Neubau eines Bürogebäudes im Passivhausstil - Kompaktaggregate des Heizungs-Lüftungs-Systems im technologischen und ökonomischen Vergleich

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Abkürzungen

Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen

Glossar

1. Die derzeitige Situation

2. Das Passivhaus
2.1 Konstruktionsprinzipien
2.2 Die Funktionsweise

3. Das Lüftungs-Heizungssystem
3.1 Die technischen Komponenten
3.2 Technische Anforderungen an das Kompaktaggregat

4. Die Kompaktaggregate
4.1 Kompaktaggregat – Fa. Effiziento
4.2 Kompaktaggregat – Fa. Aerex
4.3 Kompaktaggregat – Fa. Paul

5. Der Technologische Vergleich
5.1 Die Nutzwertanalyse
5.1.1 Bewertungskriterien
5.1.2 Gewichtung und Nutzwerte
5.2 Das Fazit

6. Der Ökonomische Vergleich
6.1 Die Kostenvergleichsrechnung
6.1.1 Anschaffungskosten
6.1.2 Betriebskosten
6.2 Die Ergebnisermittlung - Gesamtkosten

7. Die Entscheidungsfindung
7.1 Zusammenfassung
7.2 Abschließende Empfehlung

8. Die betrieblichen Faktoren
8.1 Koordination - Einbau und Inbetriebnahme
8.2 Die Unterweisung der Mitarbeiter
8.3 Der Umweltschutz – Vorschriften

9. Verzeichnis der Anlagen
9.1 Grundrisspläne
9.2 Übergabeprotokoll
9.3 Luftvolumenprotokoll
9.4 Wartungsvertrag
9.5 Wartungschecklisten
9.6 Bauzeitenplan
9.7 Angebot Fa. Kadel

10. Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis

11. Anhänge
11.1 Anhänge Fa. Effiziento
11.1.1 Technische Daten
11.1.2 Anleitungen
11.1.3 Angebot – Preislisten
11.2 Anhänge Fa. Aerex
11.2.1 Technische Daten
11.2.2 Anleitungen
11.2.3 Angebot – Preislisten
11.3 Anhänge Fa. Paul
11.3.1 Technische Daten
11.3.2 Anleitungen
11.3.3 Angebot – Preislisten

Erklärung

Verzeichnis der Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen

Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 1 Funktionsweise Passivhaus

Quelle: www.passiv.de/

Abb. 2 Funktionsweise Gegenstromwärmetauscher

Quelle: www.energieforum.ru/warmeruckgewinnu/default.php?lang=de

Abb. 3 Funktionsweise Wärmepumpe

Quelle: www.geothermie.de/oberflaechennahe/waermepumpe/wp/wp_tec.htm

Abb. 4 Funktionsweise Lüftung

Quelle: www.hea.de/20000_fachinfos/22521_content.htm

Abb. 5 Effiziento HTZ

Quelle: www.effiziento.de

Abb. 6 WP 225

Quelle: www.aerex.de

Abb. 7 Compakt 350 DC

Quelle: www.paul-lueftung.net

Verzeichnis der Tabellen

Tab. 1 Energiekennzahlen

Quelle: www.passivhaus-vauban.de

Anmerkung zum Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen:

Sind keine Quellenangaben direkt in der Beschriftung genannt,

so wurden sie selbst erstellt und sind eigene Darstellungen.

Glossar

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Die derzeitige Situation

Die Steuerkanzlei Khan sowie die Rechtsanwaltskanzlei Bea sind zurzeit in verschieden Gebäudekomplexen in Würzburg untergebracht. Um Synergie-Effekte zu nutzen, da beide Kanzleien eng miteinander kooperieren und einen gemeinsamen Mandantenstamm betreuen, wurde der Beschluss gefasst ein neues, gemeinsames Bürogebäude zu errichten.

Für beide Kanzleien stand von Anfang an fest, dass ökologisch und energiesparend gebaut werden sollte. Dass Energiesparen die effektivste Energiequelle darstellt, ist eine altbekannte Erkenntnis. Dies gilt umso mehr in einer Zeit, in der fossile Energieträger immer knapper werden und mittelfristig durch regenerative

Energien ersetzt werden müssen. Somit sind alle Möglichkeiten auszuschöpfen, den Energieverbrauch zu senken und somit auch die CO2-Emissionen zu mindern. Letztendlich waren auch die in den letzten Jahren sprunghaft ansteigenden Preise für fossile Brennstoffe ein Grund mehr, sich für die Erstellung eines Bürogebäudes in Passivhausbauweise zu entscheiden.

Vor diesem Hintergrund stand die Auswahl des Heizungs-Lüftungs-Systems neben den weiteren Gebäudekomponenten wie Standort, Größe, Gebäudehülle usw. an zentraler Position. Die Wahl fiel auf ein Kompaktaggregat, für welches Angebote verschiedener Hersteller eingeholt wurden.

Nach Analyse und Bewertung aller technischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkte, bietet die vorliegende Projektarbeit eine Entscheidungsgrundlage für die geplante Investition.

2. Das Passivhaus

Gemäß Fachliteratur ist dieser Gebäudestil folgendermaßen definiert:

„Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in dem eine behagliche Temperatur sowohl im Winter als auch im Sommer ohne separates Heiz- bzw. Klimatisierungssystem zu erreichen ist. Es bietet erhöhten Wohnkomfort bei einem Heizwärmebedarf von weniger als 15 kWh/m²a und einem Primärenergiebedarf einschließlich Warmwasser und Haushaltstrom von unter 120 kWh/m²a. Das Passivhaus ist eine konsequente Weiterentwicklung des Niedrigenergiehauses (NEH). Im Vergleich zum NEH benötigt ein Passivhaus 80% weniger Heizenergie, im Vergleich zu einem konventionellen Gebäude über 90%. Umgerechnet in Heizöl kommt ein Passivhaus im Jahr mit weniger als 1,5 l pro Quadratmeter aus. Diese sensationelle Einsparung erreicht das Passivhaus allein durch seine beiden Grundprinzipien: Wärmeverluste vermeiden und freie Wärmegewinne optimieren!“ ¹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab.1 Energiekennzahlen

2.1 Konstruktionsprinzipien

Aus den Maximen „Optimierung von Solargewinnen“ und „Minimierung von Energieverlusten“ ergeben sich folgende Anforderungen, die für ein Passivhaus unverzichtbare Bestandteile sind:

- kompakte Baukörperform (günstiges A/V-Verhältnis)

Durch die Entscheidung für ein günstiges A/V – Verhältnis (dem Quotient aus Umfassungsfläche und Bruttorauminhalt) wird auch der Heizwärmebedarf verringert. Je kleiner dieser Quotient, desto geringer die wärmeabgebende Fläche nach außen.

- Südorientierung, Verschattung und Verschattungsfreiheit

(passive Solarenergienutzung)

Ein weiterer Faktor ist die südliche Ausrichtung der größten Fensterfläche des Gebäudes. Die Anordnung der Räume ist ein weiterer wichtiger Punkt, z. B. sollten sich die Nutzräume wie Küche und WC auf der sonnenabgewandten Seite befinden. Jedoch ist, um im Sommer eine Überhitzung der sonnenzugewandten Räume zu vermeiden, eine Verschattungseinrichtung von Vorteil. Als Windschutz für die Gebäudehülle eignen sich Laubbäume, da diese im Winter gegenüber Nadelbäumen die Sonneneinstrahlung weniger einschränken.

- hochgedämmte Gebäudehülle, keine Wärmebrücken

Ein Passivhaus benötigt eine hochgedämmte Gebäudehülle, um Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren. Der Wärmedurchgangskoeffizient für Dach, Wände und Fußböden sollte U < 0,15 W/m²K betragen. Um Wärmebrücken, den daraus resultierenden Wärmeverlust und den Niederschlag von Feuchtigkeit zu vermeiden, sollte das gesamte Gebäude lückenlos und gleichmäßig gedämmt sein. Zusätzlich ist der Einsatz von so genannten „Superfenstern“ mit einem hohen Gesamtenergiedurchlassgrad von g ≥ 50% sowie einem möglichst niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten von UW ≤ 0,8 W/ m²K zu empfehlen.

- Luftdichtigkeit

Um Lüftungswärmeverluste so gering wie möglich zu halten, sollte die Gebäudehülle eine Luftwechselrate von max. 0,6 / h bei Differenzdruck von 50 Pa nicht überschreiten. ¹

2.2 Die Funktionsweise

"Haus ohne Heizung - wird das Passivhaus oft genannt, das ist nicht ganz richtig: Zwar benötigt ein Passivhaus tatsächlich keine separate Heizung mit Heizkörpern und Wärmeverteilleitungen mehr, aber einen - wenn auch sehr geringen - Heizwärmebedarf hat es noch. Dieser Heizwärmebedarf von umgerechnet 1,5 Liter Heizöl pro Quadratmeter im Jahr kann bequem über die ohnehin vorhandene Komfortlüftung zugeführt werden, es ist also keine zusätzliche Wärmeverteilung mehr erforderlich. Denn anders als in herkömmlichen Gebäuden, wo ständig sehr viel Wärme über Außenwände, Fenster und Dach verloren geht, wird im Passivhaus die Wärme im Haus zurückgehalten. Wie ein warmer Schlafsack umgibt eine dicke Schicht von Wärmedämmung das Gebäude. Fenster mit einer speziellen Verglasung sowie einem gut gedämmten Rahmen lassen die Sonnenenergie herein, aber nur wenig Wärme hinaus. Auch die Komfortlüftung, die für gute Raumluft sorgt, hat eine Wärmerückgewinnung, die mindestens 80 Prozent der Wärme aus der verbrauchten Luft zurückholt. Alle diese Maßnahmen sorgen dafür, dass die Wärme im Passivhaus bleibt und die durch die Fenster hereinkommende Sonnenenergie sowie die Wärmeabgabe der Haushaltsgeräte und der Bewohner (ca. 80 Watt pro Person) ausreichen, um das Haus die längste Zeit des Jahres angenehm warm zu halten. Durch den extrem niedrigen Wärmebedarf ist es möglich, den Energieverbrauch eines Passivhauses mit erneuerbaren Energiequellen, wie z.B. Windkraft, zu kompensieren.“²

Klima:

Die Luftqualität (Schadstoffe, Ruß, Sporen, Kohlendioxid, Gerüche, etc.) ist in Häusern mit kontrollierter Wohnraumlüftung bei ordnungsgemäßer Planung und Ausführung wesentlich besser als bei Fensterlüftung. Die Oberflächentemperaturen im Haus (z.B. Wandflächen) entsprechen der Lufttemperatur in den Wohnräumen. „Kalte Wände“ sind hier nicht mehr möglich. Auch die Fenster "strahlen" nicht kalt in den Raum. Feuchtigkeitsprobleme (schwitzende Fenster, Schimmel) gehören ebenfalls der Vergangenheit an. Durch die Verwendung einer gut geplanten und ausgeführten Lüftungsanlage kommt es zu keinerlei Zugerscheinungen mehr. Da die Möglichkeit besteht mit geschlossenen Fenstern zu lüften, ist der Schallschutz stark verbessert. Zusätzlich wird durch die saubere Luft den gefährlichen Hausstaubmilben buchstäblich der Nährboden entzogen. Die Hausstaubmilbe gehört zu den häufigsten Allergieauslösern in Innenräumen und kann zu Asthmaerkrankungen führen.

3. Das Lüftungs-Heizungssystem

Am Anfang des Lüftungs-Heizungskreislaufes erfolgt die passive Luft-Vorer-wärmung in Form eines Erdwärmetauschers. Er dient im Winter der Vorerwärmung von Frischluft; selbst an kalten Wintertagen wird die Luft durch die vorhandene Erdwärme auf über +5°C erwärmt. Zusätzlich wird der Frostgefahr für das Lüftungsgerät vorgebeugt. Gleichzeitig wird der Erdwärmetauscher im Sommer dazu genutzt die angesaugte, warme Außenluft durch eine Bypassregelung angenehm herabzukühlen.

Vorhandene, interne Wärme wie die Körperabwärme der Bewohner, Solarstrahlung und Abwärme von elektrischen Betriebsmitteln wird grundsätzlich in einem Wärmetauscher der Lüftungsanlage zu einem großen Teil (Wärmerückgewinnung ηWRG,eff ≥ 75%) zurück gewonnen. Somit bleibt der geringe Restheizwärmebedarf von ≤15 kWh/m²a.

Dieser Wärmebedarf kann z.B. in Form von Strom über elektrische Nachheizregister zentral oder dezentral zugeführt werden. Zusätzlich kann über eine Wärmepumpe der Bedarf an Restenergie noch einmal drastisch gesenkt werden.¹

Das Zusammenspiel dieser einzelnen Komponenten veranschaulicht Abb. 1.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1 Funktionsweise Passivhaus

- Anforderungen

Um aus klimatischer Sicht optimale Arbeitsplatzbedingungen zu schaffen und aufrechtzuerhalten, werden pro Mitarbeiter ca. 30m3 Frischluft in der Stunde benötigt; der CO2-Gehalt sollte sich nicht erhöhen. Gleichzeitig sollte die Raumtemperatur ca.21°C - 23°C betragen.

3.1 Die technischen Komponenten

- der Erdwärmetauscher

Der Erdwärmetauscher ist ein im Erdreich verlegtes Rohr aus Kunststoff oder Metall durch welches die Außenluft angesaugt wird. Zur Reinigung der angesaugten Luft (Staub und Pollen) ist die Vorschaltung eines Filters zwingend nötig (siehe Abb.1). Zugleich sollte das Rohr möglichst mind. 2% Gefälle aufweisen, sodass im Sommer anfallendes Kondenswasser über ein Entwässerungsventil abfließen kann. Zusätzlich müssen zur Reinigung der Rohrleitung Revisionsschächte erstellt werden.

Die übertragbare Wärme hängt ab von:

- Außentemperatur
- Erdreichtemperatur und -beschaffenheit (Dichte, Feuchte)
- Luftgeschwindigkeit
- Rohrlänge und –durchmesser

In unserem Fall wird der Erdwärmetauscher im südlichen Vorgartenbereich in ca. 1,5 - 2m Tiefe und in einer Länge von 40m aus Kunststoffrohren verlegt.

- das Kompaktaggregat besteht im Wesentlichen aus:

Gegenstromwärmetauscher

Die Funktion des Gegenstromwärmetauschers besteht darin, dass die frische Außenluft in getrennten Lüftungsleitungen an der warmen Abluft vorbeigeführt und dadurch auf ein höheres Energieniveau gebracht wird. Verbrauchte Raumluft hingegen wird in den Abluftkanälen am Wärmetauscher vorbei als Abluft nach außen geführt (siehe Abb. 2). Je effizienter die Wärme übertragen wird, desto geringer sind die Abluft-Wärmeverluste nach außen und umso mehr wird die Zuluft erwärmt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2 Funktionsweise Gegenstromwärmetauscher

Wärmepumpe

Im vorliegenden Fall gewinnt die Wärmepumpe ihre Energie aus der vorhandenen restlichen Abluft bzw. durch zusätzliche Zuluft. Hierbei gibt die Abluft im Verdampfer ihre enthaltene Restwärme an die Kältemittel-Kreislauf-Wärme-pumpe ab (siehe Abb. 3). Der Kondensator der Wärmepumpe wiederum gibt die Wärme direkt an das Speicherwasser ab (somit können Spitzen im Abwärme-Angebot aufgefangen und gespeichert werden) oder führt diese im Bedarfsfall direkt an das Warmwasser-Nachheizregister ab.

[...]

¹ Quelle: http://www.passiv.de

¹ Quelle: Vgl. www.passiv.de

² Quelle: www.glossar.de/glossar/z_passivhaus.htm

¹ Quelle: Vgl. www.passiv.de