Projekt "Effizienzhaus Plus"

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. 1. Kurzbeschreibung
      2. 2. Gebäudedaten
      3. 3. Anlagentechnik
      4. 4. Monitoringkonzept
      5. 5. Monitoringergebnisse des ersten Bilanzierungsjahres (Oktober 2013 - September 2014
      6. 6. Kosten
      7. Weiterführende Links

Effizienzhaus Plus Standard: Monitoring des Effizienzhaus Plus in Weifa (Oberlausitz) innerhalb der Forschungsinitiative ZukunftBau

Bearbeiter und Ansprechpartner:	Dr. rer. nat. Christoph Schünemann
Auftraggeber:	Bauherr Familie Wagner über die BMVI-Förderung des Netzwerks "Effizienzhaus Plus Standard"
Laufzeit des Monitoring:	10/13 - 09/2015

1. Kurzbeschreibung

Im Jahr 2012 legte das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung ein Förderprogramm für Modellhäuser auf, die den sogenannten „Effizienzhaus Plus Standard“ erfüllen. Um diesen Standard zu erreichen, muss das Gebäude in der Jahresbilanz einen negativen Primär- und Endenergiebedarf aufweisen. Anders ausgedrückt wird durch die Einbindung erneuerbarer Energien vor Ort mehr End- und Primärenergie produziert als das Gebäude für Raumheizung/Kühlung, Trinkwassererwärmung und Haushaltsstrom insgesamt verbraucht.
Die geförderten Modellprojekte werden im Rahmen eines wissenschaftlichen Begleitprogramms tiefgehend auf ihre Funktionsweise analysiert. Mit den Ergebnissen soll das Energiemanagement von modernen Gebäuden verbessert und die notwendigen Komponenten für die energieeffiziente Gebäudehülle und die Nutzung erneuerbarer Energien fortentwickelt werden. Gesammelt und zur Veröffentlichung aufbereitet werden die Monitoringdaten vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik .
Innerhalb dieses Modellvorhabens sind wir von der Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung für das Monitoring des Effizienzhaus Plus in Weifa (Oberlausitz, Sachsen) verantwortlich. Familie Wagner bezog im September 2013 ihr zum Großteil selbst errichtetes Effizienzhaus Plus, sodass im Oktober 2013 mit dem zweijährigen Monitoring begonnen werden konnte. Die Monitoringergebnisse des Einfamilienhauses sind auf der Seite des Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI)  und auf der vorliegenden Seite weiter unten veröffentlicht.

2. Gebäudedaten

Das zweigeschossige Passivhaus wurde 2011 bis 2013 in dem kleinen Ort Weifa in der Oberlausitz (Sachsen) auf circa 450 m Höhe über N.N. errichtet. Aufgebaut ist es aus einem in massiver Bauweise erstellten Haupthaus mit gedämmten Nebengebäude und einem in Leichtbauweise errichteten Schuppen. Das Haupthaus wurde als Passivhaus geplant und wird mittels der gewonnenen Energie aus der Photovoltaikanlage zum Effizienzhaus Plus (EHP). Die gesamten nach Norden und Süden geneigten Dachflächen und die Fassadenfläche des Schuppens (Süd) sind mit Photovoltaik-Elementen belegt. Durch einen Solarstromspeicher in Kombination mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) wird ganzjährig nahezu der gesamte Strombedarf des Hauses inklusiver der gebäudetechnischen Anlagen durch die PV-Anlage gedeckt.

• Zweigeschossiges Einfamilien-Massivhaus errichtet im Jahr 2012/2013 als Passivhaus mit hochwertig gedämmten Nebengebäude und abgeschleppten Schuppen (detaillierter Gebäudeplan hier )
• U-Werte der Bauteile: Außenwandaufbau 0,10 W/(m²K); Dach 0,08 W/(m²K); Bodenplatte 0,08 W/(m²K); Fenster 0,78 W/(m²K)
• Gebäude besteht aus Wohnhaus, Nebengebäude und angebauten Schuppen
• Nettogrundfläche Gesamtgebäude 365 m²; Nettogrundfläche Wohngebäude: 251 m²; Wohnfläche 195 m²
• Große Fensterflächen mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung in Süd- und Ostrichtung
• Indach-Photovoltaikanlage als Dachhaut

3. Anlagentechnik

In der Abbildung 2 ist die Anlagentechnik des Effizienzhaus Plus in Weifa dargestellt. Die 30 kWp Photvoltaikanlage ist sehr groß dimensioniert. Aus dem ersten Jahr Monitoring ergab sich, dass zur Erfüllung des Effizienzhaus Plus Standards für dieses großzügige Einfamilienhaus eine 8 kWp PV-Anlage auf dem Süddach ausgereicht hätte. Eine direktelektrische Beheizung des Gebäudes ist vertretbar, da der Heizwärmebedarf des Passivhauses nur bei circa 11 kWh/(m²a), also insgesamt bei circa 2000 kWh pro Jahr liegt.

4. Monitoringkonzept

Das Monitoringkonzept ist in Abbildung 3 schematisch dargestellt. Alle Sensoren liefern im 5 minütigen Abstand Messwerte an die speicherprogrammierbare WAGO Steuerung. Da das Gebäude bis auf den Kamin ein ausschließlich mit Strom versorgtes Gebäude ist, werden vorwiegend Stromzähler benötigt um die Energiebilanz des Hauses zu erfassen. Der Holzverbrauch des Kaminofens kann nur abgeschätzt werden indem das zu verfeuernde Kaminholz jeweils vor der Verbrennung gewogen, protokolliert und dem Heizwert des Holzes multipliziert wird. Zur Kontrolle der korrekten Erfassung ist im Abgasrohr ein Temperatursensor angebracht. Neben den verbauten Stromzählern zur Erfassung des detaillierten Stromverbrauches aus dem Netz, aus der PV-Anlage und deren Einspeisung sind eine große Zahl an Temperatursensoren installiert worden um Raumtemperaturen, die Außentemperaturen und die Temperaturen innerhalb der Lüftungskanäle zu erfassen.

5. Monitoringergebnisse des ersten Bilanzierungsjahres (Oktober 2013 - September 2014

Hier fassen wir Ihnen kurz die wesentlichen Resultate des ersten Monitoringjahres von Oktober 2013 - September 2014 zusammen. Damit das Einfamilienhaus in Weifa den Effizienzhaus-Plus Standard nachweisen kann, muss der kumulierte Endenergieverbrauch für Strom (Heizung, Trinkwarmwasser, Haushaltsstrom) und Holz (Kamin) innerhalb des Bilanzzeitraumes von einem Jahr geringer sein als die kumulierte PV-Stromerzeugung. Gleiches gilt auch für die primärenergetische Bilanzierung. In der folgenden Abbildung wird gezeigt, dass die end- und primärenergetischen Anforderungen mehr als erfüllt sind.

Aus dieser Darstellung wird offensichtlich, dass die groß dimensionierte 30 kWp PV-Anlage auch wesentlich kleiner gestaltet werden kann, wenn es nur darum geht den Effizienzhaus Plus Standard zu erreichen. Eine 8 kWp PV-Anlage auf dem Süddach würde folglich völlig ausreichen.

In der nächsten Abbildung ist der monatliche Endenergieverbrauch des Gebäudes aufgegliedert in Haushaltsstromverbrauch (ohne monitoringspezifischen Verbrauch), Stromverbrauch für Heizung (Elektroheizmatten und Defroster), Stromverbrauch für die Trinkwarmwasserbereitstellung (Wärmepumpe) und Endenergieverbrauch für die Kaminbefeuerung mit Scheitholz aufgelistet:

Interessant ist auch der Vergleich zwischen erwarteten, berechneten Ertrag und gemessenen Ertrag aus der Photovoltaikanlage. Für den Bilanzierungszeitraum war die Einstrahlung sehr durchschnittlich, trotzdem wurden statt erwartete 23.450 kWh/a mit 26.310 kWh/a deutlich höhere Erträge erzielt. In der folgenden Abbildung ist der errechnete und real gemessene Stromertrag aus der 30 kWp großen PV-Anlage monatsweise gegenübergestellt:

Über einen Solarstromspeichersystem, bestehend aus Wechselrichter, Batteriemanagement und Bleikkumulatoren wird im Sommer nahezu sämtlicher Strombedarf des Hauses gedeckt. Allerdings wird in diesen Monaten auch ein großer Teil (circa 90%) des PV-Stromes in das Netz gespeist. Die monatlichen Autarkie- und Eigenverbrauchsquoten sind in der folgenden Abbildung dargestellt (der Solarstromspeicher war von November 2013 bis Februar 2014 aus technischen Gründen außer Betrieb, was zu geringeren Eigenverbrauchs- und Autarkiequoten führt):

Abschließend soll noch auf den Wohncomfort des Gebäudes eingegangen werden. Sowohl das Problem der Überhitzung im Sommer als auch das Problem der trockenen Luft im Winter in Verbindung mit der Lüftungsanlage wurde nicht beobachtet wie in den unteren Diagrammen ersichtlich. Der Wohncomfort war das ganze Jahr über sehr hoch und die Bewohner sehr zufrieden mit dem Wohnklima.

6. Kosten

• Bauwerk und -konstruktion (KG 300): 304.000 € (1.560 € pro m² Wohnfläche bzw. 832 € pro m² Nettogrundfläche (inklusive gedämmtem Nebengebäude))
• Technische Anlagen (KG 400): 120.000 € (615 € pro m² Wohnfläche bzw. 329 € pro m² Nettogrundfläche (inklusive gedämmtem Nebengebäude))

Weiterführende Links

• Details zum Effizienzhaus Plus in Weifa vom BMVI 
• Beitrag über das Effizienzhaus Plus in Weifa , Dezember 2013
• „Eigenheim in Weifa setzt Maßstäbe “ (ENSO-Beitrag über das Effizienzhaus Plus in Weifa), März 2014

Zur Projektübersicht