SaLüH! Sanierung von Mehrfamilienhäusern mit kleinen Wohnungen - Kostengünstige technische Lösungsansätze für Lüftung, Heizung und Warmwasser

Bei der Sanierung von Geschoßwohnbauten, welche häufig kleine Wohnungen mit sehr inhomogener Wärmeversorgung aufweisen (Gas-, Öl- oder Stückholz-Einzelöfen, Elektroboiler usw., vgl. EU-Projekt Sinfonia) zeigt sich, dass eine Gesamtsanierung inklusive Umstellung auf zentrale Heizung und TWW-Versorgung mit z.B. Fernwärmeanschluss, Biomassekessel mit oder ohne Solarthermie oder Grundwasserwärmepumpe i.d.R. nicht möglich ist. Gerade für Wohnbauten mit kleinen Wohneinheiten scheiden auch derzeitig verfügbare dezentrale Lösungen aus Platz- und Kostengründen häufig aus.

Ziel des Forschungsvorhabens SaLüH! war es, Wohnungsbaugesellschaften, Herstellern von Lüftungs- bzw. Heizungsgeräten sowie Planern Konzepte und Entwicklungsrichtungen für ein Gesamtpaket für die dezentrale (wohnungsweise) Lüftung, Heizung und TWW-Versorgung an die Hand zu geben, welches die kostengünstige und baulich einfache Umstellung auf effiziente Haustechnik im Rahmen der Sanierung auch schrittweise Wohnung für Wohnung ermöglicht, ohne die NutzerInnen in ihrem gewohnten Wohnumfeld einzuschränken. Ein abgestimmtes Gesamtpaket bestehend aus Wärmedämmung, Fenster, einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung, sowie Heizung (und ggf. Kühlung) und Trinkwarmwasserversorgung wurde entwickelt, welches kostengünstig und mit minimalem Eingriff in der Wohnung umgesetzt werden kann. Es erfolgte eine simulationsgestützte Bewertung der Innenraumqualität, d.h. thermischer Komfort und Luftqualität, und der Energieeffizienz sowie eine Wirtschaftlichkeitsbewertung. Es wurden Funktionsmuster für eine kompakte Hybrid-Kleinst-Wärmepumpe für Lüftung, Heizung (und optional Kühlung) sowie eine kompakte Trinkwarmwasser-Wärmepumpe entwickelt optimiert und im Labor vermessen.

Neben dem Platzaufwand für die haustechnischen Komponenten für Heizung und Trinkwassererwärmung stellt die Luftkanalinstallation eine weitere Herausforderung beim nachträglichen Einbau im Rahmen der Gebäudesanierung dar. Für minimalen Kanal- und damit baulichen Aufwand bietet sich das Konzept der aktiven Überströmung an, welches im Vergleich zum Konzept der erweiterten Kaskadenlüftung eine weitere Reduzierung der Länge der Zuluftkanäle in der Wohneinheit ermöglicht. Die Zuluft wird mittels aktiven Überströmern (kleine schallgedämpfte Gleichstromventilatoren) transportiert. Daher wird im Flur keinerlei Deckenabhängung mehr benötigt. Die vereinfachte Zuluftführung speziell für kleine Wohneinheiten mit dezentralen wandintegrierten Wärmerückgewinnungssystemen wurde systematisch untersucht und Auslegungsrichtlinien wurden erarbeitet. Es wurde ein Funktionsmuster erstellt und im Labor bezogen auf die Effizienz (Stromaufnahme) und die Schallemissionen bei verschiedenen Volumenströmen vermessen.

Die Lüftungs-Heizungswärmepumpe (kompaktes Lüftungsgerät mit integrierter Kleinst-Wärmepumpe) wurde so konzipiert, dass ein Optimum aus Effizienz, Kompaktheit und Investitionskosten erreicht wird. Diese drehzahlgeregelte Kleinst-Wärmepumpe mit einer Heizleistung von etwa 2,5 kW nutzt die Enthalpie der Fortluft einer mechanischen Lüftung mit Wärme- und Feuchterückgewinnung. Die Limitierung des Luftwechsels auf den hygienisch vorgeschriebenen Wert sind insbesondere im alpinen Raum mit längeren Phasen niedriger Außentemperaturen und entsprechend geringer absoluter Luftfeuchten von hoher Wichtigkeit, um das Problem der trockenen Innenraumluft zu vermeiden bzw. zu reduzieren und damit die Akzeptanz zu erhöhen. Der Einsatz von Feuchterückgewinnung reduziert das Problem der trockenen Luft und erlaubt tendenziell höhere Luftwechsel. Jedoch lässt sich die Feuchterückgewinnung nicht einfach regulieren und es muss darauf geachtet werden, dass es nicht zu feucht wird. Eine Entkopplung der Heiz- bzw. (fallweise) Kühlleistung vom hygienischen Luftwechsel erfolgt durch bedarfsgerechte Beimischung von Umluft (wärmesenkenseitig) und Außenluft (wärmequellenseitig). Die Leistungsbegrenzung der Luftheizung wird damit weitgehend aufgehoben und eine deutlich bessere Regelbarkeit wird erreicht. Kühlung wird durch den reversiblen Betrieb der Wärmepumpe optional möglich und adressiert damit die steigende Nachfrage nach erhöhtem Sommerkomfort.

Alle Komponenten wurden in einem kostengünstigen Schaumgehäuse mit integrierten Micro-Schallabsorbern montagefreundlich untergebracht. Das System wurde konzipiert um eine in Bezug auf Druckverlust, Gleichmäßigkeit der Anströmung und Schallreduktion optimierte Strömungsführung aufzuweisen. Gleichzeitig wird durch das Design ein hoher Grad an Vorfertigung und dadurch eine kostengünstige Fertigung ermöglicht.

Die Trinkwarmwasserbereitung erfolgt bei diesem Renovierungs-Konzept unabhängig von der Heizung über eine Kleinst-Trinkwarmwasser-Wärmepumpe mit einem kompakten Speicher. Dieser kann auch in kleinen Bädern als Vorwandinstallation, optional in der Brüstung unterhalb des Badezimmerfensters oder in eine vorgehängte Fassade integriert werden. Dafür wurde der drucklose Speicher modular aufgebaut (90 l oder 120 l). Die Beladung erfolgt über einen Beladekreis mit Vorlaufschaltung. Der drucklose Speicher wird mit einer Trinkwarmwasserstation kombiniert. Die kompakte Kleinst-WP wird quellenseitig über einen Sole-Luftkühler (wohnungsweise Quelle) oder eine Solebusleitung (gebäudezentrale Quelle) versorgt.

Als Option wurde die Integration der aktiven Komponenten in die bestehende Fenster-Brüstung bzw. in eine vorgehängte Holzrahmenleichtbaufassade untersucht. Die Gebäudeintegration (Fassadenintegration) bietet v.a. in kleinen Wohnungen mit i.d.R. sehr kleinen Bädern und Küchen überhaupt erst die Möglichkeit, eine Lüftung zu realisieren und auf ein effizientes dezentrales Heizsystem umzustellen. Zudem werden die Außen- und Fortluftkanäle minimiert und dadurch die Wärmeverluste reduziert und Installationskosten eingespart.

Im Außenlabor der UIBK (PASSYS Testzelle) wurde ein Funktionsmuster einer Testfassade mit integrierter Lüftungs-Heizungswärmepumpe vermessen. Die Testfassade im Maßstab 1:1 (2,7 m x 2,7 m) wurde als vorgefertigte Holzrahmenkonstruktion ausgeführt. Zusammen mit der Außeneinheit der Wärmepumpe wurden mehrere Temperatur- und Feuchtesensoren in die Fassade installiert. Ergänzend zu den Innenlaborversuchen (Leistung und Effizienz) wurden praktische Aspekte, wie z.B. Handhabbarkeit und Installation getestet sowie bauphysikalische Messungen (Schallemissionen, Kondensatvermeidung) durchgeführt. Begleitend wurden durch thermische (3D) und hygrothermische (2D) Simulationen die bauphysikalischen Eigenschaften bewertet.

Projektleitung

Universität Innsbruck, Arbeitsbereich für Energieeffizientes Bauen

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• J. Pichler Gesellschaft m.b.H.
• Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE Institut für Nachhaltige Technologien
• Internorm International GmbH
• SIKO Energiesysteme Gesellschaft m.b.H. & Co. KG
• Kulmer Holz-Leimbau GesmbH
• Vaillant GmbH

Universität Innsbruck
Arbeitsbereich für Energieeffizientes Bauen
Fabian Ochs
Technikerstr. 13
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E-Mail: Fabian.Ochs@uibk.ac.at
Web: www.uibk.ac.at/bauphysik/index.html.de