IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 21/2003, Seite 44 ff.

AIRCONTEC

Lüftungssysteme im Vergleich

BMWi-Modellvorhaben kommt zu interessanten Ergebnissen

Ing. André Jödicke*

Das Modernisierungskonzept.

Die Köpenicker Wohnungsgesellschaft (KÖWOGE) verwaltet im Südosten von Berlin einen Bestand von 14800 Wohnungen. Seit 1990 wurden 808 Millionen Euro in die Modernisierung der Liegenschaften investiert. Großer Wert wird auf eine nachhaltige Wertsteigerung des Gebäudebestandes gelegt. Bereits seit 1997 wurde ein BMWi-Modellvorhaben in der Friedrichshagener Emrichstraße realisiert. Schwerpunkt bildete der erstmalige Einsatz von transparenter Wärmedämmung an bewohnten Plattenbauten. Die Heizenergieeinsparungen sind mit 58 bis 65% erheblich. Aufgrund der gemachten Erfahrungen und der guten Zusammenarbeit konnte mit dem Bundeswirtschaftsministerium und dem Forschungszentrum Jülich ein zweites Modellvorhaben vereinbart werden. Schwerpunkt diesmal: vergleichende Untersuchungen zu innovativen Lüftungssystemen.

Wenige Gehminuten von der Emrichstraße entfernt liegen das Gebäudeensemble der Albert-Schweitzer-Straße in Berlin-Friedrichshagen. Es handelt sich dabei um so genannte Plattenbauten vom Typ P2. Diese Gebäude wurden in der Mitte der sechziger Jahre errichtet. Im Erdgeschoss befinden sich jeweils zwei Einraumwohnungen pro Aufgang und die Abstellräume für die Mieter. In einem Kriechkeller darunter wurden die Rohrleitungsinstallationen verlegt.

Im ersten bis vierten Obergeschoss befinden sich jeweils zwei Dreiraumwohnungen mit 53 m² Wohnfläche. Küche und Bad sind im Inneren der Wohnung angeordnet, somit "fensterlos" und auf eine Lüftungsanlage angewiesen. Die Gebäude wurden vor der Sanierung jedoch nur mit Auftriebssträngen entlüftet, d.h. ohne Ablüfter. Damit war die Be- und Entlüftung von den atmosphärischen Randbedingungen, wie Außentemperaturen und Winddruck, abhängig. Eine Vielzahl von Mieterbeschwerden waren die Folge. Die ermittelten Luftwechselzahlen lagen im Minimum bei bis zu 0,04 h^-1. Insgesamt war die installierte Haustechnik sanierungsbedürftig. Lediglich die Heizungsanlage war bereits 1995 komplett ausgetauscht worden gegen eine Zweirohrheizungsanlage mit Plattenheizkörpern und Thermostatventilen.

Das Modernisierungskonzept

Für das Modellvorhaben wurden drei Gebäudeblöcke ausgewählt. Zwei Gebäudeblöcke sind als Referenzgebäude nach dem KÖWOGE-Standard modernisiert worden, das heißt mit 8 cm Wärmedämmung auf der Fassade und einer ungeregelten Abluftanlage für Küche und Bad. Diese Gebäude liefern Vergleichsdaten für Energieverbräuche und Baukosten.

Der Forschungsblock besteht aus zwei separat versorgten Gebäudehälften mit jeweils 50 Wohnungen bzw. 2539 m² Fläche. Auf die Fassade wurde ein 14 cm starkes Wärmedämmverbundsystem aufgebracht. Im Giebel- und Drempelbereich wurde eine 20 cm starke Wärmedämmung verwendet.

Besondere Aufmerksamkeit wurde den wärmetechnischen Schwachstellen im Erdgeschoss geschenkt, insbesondere im Bereich des Hauseinganges erhielt die Unterseite der ersten Etage eine Dämmung. In den Bereichen zu den frostfrei gehaltenen Mieterabstellräumen wurde ebenfalls eine Wärmedämmung aufgebracht. An der Nordfassade wurde eine dreifach Verglasung der Fenster mit einem U-Wert von 0,8 W/(m² K) installiert. An der Südfassade kam eine Verglasung mit einem U-Wert von 1,1 W/(m² K) zum Einsatz, um durch einen besseren g-Wert die solare Einstrahlung besser nutzen zu können, aber auch um die Baukosten optimieren zu können. Es wurden neue Elektrosteigestränge verlegt und die Elektroenergiezähler im Erdgeschoss zentralisiert. Die Bäder und Küchen sind nach heutigen Standards ausgestattet.

Albert-Schweitzer-Str. 31-35: bedarfsgeführte Abluftanlage

Die Albert-Schweitzer-Straße 31-35 besitzt eine bedarfsgeführte Abluftanlage vom Typ Riecon der Fa. Dr. Riedel Automatisierungstechnik. Die Zuluft für die Wohnräume wird über Außenluftdurchlasselemente (ALD) angesaugt. In den Wohnräumen werden Feuchtigkeit und Schadstoffe aufgenommen. In den Bereichen mit den höchsten Lasten, in Küche und Bad, wird die Abluft über zentrale Lüfter auf dem Dach abgeführt. In der Grundlüftung geschieht dies mit einem 0,3-fachen Luftwechsel. Der Nutzer kann über Taster eine Bedarfslüftung schalten, die einen 0,9-fachen Luftwechsel realisiert. Ziel ist ein 0,5-facher Luftwechsel. Wird bei normaler Nutzung dies nicht erreicht, lüftet das System selbstständig nach. Dies geschieht in Zeiten, wo die Raumtemperaturen ohnehin abgesenkt sind. Durch das Riecon-System erfolgt weiterhin die gesamte Erfassung der Heiz- und Wasserverbräuche. Stichtagsgenau werden die Werte per Modem ausgelesen; ein Ablesetermin in der Wohnung ist nicht mehr notwendig.

Die Abluftkanäle sind im Drempelbereich zusammengefasst worden, um über den Verdampfer einer Wärmepumpe geführt zu werden. Die Energiegewinne daraus werden in die Warmwasserbereitung eingespeist.

Riecon-System in 50 Wohnungen der Albert-Schweitzer-Straße 31-35.

Albert-Schweitzer-Str. 36-40: Zu- und Abluftanlage

In der Albert-Schweitzer-Str. 36-40 ist eine Zu- und Abluftanlage vom Typ Conit Conileit installiert worden. Die Zuluft wird an der Nordfassade im Drempelbereich angesaugt, gefiltert und in ein Rohr-in-Rohr Kanalsystem zu den Wohnungen geführt. In jeder Wohnung befindet sich ein Wärmetauscher, der die Zuluft vorwärmt im Kreuzstrom mit der Wohnungsabluft. Der ermittelte Wirkungsgrad ist mit 0,96 so hoch, dass die Zuluft mit Temperaturen von 21°C über Zuluftöffnungen in die Wohnräume geführt wird. Damit können die Fenster wirklich "dicht" ausgeführt werden. Durch Überströmöffnungen in den Zimmertüren wird die Luft zur Absaugung in Küche und Bad geführt. Die Anlage realisiert einen konstanten Luftwechsel von 0,5 h^-1 in den Wohnungen. Der Nutzer kann mit Tastern eine Bedarfslüftung einschalten, jedoch verändert er dabei nur die Anteile, z.B. 30 m²/h Bad zu 50 m²/h Küche.

Zur weiteren Reduzierung des Heizwärmeverbrauches wurden an den Heizkörpern programmierbare Thermostatventile vom Typ Honeywell HR-40 installiert. Damit kann der Mieter seine Raumtemperaturen und Heizzeiten individuell programmieren.

Für die Trinkwarmwasserbereitung wurde auf dem Dach eine 66 m² große Flachkollektoranlage errichtet. Im Jahr 2002 lag der Ertrag bei 24360 kWh bzw. 369 kWh/m² Kollektor und Jahr. Der durchschnittliche Warmwasserverbrauch lag bei 25 Liter pro Tag und Nutzer.

Wohnungsweiser Wärmetauscher in der Albert-Schweitzer-Straße 36-40.

Das Messprogramm

In neun Wohnungen wurden Sensoren für die Erfassung der Raumluftfeuchte, Temperatur und CO₂-Gehalt installiert. Weiterhin wurden in den Fensterrahmen Kontakte installiert, um den Anteil der geöffneten bzw. gekippten Fenster zu erfassen.

Tabelle 1 zeigt die Auswertung der Fensteröffnungszeiten in den Messwohnungen. Die Angabe 6,5% bedeutet, dass ein Anteil von 6,5% aller Fenster in den Messwohnungen ständig geöffnet waren.

Die Nutzer der bedarfsgeführten Abluftanlage und der Zu- und Abluftanlage wurden intensiv über die Vorteile der Anlagentechnik informiert. Trotzdem waren im Februar vergangenen Jahres 6,5 bis 8,2% der Fenster ständig geöffnet, und dies bei mittleren Außentemperaturen von 5,2°C. Insbesondere das Schlafen bei offenem bzw. gekippten Fenster scheint sich hier auszuwirken. Damit relativieren sich ambitionierte Energieeinspartechnologien im Alltag.

Die Messungen zur Luftqualität ergaben bei allen Lüftungssystemen ähnliche Werte. So lagen im März 2003 die durchschnittlichen Raumlufttemperaturen zwischen 21,1 bis 21,3°C, die relative Luftfeuchte bei 33,5 bis 37,8% und der CO₂-Gehalt lag bei durchschnittlichen Werten von 640 bis 780 ppm. Selten wurde eine relative Luftfeuchtigkeit von 60% überschritten, jedoch zeitweise Werte von 20 bis 15% festgestellt.

Solaranlage mit 66 m² Flachkollektoren vom Typ Solvis F 80.

Projekterfahrungen und Mieterakzeptanz

Von Anfang an wurden die Mieter intensiv in das Projekt mit einbezogen, zunächst durch eine schriftliche Information und Mieterversammlungen. Vor der Modernisierung wurde jede einzelne Wohnung begangen. Dabei wurden spezielle Probleme aufgenommen, z.B. betreuungsbedürftige Mieter, unverrückbare Möbel und bereits ausgeführte Teilmodernisierungen. Nach der Sanierung erfolgte eine intensive Einweisung in die neue Technik. Dabei wurde ein Ordner mit überarbeiteter Bedienungsanweisung übergeben.

Unterschiedliche Erfahrungen wurden mit der Mieterakzeptanz von programmierbaren Heizungssteuerungen gemacht. Positive Erfahrungen wurden gesammelt, wo die Herstellung, Installation und Einweisung der Mieter von Mitarbeitern der gleichen Firma erfolgte.

Psychologisch günstig ist die Luftführung der Abluftanlage, denn die frische Außenluft kommt aus Richtung der Fenster, wo die frische Luft sowieso herkommt. Bei der Abluftanlage muss die Auswahl der ALD im Fensterrahmen mit großer Sorgfalt erfolgen, insbesondere die Platzierung oberhalb von Heizkörpern ist sicherzustellen und die Stellung der Möbel ist zu berücksichtigen. Im Projektverlauf kam es in einigen Fällen zu Beschwerden über Fußkälte. Dies kann durchaus berechtigt sein, wenn z.B. ALDs oberhalb von Balkontüren platziert sind und in unmittelbarer Nähe eine Sitzecke aufgestellt ist. Aber auch ein ALD oberhalb des Heizkörpers kann problematisch sein, da bei der umfassenden Wärmedämmung der Heizkörper kaum noch in Betrieb ist.

Bei der Zu- und Abluftanlage ist die Mieterzufriedenheit tendenziell höher. Der höhere Anteil an geöffneten Fenstern gegenüber der Abluftanlage lässt aber auf andere Probleme schließen. Die frische Außenluft kommt jetzt nicht mehr wie gewohnt vom Fenster, sondern vorgewärmt über eine Zuluftöffnung in der entgegengesetzten Wand. Dies führt bei den Mietern zu einem häufigeren Öffnen der Fenster um "endlich frische Luft reinzulassen".

Ein weiteres Problem ist das oft bevorzugte kalte Schlafzimmer. Auch bei reduzierten Raumtemperatur-Sollwerten wird permanent vorgewärmte Luft in den Schlafraum zugeführt. Wird dann noch bei offenem Fenster geschlafen, kommt es zu Heizenergieverlusten. Die Zu- und Abluftanlage kann die hohen Erwartungen an niedrige Energieverbräuche nicht erfüllen. Bei 6 bis 10% ständig geöffneten Fenstern in der Heizperiode überrascht dieses Ergebnis nicht.

Bei beiden Systemen wird die hohe Raumluftqualität durch die Mieter gelobt, insbesondere im Vergleich zum Zustand vor der Modernisierung. Im Allgemeinen wird die Raumtemperatur im Winter als wärmer und im Sommer als kühler empfunden. Ursache hierfür sind im Wesentlichen die 14 cm Fassadendämmung und die guten U-Werte der Fenster. Bei der Zu- und Abluftanlage kommt hinzu, dass die Zuluft über die kühlere Nordfassade angesaugt wird.

Solarzentrale.

Die Entwicklung der Betriebskosten

Ein wichtiger Teilaspekt des Modellvorhabens ist die Entwicklung der Betriebskosten. Die niedrigen Energieverbräuche müssen sich in niedrigen Betriebskosten widerspiegeln. Dabei gilt es, Mehrkosten für elektrische Antriebe und eine umfangreiche Wartung zu begrenzen. Die größten Einsparungen ergeben sich durch die Reduzierung des Bezugs an Fernwärme und den niedrigeren Anschlusswert. Weitere Einsparungen resultieren aus dem Wegfall der Gebühren für den Schornsteinfeger und die nicht mehr benötigte Wartung der Gasdurchlauferhitzer. Im Riecon-System der Abluftanlage kann der Heizkostenverteiler entfallen, da die Erfassung des Heizenergieverbrauches in das System integriert ist.

Höhere Kosten entstehen u.a. für den Betrieb der installierten Lüfter und Pumpen. Bei den Wartungsverträgen musste mit den Auftragnehmern "hart" nachverhandelt werden. Im Wartungsumfang hat man sich auf das absolut notwendige Maß beschränkt. Weiterhin sind Bedarfspositionen vereinbart worden, z.B. der wohnungsweise Wärmetauscher wird nur nach Bedarf ausgebaut und gereinigt. Nach über zweijährigem Betrieb ist diese kostenintensive Leistung aber noch nicht notwendig geworden. Die Abluftfilter in Küche und Bad werden vier Mal pro Jahr durch die Wartungsfirma ausgetauscht. Der Verschmutzungszustand wird beobachtet und der Zyklus gegebenenfalls angepasst.

Insgesamt werden Einsparungen bei den warmen Betriebskosten in Höhe von durchschnittlich 0,34 EUR/m² Monat erwartet. Bei den kalten Betriebskosten wird eine Erhöhung von durchschnittlich 0,02 EUR/m² und Monat erwartet.

Außerhalb der Betriebskostenabrechnung ergeben sich nochmals Einsparungen für den Mieter durch den Wegfall des Gaszählers und die nicht mehr erforderliche Wartung des Gasdurchlauferhitzers in Höhe von insgesamt 0,28 EUR/m² und Monat. Da der Warmwasserverbrauch mehr und mehr sinkt, man aber durch die Wärmepumpe und die Solaranlage interessante Möglichkeiten der Warmwasserbereitung besitzt, wurden weitere Warmwasserverbraucher in die Versorgung mit einbezogen. So bekam jeder Waschmaschinen- und Geschirrspüleranschluss zusätzlich einen Warmwasseranschluss.

Die Wärmepumpenanlage während der Installationsarbeiten.

Die energetischen Ergebnisse

Noch bis Dezember 2003 läuft der zweijähriger Messzeitraum. Die bisherigen Auswertungen lassen aber schon erste Ergebnisse zu. Vor der Sanierung lag der klimabereinigte Durchschnittswert der Jahre 1996 bis 1999 im Heizenergieverbrauch bei 178 kWh/(m² a). Das entspricht umgerechnet etwa 18 Liter Heizöl pro Quadratmeter und Jahr. In den Eckrandlagen im Erdgeschoss wurden Heizenergieverbräuche von 270 kWh/(m² a) ermittelt (etwa 27 Liter/(m² a)). Bei der Standardsanierung (ungeregelte Abluftanlage, 8 cm Fassadenwärmedämmung) liegt der Heizenergieverbrauch bei 90 kWh/(m² a). Im Forschungsblock wird bei der bedarfsgeführten Abluftanlage eine Reduzierung im Heizenergieverbrauch auf 66 kWh/(m² a) gemessen.

Bei der Zu- und Abluftanlage wurden Werte von 60 kWh/(m² a) gemessen. Dies bedeutet eine Einsparung um 66%; theoretisch wären aber 30 kWh/m² und Jahr möglich gewesen. Die Ursachen werden im o.g. Nutzerverhalten gesehen.

Mittels programmierbarer Thermostatköpfe (Typ Honeywell HR-40) können die Mieter Raumtemperaturen und Heizzeiten individuell einstellen.

Für die Haustechnik lag der Elektroenergieverbrauch vor der Sanierung bei 0,4 kWh/(m² a). Im Wesentlichen war dies der Verbrauch für die Heizungsumwälzpumpe. Nach der Sanierung stieg der Verbrauch in den Standardblöcken auf 2,3 kWh/m² und Jahr, insbesondere für die Pumpen und die Ablüfter. Im Forschungsblock wurde der Anstieg im Elektroenergieverbrauch durch den Einsatz von energiesparenden EC-Motoren gedämpft. In der Abluftanlage wurden Werte von 2,7 kWh/m² und Jahr gemessen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Abluftstränge auf dem Dach gesammelt und gemeinsam über eine Abluftwärmepumpe geführt werden. Dies verursacht zusätzliche Widerstände und somit einen zusätzlichen Elektroenergieverbrauch. In der Zu- und Abluftanlage liegt der Elektroenergieverbrauch bei 6,3 kWh/(m² a). Dieser höhere Wert ergibt sich insbesondere daraus, dass die Zuluft erst vom Dach durch einen Filter und den wohnungsweisen Wärmetauscher in die Wohnungen geführt werden muss.

Abschließend kann festgestellt werden, dass die beste Anlagenkonfiguration für dieses Projekt eine optimale Wärmedämmung in Verbindung mit bedarfsgeführter Lüftungsanlage und Solaranlage für die Warmwasservorwärmung war.

Internetinformationen:
www.koewoge-innovativ.de

*) Ing. André Jödicke, Mitarbeiter bei der KÖWOGE Köpenicker Wohnungsgesellschaft GmbH. - E-Mail: andre_joedicke@koewoge-gmbh.de

L i t e r a t u r :

[1] Jödicke, A.; Kerschberger, A.: Aktive Solarsysteme bei der Sanierung von Typenbauten. HLH Bd. 51 (2000) Nr. 3, S. 96-102

[2] Heinz, E.: Kontrollierte Wohnungslüftung, Verlag Bauwesen Berlin; 2000

[3] Kerschberger, A.; Kloos, A.: P2-Niedrigenergiesanierung in Berlin-Friedrichshagen - Ein Praxisbericht aus der Durchführungsphase; Bausubstanz Heft 8/2001

[4] Jödicke, A.: Betriebserfahrungen mit dem BMWi-Modellvorhaben Emrichstraße. HLH Bd. 53 (2002) Nr. 6, S. 52-55

[5] Jödicke, A.: Lüftungssysteme im Vergleich. HLH Bd. 53 (2002) Nr. 9, S. 52-56

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