Energieeinsparung und Solarenergienutzung im Hochbau — Erreichtes und Erreichbares. Die Bedeutung der Verkehrsplanung in der Stadtplanung — heute: 315. Sitzung am 6. Juni 1984 in Düsseldorf

79 Pages·1985·2.517 MB·German

by  Karl Gertis, Paul Arthur Mäcke (auth.)

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Rheinisch-Westfälische Akademie der Wissenschaften
Natur-, Ingenieur-und Wirtschaftswissenschaften Vorträge · N 340
Herausgegeben von der
Rheinisch-Westfälischen Akademie der Wissenschaften
KARL GERTIS
Energieeinsparung und Solarenergienutzung
im Hochbau - Erreichtes und Erreichbares
PAUL ARTHUR MÄCKE
Die Bedeutung der Verkehrsplanung
in der Stadtplanung - heute
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
315. Sitzung am 6.Juni 1984 in Düsseldorf
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Gertis, Kar!:
Energieeinsparung und Solarenergienutzung im Hochbau -Erreichtes und Erreich
bares I Kar! Gertis. Die Bedeutung der Verkehtsplaoung in der Stadtplanung -
heute I Paul Artbur Mäcke.-Opladen: Westdeutscher Verlag, 1985.
{Vorträge I Rheinisch-Westfälische Akademie der Wissenschaften : Natur-,
Ingenieur-und Wirtschaftswissenschaften; N 340)
ISBN 978-3-663-00058-7
NE: Mäcke, Paul A.: Die Bedeutung der Verkehrsplanung in der Stadtplanung -
heute; Rheinisch-Westfälische Akademie der Wissenschaften (Düsseldorf): Vor
träge I Natur-, Ingenieur-und Wirtschaftswissenschaften
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1985
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH Opladen 1985
ISSN 0066-5754
ISBN 978-3-663-00058-7 ISBN 978-3-663-00208-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-00208-6
Inhalt
Karl Gertis, Essen
Energieeinsparung und Solarenergienutzung im Hochbau -
Erreichtes und Erreichbares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Bisherige Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3. Solarenergiesysteme............................................. 12
4. Wand oder Fenster als Solarkollektor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1 keff'Werte von Fenstern...................................... 15
4.2 keff'Werte von Fenstern mit temporärem Wärmeschutz.......... 19
4.3 Wintergärten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5. Energieeinsparung durch richtige Fassadengestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6. Zusammenfassung und praktische Konsequenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Diskussionsbeiträge
Professor Dr.-Ing. Friedrich Eichhorn; Professor Dr.-Ing. habil. Karl
Gertis; Dr.-Ing., Dr.-Ing. E. h. Siegfried Batzel; Professor Dr.-Ing. Helmut
Domke; Professor Dr. rer. nat. Tasso Springer; Professor Dr. agr. Fritz
Führ; Professor Dr.-Ing. RolfStaufenbiel; Professor Dr. med. Wemer Hein·
rich Hauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Paul Arthur Mäcke, Aachen
Die Bedeutung der Verkehrsplanung in der Stadtplanung - heute . . . . . . . 33
Zusammenfassung in didaktisch vereinfachenden Thesen............... 62
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Diskussionsbeiträge
Ministerialrat Ernst Neukamp; Professor Dr.-Ing. Paul Arthur Mäcke;
Professor Dr. rer. nat. Wemer Schreyer; Professor Dr.-Ing. Friedrich Eich
horn; Professor Dr. agr. Fritz Führ; Professor Dr. rer. nat. Dietrich Neu
mann; Professor Dr.-Ing. Helmut Domke; Professor Dr.-Ing. Karl Gertis 67
Energieeinsparung und Solarenergienutzung im Hochbau -
Erreichtes und Erreichbares
Von Kar/ Gertis, Essen
1. Einleitung
Wie in Kreisen der Energiewirtschaft schon seit langem, in der öffentlichen Dis
kussion aber erst seit der Energiekrise bekannt geworden ist, verbraucht der Hoch
bau ca. 40% des gesamten Endenergieaufkommens der Bundesrepublik. Energie
einsparmaßnahmen erscheinen deshalb gerade in diesem Sektor besonders wichtig;
ihre Wirksamkeit muß aber - sollen sie nicht in illusionäre Spekulationen aus
ufern-kritisch mit allen baup hysikalischen, baukonstruktiven und bauwirtschaft
lichen Konsequenzen überprüft werden. Eine solch kritische Überprüfung hat
zunächst die Struktur der Energieflüsse im Hochbau zu verdeutlichen. Bild 1 veran
schaulicht, daß Dreiviertel des gesamten Energieverbrauches im Hochbau den
Wohnbau betreffen. Die Industriebauten verbrauchen zu ihrer Beheizung (nicht
für die in ihnen ablaufenden Produktionsprozesse!) nur ca. 9%, Gebäude des Han
dels und Gewerbes ca. 11%. Die restlichen 5% teilen sich Schulen, Kirchen und
sonstige Gesellschaftsbauten auf.
Bild 1: Übersicht über den Energieverbrauch im Hochbau. 75% der im Hochbau verbrauchten Energie
fließt in die Wohnbauten.
Verbrauchssektor %
Wohnungsbau 75
lndustne (o Prozesswarme) 9
Burogebaude 6
Handel, Gewerbe 5
Schulen 1,9
Kirchen 1,0
Krankenhäuser 0,8
Offentliehe Bäder 0,1.
Sonstige(Theater,Sport etc) 0,9
8 Kar! Gertis
Dach
7 'Y.
Fenster
17%
(Luflung)
Fenster
30%
(Transm.)
5%
Kellor
Dach
22%
Fenster
13%
(Lüftung)
Fenster
20"/. Wand
(Transm.)
25%
20%
Keller
Bild 2: Aufteilung der Heizwärmeflüsse bei einem größeren Wohngebäude (oben, zehn Geschosse) und
bei einem freistehenden Einfamilienhaus (unten, ein Wohngeschoß), nach [1]. Der jeweilige
Gesamtenergieverbrauch wird gleich 100% gesetzt. Die bauliche Ausführung der Gebäude ent
spricht durchschnittlichen Verhältnissen, wie sie vor der Energiekrise üblich waren.
Untersucht man den Hauptverbraucher "Wohnungsbau" näher, so ergeben sich
die in Bild 2 dargestellten Energievektoren. Man erkennt, daß bei einem größeren
Wohngebäude nur 6% bis 7% der gesamten Wärmeverluste nach unten durch den
Keller in das Erdreich und etwa der gleiche Anteil nach oben durch das Dach in die
Energieeinsparung und Solarenergienutzung im Hochbau -Erreichtes und Erreichbares 9
Atmosphäre abströmen. Auf dieWandflächen entfallen hingegen 40% und auf die
Fenster 43%, wobei hiervon 30% Transmissionswärmeverluste und 17% Lüftungs
wärmeverluste durch die Fensterfugen darstellen. Eine wesentlich andere Auftei
lung der Wärmeflüsse ergibt sich bei einem freistehenden Einfamilienhaus (Bild 2,
unten). Hier schlagen die Keller- und Dachverluste stärker, die Wärmeströme
durch Wand und Fenster hingegen - im Vergleich zum Mehrgeschoßgebäude -
schwächer zu Buche. In etwas verallgemeinerter Form bleibt festzustellen, daß an
den Wärmeverlusten beim Einfamilienhaus Keller, Dach, Wand und Fenster etwa
mit je einem Viertel beteiligt sind, während bei Hochhäusern Dach und Keller mit
je 5% bis 10% in den Hintergrund treten und die Wände bzw. Fenster mit je knapp
der Hälfte dominieren.
Aus den geschilderten Beispielen, die sich mit überspitzter Akribie, aber ohne
Gewinn weiterer grundsätzlicher Erkenntnisse für beliebige andere Gebäudetypen
fortsetzen ließen, wird deutlich, daß die Heizwärmeverluste praktisch von drei
rein baulichen Einflußparametern abhängen, nämlich:
- von der Form des Baukörpers (u. a. der Grundrißgestaltung),
- vom Wärmeschutz der Gebäude-Hüllkonstruktion (Wärmedämmung von
Wand, Dach, Fenster und Keller) und
- von der Luftdurchlässigkeit der Gebäudeöffnungen (vor allem der Fenster
fugen).
Diese drei Parameter stellen jene Ansatzpunkte dar, an denen sich bauliche Maß
nahmen zur Energieeinsparung im Hochbau orientieren müssen.
2. Bisherige Maßnahmen
Der Wärmeschutz von Gebäuden ist in Deutschland seit Jahrzehnten in Regel
werken festgelegt [2], allerdings früher auf dem Niveau des sog. "Mindestwärme
schutzes", weil in früheren Jahren wegen der niedrigen Energiepreise keine Ein
sparanstrengungenunternommen zu werden brauchten. Außenbauteile mußten
und müssen im hiesigen Klima einen bestimmten Wärmeschutz aufweisen, um
a) dem Bewohner der Bauten ein hygienisch einwandfreies und behagliches
Innenklima zu sichern,
b) die Außenbauteile selbst vor thermischen und hygrischen Schäden zu be
wahren,
c) die gewünschten Innenraumtemperaturen mit möglichst geringem Heizener
gieaufwand aufrechtzuerhalten.
Die drei Zweckbestimmungenabis c des Wärmeschutzes haben im Laufe der
Jahre eine unterschiedliche Bedeutung erfahren, was auch zu unterschiedlichen
Anforderungsfestlegungen in den verschiedenen Jahren und zu Akzentverschie-
10 Kar! Gertis
bungengeführt hat. Ursprünglich hatte man Deutschland in drei Klimazonen, die
sog. "Wärmedämmgebiete", eingeteilt und für Außenwände auf der Basis von ver
putztem Vollziegelmauerwerk folgende Steindicken festgelegt:
Wärmedämmgebiet 1: 1-Stein-Wände
Wärmedämmgebiet II: 1I h-Stein-Wände
Wärmedämmgebiet III: 2-Stein-Wände
Dies führte in der früheren DIN 4108 [2] auf die Wärmedurchlaßwiderstände
0,45; 0,55 und 0,65 m2hK/kcal, welche als "Mindestwärmeschutz" für Außen
wände bezeichnet wurden. DiesenWerten liegt die Überlegung zugrunde, daß bei
ihrer Einhaltung unter den hiesigen Klimabedingungen der oben unter a und b
genannte Zweck des Wärmeschutzes erreicht wird, wenn der Bewohner die Innen
räume in üblicher Weise als Wohn- und Aufenthaltsräume nutzt. Das unter c
genannte Ziel war damals noch nicht aktuell, weil die Heizenergie reichlich und zu
relativ niedrigen Preisen zur Verfügung stand. Über einige Zwischenstufen [3, 4]
haben sich diese Werte des Mindestwärmeschutzes auch in die heute gültige
DIN 4108 [5] hinein fortgepflanzt. Aus Gründen der Vereinfachung sind die drei
Wärmedämmgebiete in einen Wert, nämlich in
11A=0,55m2K/W bzw. k=1,39""1,4W/m2K
zusammengefaßt worden. Dies geschah zurecht, weil Deutschland kein klimatisch
so heterogenes Gebiet darstellt, daß eine Auffächerung in drei Klimazonen vom
Standpunkt des Wärmeschutzes her gerechtfertigt erscheint. In bezugauf die Aus
legung von Heizungsanlagen mag dies anders zu sehen sein [6].
Die Überlegungen zum Mindestwärmeschutz basierten bislang somit auf den
Zweckbestimmungen a und b. Gedanklich müssen hiervon Anforderungen, die
dem Zwecke c dienen, strikt getrennt werden. Um Energie zu sparen, sind natür
lich höhere Wärmedurchlaßw iderstände bzw. niedrigere k-Werte einzuhalten und
anzustreben, die in den für die Energieeinsparung maßgeblichen Regelwerken
zwischenzeitlich auch festgelegt [7, 8] und - entsprechend den Energiepreissteige
rungen-novelliert wurden [9, 10]. Darüber hinaus empfiehlt es sich, die Investi
tionskosten für den baulichen Wärmeschutz mit den erreichbaren Betriebskosten
einsparungen gemeinsam zu betrachten; dies führt auf den sog. "wirtschaftlich
optimalen Wärmeschutz" von Außenbauteilen [11]. Der energiesparende und
wirtschaftlich optimale Wärmeschutz beruht also gemäß c auf anderen Überlegun
gen als der Mindestwärmeschutz gemäß a und b. Wie aus Bild 3, einer schemati
schen Darstellung, hervorgeht, ergibt sich aufgrundder gegenläufigen Tendenz der
Heizungskosten {Anlage-und Betriebskosten der Heizung) und der Kosten für die
Transmissionselemente (Bauelemente wie Außenwand, Kellerdecke und Dach
decke) ein Gesamtkostenminimum bei einem bestimmten Wärmedurchlaßwider-