Ökonomie und Ökologie von Dämmstoffen

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FG Gebäudetechnik, Energiekonzepte und Bauphysik - energiedesign

Ökonomie und Ökologie von Dämmstoffen

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Gliederung

1. Hintergrund 2. Dämmstoffe

3. Sanierungsbeispiel, WDVS 4. Fazit/Literatur

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1. Hintergrund

Warum müssen wir

energieeffi zient bauen?

• Weil der Anstieg der weltweiten Emissi- onen auf die steigende Weltbevölkerung und auf die zunehmende Bautätigkeit zurückzuführen ist.

Zusammenhang Bevölkerung - Energie - Emissionen (Quelle: Hegger, M. Tabelle 1.21)

0 2

1870 1900 1930 2000

CO

²

-Emissionen [Mrd. t/a]

1960 4

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Primärenergie [Mrd. tSKE/a]

Bevölkeung [Mrd.]

1990

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1. Hintergrund

Energieverbrauch der Industrienationen (Quelle: Hegger S. 38)

Gebäude Nutzenergie

40%

Gebäude Graue Energie 10%

Transport 25%

Industrie 25%

Warum müssen wir

energieeffi zient bauen?

• Weil das Bauwesen für die Hälfte des Energieverbrauchs der Inustrienationen verantwortlich ist.

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1. Hintergrund

Wie können wir die Graue Energie reduzieren?

• Wir können den Einsatz der Rohstoffe bei der Erstellung eines Bauwerks bilanzie- ren, erkennen und dann reduzieren.

• Die Graue Energie ist die Energiemenge, die durch Abbau der natürlichen Ressour- cen, Transport ins Werk, Herstellung des Werkstoffs, Transport zur Baustelle, Mon- tage sowie für Instandsetzung, Rückbau und Recycling anfällt.

• Bisher ist jedoch nur die Nutzenergie in der Energieeinsparverordnung (EnEV) gesetzlich geregelt.

Lebenszyklusphasen (Quelle: HTWK Leipzig) Neubauphase (Graue Energie)

Nutzungsphase (Nutzenergie)

Instandsetzungsphase (Graue Energie)

Rückbauphase (Graue Energie) Output:

Emissionen in Luft Emissionen in Wasser Emissionen in Boden

Input:

Stoff aus Naturraum Flächenversiegelung

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1. Hintergrund

1,75

1,50

0,50

0,45 0,45 0,45 0,28

keine Anforderungen keine Anforderungen keine Anforderungen

0,45 0,45 0,45

0,24 0,00

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80

WSchV 1977 WSchV 1982 WSchV 1995 EnEV 2002 EnEV 2004 EnEV 2007 EnEV 2009

geforderter Wärmedurchgangskoeffizient für Außenwände in W/m²*K

Bestandsgebäude

energie weiter reduzieren?

• Ein Baustein bei der Reduzierung der Nutzenergie ist die Reduzierung von Heizenergie durch gedämmte Gebäude- hüllen (Durchschnitt 2/3 aller Nutzener- gieverluste).

• Seit Einführung der ersten Wärme-

977, veranlasst durch schutzverordung 1

973, haben sich die die erste Ölkrise 1

den Wärmedurch- Anforderungen an

n (U-Wert) auf heute gangskoeffi zienten

d auf 1/7 im Bestand 1/6 im Neubau un

Anforderungserhöhung an die Gebäudehülle von 1977 bis 2009 (Quelle: HTWK Leipzig, WSchV 77 - EnEV 09)

Neubauten

Bestandsgebäude

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1. Hintergrund

Wie können wir die Nutz- energie weiter reduzieren?

• Die Sanierungsquote von 1,1 % jährlich muss unbedingt gesteigert werden, um die klimapolitischen Ziele, bis zum Jahr 2050 80 % Primärenergie einzusparen.

Dazu ist die Steigerung der Sanierungs- quote auf mind. 2 % jährlich erforder- lich.

• Der Gebäudebestand bis 1978 beinhal- tet das größte Einsparpotential.

Heizwärmebedarf (Nutzenergie) nach Baualtersklassen, 2007 (Quelle: IWU Darmstadt)

200 kWh/m²a

100 kWh/m²a

1958-68 15%

bis 1918 12%

1949-57 11%

2003-06 4%

1969-78 54,4%

1979-83 7%

1984-94 12%

1995-01 1919-48 13%

10%

Heizwärmebedarf mit Passivhauskomponenten [ca. 35 kWh/m²a]

Heizwärmebedarf mit Komponenten nach EnEV 2009 [ca. 60 kWh/m²a]

Heizwärmebedarf der Bestandsgebäude [Einsparpotenzial]

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1. Hintergrund

Worauf müssen sich Unternehmen in den nächsten Jahren einstellen?

• Auf eine veränderte Nachfrage, da die Anzahl der Neubauten weiter sinkt und die Sanierungsleistungen steigen.

• Derzeit werden ca. 80 % der Wohnungs- bauleistungen in Bestandsimmobilien und nur noch 20 % in den Neubau von Gebäuden investiert.

Vergleich zwischen bestehenden u. fertiggestellten Wohnungen in Deutschland (Quelle: Statistische Bundesamt)

34.700.242 35.266.623 35.789.160 36.330.848 36.796.607 37.240.290 37.629.526 37.921.153 38.157.911 38.369.965 38.586.543 38.772.437 38.971.262 39.132.223 39.267.887 39.390.468

514.601 539.936 498.844 515.566 443.748 416.547 377.325 292.328 259.875 240.938 252.163 217.124 224.575 188.856 155.820 140.166

0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000

0 5.000.000 10.000.000 15.000.000 20.000.000 25.000.000 30.000.000 35.000.000 40.000.000 45.000.000

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Anzahl der Neubauten Anzahl der

Bestandswohnungen

Bestand an Wohnungen in Wohn- und Nichtwohngebäuden Neubau von Wohnungen in 8ohn- und Nichtwohngebäuden

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2. Dämmstoffe

Welcher Marktanteil kommt den unterschiedlichen

Dämmstoffen zu?

• Mineralwolle (MW) kommt mit einem Markanteil von ca. 55 % der größte Marktanteil zu. Dicht gefolgt wird die Mineralwolle vom Polystyrolschaum (EPS) mit ca. 30 % Marktanteil.

Marktanteile unterschiedlicher Dämmstoffe 2005 (Quelle: HTWK Leipzig, Daten: GDI-Gesamtverband)

MW EPS 55%

30%

XPS 6%

PUR 5%

Sonst.

4%

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2. Dämmstoffe

Welche ökologische Per- formance haben die unter- schiedlichen Dämmstoffe?

• In diesem direkten Vergleich stellt sich der nachwachsende Dämmstoff Hanf aber auch die Mineralwolle als nicht energieintensiv dar.

• Die Angaben entsprechen den reinen Dämmstoffen ohne zusätzliche Kompo- neneten im PH-Standard (0,15 W/m²K).

Lebenszyklus unterschiedlicher Dämmstoffe (U = 0,15 W/m²K, nur Graue Energie) (Quelle: HTWK Leipzig, BMVBS)

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1.000,00 1.200,00 1.400,00

0 10 20 30 40 50

Primärenergie [MJ/m²]

Jahre [a]

XPS PUR EPS MW Hanf

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2. Dämmstoffe

Wie groß sind die Einspa- rungen, die mit EPS reali- siert werden können?

• Berteits in den ersten fünf Zentimetern können Einsparungen von bis zu 90 % erreicht werden.

Abhänigkeit des U-Wertes von der Dämmschichtdicke (Quelle: HTWK Leipzig, Energiepreise BMWi 2010) 0

1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wet) in W/m²K

Dämmstoffdicke in cm

2 EPS 6 VIP 92 Holz 98 Stahlbeton

0,00 €

5,00 €

10,00 €

15,00 €

20,00 €

25,00 € Einsparung in Abhänigkeit zum U-Wert in € Energieträger ErdgasEinsparung in Abhänigkeit zum U-Wert in €/m²a Energieträger Erdgas

0

50

100

150

200

250

300

350

Einsparung in Abhänigkeit zum U-Wert in kWh/m²a 400

 = 2,5 W/mK

 = 0,2 W/mK

 = 0,035 W/mK



= 0,007 W/mK= = === K 0,15 W/m²KWW

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Wie können unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen aus- sehen?

Sanierungsstandard (Quelle: HTWK Leipzig)

Altbau (U = 1,73 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 40,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

Gesamt

WSchV 1995 (U = 0,50 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 0,5 cm 5,0 cm 0,5 cm 46,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

Mineralischer Kleber EPS geklebt

Glasfaser Gittergewebe, Unter- putz und Dispersionsputz Gesamt

Innen Außen

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Wie können unterschiedli- che Sanierungsmaßnahmen aussehen?

EnEV 2009 (U = 0,24 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 0,5 cm 12,0 cm 0,5 cm 55,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

Passivhaus (U = 0,15 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 0,5 cm 22,0 cm 0,5 cm 63,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Wie können unterschiedli- che Sanierungsmaßnahmen aussehen?

Passivhaus verbessert (U = 0,11 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 0,5 cm 30,0 cm 0,5 cm 71,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

Passivhaus verbessert (U = 0,075 W/m²K) 1,5 cm

36,5 cm 2,0 cm 0,5 cm 45,0 cm 0,5 cm 86,0 cm

Putz

Mauerwerk Putz

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Welchen energetischen Auf- wand haben diese Varianten?

• Hier sollten wir vier grundsätzliche Standards gegenüberstellen (Altbau, WSchV95, EnEV09 und Passivhaus).

• Spezifi sche Eigenschaften der Gebäu- dehülle und des Heizsystems je nach Dämmstandard

Heizenergie (anteilig an den Energiege- winnen):

• Altbau: 76,5 %

• WSCHV95: 64 %

• EnEV09: 59 %

• PH: 19 % Heizsystem:

• Altbau und WSCHV95: NT-Kessel

• EnEV09: BW-Kessel

• PH: WP Luft/Luft Fazit:

• Die spezifi schen Heizkonzepte unter- scheiden sich deutlich.

• Erkennbar ist der vergrößerte Einfl uss der Grauen Energie in hochgedämmten Gebäuden.

Dämmvarianten (Quelle: HTWK Leipzig, BMVBS)

0,00 1.000,00 2.000,00 3.000,00 4.000,00 5.000,00 6.000,00

0 10 20 30 40 50

Jahre [a]

Altbau WDVS WSchV95-Standard

WDVS EnEV09-Standard WDVS PH-Standard

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Welche WDVS-Dämmstoff- dicke ist ökologisch?

• Vergleichbare Eigenschaften der Ge- bäudehülle und des Heizsystems am Beispiel Passivhaus (ohne Graue Energie der Anlagentechnik)

• WDVS 0,24 W/m²K: 27 % (Beispielge.)

• WDVS 0,075 W/m²K: 15 % (Beispielge.) Heizsystem:

• einheitlich: WP Luft/Luft (e_P = 1,13, DIN 4107-10, S. 175)

Fazit:

• Eine weitere Erhöhung der Dämm- schichtstärke über den Passivhausstan- dard hinaus führt zu einer unökologi- schen Bauweise.

• Der Passivhausstandard stellt damit für dieses Beispiel das ökologische Opti- mum dar.

Variantenvergleich (Quelle: HTWK Leipzig, Daten: BMVBS)

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1.000,00 1.200,00 1.400,00 1.600,00 1.800,00

0 10 20 30 40 50

Jahre [a]

WDVS 0,24 W/m²K WDVS 0,20 W/m²K WDVS 0,15 W/m²K WDVS 0,11 W/m²K WDVS 0,075 W/m²K

Ökologisches Optimum nach 50 Jahren

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Welche WDVS-Dämmstoff- dicke ist ökologisch?

• Die ökologisch sinnvolle Dämmstoffdi- cke wird im Beispiel beim Passivhaus- standard erreicht.

• Die weitere Verdickung bringt keine Ver- besserung. Zudem verschlechtern sich die Aspekte Tageslichtquotient, Ausblick und versiegelte sowie vermarktbare Fläche.

• Entscheidend für die Berechnung ist da- bei der Standort (hier Deutschland), die beispielhafte Gebäudehülle, die Variab- len des Heizsystems (hier WP Luft/Luft) und die Graue Energie des Dämmstoffes (hier EPS).

• Werden diese Variablen verändert, so kann sich das energetische Optimum hin zu anderen Dämmstoffdicken verschie- ben.

Lebenszyklus einer 1 m² großen WDVS-Fassadenfl äche (Quelle: HTWK Leipzig, BMVBS) 1500 MJ/m²

1000 MJ/m²

500 MJ/m²

0,24 W/m²K (EnEV 2009-Standard-Sanierung) 0,15 W/m²K (Passivhaus-Standard) 0,075 W/m²K^Gr^{aue En}

ergie Graue Energie Graue Energie

Nutzenergie

Expandierter Polystyrolschaum (EPS) _λ= 0,035 W/mK im WDVS-System Lebenszyklusbetrachtung über 50 Jahre

0,20 W/m²K Graue Energie

17 cm

Nutzenergie Nutzenergie Nutzenergie

45 cm 22 cm

12 cm

Nutzenergie 0,11 W/m²K Graue Energie

30 cm

tz

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3. Sanierungsbeispiel WDVS

Welche WDVS-Dämmstoff- dicke ist ökonomisch?

• Vergleichbare Eigenschaften der Gebäu- dehülle und des Heizsystems am Bei- spiel Passivhaus (ohne Kosten für die Anlagentechnik)

Kalkulationszins:

• 2,5 % Infl ationsausgleich

• ohne Rendite

• wie bei Ökologie Heizsystem:

• wie bei Ökologie Fazit:

• Der Dämmstandard mit einem U-Wert von 0,24 (EnEV09-Standard-Sanierung) stellt das wirtschaftliche Optimum in diesem Passivhausbeispiel dar.

• Jedoch führt dieser Standard im Passiv- haus zur Überschreitung der zulässigen Heizlast von 10 W/m²h. Es muss die Luft/Luft-WP und der Luftwechsel grö- ßer dimensioniert werden.

Variantenvergleich (Quelle: HTWK Leipzig, Daten: BMVBS)

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00

0 10 20 30 40 50

Kosten [€/m²]

Jahre [a]

WDVS 0,24 W/m²K WDVS 0,20 W/m²K WDVS 0,15 W/m²K WDVS 0,11 W/m²K WDVS 0,075 W/m²K

Wirtschaftliches Optimum nach 50 Jahren

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4. Fazit/Literatur

Literatur

• Institut Wohnen und Umwelt GmbH (2007). Querschnittsbericht Energieeffi zi- enz im Wohngebäudebestand, Techniken, Potenziale, Kosten und Wirtschaftlichkeit.

Darmstadt: Institut Wohnen und Umwelt GmbH.

• Statistisches Bundesamt (2010). Fort- schreibung des Wohngebäude- und Woh- nungsbestandes, Lange Reihe 1969 - 2009.

Wiesbaden: Statistisches Bundesamt.

• Statistisches Bundesamt (2010). Bauge- nehmigungen und Baufertigstellungen, Lange Reihe 1969 - 2009. Wiesbaden:

Statistisches Bundesamt.

• Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2010). Energiekonzept der Bundesregierung. Berlin: BMWi.

• GDI-Gesamtverband der Dämmstoffi ndust- rie (2005). Berlin: GDI.

• Deutschland. Bundesministerium für Ver- kehr, Bau und Stadtentwicklung. (2011).

Ersten deutsche Baustoffdatenbank für die bestimmung globaler ökologischer Wirkun- gen - ökobau.dat. Berlin: BMVBS.

• Hegger, M. (2008). Energie-Atlas: Nachhal- tige Architektur (1. Aufl ed.). Basel u.a.:

Birkhäuser u.a.

Fazit

• Sachbilanzen zur Ökonomie und Ökologie müssen für den jewaili- gen Anwendungsfall erstellt werden.

• Generell kann man sagen, dass sich sinnvolle EPS-Dämmstoff- dicken je nach Heizkonzept und Gebäudeplanung zwischen dem aktuellen EnEV09-Standard (0,24 W/m²K-Sanierung) und dem Passivhausstandard (0,15 W/m²K) bewegen.

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Dipl.-Ing. (FH) Alexander Kahnt Fon: +49 (0) 341/3076 6550 kahnt@fb.htwk-leipzig.de www.energiedesign.htwk-leipzig.de