Passivhaus-Nutzeranleitung - Energiemanagement

Passivhaus-Schulen und Kindertagesstätten
Kurzanleitung
für Nutzer
Im Auftrag der Stadt Frankfurt a.M. hat das Passivhaus-Institut eine Kurzanleitung für die Nutzer eines
Passivhauses erstellt. Diese wurde vom Energiemanagement mit den Nutzer-Erfahrungen aus den
letzten Jahren überarbeitet und erweitert. Die Anleitung erläutert die Besonderheiten des Gebäudes
und gibt Hinweise zur Bedienung der technischen Einrichtungen.
Hinweise zur Nutzung sind grün hinterlegt
Letzte Änderung: 22.11.2016 Li
Schulen und Kindertagesstätten als Passivhaus
Passivhaus – Was ist das eigentlich?
Rein äußerlich unterscheiden sich Passivhäuser nicht von herkömmlichen Gebäuden.
Passivhäuser sind Gebäude, in denen eine hohe Behaglichkeit im Winter und im Sommer
auch ohne aktives, separates Heizsystem oder Klimaanlage erreicht werden kann. Das
Haus "heizt" und kühlt sich rein "passiv".
Durch die passiven Komponenten wie eine gute Wärmedämmung, eine
Wärmerückgewinnung (Der Energieinhalt der Abluft wird genutzt, um die Zuluft zu
temperieren), wärmegedämmte Fensterrahmen mit 3-fach Verglasung, eine luftdichte
Gebäudehülle, optimale Tageslichtnutzung und eine wärmebrückenfreie Ausführung bleibt
die Wärme im Haus erhalten und muss nicht mehr aktiv zugeführt werden. Die passiven
Wärmequellen wie Solarstrahlung, Abwärme von elektrischen Geräten und Menschen sowie
die Wärme aus der Fortluft decken einen großen Teil des Wärmebedarfs.
Demzufolge ist eine Schule oder Kindertagesstätte ideal als Passivhaus geeignet, da die
Kinder mit Ihrer Wärmeabstrahlung schon einen erheblichen Anteil an Wärmeenergie zur
Heizung des Klassen-, oder Gruppenraumes mitbringen. Daher wird die Heizung im
Wesentlichen zum Aufheizen in den Ferien und nach den Wochenenden benötigt, d.h. in
Zeiten, wenn die Lüftung nicht läuft. In diesen Zeiten werden deshalb einige PassivhausSchulen oder –Kindergärten über kleine Heizkörper geheizt, die z.B. an den Innenwänden
hängen. Dies ist im Gegensatz zu vielen Passivhaus-Wohngebäuden, in denen die noch
benötigte Rest-Wärmemenge mit der ohnehin benötigten Zuluft verteilt wird.
Quelle: Informations-Gemeinschaft Passivhaus: Aktiv für mehr Behaglichkeit: Das Passivhaus, 6. überarb u. erw. Aufl. 2010
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Wo liegen die Vorteile gegenüber herkömmlichen Gebäuden?
Das Gesamtkonzept führt zu einem drastisch reduzierten Energieverbrauch gegenüber
gewöhnlichen Neubauten.
Zum Vergleich:
Im Durchschnitt beträgt der mittlere spez. Heizwärmeverbrauch in Schulen und
1
Kindertagesstätten der Stadt Frankfurt am Main, 142 kWh/m² im Jahr . Ein Passivhaus benötigt
für die Heizung im Jahr bei üblicher Nutzung 15 kWh/m² (15 kWh entsprechen etwa 1,5 Liter Öl
oder 1,5 Kubikmeter Erdgas). Das bedeutet gegenüber dem Durchschnittlichen Verbrauch eine
Einsparung von nahezu 90%.
Erheblich verbessert wird auch der Komfort: Zugluft, kalte Ecken und Fensterbereiche
gehören der Vergangenheit an, und die Lüftungsanlage sorgt stets für gute Luft. Die
bisherigen
Erfahrungen
mit
den
existierenden
Passivhaus-Schulen
und
Kindertagesstätten sind ausgezeichnet.
Mehr Behaglichkeit – weniger Energie!
Vorteile im Überblick:
 Auch bei steigenden Energiepreisen extrem geringe Heizkosten
 Deutliche Verbesserung der Luftqualität und Behaglichkeit
 Erhebliche Umweltentlastung
 Höhere Bauschadensfreiheit durch luftdichte Ausführung
Kriterien im Überblick:
 Heizwärmebedarf ≤ 15kWh/m²a oder Heizlast ≤ 10W/m² bezogen auf die
Energiebezugsfläche
 Primärenergiebedarf ≤ 120 kWh/m²
 Luftdichtheit mindestens n50= 0,6/h
 Übertemperaturhäufigkeit im Sommer ≤ 10%
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Verbrauchsauswertung 2008 – 2010, Energiemanagement Stadt Frankfurt am Main
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Was bildet die thermische Hülle?
Die thermische Gebäudehülle wird durch die wärmegedämmten Bauteile gebildet. Diese
umfasst nicht nur die Außenmauern eines Hauses, sondern ebenso die „geschlossenen
Öffnungen“ wie Fenster und Türen, das Dach und die Bodenplatte.
Die thermische Hüllfläche muss nicht mit der tatsächlichen Gebäudehülle übereinstimmen.
Thermische Hüllfläche
Tatsächliche Gebäudehülle
Bsp.: Verlauf der thermischen Hüllfläche bei Dämmung der obersten Geschossdecke
Warum luftdicht bauen?
Windlasten die auf das Gebäude wirken erzeugen eine Durchströmung von Fugen und
Ritzen in der Gebäudehülle. Tendenziell sind die unteren Geschosse mit Infiltration und die
oberen Geschosse mit Exfiltration belastet. Sowohl die kalte einströmende Luft nach innen
(Infiltration) als auch die Durchströmung von innen nach Außen führt zu einem erhöhten
Heizwärmebedarf und Zugerscheinungen. Bauphysikalisch ist eine Infiltration i.d.R.
unkritisch, hingegen bei der Exfiltration die warme, feuchte Luft an kalten Bauteilen
kondensieren und zu Bauschäden führen kann. Zudem ist ein Luftaustausch über Ritzen und
Fugen in der Gebäudehülle für eine hygienische Raumluftqualität nicht ausreichend. Es
muss zusätzlich über Fenster gelüftet werden.
Zur Optimierung der Gebäudehülle und Reduktion des Heizwärmebedarfs muss die
Luftdichtheit reduziert werden. I.d.R. wird die Luftdichtheitsebene an der Innenseite der
Außenwand angeordnet. Sie umgibt das beheizte Volumen als vollständig geschlossene
Fläche. Die luftdichte Hülle bilden beispielsweise Innenputz, Fenster, Stahlbeton,
Holzwerkstoffplatten, Folien usw.
Einfluss der Luftdichtheit:
-1
Eine Verbesserung der Luftdichtheit pro 0,2/h n50 reduziert den Heizwärmebedarf um 1 kWh/m²a.
Zum Vergleich:
Bei Verbesserung der Luftdichtheit (Bsp. Einfamilienhaus) von 0,5/h auf 0,3/h, kann die Dämmstärke
der Außenwand um 4cm verringert werden.
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Worin liegt der Unterschied von Passivhausfenstern zu Standardfenstern?
Unser Behaglichkeitsempfinden wird stark beeinflusst von der Differenz der im Raum
vorherrschenden Oberflächentemperaturen. Wir empfinden es als unangenehm, wenn
verschiedene Temperaturen simultan auf unseren Körper einwirken.
Neben den subjektiven Empfindungen gibt es weitere Komfortkriterien, hierzu zählt auch
die thermische Behaglichkeit. Erst ab einer Temperaturdifferenz unter 4K fühlen wir uns
wohl.
Innerhalb
der
Gebäudehülle
weisen
die
Fenster
die
kältesten
Oberflächentemperaturen auf.
Standardfenster, Wärmeschutzverglasung (2-fach), Uw = 1,6 W/(m²K)
Passivhausfenster, Wärmeschutzverglasung (3-fach), Uw = 0,8 W/(m²K)
Erst bei Fenstern ab einem Uw= < 0,85 W/m²K liegt die Strahlungstemperaturdifferenz
unter 4 K (mitteleuropäisches Klima).
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Fazit:
Ein wichtiges Kriterium ist der Fenster-U-Wert Uw als Kennzeichnung der Wärmeverluste.
Auch in der kalten Winternacht soll das Fenster keine unangenehm kalte Oberfläche
haben. Der U-Wert sollte möglichst klein sein, < 0,80 W/(m²K).
Dank der wärmeren Oberflächentemperaturen der 3-fach Verglasung kann die
Anordnung der Heizkörper direkt am Fenster entfallen, da die Heizflächen keinen
wesentlichen Einfluss auf die Behaglichkeit haben und eine Kompensation von
kalten Außenflächen nicht nötig ist.
Neben der thermischen Behaglichkeit gibt es eine weitere positive Eigenschaft. Die 3-fach
Verglasung verringert die Wärmeverluste gegenüber üblichen neuen Fenstern um
mehr als 50%. Im zeitlichen Mittel des mitteleuropäischen Kernwinters lässt die 3-fachWärmeschutzverglasung mehr Energie in den Raum dringen, als aus diesem durch die
Verglasung als Wärmeverlust entweicht.
Einfluss der Verglasung:
Eine 3-fach Wärmeschutzverglasung ist nicht nur für die Anwendung in Passivhäusern
geeignet. Durch die geringen Wärmeverluste und innere Oberflächentemperatur ist sie
gegenüber einer herkömmlichen Verglasung um den Faktor 2 verbessert.
Passivhäuser sind gutmütig und verzeihen Fehler
In Passivhäusern kann man sich genauso verhalten wie in normalen Gebäuden,
unnötig dauernd geöffnete (gekippte) Fenster kosten aber weniger und auch ein
Heizungsausfall ist weniger dramatisch wie in bestehenden Gebäuden. Einige
Details sind daher anders als in konventionellen Schulbauten. Darauf wollen wir
nachfolgend besonders hinweisen.
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Darf ich im Passivhaus die Fenster öffnen?
Ja! Aber man braucht es nicht mehr oft. Im Passivhaus sorgt die Lüftungsanlage ständig
und automatisch für eine gute Luftqualität ohne kalte Luftschichten oder Zugluft. Für den
Nutzer entfällt die ständige Aufmerksamkeit und Aktivität um Fenster regelmäßig zu
öffnen und schließen.
Die Fenster
Im Passivhaus sind wärmedämmende Fensterrahmen mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung eingebaut. Die Innenoberflächen bleiben dadurch auch im Winter
angenehm warm, und es geht nur wenig Wärme nach draußen verloren.
Die im Passivhaus verwendete Verglasung ist, wie andere Wärmeschutzverglasungen
auch, empfindlich gegenüber Überhitzung. Deshalb sollten große Gegenstände im
Innenraum vor den Scheiben so angeordnet werden, dass kein Wärmestau entsteht.
Auch Fensterbilder können in seltenen Fällen zu Schäden führen. Daher empfehlen wir,
Fensterbilder nicht auf die Scheiben aufzukleben, sondern an entsprechenden Fäden
so abzuhängen, dass kein Wärmestau entsteht.
Die Fenster können auch im Winter geöffnet werden, wenn z.B. die Lüftungsanlage
ausfällt oder die Räume überbelegt sind. Dies ist im Gegensatz zum normalen
Gebäude im Passivhaus auch keine größere Energieverschwendung, da sich keine
großen Heizkörper unter den Fenstern befinden, die Wärme nach draußen abgeben.
->Fensterlüftung auch im kalten Winter kein Problem
Wärmeschutz und Sonnenschutz?
Der Begriff des Wärmeschutzes im Bauwesen kann in die Bereiche des winterlichen
Wärmeschutzes und des sommerlichen Wärmeschutzes aufgeteilt werden.
Winterlicher Wärmeschutz
Der gegenwärtige Gebäudebestand wurde größtenteils zu Zeiten erbaut
in denen
Heizenergie wesentlich preiswerter gewesen ist. Heute haben sich die Randbedingungen
geändert - der mittlere Heizenergiepreis in Frankfurt liegt durchschnittlich bei 7 Ct/kWh (im
Mittel zwischen Gas, Fernwärme und Heizöl)
Eine sinnvolle und wirtschaftliche Lösung Heizenergie einzusparen erreicht man durch die
Verbesserung des Wärmeschutzes. Neben der Energieeinsparung ergeben sich weitere
Vorteile, wie der verbesserte Schutz der Bausubstanz, die Behaglichkeit im Innern des
Gebäudes bei gleichzeitiger Wertsteigerung, die Sicherheit gegenüber dem
Energiepreissteigerungen und der zusätzliche Beitrag zum Klimaschutz.
Der winterliche Wärmeschutz dient dazu die Wärmeverluste über die Gebäudehülle zu
reduzieren beispielsweise durch Wärmedämmung und 3-fach Verglasung.
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Schemadarstellung
Der Sommerliche Wärmeschutz (Hitzeschutz) dient dazu, die durch Sonneneinstrahlung
verursachte Aufheizung von Räumen so weit zu begrenzen, dass ein behagliches
Raumklima gewährleistet werden kann. In der Regel ist die Raumhitze auf eine Einstrahlung
der Sonne durch die Fenster zurückzuführen.
Sommerhitze
Da der Temperaturunterschied nach außen im Sommer gering ist, kann die innere
Wärme im Sommer nur wieder abgeführt werden, wenn ausreichende Speichermassen
wie massive Böden, Decken und Wände (ohne Verkleidung) zur Verfügung stehen. Im
Tagesverlauf wird die Wärme in den Bauteilen gespeichert und durch Lüftung in der
Nacht kann diese Wärme wieder abgeführt werden, aber nur, wenn es draußen kühler
ist als drinnen (dabei Vorsicht: bewegte Luft fühlt sich kühler an, als diese ist, daher
steuert die Automatik die Nachtauskühlung).
Bei gleicher technischer Ausstattung ist ein Passivhaus im Sommer etwas kühler als ein
Neubau nach Energieeinsparverordnung. Durch den geringeren g-Wert der 3-fach
Verglasung dringt im Passivhaus weniger Wärme ein, von der aufgeheizten
Außenwand durch die verbesserte Dämmung ebenfalls.
->Im Passivhaus ist es im Sommer kühler
Die Jalousien
Die großen Fensterflächen in den südlichen Richtungen besitzen Lamellenstores, die
sich je nach Jahreszeit und Sonneneinstrahlung automatisch öffnen und schließen.
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Diese Jalousien tragen vor allem dazu bei, das Gebäude im Sommer angenehm kühl
zu halten und gegebenenfalls Blendung zu vermeiden.
Optimale Sommertemperaturen bekommen Sie, wenn Sie den Sonnenschutz ganztägig
unten belassen und die Lamellen so justieren, dass keine direkte Sonneneinstrahlung in
den Raum dringt aber diffuses Licht einfällt und die künstliche Beleuchtung nicht
eingeschaltet werden muss. Die Automatik übernimmt dies für Sie.
->Ausreichend Tageslicht erzeugt am wenigsten Hitze
Bedarf können die Jalousien vom Nutzer übersteuert werden. In den
entsprechenden Räumen befindet sich jeweils ein Schalter. Diese Nutzersteuerung wird
aber nach einer voreinstellbaren Zeit (in der Regel 1 Std.) wieder auf Automatik
umgestellt. Damit wird gewährleistet, dass auch ohne Nutzer, am Nachmittag oder am
Wochenende, der Sonnenschutz einwandfrei funktioniert und das Gebäude kühl bleibt.
Bei
-> Jalousien zu: Sommerhitze kein Problem!
Wie wird das Passivhaus im Winter warm?
Aufgrund des sehr geringen Energieverbrauchs kommt es beim Passivhaus im Vergleich
zu konventionellen Gebäuden zu einer Verschiebung des Energiebedarfs. Der
Warmwasserbedarf ist bedeutender als Heizwärme – die Heizung wird quasi nebenbei
„mit erledigt“.
Die Passivhauskomponenten, insbesondere die wärmegedämmten Fensterrahmen und
die Dreifach-Wärmeschutzverglasung ermöglichen den Verzicht auf Heizflächen in der
Nähe der Fenster. Der Ort der Wärmeübergabe an den Raum spielt keine Rolle mehr für
die Wahl des Heizsystems.
Es gibt 2 Möglichkeiten
Die Wärme kann traditionell über ein Heizsystem und Heizkörper oder über das
nachheizen der Zuluft dem Raum zugeführt werden.
Aber die Zuluft als Wärmeträger kann nur eine begrenzte Heizleistung übertragen, daher
wird die Wärme i.d.R. über das ohnehin für die Warmwasserbereitung vorhandene
Heizsystem eingebracht. Sie können die gewünschte Raumtemperatur am Thermostat
neben der Tür oder Bereichsweise einstellen. Außerhalb der Nutzungszeiten wird die
Raumtemperatur durch die zentrale Steuerung automatisch reduziert.
Welche Vorteile hat die Belüftung über die Lüftungsanlage?
Generell wird die Schule über die Fenster belüftet. Lediglich in der kurzen Heizzeit wird
die maschinelle Grundlüftung (Lüftungsanlage) eingeschaltet, um Behaglichkeit und
Energieeinsparung zu gewährleisten. Bei Bedarf, z.B. für Pollenschutz im Frühjahr, kann
die Lüftungsanlage ebenfalls in Betrieb genommen werden.
-> Lüftung generell über Fenster, in der Heizzeit über Lüftung
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Die Lüftungsanlage
Alle Räume sind an eine Lüftungsanlage mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung
angeschlossen. Die frische Außenluft wird unbehandelt und unvermischt aber gefiltert
(Pollenfilterung!) als Zuluft den Klassenräumen, den Gruppenräumen, den Büros und
der Küche zugeführt. Verbrauchte Abluft wird vorwiegend aus den Toiletten und den
Fluren abgesaugt.
Quelle: www.passipedia.de
Beispiel Überströmöffnung in der Wand
Zwischen den Räumen sind schallgedämmte Überström-Öffnungen vorhanden, z.T.
hinter den perforierten Decken versteckt. Die Öffnungen für die Lüftungsanlage dürfen
auf keinen Fall verschlossen oder zugestellt werden.
Beispiele für Überströmöffnungn, Zu,- und Abluftventile
-> Zu- und Abluftöffnungen der Lüftung nicht verschließen
Wärmerückgewinnung
Verwendet wird gerade so viel frische Luft, wie es die Behaglichkeit im Raum und die
Gesundheit der Bewohner verlangen. In die Aufenthaltsräume kommt nur unbehandelte
Außenluft – keine Umluft. Dadurch wird ein hohes Maß an Lufthygiene eingehalten.
Passivhäuser funktionieren in Mitteleuropa nur mit einer hocheffizienten
Wärmerückgewinnung. Mit dieser wird Wärme aus der Abluft zurückgewonnen und in
einem Wärmeübertrager in die Zuluft zurückgeführt – ohne dass sich die Luftströme
vermischen. Modernste Lüftungstechnik erlaubt heute Wärmebereitstellungsgrade von 75 bis
über 90%. Dies gelingt mit Gegenstrom-Wärmeübertragern und energieeffizienten
Speziallüftern (mit sog. EC-Motoren mit besonders hohem Wirkungsgrad), so dass die
zurückgewonnene Wärme das 8- bis 15-fache des Stromverbrauchs beträgt.
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So einfach funktioniert ein Gegenstrom-Wärmeübertrager: Die verbrauchte Abluft (rot) strömt
durch einen Kanal und gibt Wärme an die obere und untere Platte ab. Sie tritt abgekühlt als
Fortluft
(orange)
aus.
Auf
der
anderen
Seite
der
Platten
strömt
in
eigenen Kanälen unbelastete Frischluft. Sie nimmt die Wärme auf und steht erwärmt (aber
immer noch unbelastet) als Zuluft (helltürkis) zur Verfügung. Wegen des
Gegenstromprinzipes können fast 100% des Temperaturunterschiedes überbrückt werden.
Mit einer Wärmerückgewinnung ist Energiesparen nicht nur kostensparend und
umweltfreundlich, sondern auch gesund: Ohne ständiges Fensteröffnen gibt es immer frische
Luft im Haus. Das gilt für alle Gebäude, nicht nur für das Passivhaus.
Diese hocheffiziente Wärmerückgewinnung wurde speziell für den Einsatz in Passivhäusern
entwickelt. Die Geräte sorgen für eine saubere Trennung zwischen Abluft und Frischluft,
verbrauchen nur wenig Strom und arbeiten sehr leise.
->Der Zeitplan wird zentral eingestellt
Lüftung im Winter: über die Lüftungsanlage
Die Lüftungsanlage ist so ausgelegt, dass eine zusätzliche Lüftung über Fenster
normalerweise nicht erforderlich ist. In Situationen mit besonders hoher Belastung der
Raumluft kann eine kurzzeitige zusätzliche Fensterlüftung sinnvoll werden. In solchen
Fällen sollte darauf geachtet werden, dass die Fenster nach der kurzzeitigen Stoßlüftung
(max. 15 Minuten) wieder vollständig und dicht verschlossen werden.
->Lüftung in der Heizzeit über Lüftung
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Lüftung im Sommer: über die Fenster
Außerhalb der Heizzeit (im Passivhaus März bis Oktober) wird die Lüftungsanlage
abgeschaltet. Gelüftet wird dann über die Fenster. Bei Bedarf können Sie zusätzlich per
Schalter die Sommerlüftungsklappen öffnen. Aus Sicherheitsgründen: Bitte denken Sie
daran, die Fenster beim Verlassen des Raumes wieder zu schließen.
->Außerhalb der Heizzeit über die Fenster lüften
Wenn es im Sommer im Gebäude zu warm wird, werden automatisch die
Sommerlüftungsklappen geöffnet. Das passiert vor allem nachts, um die kühle Nachtluft
zum Auskühlen des Gebäudes für den folgenden Tag zu nutzen. Um die sommerliche
Nachtlüftung müssen Sie sich nicht kümmern. Grundsätzlich gilt aber: Bei zu hohen
Raumtemperaturen dürfen und sollen Sie selbstverständlich beliebig die Fenster öffnen
– das macht aber nur Sinn, wenn es draußen kälter ist als drinnen!
Beispiele Sommerlüftungsklappe I Nachtlüftungskappe
->Wenn`s zu warm wird, Fenster auf!
Bei weiteren Fragen zu Ihrem Passivhaus wenden Sie sich bitte an die
Schulhausverwaltung, oder an das Energiemanagement der Stadt Frankfurt im Hochbauamt,
[email protected]
Weitere Informationen zum Thema finden Sie auch unter:
www.energiemanagement.stadt-frankfurt.de
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