Haus im Moos - Messungen

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Kurzzusammenfassung/Abstract

In der Gemeinde Karlshuld-Kleinhohenried wurde das Zentrum "Natur und Kultur Donaumoos" errichtet, welches auch die Anfang 1998 fertiggestellte Umweltbildungsstätte "Haus im Moos" umfasst. Bei dem zweigeschossigen Winkelbau wurde besonderer Wert auf die Baubiologie und den Einsatz von Techniken zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen gelegt.

Südansicht der Umweltbildungsstätte "Haus im Moos"

Im Rahmen einer messtechnischen Untersuchung war neben der Analyse des Gesamtsystems das Verhalten eines neuartigen Beheizungssystems (Temperierungssystem) in Kombination zweier unterschiedlicher Wandaufbauten (Ziegel bzw. Porenbeton) zu bewerten.

Zusätzlich wurden von der FfE Schautafeln konzipiert, die dem Besucher die installierte Technik allgemeinverständlich nahe bringen sollen.

Allgemeiner Kontext und Zielsetzung

Folgende Techniken kommen in der Umweltbildungsstätte zum Einsatz:

  • zwei in die Dachfläche integrierte Photovoltaik-Anlagen mit Modulen aus mono-kristallinem bzw. amorphem Silizium (mit einer Peakleistung von je 1 kW)
  • eine Solarkollektoranlage mit einer Kollektorfläche von 50 m² zur Brauchwarmwassererwärmung und Raumheizungsunterstützung
  • ein Heizkessel mit Hackschnitzelfeuerung zur Erzeugung von Heizwärme und Brauchwarmwasser
  • eine Regenwassernutzungsanlage
  • ein sogenanntes "Temperierungssystem" als Heizsystem anstelle herkömmlicher Radiatoren oder Flächenheizungen.

Eine Besonderheit stellt das verwendete Heizungssystem, die sog. "Temperierung" dar, welches bisher hauptsächlich im Denkmalschutz verwendet wurde. Der Wärmeeintrag ins Gebäude erfolgt hierbei durch warmwasserführende Kupferrohre in Wänden und Fußboden. Außenwände und Bodenplatte sind ohne Wärmedämmung als massives Mauerwerk ausgeführt, so dass sich die passiven Solargewinne gegenüber einem herkömmlichen Wandaufbau erhöhen sollen. Durch die direkte Beheizung der Wände soll die Wandfeuchte im Vergleich zu konventionell beheizten Gebäuden reduziert und dadurch die Wärmeleitfähigkeit verringert werden. Eine erhöhte Wandtemperatur ermöglicht bei gleichem Behaglichkeitsempfinden eine geringere Raumlufttemperatur, wodurch sich Lüftungsverluste reduzieren lassen. Man erhofft sich damit neben einem angenehmen Raumklima den Wärmebedarf von gut gedämmten und konventionell beheizten Gebäuden (WSV 95) zu unterschreiten.

Ziel der im Folgenden dargestellten Arbeiten ist es, die in der Umweltbildungsstätte eingesetzten Techniken zur rationellen Energieanwendung energetisch zu bilanzieren, ihr Betriebsverhalten zu untersuchen und die Reaktionen zweier unterschiedlicher Baumaterialien auf ein neuartiges Beheizungssystems zu analysieren.

Vorgehensweise, Konzeption, Projektabwicklung, Messverfahren

Neben dem Betriebsverhalten des Heizsystems in Kombination mit weiteren regenerativen Energiesystemen wurde die Wirkungsweise der Wandheizung an zwei unterschiedlichen Wandaufbauten (Eine Wand ist in schwerem Ziegel ausgeführt - die andere mit Porenbetonsteinen) untersucht.

Hierzu wurde auf der Westseite an zwei Fassadenquerschnitten das Temperaturprofil im Wandquerschnitt messtechnisch erfasst. Die gewonnen Messwerte (15-Minutenmittelwert) umfassen neben Vor- und Rücklauftemperatur der Temperierungsrohre und der Außen- und Innenlufttemperatur, je sechs Sensoren im Wandquerschnitt in drei unterschiedlichen Höhen. Zusätzlich wurden von der Außenfassade Thermographieaufnahmen erstellt um qualitative Aussagen bezüglich der Wärmeverluste treffen zu können.

Ergebnisse

Der bei den Messungen ermittelte Wärmebedarf des Gebäudes liegt im Gegensatz zu den Erwartungen um ca. 18 % über der Wärmeschutzverordnung von 1995. Damit steht fest, dass das System alleine keine Alternative zur herkömmlichen Dämmung darstellt.

Im folgenden sind die wesentlichsten Schwachpunkte aufgeführt:

  • Durch die Beheizung der Wand reduziert sich deren Feuchtegrad, wodurch die Wärmeleitfähigkeit abgesenkt wird. Selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit der trockenen ungedämmten Wand die von üblichen "feuchten" Wandaufbauten (poröses hochdämmendes Material ohne bzw. mit zusätzlicher Wärmedämmung) erreicht, liegen die gesamten Wärmeverluste des Wandaufbaus dennoch höher. 
    Dies liegt daran, dass bei einer unbeheizten Wand (Heizung durch Radiatoren oder Fußbodenheizung) die Temperatur der Wandinnenfläche im Winter immer unterhalb der Raumtemperatur liegt - üblicherweise deutlich unter 25 °C.
    Bei der temperierten Wand befindet sich das Temperaturmaximum (das der Vorlaufrohre) aber im Inneren der Wand und liegt zudem auf einem wesentlich höheren Niveau (rund 32 °C), als bei konventioneller Beheizung. Es entsteht also ein größeres Temperaturgefälle nach außen hin und somit ergeben sich zwangsläufig höhere Wärmeverluste.
  • Da der Fußboden nicht gedämmt ist und mit keiner Feuchtigkeitssperre versehen wurde, muss dieser auch im Sommer beheizt werden. Eine Trockenhaltung des Fußbodens mit rein thermischen Maßnahmen ist im Vergleich zu mechanischen Maßnahmen, wie z.B. Feuchtesperren nicht nachvollziehbar.
  • Durch die fehlende Wärmedämmung kann Sonnenenergie zwar gut in die Wand eingespeichert werden, im Winter aber ist die Sonnenscheindauer und die Intensität der Einstrahlung zu gering, um hierdurch einen nennenswerten Wärmeeintrag bis in den Innenraum zu ermöglichen. Durch die fehlende Wärmedämmung wird zudem neben der in der Raumluft enthaltenen Wärme auch die eingespeicherte Energie ungehindert (gebremst nur durch die Trägheit des Mauerwerks) an die Außenluft abgegeben. Zu Zeiten hoher Einstrahlung und hoher Außentemperaturen (im Sommer) wird zwar wesentlich mehr Wärme in die Wand eingespeichert, die auch in das Gebäudeinnere fließen könnte, aber im Sommer sind derartige Wärmegewinne eher unerwünscht, da sie zu unnötig hohen Innentemperaturen führen. Im ungünstigsten Fall verursachen sie sogar zusätzlich Kältelasten. Sind große solare Gewinne über Außenwände gewünscht, so ist eine transparente Wärmedämmung (TWD) mit Verschattungsmöglichkeit die bessere Wahl.
  • In welchem Maße die erwärmte Schicht auf der Außenseite der Wand zu einer Verringerung von Wärmeströmen führt, kann im Rahmen dieser Untersuchungen nicht bestimmt werden. Zu bedenken sind in diesem Zusammenhang folgende allgemeine Punkte. Erstens wird bei einem Gebäude lediglich die Südwand intensiv beschienen. Die Nordwand dagegen wird niemals direkt und die Ost- und Westwand wird gerade in der kalten Jahreszeit in einem nur sehr kurzen Zeitraum beschienen. Zweitens bedingt die europäische und speziell die deutsche Siedlungsstruktur eine sehr dichte Bauweise, was gerade auf West- bzw. Ostwänden zu Verschattungen führen kann (Niedriger Sonnenstand). Eine so großzügige Bauweise wie bei der Umweltbildungsstätte, bei der sich selbst Bepflanzungen in einem so großen Abstand befinden, dass sie die Einstrahlung unbehindert lassen, ist sicherlich unüblich für den konventionellen Wohnungsbau.

Das Temperierungssystem hat sich demnach in dieser Form aus energietechnischer Sichtweise nicht bewährt. Unberührt davon bleibt der Einsatz der Temperierung für den Denkmalschutz oder zur Feuchtesanierung, da hierbei andere Ziele verfolgt werden, bei denen die Energiebilanz eine untergeordnete Rolle spielt.

Als alleinige Maßnahme erscheint die Temperierung für die Beheizung und Trockenhaltung von Wohn- oder auch Ausstellungsgebäuden wie z.B. der Umweltbildungsstätte als nicht geeignet. Wenn eine Wandheizung aus Behaglichkeitsgründen gewünscht wird, so sollten unbedingt die Heizrohre zur Außenwandseite hin gedämmt werden, um die Wärmeflüsse zur üblicherweise kälteren Wandaußenseite zu verringern. Dies kann durch wärmedämmende Wandmaterialien bzw. durch eine Außendämmung realisiert werden. Ebenso sollten weitere Systeme zur passiven Solarenergienutzung, sowie konventionelle Feuchtesperren zum Einsatz kommen.

Der Vorteil der Beheizung von Räumen über direkte Strahlungswärme aus Behaglichkeitsgründen ist unbestritten. Dennoch darf aus energetischer Sicht auf zusätzliche Maßnahmen des Wärmeschutzes nicht verzichtet werden.

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