Die Arbeit beschäftigt sich mit der energetischen Bewertung eines Einfamilienhauses, welches seit dem Baujahr 1989 stetig energetisch optimiert wurde. Dabei wurde die Frage geklärt, ob sich der Aufwand für die Umwelt und den Bauherren gelohnt haben. Dazu wurden die realen Energieverbrauchsdaten für Wärme, Strom und Wasser in den letzten 30 Jahren analysiert.
Das Ergebnis im ersten Teil der Arbeit ist, dass der Verlauf des End- und Primärenergieverbrauchs fällt und sich dadurch die Energieeffizienzklasse des Gebäudes erhöht. Gründe dafür sind die Verbesserung der Gebäudehülle und die Optimierung der Anlagentechnik. Die Reduzierung der Transmissionswärmeverluste und die damit verbundene Wirkung der Dämmungen wurde zusätzlich durch ein Simulationsprogramm bestätigt. Der Stromverbrauch konnte durch das Nutzerverhalten und effizientere Geräte, sowie Beleuchtung gegenüber 1990 fast um die Hälfte reduziert werden. Durch die Nutzung von Regenwasser wurde zudem eine bedeutende Menge an Trinkwasser eingespart. Anschließend wurde die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Maßnahmen betrachtet, indem die Investitions- und fortlaufenden Kosten den Einsparungen gegenübergestellt wurden. Hierbei konnte festgestellt werden, dass sich Solarthermie-, Photovoltaikanlage und die Dämmungen zeitnah amortisierten und Gewinn erzielen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden praktische Messungen am Gebäude durchgeführt. Dabei wurde die Erwärmung des Wassers im Speicher durch eine direkte Sonneneinstrahlung gemessen. Dadurch wurde der Systemwirkungsgrad der gesamten Anlage festgestellt und die Nutzenergie abgeschätzt. Bei einer Thermografiemessung konnten geringe Mängel und eine Verbesserung der Gebäudehülle gegenüber dem Altzustand festgestellt werden.
Im letzten Teil der Arbeit wurden die jährlich entstehenden CO2-Emissionen des Gebäudes, die durch Beheizung, Warmwasser und Strom entstehen untersucht. Dabei ergab sich eine enorme Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Hauptgründe dafür sind die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien in der Anlagentechnik und die Einsparung an Energie, aufgrund der Verbesserung der Gebäudehülle.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation zur Energieeffizienzsteigerung von Gebäuden
1.2 Zielsetzung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Energiebilanz eines Gebäudes
2.1.1. Nutzenergiebedarf
2.1.2. Endenergiebedarf
2.1.3. Primärenergiebedarf
2.2 Energieeffizienz in Wohngebäuden
2.2.1. Der Energieausweis
2.3 Gebäudehülle
2.3.1. Transmissionsverluste
2.3.2. Lüftungsverluste
2.4 Messmethoden im Bestand
2.4.1. Thermografie
2.4.2. Blower-Door-Messung
2.5 Anlagentechnik
2.5.1. Solarenergie
3 Bestandsanalyse
3.1 Gebäudenutzfläche und Volumen
3.2 Gebäudetechnische Anlagen
3.2.1. Ölheizung
3.2.2. Regenwassernutzung
3.2.3. Solarthermieanlage
4 Verbrauchsdatenanalyse
4.1 Endenergiebedarf Wärme und Warmwasser
4.1.1. Heizöl
4.1.2. Holzbriketts
4.1.3. Holz
4.1.4. Pelletheizung
4.2 Hilfsenergie
4.2.1. Warmwasser
4.2.2. Heizung
4.2.3. Lüftungsanlage
4.3 Optierungsmaßnahmen Wärme und Warmwasser
4.4 Primärenergieverbrauch Raumwärme und Warmwasser
4.5 Energieverbrauch Strom
4.6 Optimierungsmaßnahmen Strom
4.7 PV-Anlagen
4.8 Wasserverbrauch
4.9 Diskussion der Ergebnisse
4.9.1. Wärme
4.9.2. Strom
4.9.3. Wasserverbrauch
5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.1 Photovoltaik-Anlagen
5.2 Thermische Solaranlage
5.3 Regenwassernutzung
5.4 Dämmungen
5.5 Zusammenfassung
6 Messungen am Gebäude
6.1 Leistungsmessung Solaranlage
6.1.1. Versuchsaufbau und Durchführung
6.1.2. Auswertung
6.1.3. Diskussion der Ergebnisse
6.2 Thermografie
7 Gebäudeanalyse mittels Simulationsprogramm
7.1 Anlagentechnik
7.1.1. Solarthermie
7.2 Simulation der Gebäudehülle
7.2.1. Geometrie
7.2.2. Aufbau der Bauteile
7.2.3. Einfluss des Nutzerverhaltens
7.2.4. Ergebnisse
8 CO2-Emissionen am Gebäude
8.1 Heizung & Strom
8.2 CO2 Einsparung der Maßnahmen
9 Empfehlung
10 Fazit
11 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Die Masterarbeit hat das Ziel, ein Einfamilienhaus (Baujahr 1989) energetisch zu bewerten und zu untersuchen, ob sich die über drei Jahrzehnte durchgeführten Optimierungsmaßnahmen für die Umwelt und den Bauherren rentiert haben. Dabei wird analysiert, wie sich der Energieverbrauch für Wärme, Strom und Wasser sowie die CO2-Emissionen durch technische Erneuerungen und Dämmungen im Zeitverlauf verändert haben.
- Langzeitanalyse von realen Energieverbrauchsdaten
- Energetische Bewertung der Gebäudehülle und Anlagentechnik
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der getroffenen Modernisierungsmaßnahmen
- Simulation des energetischen Ist-Zustands mittels Software
- CO2-Bilanzierung und Analyse der Emissionsminderung
Auszug aus dem Buch
3.2.3. Solarthermieanlage
Zur Unterstützung der Warmwasserbereitung wurde im Mai 1990 zusätzlich eine Solarthermieanlage der Firma WAGNER & CO Solartechnik vom Typ Wagner-Sunstripkollektor nach dem Thermosiphonprinzip in Betrieb genommen. Die Anlage besteht aus Sunstrip-Absorberstreifen (Aluminium/ Kupfer), Kupfer-Rohre für den Absorberanschluss, Aluminium-T-Profile mit Gummidichtleisten als Rahmen für die Glasabdeckung und Steinwolleisolierung mit Alu-Wärmeschutzfolie. Man nutzt hier die Temperaturabhängigkeit der Dichte der Flüssigkeit. Warmes Wasser hat eine geringere Dichte als kaltes Wasser und steigt daher auf. Dadurch entsteht ein natürlicher Umwälzstrom. Daher wird für dieses System keine Umwälzpumpe und somit keine elektrische Energie benötig [6]. Voraussetzung dafür ist, den Wasserspeicher höher als die Solarkollektoren zu platzieren. Aus diesem Grund sind alle Kollektoren mit insgesamt 8,2 m² Absorberfläche horizontal nebeneinander angeordnet, was in Abbildung 13 gut zu erkennen ist. Der Speicher 300l befindet sich daher im 1. Obergeschoss des Gebäudes (Abbildung 13). Die Endenergie zur Unterstützung der Warmwasserbereitung wurde bereits 2014 im vorliegenden Energieberatungsbericht berechnet und mit 3.000 kWh/a angesetzt. Dieser Wert ist allerdings etwas hoch. Nach Berechnung mittels des Simulationsprogrammes Polysun 11.8 ergibt sich nach der jeweiligen Anzahl an Personen, die im Haushalt leben, die in Tabelle 7 aufgeführte Endenergie der Solaranlage.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation zur Energieeffizienzsteigerung im deutschen Gebäudesektor und legt die Zielsetzung der energetischen Bewertung für das untersuchte Einfamilienhaus fest.
2 Theoretische Grundlagen: Erläutert die theoretischen Basisgrößen wie Energiebilanz, Nutz- und Endenergiebedarf sowie Messmethoden zur Bewertung der Gebäudehülle und Anlagentechnik.
3 Bestandsanalyse: Beschreibt das untersuchte Gebäude, dessen Volumen sowie die installierten gebäudetechnischen Anlagen wie Ölheizung und Regenwassernutzung zum Errichtungszeitpunkt.
4 Verbrauchsdatenanalyse: Analysiert detailliert die jährlichen Verbräuche von Wärme, Strom und Wasser über einen Zeitraum von 30 Jahren und bewertet die Wirkung einzelner Optimierungsmaßnahmen.
5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Bewertet die ökonomische Rentabilität der durchgeführten Maßnahmen wie PV-Anlagen, Solarthermie, Regenwassernutzung und Dämmungen.
6 Messungen am Gebäude: Dokumentiert praktische Leistungsmessungen an der Solarthermieanlage sowie eine Thermografie-Untersuchung zur Qualität der Gebäudehülle.
7 Gebäudeanalyse mittels Simulationsprogramm: Führt eine computergestützte Simulation der Gebäudehülle und Anlagentechnik durch, um den energetischen Zustand präzise zu modellieren.
8 CO2-Emissionen am Gebäude: Berechnet die jährlichen Treibhausgasemissionen und die durch die Optimierungsmaßnahmen erzielte CO2-Einsparung im Vergleich zum Ausgangszustand.
Schlüsselwörter
Energieeffizienz, Einfamilienhaus, Endenergiebedarf, Primärenergiebedarf, Solarthermie, Photovoltaik, CO2-Einsparung, Gebäudehülle, Wirtschaftlichkeit, Simulation, Wärmeverluste, Anlagentechnik, Nutzerverhalten, energetische Sanierung, Regenwassernutzung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der energetischen Langzeitbewertung eines seit 1989 stetig optimierten Einfamilienhauses durch die Analyse realer Verbrauchsdaten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der energetischen Bewertung der Gebäudehülle, der Anlagentechnik, der Wirtschaftlichkeit von Sanierungen und der CO2-Bilanzierung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Es soll geklärt werden, ob sich die über drei Jahrzehnte getätigten Investitionen in energetische Maßnahmen für die Umwelt und den Bauherren gelohnt haben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine Kombination aus der Auswertung von 30-jährigen Verbrauchsaufzeichnungen, praktischen Messungen (Thermografie/Leistungsmessung) und computergestützten Simulationen (IDA ICE/Polysun).
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Bestandsanalyse, die detaillierte Auswertung von Verbrauchsdaten, Wirtschaftlichkeitsberechnungen, Simulationen und die Untersuchung der CO2-Emissionen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Energieeffizienz, Solarthermie, Photovoltaik, Gebäudehülle, CO2-Einsparung und Wirtschaftlichkeit.
Wie effektiv war die Wärmedämmung des Dachbodens?
Die Dämmung des Dachbodens im Jahr 2004 führte zu einer Einsparung von 3.783 kWh/a, was einer Reduzierung von 12,66 % entsprach und sich bis 2012 amortisierte.
Welchen Einfluss hatte der Nutzerwechsel auf den Energieverbrauch?
Die schwankende Anzahl an Bewohnern und deren individuelles Nutzerverhalten hatten einen signifikanten Einfluss auf den Energie- und Wasserbedarf, was in den Analysen als Streufaktor berücksichtigt wurde.
- Arbeit zitieren
- Benjamin Hirschmann (Autor:in), 2020, Energetische Bewertung eines Einfamilienhauses, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/961552
