LINEAR Kunde ECO.S Energieconsulting liefert energetisches Sanierungskonzept
In Kooperation haben die Stadt Aachen und das Wohnungsunternehmen gewoge AG zwischen 2013 und 2018 im Rahmen des Förderprojekts EU-GUGLE 377 innerstädtische Wohnungen in Blockbebauung saniert. Ziel des Projektes war die Reduzierung des Co2-Verbrauchs im Quartier, was durch Dämmung der Hüllfläche (Senkung des Energiebedarfs), durch die Wahl des Energieträgers und durch die Senkung des Verbrauchs mittels Mieterberatung erreicht werden sollte. Durch die Maßnahmen konnten Energieeinsparungen von 50 bis 54 Prozent erzielt werden. Bei der Umsetzung der TGA-Planung vertrauten die Beteiligten auf die Softwarelösungen von LINEAR.
Fotos: ECO.S
Die energetischen Sanierungsmaßnahmen beinhalten im Wesentlichen die Dämmung der Hüllflächen, den Austausch von Balkonen zur Vermeidung von Wärmebrücken, den Einbau neuer Fenster und die Installation von moderner Gebäudebeheizung und -technik wie Lüftungsanlagen teilweise mit Wärmerückgewinnung und LED-Allgemeinbeleuchtung. Besondere Herausforderung: 67 Prozent der im Projekt sanierten Gebäude stehen unter Denkmalschutz, was die Möglichkeiten der Außenwanddämmung deutlich eingeschränkt. Die Sanierungen erfolgten zwecks Erhalts niedriger Mieten unter möglichst wirtschaftlichen Aspekten. Begleitet wurde die energetische Sanierung durch weitere bauliche Modernisierungsmaßnahmen, z. B. der Bäder, sowie Erstellung teils neuer Wohnungszuschnitte und insgesamt einer optischen Aufwertung der Gebäude und der einzelnen Wohneinheiten. Die Beratung der Mieter und eine breite Informationsarbeit zur Energieeinsparung und dem richtigen Umgang mit der neuen Technik ist ebenfalls eine begleitende Aktivität. Ziel war ein Gewinn an Wohn- und Lebensqualität im gesamten Quartier. Die Modernisierungen erfolgten im Rahmen des durch die EU-Kommission geförderten Projektes EU-GUGLE (EUropean cities serving as Green Urban Gate towards Leadership in sustainable Energy / Europäische Städte als grün-urbanes Tor für eine Vorreiterstellung einer nachhaltigen Energieversorgung). Weitere Informationen hierzu auch unter www.eu-gugle.eu, www.aachen.de/eu-gugle.
EU-GUGLE ermöglichte durch die Zusammenarbeit von Stadt, gewoge AG und die Stadtwerke einen innovativen, effektiven und nachhaltigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele in der Stadt Aachen. Mit den Erfahrungen aus dem Projekt wird der städtische Gebäudebestand zukünftig weiter ertüchtigt. Durch das gemeinsame Engagement konnte trotz einer hochwertigen Sanierung günstiger Wohnraum erhalten bleiben. Von den insgesamt 377 Wohnungen wurden 271 an eine Wärmeversorgung angeschlossen, die zum Teil (148 Wohnungen) bzw. ausschließlich (123 Wohnungen) auf Abwasserwärmenutzung aus der Kanalisation basiert.
GRUNDLAGEN DER HAUSTECHNISCHEN PLANUNGEN
Der Hauptteil der Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser kommt von zwei Wärmepumpen, die als Wärmequelle den nahe liegenden Abwasserkanal nutzen und die Gebäude über ein Nahwärmenetz versorgen (Abb. 1). Konzept und Entwurfsplanung stammen von dem Ingenieurbüro ECO.S, das auch für die Sanierung der Heizungs-, Sanitär- und Lüftungstechnik im bewohnten Zustand verantwortlich war.
Prämisse für die technische Gebäudeausstattung ist daher ein technisches Konzept für Heizung und Warmwasserbereitung, das einen energetisch und wirtschaftlich effizienten Wärmepumpenbetrieb ermöglicht.
Heizung
Für die Erreichung des Ziels niedriger Heiznetztemperaturen sind zwei Faktoren bestimmend: eine Flächenheizung (Fußbodenheizung) kommt aufgrund der Sanierung in bewohntem Zustand nicht infrage. aufgrund der energetischen Sanierung der Gebäudehülle ist die Realisierung von niedrigen Auslegungstemperaturen von z. B. maximal 50 °C auch mit Heizkörpern problemlos möglich.
Warmwasserbereitung
Zur Warmwasserbereitung gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten: zentral oder dezentral. Bei zentraler WWB – gleich ob mit Warmwasserspeicher oder Frischwasserstation – muss aus hygienischen Gründen eine Warmwassertemperatur von 60 °C sichergestellt werden. Dies erfordert vom Wärmeerzeuger permanent Temperaturen von etwa 65 °C. Diese Temperatur ist mit Wärmepumpen erreichbar. Effizient im Sinne der Erreichung einer hohen Jahresarbeitszahl ist dies jedoch nicht: Die Jahresarbeitszahl kann trotz günstiger Wärmequelle mit ganzjährig Temperaturen über 12 °C kaum über 3,0 liegen, wenn permanent 65 °C geliefert werden müssen (Abb. 2).
Die dezentrale Warmwasserbereitung löst dieses Dilemma. Wesentliche Frage ist dabei, ob man das Warmwasser elektrisch oder über das Heiznetz erzeugt. Bei elektrischer Warmwasserbereitung sind die Betriebskosten für den Mieter am höchsten. Auch ist trotz inzwischen 40 % regenerativ erzeugten Stroms die Umweltbilanz nicht optimal. Dezentrale Warmwasserbereitung kann auch über das Heiznetz erfolgen, das dann ganzjährig betrieben wird. Hier schrecken oft die hohen Stückkosten für die Wohnungsstationen ab. Außerdem gibt es Hersteller, die Heiznetztemperaturen von 55 °C und mehr fordern, was dann nicht mehr weit von den 65 °C der zentralen Warmwasserbereitung entfernt ist. Beide Handicaps lassen sich jedoch überwinden: Spezialisierte Hersteller liefern Wohnungsstationen, die auch mit 48 bis 50 °C Heizungsvorlauf zuverlässig Warmwassertemperaturen von 40 bis 42 °C liefern. In der Praxis gibt es mit diesen Temperaturen keinerlei Beschwerden von Mietern.
Auch die Frage der Kosten ist bei genauer Betrachtung unkritisch. Bei den Betriebskosten haben die Mieter den größtmöglichen Vorteil: Die Energie stammt aus der Heizung und ist deutlich preiswerter als Strom. Und darüber hinaus ist die Energiemenge um 30 bis 50 % geringer, da drei Viertel der Zirkulationsverluste wegfallen. Schließlich entfallen die Kosten für die Abrechnung des Trinkwarmwasserzählers.
Die Investitionskosten erfordern einen sorgfältigen Vergleich, um zu belastbaren und realistischen Aussagen zu kommen. Den Kosten für Wohnungsstationen stehen bei zentraler Warmwasserbereitung Investitionen gegenüber für:
- Warmwassernetz und Zirkulationsnetz inkl. Armaturen für Strangabgleich
- Warmwasserspeicher / Frischwasserstation
- Zirkulationspumpe
- Armaturen für den hydraulischen Abgleich des Heiznetzes (dieser erfolgt ebenfalls in der Wohnungsstation)
- Mehrkosten der Wärmepumpe für 65 °C statt 55 °C maximaler Vorlauftemperatur
- Investitionen / Mieten für Trinkwarmwasserzähler und Heizkostenverteiler
Die Wohnungsstation ermöglicht es, den gesamten Energieverbrauch des Mieters für Heizung und Warmwasserbereitung über einen einzigen Wärmemengenzähler zu messen. Der Wasserverbrauch für Kalt- und Warmwasser wird ebenfalls nur über einen einzigen Kaltwasserzähler erfasst (Abb. 3).
Darüber hinaus entfallen Kosten für die regelmäßige Beprobung des Warmwassernetzes. Hygienisch ist der Verzicht auf die Speicherung von erwärmtem Trinkwasser in jedem Fall von Vorteil. Im Wiesental ergaben sich folgende Zahlen beispielhaft für einen der vier Wohnblöcke:
KONTROLLIERTE WOHNUNGSLÜFTUNG
Letzter Baustein im Energiekonzept ist die Lüftung: Moderne dichte Bauweise erfordert eine mechanische Mindestlüftung zum Feuchteschutz. Im Wiesental wurde eine reine Abluftanlage realisiert, die Zuluft wird über Fensterfalzlüfter sichergestellt. Die Abluft aus allen ca. 30 Wohneinheiten eines Blocks wird im Dachboden zusammengeführt. Über eine Abluftwärmepumpe wird die darin enthaltene Wärmeenergie zentral zurückgewonnen und in das Heiznetz eingespeist. Da die Abluft permanent, also 8 760 Stunden jährlich in Betrieb ist und Temperaturen von über 20 °C hat, ist hier ein sehr kostengünstiger Wärmepumpenbetrieb möglich, der einen Teil der Heizlast abdeckt – im Wiesental ca. 15 % der Leistung.
Dieses Konzept ist in der Sanierung wie im Neubau mit niedrigsten Investitionskosten umsetzbar, der Wärmerückgewinnungsgrad ist dennoch hoch und nicht zuletzt sind die Stromkosten für den Ventilator ebenso gering wie die Wartungskosten. Schließlich ist die Technik in Dachboden und Heizzentrale jederzeit zugänglich, ein Zugang zu den Mietwohnungen wird nicht benötigt.
PLANUNGSTECHNISCHE UMSETZUNG
Die CAD- und berechnungsseitige Umsetzung erfolgte durch das Ingenieurbüro ECO.S mit den Softwarelösungen von LINEAR. ECO.S setzt diese Softwarelösungen bereits seit über 10 Jahren erfolgreich ein und schätzt insbesondere die Detaillierung und Tiefe in den technischen Berechnungen. Wichtig sind insbesondere die Berechnungsmöglichkeiten der LINEAR Software im Bereich der eingesetzten Wohnungsstationen sowohl auf der Heizungs- als auch auf der Trinkwasserseite. Durch die Möglichkeit der Auswahl verschiedener Gleichzeitigkeitsansätze können die Anlagen simuliert und optimiert werden, darüber hinaus ist auch die Bemessung des Pufferspeichers über die LINEAR Software möglich, unerlässlich für die korrekte Auslegung einer Heizanlage mit Wohnungsstationen. Umfangreiche Datensätze spezialisierter Hersteller runden das Leistungsportfolio ab und gestatten das Generieren korrekter Massenzusammenstellungen direkt aus den Berechnungen.
SANIERUNG DER GEBÄUDEHÜLLE
Zur Senkung des Energiebedarfs bei den 123 Wohnungen im Wiesental war eine energetische Ertüchtigung der Gebäudehüllfläche erforderlich. Die Fassaden der Gebäude aus den 60er-Jahren mit einbindenden Balkonplatten und unterschiedlichsten Oberflächen (Fliesen, Klinker, Putz, Vorhangfassade) wiesen altersbedingte Schäden auf. Die vorhandenen Balkone wurden abgesägt und zur Minimierung der Wärmebrücken durch vorgestellte Balkontürme ersetzt. Die Grundfläche der Balkone wurde den heutigen Bedürfnissen angepasst, d. h. Balkone an den Wohnzimmern wurden vergrößert, sehr kleine Austritte an den Küchen wurden entfernt. Insgesamt konnte die Wohnfläche vergrößert werden.
Alle Fenster inkl. vorhandener Rollläden sowie die 1-fach verglaste Treppenhausverglasung wurden erneuert, die Fenster wurden auf Basis eines Lüftungskonzepts mit Fensterfalzlüftern als Zuluftöffnungen versehen. Die ursprünglich vorhandenen Flachdächer wurden bereits in den 80er-Jahren mit einem ungedämmten Satteldach versehen. Aus diesem Grund wurde eine Dämmung der obersten Geschossdecke verwirklicht, die verbliebene Höhe ist für eine Nutzung als Trockenspeicher ausreichend. Ebenso kann der Raum für die Verlegung der Abluftleitungen und die Aufstellung des zentralen Abluftventilators genutzt werden. Die Raumhöhe des Kellergeschosses war ausreichend für den Einbau einer Kellerdeckendämmung. Baulich wurde pro Wohnblock ein Technikraum („Unterzentrale“) erstellt, Mieterkeller wurden entsprechend verlegt. Ergänzt wurde das Maßnahmenpaket durch eine Erneuerung der Haus- und der Wohnungseingangstüren, ebenso wurden die elektrischen Hausanschlüsse erneuert. Mit diesem Maßnahmenpaket sowie der Heizungsumstellung konnten nicht nur die Ziele des europäischen Projekts sondern auch der Energiestandard „KfW 100“ erreicht werden.
ÜBERTRAGBARKEIT
Das Energiekonzept für die Wohnquartiere Wiesental und Joseph-von-Görres-Straße eignet sich hervorragend als Blaupause für andere Neubau- und Sanierungsprojekte, deren Wärmeversorgung ganz oder teilweise durch Wärmepumpen erfolgt. Das Konzept der dezentralen Warmwasserbereitung führt zu besserer Trinkwasserhygiene, niedrigeren Wärmeverlusten und zu einem kostengünstigeren, weil effizienteren Wärmepumpenbetrieb.
Autoren
Dipl-Ing. (FH) Ulrike Greiner-Lövenich
Bauingenieurin, Energieberaterin und Projektleiterin
gewoge AG, Aachen
Dipl.-Ing. (FH) Wolfram Stodtmeister
Ingenieur für Versorgungstechnik
Energiekonzept, Planung, Bauüberwachung
ECO.S Energieconsulting Stodtmeister,
Berlin / Ratingen / Regensburg