzt werden.

Planungsleitfaden und Qualitätskriterien

In diesen Leitfaden werden alle Systeme, d. h. zentrale, semizentrale und dezentrale Anlagen für die Realisierung einer Komfortlüftung in Mehrfamilienhäusern einbezogen. Unter „Mehrfamilienhäuser“ werden hier Gebäude verstanden, die mehr als eine Wohneinheit beinhalten. Darunter sind sowohl klassische Reihenhäuser und kleinvolumige Wohnhausanlagen, als auch großvolumigen Geschoßwohnbauten zu verstehen.

Abbildung 3: Evaluierung der Lüftungsanlagen Vorort

Dieser Planungsleitfaden dient als ergänzende Hilfestellung für die qualitätsorientierte Planung von Komfortlüftungen. Zielgruppe sind nicht nur die mit der Planung von Komfortlüftungen betrauten FachplanerInnen, sondern vielmehr auch ArchitektInnen und BaumeisterInnen, die bereits in der Entwurfsphase durch Berücksichtigung der Anforderungen dieser Technologie die erforderlichen baulichen Voraussetzungen schaffen können.
Der Planungsleitfaden wird in vier Bereiche unterteilt sein:

  • Checkliste für die Basisdatenerhebung
  • Entscheidungshilfen
  • Empfehlungen
  • 61 Qualitätskriterien

Zusammenfassung

Der erarbeitete Planungsleitfaden und die definierten 60 Qualitätskriterien werden ein wichtiges Instrument für Planer und Ausführende in der Qualitätssicherung sein. Die Evaluierung der 14 Mehrfamilienwohnhäuser bildete die wichtige Basis für die Erarbeitung der Kriterien. Um weitere zusätzliche Informationen zu erlangen werden alle Bauträger gebeten, die Liste der Mehrfamilienhäuser mit Wohnraumlüftungen (zentral, semizentral und dezentral) auf www.komfortlüftung.at im Bereich MFH zu ergänzen - bzw. uns rückzumelden wenn ihr Objekt noch nicht erfasst ist.

Projektverantwortlich:

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1: Anlage Bad Radkersburg

Große Solarwärmesysteme im Geschoßwohnbau und in gewerblichen An-wendungen (Tourismusbetrieben, Sportanlagen, Fleischereien, Friseurbetrieben, Holztrocknung, etc.) erfahren in Österreich in den letzten Jahren eine äußerst erfolgreiche Markteinführung. Dieser Umstand hat die Solarbranche und Förderstellen in den Bundesländern motiviert, eine umfassende Analyse der erzielten Anlagenqualität im Rahmen eines Forschungsprojektes zu veranlassen.

Funktionalitäts- und Qualitätsanalyse bei 120 Solarsystemen im Geschoßwohnbau und in gewerblichen Anwendungen

Von Christian Fink, Johann Breidler, Daniel Ederer, Roland Kapferer, Helmut Burtscher und Andreas Reiter *

Im Rahmen eines vom österreichischen Klima- und Energiefonds sowie den Bundesländern Niederösterreich, Steiermark, Tirol und Vorarlberg beauftragten Projektes wurden insgesamt 120 Anlagen zwischen 20 und 400 m² Kollektorfläche untersucht (regionale Verteilung siehe Abbildung 2) und die Basis für zukünftige Maßnahmen zur weiteren Steigerung der Anlagenqualität erarbeitet.
AEE INTEC leitet dieses Projekt und wird von drei Regionalpartnern (Energieinstitut Vorarlberg, Energie Tirol und AEE Wien/NÖ) unterstützt.

Abbildung 2: Anlagen zwischen 20 und 400 m² unterschiedlichster Anwendung wurden untersucht

Anlagenbegehungen und Temperaturaufzeichnungen

Bei der Aufnahme der Anlage vor Ort wurde der Experte mittels strukturiertem Aufnahmetool durch das gesamte Wärmeerzeugungssystem gelotst und bewertete die Einbindung des Solarsystems schlussendlich in zwei Kategorien. Kategorie 1 beinhaltet insgesamt 148 zu beurteilende Punkte, die sich aus qualitativen und quantitativen Aspekten (z.B.: Eignung der Komponenten, Sicherheitseinrichtungen, Beschattung, Dämmstärken, Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten, uvm. zusammensetzen. Die zweite Kategorie befasst sich grundsätzlich mit der Bestimmung der Anlagenfunktionalität, die in 60 Punkten beurteilt wurde. Typische Beispiele hierzu sind die Prüfung von Druckverhältnissen, aktuellen Schaltzuständen von Pumpen/Ventilen, der Beurteilung aktueller Temperaturverhältnisse, etc.
Ein besonderer Schwerpunkt in der Beurteilung der Anlagenfunktionalität lag darin, dass zusätzlich zur Analyse vor Ort an jedem hydraulischen Kreislauf des Gesamtsystems Mini-Temperaturdatenlogger positioniert wurden. Diese blieben einen Zeitraum von zwei bis drei Wochen bei den jeweiligen Anlagen und wurden danach ausgelesen und die erstellten Temperaturprofile auf Plausibilität überprüft. Die Ergebnisse daraus werden mit den Ergebnissen aus der Untersuchung vor Ort überlagert. Der Vorteil der Minidatenlogger liegt darin, dass diese kaum Kosten verursachen (€ 20 je Logger) und die erzielbaren Genauigkeiten absolut ausreichen, um das Systemverhalten (Betriebszeiten, Temperaturdifferenzen zwischen Vor- und Rückläufen, Schwerkraftzirkulationen, Fehlströme, etc.) in der Tendenz zu erkennen und zu beurteilen.

Datenauswertung und Anlagenbeurteilungsmodell

Die Beurteilung sämtlicher Anlagen erfolgte basierend auf 12 unterschiedlich gewichteten „Energieeffizienzkategorien“ (z. B.: Funktionalität der Anlage, Dimensionierung und Komponentenauswahl, Wahl des Hydrauliksystems, Installationsdetails, Betriebsführung, etc.) sowie einer Kategorie zur „Betriebssicherheit“ (z. B.: Ausführung der Sicherheitstechnik, Blitzschutz, Umsetzung der österreichischen Hygienenorm B 5019, etc.). Zu Berücksichtigen bleibt, dass die Anlagenbeurteilung unter einem ganzheitlichen Ansatz durchgeführt wurde. Konkret bedeutet dies, dass zwar das Solarsystem im Detail beurteilt wurde, aber sehr wohl auch Aspekte aus anderen Abschnitten des Wärmeversorgungssystems behandelt wurden, die den Betrieb des Solarsystems beeinflussen. Dazu zählen wichtige Punkte wie beispielsweise die Einbindung und Betriebsweise der konventionellen Wärmeversorgung sowie des Wärmeverteilnetzes.
Die zugrunde gelegte Gewichtung der 12 Effizienzkategorien als auch die erzielten Ergebnisse aller 120 Anlagen in diesen Kategorien sind in Abbildung 3 dargestellt. Dabei wird deutlich, dass in praktisch allen Effizienzkategorien durchaus Verbesserungspotenzial vorherrscht. Absolut betrachtet liegt aufgrund der vorgenommenen Gewichtung das größte Verbesserungspotenzial in den Kategorien „Funktionalität“ und „Systemwahl“. Bei relativer Betrachtung zeigen aber insbesondere die Kategorien „Dimensionierung und Komponentenauswahl“, „Betriebsführung“, „Hydraulische Einregulierung“, „Rohrleitungsdämmung“ und „Stagnationsverhalten“ erhebliches Optimierungspotenzial.

Abbildung 3: Vergleich der insgesamt bei 120 Anlagen in den 12 gewählten Effizienzkategorien theoretisch erreichbaren Punkte mit den tatsächlich Erreichten

Definition eines Energieeffizienzlabels

Basierend auf diesen 12 Hauptkategorien wurde zur plakativen Darstellung der jeweils erreichten Anlagenqualität ein Energieeffizienzlabel entwickelt. Optisch und hinsichtlich der Aussagekraft zielt der Energieeffizienzlabel von solarunterstützten Wärmeversorgungssystemen auf eine Anlehnung an den Energieausweis von Gebäuden ab. Nach einem entsprechenden Punkteschlüssel werden 7 Labelstufen (Label A bis G) vergeben. Details zu einem beispielhaften Energieeffizienzlabel sind in Abbildung 4 dargestellt. Dabei steht Energieeffizienzlabel „A“ für ein Solarsystem mit höchster Energieeffizienz und der Energieeffizienzlabel „G“ für einen quasi Ausfall des Solarsystems. Einerseits gingen sämtliche festgestellten Mängel in die Bewertung jeder Anlage ein. Andererseits wurden Mängel, die mit vertretbarem Aufwand behoben werden können, speziell am Label vermerkt und somit an den Betreiber bzw. Investor rückgemeldet. Auffälligkeiten zur Betriebssicherheit (sicherheitstechnische Einrichtungen, Statik, Hygienenorm B5019, etc.) wurden in einer eigenen Rubrik am Label vermerkt, gingen aber nicht in die Energieeffizienzbeurteilung ein.

Abbildung 4: Vorder- und Rückseite des eigens definierten Energieeffizienzlabels – dargestellt anhand einer anonymisierten Anlage

In Abbildung 5 kann die Anzahl der jeweils vergebenen Label für die insgesamt 120 untersuchten Anlagen eingesehen werden. Bei einer Anlage konnte vom Projektteam der Energieeffizienzlabel „A“ vergeben werden.

Abbildung 5: Verteilung der 120 untersuchten Anlagen auf die 7 Qualitätslabel

Das am häufigsten vergebene Label war mit 48 Anlagen das Label „C“. Insgesamt lagen 97 der insgesamt 120 Anlagen im Bereich der Label „A“ bis „D“, was angesichts des sehr kritischen Beurteilungssystems ein durchaus positives Ergebnis darstellt. Bei den restlichen 23 untersuchten Anlagen (Label „E“ - „G“) lagen Funktionsmängel vor, die einerseits unmittelbar das Solarsystem betrafen und andererseits aber auch aus dem herkömmlichen Wärmeversorgungssystem - mit negativen Auswirkungen auf die Solaranlage - herrührten. Bei sechs Anlagen wurde das Energieeffizienzlabel „G“ vergeben, sprich sechs quasi Ausfälle waren zu verzeichnen. Als quasi Ausfall wurden Anlagen eingestuft, wenn definitiv die Funktion der Anlage nicht gegeben war (wie beispielsweise „die Anlage keinen Massendurchsatz aufwies, obwohl Normalbetrieb vorherrschen hätte müssen“, „die Nachheizung so eingebunden war, dass dadurch die Solaranlage größtenteils blockiert wurde“, etc.).

Häufigkeitsverteilung von diversen Beurteilungsindikatoren und Anlagenparametern

Die umfangreichen Datensätze zu den jeweiligen Anlagen wurden in eine Datenbank transferiert und einem eigens erstellten Auswertetool zur Verfügung gestellt. Das Auswertetool erlaubt die statistische Auswertung jedes einzelnen in der vor Ort Begehung erhobenen Datenpunktes und den Vergleich mit der Anlagenbandbreite von 120 Anlagen. Zum Beispiel ermöglicht diese Datenbasis die Erstellung von Häufigkeitsdiagrammen zu spezifischen Speichergrößen, spezifischen Massenströmen, Rohrleitungsdimensionen, Ausdehnungsgefäßgrößen, Speicherdämmstärken, Anzahl der Speicher, Glykolkonzentrationen, Arten der Anlagenkonzepte, Anzahl von festgestellten Undichtigkeiten, Häufigkeiten bei Mängel in der Betriebsführung und Qualitätssicherung, etc. Den Abbildungen 6, 7 und 9 kann hierzu jeweils eine beispielhafte Häufigkeitsauswertung aus den Bereichen Planung, Ausführung und Betriebsführung entnommen werden.
Abbildung 6 zeigt hier beispielhaft das spezifische Speichervolumen über der Kollektorfläche der untersuchten Anlagen.

Abbildung 6: Verteilung der spezifischen Speichervolumina der Anlagen über der Bruttokollektorfläche

Das am häufigsten umgesetzte spezifische Speichervolumen liegt demnach im einschlägig empfohlenen Bereich zwischen 40 und 100 l/m² Bruttokollektorfläche. Trotzdem konnte festgestellt werden, dass auch zahlreiche spezifische Speichervolumina mit <40l/m² Bruttokollektorfläche in suboptimalen Bereichen liegen.

Abbildung 7 zeigt beispielhaft die Häufigkeitsverteilung von festgestellten Undichtigkeiten im primären und sekundären Solarkreislauf. Dabei wird in der Darstellung zwischen aktuellen Undichtigkeiten und Spuren vergangener Undichtigkeiten unterschieden. Aktuelle Undichtigkeiten wurden bei acht Anlagen im Primärkreislauf und bei 7 Anlagen im Sekundärkreislauf festgestellt.

Abbildung 7: Beispielhafte Häufigkeitsverteilung zu festgestellten Undichtigkeiten im primären und sekundären Solarkreis

 

In beiden Fällen konnten die häufigsten Undichtigkeiten bei Verschraubungen von vorgefertigten Rücklaufgruppen lokalisiert werden (siehe hierzu Abbildung 8). Als Ursache für die Häufung der Undichtigkeiten in den vorgefertigten Rücklaufgruppen wird vermutet, dass die Verschraubungen in den Hydraulikgruppen nach der Montage nicht mehr nachgezogen bzw. kontrolliert werden. Ist die Anlage dann in Betrieb, verhindern die Wärmedämmschalen eine unmittelbare visuelle Kontrolle. Zu Berücksichtigen bleibt aber, dass es sich bei den festgestellten Undichtigkeiten um grundsätzlich sehr geringe Leckagen handelte.

Abbildung 8: Beispielhafte Darstellung von festgestellten Undichtigkeiten in Hydraulikgruppen

Abbildung 9 zeigt beispielhaft die Häufigkeitsverteilung von Aspekten in den Bereichen Betriebsführung und Qualitätssicherung. So waren bei den insgesamt untersuchten 120 Anlagen bei 92 Anlagen Hydraulikkonzepte als Plan- oder Skizzenversion generell verfügbar. Bei nur mehr 63 Anlagen, also etwas mehr als der Hälfte, war das Hydraulikkonzept auch vor Ort (im Heizhaus) vorhanden.

Abbildung 9: Beispielhafte Häufigkeitsverteilung zu einzelnen ausgewerteten Aspekten der Betriebsführung und Qualitätssicherung

Bei 77 Anlagen war im Solarsystem ein Wärmemengenzähler vorhanden und nur bei 40 Anlagen wurde ein Wartungsvertrag abgeschlossen. Deutlich kann aus dieser Darstellung das vorhandene Verbesserungspotenzial in dieser Beurteilungskategorie abgeleitet werden.
In ähnlicher Form wurden viele weitere interessante Daten aus allen 12 Beurteilungskategorien ausgewertet und in vergleichbaren Häufigkeitsdiagrammen dargestellt.

Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass 97 Anlagen (von 120) in den Labelstufen „A“ bis „D“ durchaus eine gute Funktionalität von großen Solarsystemen demonstrieren. Angesichts des sehr kritischen Beurteilungsmodus bedeutet dieses Faktum ein sehr positives Ergebnis der breit angelegten Anlagenuntersuchung. Trotzdem darf nicht vergessen werden, dass auch 23 Anlagen mit den Labelstufen „E“ bis „G“ bewertet wurden, was heißt, dass diese Anlagen Probleme im Anlagenbetrieb aufweisen.
In allen 12 „Energieeffizienzkategorien“ als auch in der Kategorie „Betriebssicherheit“ gibt es durchwegs Verbesserungsbedarf, der sowohl den Zuständigkeitsbereichen „Planung“ und „Montage“ als auch „Betriebsführung“ zugeteilt werden kann. Die Untersuchungsergebnisse zeigten deutlich, dass Anlagen, die regelmäßig hinsichtlich Funktionalität und Ertrag kontrolliert werden (egal ob manuell oder automatisiert), eine deutlich bessere Energieeffizienz aufweisen.
Grundsätzlich konnte bei der Anwendung im Geschoßwohnbau eine etwas vorteilhaftere Funktionalität und Anlagenqualität festgestellt werden als bei den gewerblichen Anwendungen. Dies kann einerseits durch höhere Standardisierung von gesamten Systemkonzepten und andererseits durch erste Ansätze einer professionellen Betriebsführung erklärt werden.
Aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen wird im gegenständlichen Projekt aktuell ein Leitfaden zur Umsetzung von solarunterstützten Wärmeversorgungssystemen höchster Effizienz verfasst und der Zielgruppe zur Verfügung gestellt. In speziellen Workshops mit Förderstellen sowie mit der Solar- und Haustechnikbranche werden in weiterer Folge konkrete Ansätze zur Umsetzung der Projektergebnisse ausgearbeitet. Desweiteren werden die Projektergebnisse in einschlägige Ausbildungen, wie beispielsweise der „Zertifizierten Solarwärmeausbildung“ integriert.

*) Ing. Christian Fink ist Projektleiter, DI (FH) Johann Breidler und Daniel Ederer sind Projektmitarbeiter; sie sind Mitarbeiter der AEE INTEC E-Mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. . DI Roland Kapferer ist Mitarbeiter der Energie Tirol in Innsbruck, DI Helmut Burtscher ist Mitarbeiter des Energieinstituts Vorarlberg in Dornbirn , Ing. Andreas Reiter ist Mitarbeiter der AEE Wien/NÖ in Wien [^]

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