Analyse und Bewertung von Energiebilanzen vorhandener, nachträglich wärmegedämmter Bauobjekte im Einfamilienhausbereich E-Book

Christian Meyer

• Herausgeber: GRIN Verlag
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2009

Beschreibung

Diplomarbeit aus dem Jahr 2009 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Wirtschaftsingenieurwesen, Note: sehr gut, Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven; Standort Wilhelmshaven, Sprache: Deutsch, Abstract: Angesichts der Bedeutung des Themas „Energieeffiziente Gebäude“, dass durch die Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2007 wie beispielsweise die Einführung der Energieausweise für Bestandsgebäude untermauert wird, ist in den letzten Jahren ein enormer Markt bezüglich der nachträglichen Wärmedämmung von Bestandsgebäude entstanden. Begriffe wie Wärmedämmverbundsysteme oder Kerndämmung haben sich zunehmend in das Bewusstsein der Bevölkerung eingefügt. Das zeigt sich u. a. daran, dass mittlerweile eine Vielzahl an Unternehmen diese Arten der Dämmungsmaßnahmen anbieten. Allerdings beschränken sich zahlreiche Unternehmen auf die Kerndämmung mit dem sog. UF-Ortschaum, der auch als Dämmstoff unter Aminoplastortschaum bekannt ist. Angesichts der in der Unternehmenspraxis häufig angewandten Sanierungsmaßnahme gilt es, diesen Dämmstoff in Verbindung mit der Dämmmaßnahme genauer zu betrachten. In den Werbeunterlagen dieser Unternehmen wird eine Energieeinsparung von bis zu 30% postuliert. Daraus lässt sich die primäre Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ableiten, die sich auf die Verdeutlichung der tatsächlich eingesparten Energie durch die nachträgliche Wärmedämmung mit Aminoplastortschaum bezieht. Es wird daher mit der vorliegenden Arbeit anhand des Gasverbrauchs von drei Untersuchungsobjekten, die nachträglich mit Aminoplastortschaum gedämmt wurden, eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung angeführt. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nicht als Maßstab für jedes Gebäude anzusehen, da Gebäude immer individuellen Faktoren wie Konstruktion, Nutzung, Nutzeranzahl, usw. ausgesetzt sind. Zudem ist die Betrachtung auf eine gewisse Dauer beschränkt und unterliegt verschiedenen Einflussgrößen wie z. B. dem Klima. Eine Energieeinsparung kann sich daher erst zu einem späteren Zeitpunkt bemerkbar machen. Demzufolge kann diese Ausarbeitung nicht als Richtwert für die Nutzer dieser Dämmungsmethode sondern nur als Anhaltspunkt dienen.

Leseprobe

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Vorwort

1. Einleitung

1.1 Aufgabenstellung

1.2 Zielsetzung

1.3 Gang der Arbeit

2. Vorstellung der Untersuchungsobjekte (3 EFH)

2.1 Gebäude I

2.2 Gebäude II

2.3 Gebäude III

2.4 Allgemeines

3. Bauphysikalische Grundlagen zur Bewertung des Energieverbrauchs der Untersuchungsobjekte (3 EFH)

3.1 Leistung, Verbrauch und Temperatur

3.2 Wärmeleitfähigkeit

3.3 Wärmedurchlasszahl, Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchlasskoeffizient

3.4 Wärmedurchgang, Wärmedurchgangswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient

3.5 Wasserdampfdiffusionswiderstand

3.6 Bewertung

4. Vorgaben für die Untersuchungsobjekte (3 EFH) aus der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007)

4.1 Bauliche Anforderungen und Maßnahmen durch die EnEV 2007 an Gebäude im Bestand in Hinblick auf die Gebäudehülle

4.1.1 Außenwände

4.1.2 Fenster, Fenstertüren und Dachflächenfenster

4.1.3 Außentüren

4.1.4 Decken, Dach und Dachschrägen

4.1.5 Wände und Decken gegen unbeheizte Räume und Erdreich

4.1.6 Vorhangfassaden

5. Analyse der Gebäudehülle der Untersuchungs- objekte (3 EFH) nach folgenden Bauteilgruppen

5.1 Außenwandkonstruktion mit U-Wert

5.1.1 Gebäude I

5.1.2 Gebäude II

5.1.3 Gebäude III

5.1.4 Zusammenfassung

5.2 Dach/Decken

5.2.1 Gebäude I

5.2.2 Gebäude II

5.2.3 Gebäude III

5.3 Fußboden

5.3.1 Gebäude I

5.3.2 Gebäude II

5.3.3 Gebäude III

5.4 Resümee

6. Mauerwerksaufbau und Dämmung der Außenwände der Untersuchungsobjekte (3 EFH)

6.1 Kerndämmung und Umsetzung der Einschäumung der Außenwände mit Aminoplastortschaum

6.1.1 Die Bestandsaufnahme der Außenwandkonstruktion

6.1.2 Die Anforderungen der Dämmstoffe

6.1.3 Der Dämmstoff „Aminoplastortschaum“

6.1.4 Das Dämmungsverfahren

6.1.5 Vor- und Nachteile der Kerndämmung

6.2 Außen-Dämmung

6.2.1 Vor- und Nachteile der Außendämmung (WDVS)

6.3 Innendämmung

6.3.1 Vor- und Nachteile der Innendämmung

6.4 Fazit bezogen auf die Dämmungsarten

7. Vergleich der Energiebilanzen (Energieverbrauch) der nachträglich wärmegedämmten Objekte mit Aminoplastortschaum

7.1 Vergleichskriterien

7.1.1 Veränderung des Heizverhalten

7.1.2 Veränderung der Bauteile und der Haustechnik

7.1.3 Veränderung der Nutzeranzahl

7.1.4 Klimafaktor (Witterungsbereinigung)

7.2 Energiebilanzen vor der Sanierungsmaßnahme

7.3 Energiebilanzen nach der Sanierungsmaßnahme

7.4 Vergleich anhand des Verbrauchs

8.  Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der nachträglich kerngedämmten Untersuchungsobjekte (3 EFH) mit Aminoplastortschaum

8.1 Verfahren zur Berechnung

8.2 Kosten-Nutzen-Analyse

8.2.1 Investitionskosten

8.2.2 Berechnung der monetären Energieersparnis

8.2.3 Durchführung der Kosten-Nutzen-Analyse

8.3 Äquivalenter Energiepreis

8.3.1 Gebäude I

8.3.2 Gebäude II

8.3.3 Gebäude III

8.4 Amortisationsdauer

8.4.1 Gebäude I

8.4.2 Gebäude II

8.4.3 Gebäude III

8.5 Opportunitätskosten

8.5.1 Gebäude I

8.5.2 Gebäude II

8.5.3 Gebäude III

9.  Fazit der Arbeit

Anlagenverzeichnis

Quellenverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abb. 1: Vorstellung Gebäude I

Abb. 2: Vorstellung Gebäude II

Abb. 3: Vorstellung Gebäude III

Abb. 4: Wärmeleitwert von Baustoffen

Abb. 5: Bemessungswerte der Wärmedurchlasswiderstände R von Luftschichten1) nach   DIN 4108 Teil 4

Abb. 6: Bau und Wärmedämmstoffe im direkten Vergleich

Abb. 7:  Wärmedurchgang, Wärmedurchlass und Wärmeübergang

Abb. 8:  Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten bei erstmaligem Einbau, Ersatz und Erneuerung von Bauteilen

Abb. 9: Energieersparnis bei der Dämmung der einzelnen Bauteile

Abb. 10:  Wandaufbau Gebäude I

Abb. 11:  Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung vor Dämmung von Gebäude I

Abb. 12:  Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung nach Dämmung von Gebäude I

Abb. 13:  Wandaufbau Gebäude II

Abb. 14: Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung vor Dämmung von Gebäude II

Abb. 15: Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung nach Dämmung von Gebäude II

Abb. 16:   Wandaufbau Gebäude III

Abb. 17:  Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung vor Dämmung von Gebäude III

Abb. 18:  Wärmedurchgangskoeffizienten-Berechnung nach Dämmung von Gebäude III

Abb. 19: Dach-/Deckenaufbau Gebäude I

Abb. 20:  Dach-/Deckenaufbau Gebäude II

Abb. 21:  Dach-/Deckenaufbau Gebäude III

Abb. 22:  Fußbodenaufbau Gebäude I

Abb. 23:  Fußbodenaufbau Gebäude II

Abb. 24:  Fußbodenaufbau Gebäude III

Abb. 25:  Anteil der Außenwände an der Gebäudehülle

Abb. 26:  Mauerwerksaufbau (zweischalig) von Außenwänden mit Luftschicht

Abb. 27:  Mauerwerksaufbau von Außenwänden, Kerndämmung mit UF-Schaum

Abb. 28:  Vertikalschnitt einer typischen zweischaligen Außenwand-Mauerwerks- konstruktion

Abb. 29:  Endoskopie eines zweischaligen Mauerwerks

Abb. 30:  Mögliche Luftschichtdicke bei zweischalligem Mauerwerksaufbau

Abb. 31:  Luftschicht zwischen Mauerwerksschalen

Abb. 32:  Inhalt eines Güteüberwachungssiegel als Muster

Abb. 33:  Erster Schritt, Bohrung

Abb. 34:  Zweiter Schritt, Einführung

Abb. 35: Dritter Schritt, Bohrloch schließen

Abb. 36:  Vor- und Nachteile der Kerndämmung

Abb. 37:  Mauerwerksaufbau von Außenwänden, Außendämmung

Abb. 38:  Vor- und Nachteile der Außendämmung

Abb. 39:  Mauerwerksaufbau von Außenwänden, Innendämmung

Abb. 40:  Vor- und Nachteile der Innendämmung

Abb. 41:  Durchschnittsverbrauch (kWh) vor der Dämmung, Gebäude I

Abb. 42:  Durchschnittsverbrauch (kWh) vor der Dämmung, Gebäude II

Abb. 43:  Durchschnittsverbrauch (kWh) vor der Dämmung, Gebäude III

Abb. 44:  Voraussichtlicher Verbrauch (kWh Erdgas) nach der Dämmung, Gebäude I

Abb. 45:  Voraussichtlicher Verbrauch (kWh Erdgas) nach der Dämmung, Gebäude III

Abb. 46:  Heizenergieverbrauch der jeweiligen Monate

Abb. 47:  Voraussichtlicher Verbrauch (kWh) nach der Dämmung, Gebäude I

Abb. 48:  Verbrauch (kWh) nach der Dämmung, Gebäude II

Abb. 49:  Voraussichtl. Durchschnittsverbrauch (kWh) nach der Dämmung, Gebäude III

Abb. 50:  Darstellung des Verbrauchs (kWh) vorher/nachher

Abb. 51:  Bereinigte Darstellung des Verbrauchs (kWh) vorher/nachher

Abb. 52:  Gesamtsumme Investitionskosten Gebäude I

Abb. 53:  Gesamtsumme Investitionskosten Gebäude II

Abb. 54:  Gesamtsumme Investitionskosten Gebäude III

Abb. 55: Preisentwicklung je Cent pro kWh Erdgas der vergangenen Jahre

Abb. 56:  Voraussichtliche Preisentwicklung für Gas je Cent pro kWh

Abb. 57:  Einsparung in € Gebäude I

Abb. 58:  Einsparung in € Gebäude II

Abb. 59:  Einsparung in € Gebäude III

Abb. 60:  Kosten-Nutzen-Verlauf von Gebäude I

Abb. 61:  Erträge durch die Kerndämmung bei dem Gebäude I

Abb. 62:  Kosten-Nutzen-Verlauf von Gebäude II

Abb. 63:  Erträge durch die Kerndämmung von Gebäude II

Abb. 64:  Kosten-Nutzen-Verlauf von Gebäude III

Abb. 65:  Erträge durch die Kerndämmung von Gebäude III

Abb. 66:  Preis der eingesparten Kilowattstunde Energie von Gebäude I

Abb. 67:  Preis der eingesparten Kilowattstunde Energie von Gebäude II

Abb. 68:  Preis der eingesparten Kilowattstunde Energie von Gebäude III

Abb. 69:  Amortisation der Kerndämmungs-Maßnahme von Gebäude I

Abb. 70:  Graphische Darstellung der Amortisation von Gebäude I

Abb. 71:  Amortisation der Kerndämmungs-Maßnahme bei dem Gebäude II

Abb. 72:  Graphische Darstellung der Amortisation bei Gebäude II

Abb. 73:  Amortisation der Kerndämmungs-Maßnahme bei dem Gebäude III

Abb. 74:  Graphische Darstellung des Amortisation bei Gebäude III

Abb. 75:  Endkapital bei Festgeldanlage der Sanierungskosten bei dem Gebäude I

Abb. 76:  Endkapital bei Festgeldanlage der Sanierungskosten bei dem Gebäude II

Abb. 77:  Endkapital bei Festgeldanlage der Sanierungskosten bei dem Gebäude III

Abkürzungsverzeichnis

Vorwort

Die Entscheidung, mich in der vorliegenden Diplomarbeit mit der Thematik der Analyse und Bewertung von Energiebilanzen im Einfamilienhausbereich auseinander zu setzen, basiert im Wesentlichen auf drei Gründe, die im Folgenden erörtert werden:

Im Praxissemester hatte ich die Möglichkeit mich mit der nachträglichen Wärmedämmung von zweischaligem Mauerwerk durch Aminoplastortschaum im Einfamilienhausbereich auseinander zu setzen. Dort war ich an der nachträglichen Wärmedämmung von mehr als 20 Objekten beteiligt. Insofern begründet sich die Auswahl der Themenstellung in der theoretischen Erweiterung der bereits im Praxissemester erworbenen Erkenntnisse.

Folgerichtig geht es in der vorliegenden Arbeit um einen empirisch orientierten Hintergrund. Es ist im Zusammenhang mit der Wärmedämmmaßnahme primär, dass ein „wirtschaftliches Ergebnis“ der Objekte erzielt wird. Unter einem wirtschaftlichen Ergebnis versteht sich eine lohnende Energieersparnis, die sich aus den geringeren Geldausgaben des jeweiligen Eigentümers definiert.

Daraus resultiert die ökonomische Perspektive der angesprochenen Sanierungsmaßnahme, die den ausschlaggebenden Grund zur theoretischen

Auseinandersetzung mit der genannten Thematik darstellt.

Ein letzter zentraler Beweggrund, die genannte Thematik näher zu betrachten, ist der, dass ich im Anschluss des Studiengangs Wirtschaftsingenieurwesen-Bauwirtschaft, den Ergänzungsstudiengang Facility-Management und Immobilienwirtschaft anstrebe, zu studieren. Immobilienwirtschaft und Facility Management sind integrative Disziplinen, die der Wertschöpfung im Bereich der Immobilien – von ihrer ersten Idee, über die Entwicklung, Erstellung, Nutzung und Betrieb – bis zu ihrer Umwidmung dienen. Daher tendiere ich zu einer Themenstellung aus der Bauwirtschaft, die sowohl die energiesparende Nutzung einer Immobilie als auch das energieeffiziente Bauwesen selbst berührt

Analyse und Bewertung von Energiebilanzen vorhandener,

nachträglich wärmegedämmter Bauobjekte

im Einfamilienhausbereich

1. Einleitung

1.1 Aufgabenstellung

Mit dem Beginn der Ölkrise von 1973 kam erstmalig einer breiten Öffentlichkeit der Bundesrepublik Deutschland das Bewusstsein für die Notwendigkeit zur Energieeinsparung auf. Durch die daraufhin erfolgte Drosselung der Erdölproduktion kam es zu einer Preissteigerung pro Barrel (159 Liter) Öl von über 400%. Die direkte Reaktion in Deutschland, angesichts der Ölkrise, war, dass an vier Sonntagen im November/Dezember 1973 ein Fahrverbot verhängt und neue Geschwindigkeitsbegrenzungen eingeführt wurden. Schließlich war die Ölkrise ein entscheidender Faktor, dass Gesetz zur Einsparung von Energien in Gebäuden (Energieeinspargesetz) vom 22.7.1976 zu verabschieden. Im weiteren Verlauf der Jahre wurde dieses Gesetzt verändert und ergänzt. Demzufolge bildete dieses Gesetz die Grundlage für die Heizkostenverordnung vom 28.2.1981 und der Heizungsanlagenverordnung vom 20.1.1989. Ein weiterer Meilenstein war die Verordnung über einen energiesparenden Wärmeschutz bei Gebäuden (Wärmeschutzverordnung), welche am 16.8.1994 verabschiedet und am 1.1.1995 in Kraft trat. Erstmalig wurden in dieser Verordnung Anforderungen an die Dichtheit eines Gebäudes gestellt. [1]

Im Zuge der dynamischen rechtspolitischen Entwicklung wurde 1997 das sogenannte Kyoto-Protokoll verabschiedet. Die daraus resultierenden globalen Forderungen nach einer nachweisbaren Reduktion des CO2- Ausstoßes haben die Aufmerksamkeit auf die Notwendigkeit der Energieeinsparung in allen Bereichen gelenkt. Angesichts der Tatsache, dass etwa 41% des Primärenergieverbrauchs[2] in Gebäuden auftritt, wird die Bedeutung der Energieeffizienz[3] von Gebäuden offenkundig.[4]

Aus dieser politischen Entwicklung, gekoppelt mit den Vorgaben, die es zu erfüllen gilt und im Zusammenhang mit den steigenden Energiekosten für die Verbraucher, ergibt sich insbesondere im Einfamilienhausbereich ein wachsendes Bedürfnis nach Energieeinsparungen. Dementsprechend ist es notwendig, nicht nur den Energieverbrauch einer Immobilie aufzuzeigen, sondern simultan die Entstehung dieses Verbrauchs zu analysieren. Mit einer Analyse in Form einer Energiebilanz lassen sich Sanierungsmöglichkeiten aufzeigen, um damit die Energie effizient zu nutzen, Kosten einzusparen und ein behagliches[5]

Wohnklima zu schaffen.

Aus der im Vorfeld aufgezeigten u. a. politischen Entwicklung ergibt sich die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit. Denn in Zukunft wird das Thema „Energieeinsparung“ zunehmend an Bedeutung gewinnen, da sich ein stetig steigender Energiepreis abzeichnet.

1.2 Zielsetzung

Angesichts der Bedeutung des Themas „Energieeffiziente Gebäude“, dass durch die Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2007 wie beispielsweise die Einführung der Energieausweise für Bestandsgebäude untermauert wird, ist in den letzten Jahren ein enormer Markt bezüglich der nachträglichen Wärmedämmung von Bestandsgebäude entstanden. Begriffe wie Wärmedämmverbundsysteme oder Kerndämmung haben sich zunehmend in das Bewusstsein der Bevölkerung eingefügt. Das zeigt sich u. a. daran, dass mittlerweile eine Vielzahl an Unternehmen diese Arten der Dämmungsmaßnahmen anbieten. Allerdings beschränken sich zahlreiche Unternehmen auf die Kerndämmung mit dem sog. UF-Ortschaum, der auch als Dämmstoff unter Aminoplastortschaum bekannt ist. Angesichts der in der Unternehmenspraxis häufig angewandten Sanierungsmaßnahme gilt es, diesen Dämmstoff in Verbindung mit der Dämmmaßnahme genauer zu betrachten.

In den Werbeunterlagen dieser Unternehmen wird eine Energieeinsparung von bis zu 30% postuliert. Daraus lässt sich die primäre Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ableiten, die sich auf die Verdeutlichung der tatsächlich eingesparten Energie durch die nachträgliche Wärmedämmung mit Aminoplastortschaum bezieht.

Es wird daher mit der vorliegenden Arbeit anhand des Gasverbrauchs von drei Untersuchungsobjekten, die nachträglich mit Aminoplastortschaum gedämmt wurden, eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung angeführt. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nicht als Maßstab für jedes Gebäude anzusehen, da Gebäude immer individuellen Faktoren wie Konstruktion, Nutzung, Nutzeranzahl, usw. ausgesetzt sind. Zudem ist die Betrachtung auf eine gewisse Dauer beschränkt und unterliegt verschiedenen Einflussgrößen wie z. B. dem Klima. Eine Energieeinsparung kann sich daher erst zu einem späteren Zeitpunkt bemerkbar machen. Demzufolge kann diese Ausarbeitung nicht als Richtwert für die Nutzer dieser Dämmungsmethode sondern nur als Anhaltspunkt dienen.

1.3 Gang der Arbeit

Im zweiten Kapitel erfolgt zunächst eine kurze Vorstellung der vorhandenen drei Bauobjekte, auf die sich diese Ausarbeitung stützt. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Arbeit sind zunächst im dritten Kapitel die bauphysikalischen Grundlagen, die für die Bewertung des Energieverbrauchs von entscheidender Bedeutung sind, näher zu betrachten. Im Bereich des Energieverbrauchs sowie bei Sanierungsmaßnahmen enthält die Energieeinsparverordnung 2007 bestimmte Vorgaben, die es einzuhalten gilt. Die Richtlinien, die u. a. für verschiedene nachträglich durchgeführte Sanierungsmaßnahmen von Gebäudehüllen gelten, werden im vierten Kapitel beschrieben. 

Nachdem das zweite Kapitel eine kurze Vorstellung der Gebäude zeigt, werden die Gebäude im fünften Kapitel genauer analysiert. Es werden die einzelnen Konstruktionsdetails der Gebäudehülle aufgezeigt, da die Konstruktion eines Gebäudes ein wesentlicher Einflussfaktor im Sinne des Energieverbrauches darstellt. Generell besteht die Gebäudehülle aus den Bauteilen Außenwand, Fenster, Dach und Decken.

Das sechste Kapitel beinhaltet verschiedene energieeffiziente Sanierungsmaßnahmen, wobei dezidiert auf die Kerndämmung mit dem Dämmstoff Aminoplastortschaum als Dämmungsmaßnahme von Außenwänden eingegangen wird. Dieses Kapitel enthält zudem eine Vorstellung von anderen gängigen Dämmungsmaßnahmen der Außenwand als Teil der Gebäudehülle mit dem entsprechenden Mauerwerksaufbau. Abschließend werden die einzelnen möglichen Dämmungsarten miteinander verglichen, um jeweils ihrer Anwendung und deren Vor- und Nachteile zu verdeutlichen.

Im siebten Kapitel beginnt die wissenschaftliche Ausarbeitung als solche. Es werden die Energiebilanzen der vorhandenen Gebäude erstellt und analysiert. Dieses Kapitel legt den Grundstein für die wirtschaftliche Betrachtung des achten Kapitels. Bereits aus dem siebten Kapitel lässt sich in Affinität zum achten Kapitel eine Stoßrichtung ableiten, die im Kontext der Ergebnisse der Wirtschaftlichkeit relevant sind.

Im achten Kapitel erfolgt unter der Berücksichtigung von vorhandenen, errechneten Ergebnissen die wirtschaftliche Analyse der im Vorfeld prozentual bestimmten eingesparten Energie.