Bild: Bautafel der Wohnhaussanierung "Tschechenring"

grünes LICHT, Sanierung eines großvolumigen Wohnbaues zum Passivhaus

Forschungsthemen: Optimierung der Belichtung, Luftfeuchtigkeit und, Luftmengenverteilung; wohnungseigener Freiraum, Bauwerksbegrünung, Bewertung der Passivhausmaßnahmen im großvolumigen Wohnbau.

Inhaltsbeschreibung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Motivation

Energieeffizienz und Passivhausstandard haben sich im allgemeinen Bewusstsein bereits eine Position erkämpft. Im Sinne der Nachhaltigkeit ist aber nicht nur der wärmetechnische Standard sondern die Bauform ganz allgemein zu überdenken. Was heute im Allgemeinen Bewusstsein noch in keiner Weise verankert ist, ist die Tatsache, dass mit der Bauform Einfamilienhaus in Bezug auf den Primärenergieeinsatz pro Person für das Wohnen in Errichtung und Betrieb samt seiner Folgewirkung auf Infrastruktur und Verkehr selbst mit modernstem Standard nur bescheidene Ziele zu erreichen sind.

Im Sanierungsbereich wird der Passivhausstandard auch über kurz oder lang vermehrt Einzug halten. Beim Fenstertausch wird dann mit üblichen Einbaudetails die Belichtung der Räume deutlich reduziert. Es muss vermieden werden, dass durch die Sanierung bzw. auch im Neubau durch den Einsatz von 3 Scheiben Verglasungen zwar die thermische Behaglichkeit steigt, aber der visuelle Komfort sinkt, dass also die Sanierungslösungen von heute bereits die Sanierungsfälle von morgen beinhalten.

Die thermische Sanierung kann meistens nur einen kleinen Teil des Sanierungsbedarfes abdecken. Funktionale Mängel und Mängel der Wohnqualität wie ein fehlender wohnungseigener Freiraum dürfen dabei nicht aus dem Auge verloren werden.

Inhalt

Im vorliegenden Projekt wird daher erarbeitet - welche modernen Anforderungen es an die Belichtung von Wohnräumen gibt und wie die Belichtung beim Fenstertausch und im Neubaufall optimiert werden kann, - wie ein großzügiger wohnungseigener Freiraum ausgebildet sein muss, der hinsichtlich Nutztiefe und Belichtung ohne Widerspruch bleiben soll, - wie große Häuser professionell und nachhaltig begrünt werden, - welche Möglichkeiten für eine ökologische Luftfeuchtkonditionierung es gibt, im speziellen welche Auswirkungen Pflanzen auf die Luftfeuchtigkeit haben, - wie sich das großvolumige Passivhaus im Verhältnis zum Einfamilienpassivhaus energetisch darstellt, welche großen Unterschiede es gibt und welche speziellen Anforderungen an die Passivhausbauweise im Geschosswohnbau entstehen. - wie das Sanierungskonzept für einen großvolumigen Wohnbau zum Passivhaus aussehen könnte.

Beabsichtigte Ziele

Der Beitrag dieses Projektes soll zum einen darin liegen, die wesentlich höhere energetische Effizienz von Gebäuden großen Volumens zu erklären und im Vergleich darzustellen und zum anderen darin der Bauform Einfamilienhaus eine nachhaltige, interessante und vor allem attraktive Alternative in der dichten städtischen Umgebung gegenüberzustellen. Die Attraktivität einer Wohnung für Nutzer stark von den Kriterien Helligkeit, privater Freiraum und Qualität des Wohnumfeldes bestimmt.

Wir glauben daher, dass für die Zukunft des Wohnens in sanierten (aber auch in neu zu errichtenden) nachhaltigen Gebäuden diesen Elemente des zeitgemäßen Wohnkomforts ein höherer Stellenwert eingeräumt werden muss, und möchten Lösungen dafür aufzeigen.

Methoden und Daten

Die Grundlagenforschung wurde mit Hilfe eingehender Literaturstudien durchgeführt. Die U- werte wurden mit dem Programm Archiphysik gerechnet, der Heizwärmebedarf und die Heizlast mit dem Programm PHPP 2004 des Passivhausinstitutes Darmstadt. Die sonstigen Berechnungen wurden mit dem Programm excel durchgeführt, die Tageslichtsimulationen mit dem Programm relux 2005, die raumklimatischen Untersuchungen wurden mit Hilfe des dynamischen Gebäudesimulationsprogramms Trnsys 16 durchgeführt.

Die 2- und 3-dimensionalen Wärmebrückenberechnungen wurden mit dem Programm waebru 6.0 durchgeführt und die Lichtmessungen mit einem eigens angefertigten Modell und einem Lutron LX-107 Luxmeter mit der Lichtquellenwahl 1 (= SUN). Die Angaben zur Bauwerksbegrünung stammen aus der 20 jährigen Erfahrung der Konsulentin und der Zusammenarbeit mit dem Verband für Bauwerksbegrünung.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Ergebnisse Vergleichsmatrix großes Volumen

Im Kapitel allgemeine und geometrisch Kenndaten von Wohngebäuden in Bezug auf den Energieverbrauch werden die allgemeinen und geometrischen Parameter die den Energieverbrauch eines Gebäudes prädeterminieren erklärt und mit Beispielen hinterlegt. Im Kapitel U-Wert wird gezeigt, wie sich die Dämmstärken der Außenhüllfläche mit steigenden Gebäudeabmessungen verringern können.

Im Kapitel Kompakte Form wird u.a. gezeigt, dass ein stark gegliedertes Einfamilienhaus im Vergleich mit einem sehr großen kompakten Wohnbau pro m² Nutzfläche den 20igfachen Verbrauch an Dämmstoff hat.

Im Kapitel Fenster kann gezeigt werden, dass bei sehr großen kompakten Gebäuden ( mit U wert der Wand z.B. 0,25 W/(m²K))und der Verwendung von großen Scheiben (2,5-3 m²) mit kleinem Rahmenanteil auch auf einer (verschatteten) West und Ostseite die Fenster im Mittel über alle Geschosse energetisch besser bilanzieren als die opake Wand.

Im Kapitel Dämmstärkenoptimierung wurde für die optimale Dämmstoffdicke der Kellerdecke ca 70% der Dachdecke errechnet.

Im Kapitel Heizlast werden für den Spezialfall von Eck und Randwohnungen mit ihrer wesentlich größeren Außenoberfläche Lösungen und Handlungsspielräume aufgezeigt. Dabei können abgerundete Formen und schlanke Konstruktionsstärken eine Verminderung der Heizlast von jeweils ca. 10 % erzielen.

Die haustechnischen Möglichkeiten zur Lösung der Heizlast in Randwohnungen besteht in der Verwendung eines einfachen wassergeführten Systems mit Heizkörpern über den Zimmertüren. Die Mehrkosten betragen ca.8 -10 € pro m² Wohnnutzfläche.

Ergebnisse Tageslichtoptimierung

Definition eines zeitgemäßen Standards
Prinzipiell ist die generelle Unterteilung der Forderungen aus der DIN 5034 nach Sichtverbindung, Helligkeit, Blendung und Besonnung sinnvoll. Ausgehend von den derzeitigen Forderungen aus der DIN 5034 sollte folgendes beachtet werden:

  • nur die Nettoglasfläche der Bewertung unterziehen.
  • Erhöhung der derzeitigen Vorgaben der DIN um einen Faktor 1,5 um die Verminderung des Lichttransmissionswertes von zukünftigen 3fachVerglasungen auszugleichen.
  • Anzustreben ist eine maximale Verschattung durch Nachbargebäude von 30° oder ein Verhältnis Abstand/Höhe von 2:1.

Man erhält damit in etwa die Forderung nach einer Nettoglasfläche von 25% von der Nutzfläche des Raumes, was bei großen Glasteilungen und teilweisen Fixverglasung einer Rohbaulichte von 30% -35% der Nutzfläche des Raumes entspricht. Einschränkungen aus Verschattung durch Balkone sind gesondert zu bewerten.

Die Festlegung eines erforderlichen Tageslichtquotienten als Bewertungskriterium halten wir zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht für sinnvoll, da Messungen und Simulationen mit verschiedenen Programmen keine ausreichende Übereinstimmung zeigten und der bedeckte Himmel in der Realität zu unterschiedliche Leuchtdichte aufweist um vergleichbare Messungen zu gewährleisten.

Optimierung der Lichtmenge pro Fenster
Alle im Modell gemessenen Varianten der Leibungsausbildung unterscheiden sich wenig, so lange die Leibung weiß gestrichen ist. Daher erscheint es nicht sinnvoll, Lösungen wie zum Beispiel eine Abschrägung der Leibung mit erhöhtem technischen und finanziellen Aufwand umzusetzen.

Den wesentlichsten Einfluss hat jedoch der Glasanteil eines Fensters. Wir zeigen mehrere Varianten wie hier die Einbaudetails optimiert werden können. Während normale Fenstergrößen und Passivhausprofile einen Rahmenanteil von 50 % besitzen, kann mit schlanken Profilen, großen Formaten und Fixverglasungen eine Vergrößerung der Glasfläche von bis zu 60% erzielt werden.

Ergebnisse wohnungseigener Freiraum

Im Kapitel Einschränkung der Größe wird die Kontroverse zwischen maximaler Nutztiefe einerseits und minimaler Belichtungseinschränkung dargestellt und eine maximale Einschränkung des Blickfeldes definiert.

Die Verringerung der solaren Gewinne wird im Vergleich mit dem Wohnqualitätsgewinn nachrangig bewertet. Es wird die Forderung aufgestellt, dass mit Balkon die Belichtungsqualität auf minimal 70% des unverschatteten Raumes absinken soll. Im darauffolgenden Kapitel werden folgende Maßnahmen untersucht:

Höhersetzen des Balkons auf 40 cm über FOK, Seitliches Versetzen gegenüber dem dahinter liegenden Raum, die Ausbildung von 2 Ebenen, und zweimal höher setzen. Die Maßnahme Höhersetzen ist nach unserer Meinung die einzig viel versprechende Maßnahme für den kompakten Wohnbau. Sie ermöglicht großzügiges Wohnen im Freien. Die gestellten Anforderungen an die Belichtung werden leicht eingehalten, die Nutztiefe beträgt 1,8M über die gesamte Fassadenbreite. Mit zweimaligem Höhersetzen sind hier sogar noch Steigerungen der Nutztiefe möglich.

Im letzten Kapitel wird der Einfluss der Verschattung durch Nachbargebäude auf das EG untersucht. Betrachtet man die Ergebnisse, wird deutlich, dass eine Kombination aus Nachbarverschattung mit 45° wie in der Bauordnung erlaubt, Balkonverschattung und großer Raumtiefe im Erdgeschoss eindeutig zu untragbaren Belichtungssituationen führt. Eine Verschattung von 30°, d.h. ca. ein Verhältnis von 1: 2 (Höhe zu Breite), sollte nicht überschritten werden.

Ergebnisse professionelle Bauwerksbegrünung

Ökologische und gesundheitliche Aspekte
Der Bauwerksbegrünung kommt im Hinblick auf die Reduktion sommerlicher Überwärmung, Regenwasserretention, Schadstoffbindung durch die Wurzeln, Staubbindung durch die Blätter, Bildung von Inselbiotopen ökologischen Wertes, Verbesserung des U Wertes, die Dämpfung von hochfrequenter Strahlung und auf die therapeutischen Möglichkeiten hoher Stellenwert zu.

Ökonomische Aspekte
Dachbegrünungen sind kostenneutral, da der Aufwand für Errichtung und Pflege durch die Minderkosten bei Dämmstoff, Reparaturkosten und die verlängerte Lebensdauer der Abdichtung aufgewogen wird. Dabei sind die Minderkosten der städt. Kläreinrichtungen durch die Wasserretention noch nicht berücksichtigt.

Fassadenbegrünung, Dachbegrünung
In Vegetationsmodul, Technikmodul und Pflegemodul werden die relevanten Parameter für eine funktionierende professionelle Fassadenbegrünung und Dachbegrünung für größere Gebäude dargestellt.

Hinsichtlich der Direktbegrünung von modernen Gebäudefassaden (mit Selbstklimmern ohne Rankgerüst) liegen heute keine ausreichenden Daten darüber vor, welches Risiko der Durchwurzelung oder Schädigung einer Vollwärmeschutzfassade angenommen werden muss, und ob bei mängelfreier Ausführung überhaupt ein Risiko besteht.

Bepflanzung wohnungseigener Freiräume
Es werden hier platzsparende Begrünungsvarianten dargestellt, die Sichtschutz, Windschutz und/oder Beschattung gewährleisten.

Fensterbeschattung
Ost und Westfenster können anstelle eines außen liegenden Sonnenschutzes auch eine temporäre Bepflanzung erhalten, die gleiches leistet und individuell verändert (ausgeschnitten) werden kann. Beispiele für Pflanzen, Pflanzgefäße und Pflege werden angeführt.

Zeit/Entscheidungsplan
Wichtigste Aussage aus dem Kapitel Bauwerksbegrünung ist, dass vieles kostengünstig machbar ist, wenn rechtzeitig und in Verbindung mit der Architektenplanung Fachplaner für die Bauwerksbegrünung beigezogen werden. In einer Zeit und Entscheidungsmatrix werden die erforderlichen Entscheidungen dem Zeitplan nach Architektenplanungsfortschritt zugeordnet.

Ergebnisse Luftfeuchteoptimierung

Mit der Passivhaustechnologie ist nun erstmals eine Technologie entwickelt worden, mit der sowohl den physiologischen Bedürfnissen des Menschen als auch der Schadensfreiheit des Gebäudes entsprochen werden kann, da selbst unter ungünstigsten Bedingungen in Raumecken hinter Möbeln keine Temperaturen unter 15° mehr auftreten.

Eine Luftfeuchtigkeit von 40-60% ist für den Menschen in unserem Klima am optimalsten, wobei im Winter aus physiologischer Sicht eher die Obergrenze, im Sommer in Hinblick auf die Verminderung von Schwüle eher die Untergrenze anstrebenswert wäre.

In den weiteren Kapitel werden die einzelnen inneren Feuchtequellen ausführlich dargestellt, und anhand von 4 statischen Feuchtebilanzen für 1 Wohnung mit unterschiedlichem Nutzungsprofil die Spannweite des Feuchtebedarfes aufgezeigt.

Feuchteerzeugung mit Pflanzen, Raumsimulation
In diesem Kapitel wurde untersucht, welche Auswirkungen die Verwendung der Pflanze cyperus alternifolius in Individualräumen hat. Es wurden 2 Räume, 2 Stellungen der Pflanzen und 11 unterschiedliche Varianten untersucht. Dabei kann abgelesen werden, dass mit hochfeuchtespendenden Pflanzen sehr gute Ergebnisse erzielt werden können. Die Räume sollten etwas größere Fenster haben, damit die Pflanzen viel Tageslicht erhalten, die Pflanzen sollten im Hochwinter am Fenster stehen, in der Übergangszeit in der Tiefe des Raumes und im Sommer am Balkon. Im Kernwinter muss- will man die Feuchtigkeit um 45 % halten- teilweise zusätzlich beleuchtet werden. Gut ablesbar ist der positive, regulierende Einfluss von feuchteaktiven Oberflächen wie Lehm. Mit diesen können Feuchtespitzen deutlich verringert werden. Für die Zukunft wäre ein System in Kombination mit Feuchtebewahrung optimal, da dies am Energiesparendsten ist.

Ergebnisse Sanierungskonzept Pensionistenwohnhaus Penzing

Bei dem Pensionistenwohnhaus Penzing handelt es sich um einen 13-geschossigen Stahlbetonbau plus dreigeschossigem Zubau und Untergeschoss aus 1974 .

Sanierungsbedarf
Derzeit liegt der Wärmeverbrauch Heizung bei durchschnittlich 167 kWh/m² Jahr. Der Wohntrakt weist derzeit ein schlechtes A/V Verhältnis auf, da große eingeschnittene Loggien die Hüllfläche stark vergrößern. Die Wohnungen sind zu klein, die Bäder veraltet und nicht barrierefrei, haustechnische Mängel liegen in der Regelung der Heizung mit der keine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet werden kann. Der Veranstaltungssaal überwärmt im Sommer stark, auch im Küchenbereich fehlt die Klimatisierung.

Sanierungskonzept
Die Loggiafläche wird in die beheizte Wohnfläche integriert. Die beheizte Wohnnutzfläche wird so um 26% vergrößert, die Hüllfläche minimiert. Das Verhältnis "Fassadenoberfläche / WNFL" wird dadurch mehr als halbiert Die Hüllfläche des Wohntraktes wird um 23,5% verringert. Das A/V-Verhältnis des Wohntraktes beträgt nun 0,18. Wärmedämmung 30 cm, am Dach 52 cm, neue 3 Scheibenverglasung.

Haustechnisch wurde ein semizentrales Lüftungssystem geschossweise je Stiege ausgewählt, wobei über je zwei Lüftungsgeräte pro Geschoss mit > 80% Wärme- und. Feuchterückgewinnung jeweils 10 Wohneinheiten versorgt werden. Die Wärmeabgabe im Raum erfolgt durch die Wärmefrischluftbox.

Balkon mit Fassadenbegrünung
Die neue Balkon- und Pflanzenschicht wird als eigenständige Konstruktion vor das Gebäude gesetzt und nur punktuell mit dem Bestand verbunden. In 30 cm Abstand von Geländer und von den bei jeder Wohnung angeordneten Pflanztrögen führen schräge Edelstahlseile als Kletterhilfen für die Pflanzen über die 13 Geschosse hohe Fassade. Form und Funktion wurden von Architektin und Freiraumplanerin zur gestalterischen Einheit zusammengesetzt.

PHPP, zukünftiger Energieverbrauch
Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen kann im Wohntrakt trotz der großen, nicht behebbaren Verluste im Bereich des beheizten Kellers Passivhausstandard erreicht werden. Der Heizwärmebedarf berechnet sich auf 12,5 kWh/m²,a.

Für den Servicetrakt ist eine Sanierung zum Passivhaus nicht möglich. Dennoch gelingt es, den Heizwärmebedarf für den gesamten Servicetrakt auf ein Drittel der Ausgangslage, nämlich auf ca. 55 kWh/m² a zu reduzieren. Berechnet man einen Mittelwert an Heizwärmebedarf für die gesamte Anlage so erreicht man immerhin 20,3 kWh/ m² a. Damit kann der Heizwärmebedarf von über 140 kWh/m²,a auf 15 % dieses Ausgangswertes gesenkt werden.

Funktionelle Sanierung
Die funktionelle Sanierung beinhaltet primär die Umgestaltung der Servicezone in der Wohnung: Eingang/Vorraum, Bad, Schlafen, Kochen.

Die Barrierefreiheit nach ÖNORM B1600 & B1601 kann im Sanierungskonzept eingehalten werden, die geforderte Nutzflächenvergrößerung beträgt 26%. Die Lüftungsanlage (mit Wärmerückgewinnung), die im Passivhausbereich aus energetischen Gründen nötig ist, bietet gerade im Seniorenbereich einen enormen Gewinn an Lebensqualität.

Downloads

Grünes Licht - Licht, Luft, Freiraum und Gebäudebegrünung im großvolumigen Passivhauswohnbau

Schriftenreihe 03/2006 U. Schneider, G. Birnbauer, F. Brakhan, et. al.
Deutsch, 465 Seiten, vergriffen

Downloads zur Publikation

Projektbeteiligte

Projektleiter: Arch. Dipl. Ing. Ursula Schneider
pos architekten ZT KEG
Partner:
  • Belichtung:
    Pokorny Lichtarchitektur
    DI Klaus Pokorny
  • Simulationen, Baupyhsik:
    IBO Österreichisches Institut für Baubiologie
    DI Thomas Zelger
  • Haustechnik:
    team GMI
  • Garten&Landschaftsplanung:
    Dipl. Ing. Christine Haas

Kontakt

pos architekten ZT KEG
Arch. Dipl. Ing. Ursula Schneider
Maria Treu Gasse 3, 1080 Wien
Tel.: +43 (1) 4095265
Fax: +43 (1) 4095265-99
E-Mail: office@pos-architekten.at

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