Energiebilanz eines Hauses

Faktoren

Jedes Wohngebäude stellt einen Energiewandler dar: Energie wird in das Haus eingeführt, und ein Teil davon verlässt das Haus ungenutzt. Die Idee des Energiesparhauses ist es, den Anteil der ungenutzten Energie möglichst gering zu halten, und somit die benötigte Energiemenge zu senken. Im Folgenden werden Faktoren genannt, die die Energiebilanz eines Hauses beeinflussen.

Standort

Außenklima

Zunächst spielt das Außenklima eine entscheidende Rolle. Zu nennen sind hierbei vor allem die Klimazone, der Jahres- und Tagesgang der Temperaturen und die Anzahl der Heiztage im Jahr. Das sind jene Tage im Jahr, an denen der Tagesdurchschnitt der Temperatur (auf lange Zeit gesehen) durchschnittlich kleiner als 12°C ist. Hierfür wurde die sogenannte Heizgradtagzahl eingeführt. Es wird davon ausgegangen, im Gebäude seien 20°C Raumtemperatur. An Heiztagen wird täglich die Differenz zwischen der Innen- und der Außentemperatur berechnet (in Kelvin). Die einzelnen Werte in einem Jahr addiert ergeben die Heizgradtagzahl. In Deutschland beträgt sie durchschnittlich 3500 Kd/a (nach HIRSCH und LOHR 1996, S.203). Ein weiterer wichtiger Faktor ist die solare Einstrahlung; sowohl die monatliche Einstrahlung pro Jahr, als auch der Sonnenstandsverlauf. Hinzu kommt die Einberechnung großräumiger und lokaler Winde und deren Richtung, Luftfeuchtigkeit und Niederschläge.
Lage und solare Raumplanung

Beim Bau eines Energiesparhauses, gleichgültig welcher Art, wird die Energie der Sonne mit eingeplant. Es ist daher sinnvoller, das Haus an einen Südhang zu stellen, als in ein schattiges Tal. Als Hilfe können Verschattungsdiagramme erstellt werden, um zu sehen, zu welcher Jahres6 und Tageszeit andere Gebäude, Bäume, Berge etc. Schatten auf das Grundstück werfen (nach HIRSCH und LOHR 1996, S. 62f.).

Innenklima

Das gewünschte Innenklima bestimmen zu einem Großteil die Bewohner selbst. Jedoch gibt es allgemeine Regeln, was der Mensch als behaglich empfindet, und was nicht. Das menschliche Temperaturempfinden ändert sich je nach Aktivitätsgrad und Bekleidung. Luftbewegung wird im Allgemeinen eher als unangenehm empfunden: Je mehr „es zieht“, desto wärmer muss es sein, um eine gewisse Behaglichkeit zu erreichen (nach HISCH und LOHR 1996, S. 29ff).

Gebäudegeometrie

Auf den Energieverbrauch eines Gebäudes hat die Gebäudeform einen großen Einfluss. „Je zergliederter ein Gebäude ist, d.h. je mehr Vor- und Rücksprünge, Gauben und Erker es hat, desto mehr Energie geht über die Außenfläche verloren.“ (SCHARPING 1997, S. 9). Hierfür wird das sogenannte A/V-Verhältnis berechnet. Die Oberfläche der Gebäudehülle A wird dividiert durch das Gebäudevolumen V. Je kompakter ein Gebäude, desto kleiner das A/VVerhältnis. Je größer die Oberfläche, desto mehr Energie geht verloren. (nach SCHARPING 1997, S. 9f)

Weitere Faktoren

Auf die wichtigsten Faktoren, die für die Energiebilanz eines Hauses entscheidend sind, wie Dämmung, Heizung, Lüftung, Fenster etc. wird im weiteren Verlauf der Arbeit genauer eingegangen.

Energiehaushalt in Gebäuden

Energieverbrauch in Deutschland

Der Energieverbrauch in privaten Haushalten in Deutschland gliederte sich 1998 wie folgt:

Tabelle 1 (nach KIENZLE, GÖRG und BLOCH 1998, S.2)

Raumwärme 77 % Warmwasser 12,5 % Kochen 3 % Beleuchtung 1,5 % sonstiger Stromverbrauch 6 %

Tabelle 1 zeigt, dass mit Abstand die meiste Energie in Haushalten zur Erzeugung der
Raumwärme benutzt wird. Daraus folgt, dass bei Energiesparhäusern der Schwerpunkt der
Bemühungen, Energie zu sparen, auf diesen Bereich verwendet wird.

Energieflüsse eines Gebäudes

Abbildung 1 (Quelle: HIRSCH und LOHR 1996, S. 42)



In Abbildung 1 werden die Energieflüsse eines Gebäudes gezeigt. Die Endenergieträger Heizöl,
Gas oder Strom, welche vorher aus Primärenergie gewonnen wurden, werden im Haus in
Nutzenergie umgewandelt. Das Öl oder Gas wird im Heizkessel in Wärme umgewandelt, die
zum Heizen oder zum Erwärmen von Wasser genutzt wird. Allerdings strahlen der Heizkessel
selbst oder die Warmwasserrohre Wärme ab, die nicht genutzt wird. Elektrischer Strom wird
zum Betreiben von Geräten oder zum Erzeugen von Licht verwendet. Hinzu kommt die
regenerative Energie der durch die Fenster scheinenden Sonne, welche zur Erhöhung der
Raumtemperatur beiträgt.

Innere Gewinne

Des weiteren sind die inneren Wärmegewinne zu nennen. Zum einen strahlt der menschliche
Körper (bei leichtem Aktivitätsgrad) ca. 2,4 kWh pro Tag an Wärme ab. Entsprechend steigt die
Raumtemperatur, wenn sich viele Menschen darin aufhalten. Zum anderen sind mit der
Stromnutzung auch immer gewisse Wärmegewinne verbunden. Eine normale Glühbirne
beispielsweise erzeugt 90 % Wärme und nur 10 % Licht. Allerdings entspricht diese Abwärme
nicht immer dem Heizbedarf (nach HIRSCH und LOHR 1996, S. 42f).

Wärmeverluste

Die nach Abbildung 1 größten Energieverluste eines Gebäudes bilden Wärmeabgabe durch
Außenbauteile (Transmissionswärmeverluste) und Wärmeverluste durch Lüften
(Lüftungswärmeverluste).

Transmissionswärmeverluste

Durch die Außenbauteile Wand, Fenster, Dach und Keller gelangt ein großer Teil der
Raumwärme ungewollt nach draußen. Dies geschieht überwiegend durch Wärmeleitung.
„Bereiche in der Gebäudehülle, die eine schlechtere Wärmedämmung haben als angrenzende
Bauteile“ (MEYER 2001, S. 55) werden Wärmebrücken genannt. Das können beispielsweise
Rolladenkästen, Fugen oder Betonplatten sein. Sie gleichen die Temperaturunterschiede von
innen und außen besonders gut aus und sollten so weit es geht vermieden werden.
Zur Bestimmung der Wärmeverluste durch Außenbauteile wurde der sogenannte k-Wert
eingeführt (in neuerer Literatur auch U-Wert genannt) (nach MEYER 2001, S. 32). Diese
Wärmedurchgangszahl gibt an, welche Wärme in einer Sekunde pro Grad Temperaturdifferenz
durch eine Wand von 1m² fließt und wird angegeben in W/m² K. Bei einer Wand müssen die
Wärmeleitfähigkeiten der einzelnen Baustoffe (Mauerwerk, Putz, Dämmstoff etc.)
zusammengerechnet werden. Entscheidend ist hierbei auch die Dicke des Baustoffs. Eine nach
Wärmeschutzverordnung 1995 gebaute Wand beispielsweise hat einen k-Wert von 0,50 W/m² K.
Sehr gut gedämmte Wände von Niedrigenergiehäusern können k-Werte von bis zu 0,20 W/m² K
aufweisen. Alte, einfach verglaste Verbundfenster liegen bei etwa 4 W/m² K, wohingegen neue
Wärmeschutzfenster mit dreifacher Verglasung sogar unter 1 W/m² K liegen können (nach
KIENZLE, GÖRG und BLOCH 1998, S. 3).

Lüftungswärmeverluste

Ein Mensch benötigt durchschnittlich 20-30 m³ Frischluft pro Stunde. Außerdem müssen
Schadstoffe, Geruchsstoffe und Wasserdampf aus Gebäuden entfernt werden. Dies geschieht
meist durch das Öffnen von Fenstern. Dadurch entweicht allerdings Raumwärme (nach HIRSCH
und LOHR 1996, S. 44). Dazu kommen unerwünschte Luftwechsel in Fugen oder Ritzen, die
von Wind und Temperaturdifferenz abhängig sind.

Wärmebilanz eines Gebäudes

Die Transmissionswärmeverluste für ein nach Wärmeschutzverordnung 1984 gebautes Haus
betragen ca. 100 kWh pro m² Wohnfläche im Jahr. Hinzu kommen Lüftungswärmeverluste von
ca. 40 kWh/m²/a. Zusammengerechnet sind dies ca. 140 kWh/m², die jedes Jahr ungenutzt
verloren gehen. Die Gewinne aus solarer Einstrahlung durch die Fenster und aus Abwärme der
Stromnutzung betragen ca. 30 kWh/m²/a (nach HIRSCH und LOHR 1996, S. 48).

Prinzipien eines Energiesparhauses

Aus den genannten Faktoren ergeben sich folgende Prinzipien für Energiesparhäuser (nach
KIENZLE, GÖRG und BLOCH 1998, S. 5):

• kompakte Gebäudeform
• guter Wärmeschutz der Außenbauteile, Vermeidung von Wärmebrücken, Luftdichtheit
• passive Solarenergienutzung
• reaktionsschnelle Heizungsregelung
• umweltschonende Wärmeerzeugung
• bedarfsgesteuerte Wohnungslüftung
• Stromsparende Haushaltsgeräte