Benutzer-Werkzeuge

Webseiten-Werkzeuge


betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messergebnisse_zum_energieverbrauch

Messergebnisse zum Passivhaus-Standard

Der Heizwärmebedarf eines Gebäudes wird rechnerisch ermittelt - der tatsächliche Verbrauch hängt von vielen zusätzlichen Einflüssen, wie z.B. dem Nutzerverhalten und dem Wetter ab. Für Passivhäuser liegen langjährige Erfahrungen und statistisch gesicherte Messergebnisse von tatsächlichen Verbrauchswerten vor. Mit diesen Ergebnissen kann die Zuverlässigkeit des Passivhaus-Konzeptes beurteilt werden.

Auch bei baugleichen Häusern gibt es bei allen Baustandards deutliche Verbrauchsunterschiede durch das Nutzerverhalten. Daher muss der Verbrauch immer für eine ausreichende Anzahl von baugleichen Häusern gemessen werden, damit sich die nutzungsbedingten Einflüsse herausmitteln und ein Vergleich der Gebäudequalität möglich wird. Abb.1 zeigt eine Übersicht von Messwerten aus 41 Niedrigenergie- und insgesamt 106 Passivhäusern in Deutschland. Aus diesen Messergebnissen lässt sich eine Reihe von Erkenntnissen gewinnen.

Abb. 1: Übersicht von Verbrauchsmessungen. In diesem Diagramm sind Heizwärme-Verbrauchsmessungen aus vier Siedlungen zusammengestellt - einer Niedrigenergie-Siedlung (links) und drei Passivhaus-Siedlungen.


Niedrigenergie-Siedlung

neh_niedernhausen.jpg Zum Vergleich wird die Niedrigenergie-Siedlung in Niedernhausen mit 41 Reihenhäusern herangezogen. Die Einzelwerte der Wärmezählerablesungen für das Jahr 1994 sind in Abb. 2 dargestellt (Messung: [Loga 1997]). Deren Mittelwert beträgt 65,6 kWh/(m²a). Bezugswert für den Verbrauch ist hier und im Folgenden immer die Wohnfläche, wie in der Heizkostenabrechnung üblich.


Abb. 2: Verbrauchsstatistik bei einer Niedrigenergie-Siedlung. Die Siedlung mit 41 Niedrigenergiehäusern in Niedernhausen wurde 1992 bezogen. Der mittlere Verbrauch von 65,6 kWh/(m²a) stimmt mit dem berechneten Bedarf von 68 kWh/(m²a) [PHPP] im Rahmen der erreichbaren Genauigkeit überein. Die eingefügte Kurve ist die zugehörige Normalverteilung. Die Verbrauchsmessungen wurden von T. Loga und M. Großklos durchgeführt. [Loga 1997] .


Dieser Mittelwert ist deutlich geringer als der durchschnittliche Heizwärmeverbrauch im Wohnungsbestand in Deutschland. Verwenden wir als derzeitigen (2013) Vergleichswert für Deutschland einen Wert von 112 kWh/(m²a) für Heizwärme, der dem durchschnittlichen Wärmeverbrauch bei verbrauchsabgerechneten Mehrfamilienhäusern [techem 2014] entspricht, so liegt der Verbrauch in der Niedrigenergie-Siedlung von 1997 um mindestens 41,5% unter dem heutigen Durchschnittsverbrauch. Übrigens: Der Baustandard dieser Siedlung, obwohl schon 1991 gebaut, ist immer noch etwas besser als das Anforderungsniveau der heute gültigen Energieeinsparverordnung (EnEV).

Abb. 2 zeigt auch, dass die Einzelwerte nutzungsbedingt um den Mittelwert herum streuen. Der Einfluss der Nutzer auf den Verbrauch ist sogar ziemlich hoch. Das ist aber nicht nur bei energiesparenden Häusern so, sondern auch bei schlecht gedämmten Gebäuden. Die Standardabweichung (ein Maß für die mittlere Abweichung der Einzelwerte zum Mittelwert) beträgt für diese Siedlung 13,6 kWh/(m²a) bzw. 21% des mittleren Verbrauchswertes.

Bildet man den Mittelwert, so mitteln sich die Abweichungen durch die unterschiedlichen Nutzer weitgehend heraus - umso besser, je größer die Zahl der baugleichen Einheiten ist. Der mittlere Verbrauchswert ist bei dieser Siedlung statistisch auf ±2 kWh/(m²a) genau bestimmt. Es ist daher statistisch gesichert, dass der Niedrigenergiestandard zu einer bedeutenden Energieeinsparung (41,5% ± 1,8%) gegenüber dem derzeitigen Bestand führt.

Passivhaus-Siedlung Wiesbaden-Dotzheim

passivhaus_siedlung_wi.jpgEs handelt sich um die erste deutsche Passivhaus-Siedlung (Baujahr 1997, Bauträger Rasch&Partner) mit 22 Häusern. In Abb. 3 sind die Wärmezählermesswerte der Heizperiode 1998/99 dokumentiert. Der Mittelwert ergibt 13,4 kWh/(m²a). Damit liegt der Verbrauch in der Passivhaus-Siedlung um 80% unter dem der Niedrigenergie-Siedlung Niedernhausen.



Abb.3: Verbrauchsstatistik für die Passivhaus-Siedlung Wiesbaden. Die Siedlung mit 22 Passivhäusern wurde 1997 gebaut. Der mittlere Verbrauch von 13,4 kWh/(m²a) stimmt mit dem vorab berechneten Bedarf von 13 kWh/(m²a) [PHPP] sehr gut überein. (Messung Wiesbaden-Dotzheim: [Ebel 2003] ; [Feist/Loga/Großklos 2000] ).


Die Standardabweichung der Einzelwerte beträgt bei der Siedlung in Wiesbaden 5,3 kWh/(m²a). Sie ist absolut geringer als in der Niedrigenergie-Siedlung, jedoch ist das Nutzerverhalten relativ zum sehr viel geringeren mittleren Verbrauchswert auffälliger. Der Mittelwert ist statistisch auf ±1,1 kWh/(m²a) genau bestimmt. Die Energieeinsparung durch den Passivhaus-Standard ist daher statistisch gesichert: Sie beträgt

(80% ±2%) Einsparung gegenüber Niedrigenergiestandard, und mindestens
(88% ±1%) Einsparung gegenüber Durchschnittsverbrauch (2013) in Deutschland.

Passivhaus-Siedlung Hannover-Kronsberg

suedansicht_passivhaus_kronsberg.jpgDie Passivhaus-Siedlung Hannover-Kronsberg besteht aus 32 im Wesentlichen baugleichen Passiv-Reihenhäusern in Mischbauweise. Die Siedlung wurde 1998/99 errichtet; alle Einzelhäuser wurden einzeln projektiert. Es handelt sich um ein Teilprojekt des gesamteuropäischen CEPHEUS-Projektes. In Abb. 4 sind die Wärmezählermesswerte der Heizperiode 2001/2002 dokumentiert. Der Mittelwert ergibt sich zu 12,8 kWh/(m²a). Damit liegt der Verbrauch in dieser Passivhaus-Siedlung um 81% unter dem der Niedrigenergie-Siedlung ([Peper/Feist 2002] ).

Abb. 4: Verbrauchsstatistik für die Passivhaus-Siedlung Hannover-Kronsberg. Die Siedlung mit 32 Passivhäusern wurde 1999 bezogen. Der mittlere Verbrauch im dritten Betriebsjahr (2001/2002) lag bei 12,8 kWh/(m²a). Der berechnete Bedarf nach [PHPP] beträgt 13,5 kWh/(m²a).


Die mit Wärmezählern gemessenen Verbrauchsmittelwerte aller bewohnten Passivhäuser der Siedlung betrugen in allen untersuchten Zeiträumen:

1. Heizperiode 1999/2000: 14,9 kWh/(m²a)
2. Heizperiode 2000/2001: 13,3 kWh/(m²a)
3. Heizperiode 2001/2002: 12,8 kWh/(m²a)

Auch für die Passivhaus-Siedlung Hannover-Kronsberg ist der extrem niedrige Heizwärmeverbrauch damit statistisch gesichert. Die Standardabweichung der Einzelwerte beträgt 6,6 kWh/(m²a), der Mittelwert ist auf ±1,2 kWh/(m²a) genau bestimmt.

Passivhaus-Siedlung Stuttgart-Feuerbach

passivhaus_feuerbach_3erzeile.jpgDie Passivhaus-Siedlung Stuttgart-Feuerbach („Schelmenäcker Weg“) mit insgesamt 52 Reihen- und Doppelhäusern wurde im Jahr 2000 vom Architekturbüro Rudolf fertiggestellt. In Abb. 5 sind die Verbrauchswerte der Heizperiode 2001/2002 dokumentiert. Der Mittelwert beträgt 12,8 kWh/(m²a) [Reiß/Erhorn 2003] . Bei dieser Siedlung gibt es wenige Ausreißer, die klar als solche zu erkennen sind.

Abb. 5: Verbrauchsstatistik für die Passivhaus-Siedlung Stuttgart-Feuerbach: Die Siedlung mit 52 Passivhäusern wurde im Jahr 2000 fertiggestellt (Architekturbüro Rudolf). Der mittlere Verbrauch lag bei 12,8 kWh/(m²a). Der berechnete Bedarf nach [PHPP] beträgt 13,5 kWh/(m²a).


Auch in der Passivhaus-Siedlung Stuttgart-Feuerbach ist der extrem niedrige Heizwärmeverbrauch in der Vollerhebung statistisch gesichert. Die Standardabweichung der Einzelwerte beträgt 5,5 kWh/(m²a), der Mittelwert ist auf ±0,8 kWh/(m²a) genau bestimmt.

Fazit

Abb. 6: Diese Grafik zeigt zusammenfassend den Vergleich der Verbrauchsmessungen in der Referenzsiedlung (links, 65,6 kWh/(m²a)) und in den drei Passivhaus-Siedlungen (jeweils etwa 13 kWh/(m²a)). Der Verbrauch in den Passivhäusern ist nach diesen Messwerten um 80% geringer als in bereits guten Niedrigenergiehäusern. Alle Durchschnittswerte stimmen mit den vorab berechneten Werten nach dem Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) ziemlich gut überein.


Unabhängige Bestätigung in weiteren Projekten

Weitere empirische Untersuchungen haben die hier dokumentierten Ergebnisse an anderen Standorten unabhängig bestätigt:

  • Eine Studie von Treberspurg et al. im Tagungsband der 14. Internationalen Passivhaustagung analysiert den gemessenen Energieverbrauch von sechs Passivhaus-Wohnanlagen in Wien; der durchschnittliche Heizwärmeverbrauch lag hier unter 10 kWh/(m²a).
Abb. 7: Ergebnisse der Auswertungen von über 450 Neubauwohneinheiten in Wien, davon Passivhaus-Standard in sechs Mehrfamilienhäusern. Die Passivhaus-Projekte sparen über 72% der Heizwärme im Vergleich zur Vergleichsgruppe der geförderten Niedrigenergiehäuser. Quelle: [Treberspurg 2010]; Flächenbezug ist hier Bruttogeschossfläche.



  • Messergebnisse aus der mit 354 Wohneinheiten größten Passivhaus-Siedlung Tirols (fertiggestellt 2009) in Innsbruck zeigen auch dort die Erfüllung der Erwartungen. (Passivhäuser Lodenareal (pdf))



Abb. 8: Die Ergebnisse der Performance-Tests, die an insgesamt 25 Neubauten mit „hoher Energieeffizienz“ in England durchgeführt wurden [Johnston 2014]. Die drei Passivhaus-Projekte schneiden mit Abstand und in jeder Beziehung am besten ab: Sie wiesen so gut wie keine Differenz zwischen dem vorhergesagten und dem gemessenen spezifischen Wärmeverlust auf, sie haben einen mehr als einen Faktor zwei geringeren Verlustbeiwert als die nächstbesten Projekte und sie sparen im Vergleich zum Durchschnitt fast 75% der Heizwärmeverluste ein.


  • Monitoring von Wohngebäuden in der Heidelberger „Bahnstadt“, der weltweit größten Passivhaus-Siedlung. Mit einem vereinfachten Messverfahren für die Heizwärmeverbrauchswerte („Minimalmonitoring“) wurden die Wohngebäude in der Siedlung untersucht. Der mittlere Verbrauch von 1.260 Wohnungen mit insgesamt über 75.000 m² Wohnfläche im Jahr 2014 ergab sich zu 14,9 kWh/(m²a). Die Einsparung gegenüber der Referenzsiedlung beträgt 77%. Diese statistisch hohe Zahl von Wohngebäuden unterschiedlicher Bauträger und Architekten zeigt überzeugend, dass auch die Breitenumsetzung erfolgreich möglich ist [Peper 2015]. (Anmerkung: es handelt sich dabei um Messungen im ersten Betriebsjahr, bei dem erfahrungsgemäß oft noch Betriebsablaufsstörungen (Umzug, Einregulierung) vorliegen. Dennoch funktionieren die Passivhäuser bereits einwandfrei).


Abb. 9: Jährliche Heizwärmeverbrauchswerte in der Bahnstadt für wohngenutzte Gebäude in Passivhaus-Qualität nach Baufeldern getrennt. Die dargestellten Baufelder umfassen insgesamt 1260 Wohnungen mit über 75.000 m² Wohnfläche [Peper 2015].


Schlussfolgerungen

Die Messungen in den realisierten Passivhaus-Siedlungen zeigen:

  • Die einzelnen Maßnahmen, nämlich Wärmedämmung, Dreischeiben-Wärmeschutz-Verglasung und Wärmerückgewinnung sind wirksam. Abweichungen von mehr als etwa 1 kWh/(m²a) wären in den Mittelwerten bereits erkennbar, sie treten aber nicht auf.
  • Das Berechnungsverfahren nach PHPP und die verwendeten Randbedingungen bewähren sich in der Praxis. Die Abweichungen zwischen der rechnerischen Bilanz und den Messwerten sind sehr gering.
  • Zusätzliche Wärmeverluste, wie Wärmeübergabeverluste oder hohe Fensterlüftungsverluste können nach den vorliegenden Verbrauchsstatistiken keinen entscheidenden Einfluss haben; sie müssen innerhalb der mit ±1 kWh/(m²a) bestimmten Grenzen liegen und sind daher vernachlässigbar.


Zusammenfassung

Verschiedene Nutzer haben, auch wenn sie in baugleichen Häusern wohnen, häufig deutlich unterschiedliche Verbrauchswerte: Abweichungen von ±50% vom Mittelwert sind keine Ausnahme. Das gilt für alle Energiestandards. Die bedeutendste Ursache besteht in unterschiedlichen Soll-Temperatureinstellungen in der Heizperiode. Aber auch die höchsten nutzungsbedingten Verbrauchswerte sind in Passivhäusern noch deutlich niedriger als die geringsten in gewöhnlichen Neubauten.

Das Passivhaus-Konzept führt nachweislich und reproduzierbar zu einer sehr hohen Heizenergieeinsparung, die gegenüber dem alten Gebäudebestand etwa 90% und gegenüber den gesetzlichen Anforderungen an Neubauten immer noch durchschnittlich etwa 80% beträgt. Diese Einsparungen sind durch statistisch signifikante empirische Untersuchungen erwiesen und in einer großen Zahl von Projekten bestätigt.



Anmerkungen

Anmerkung zur Einheit

1 kWh (Kilowattstunde) ist eine Energieeinheit. Ein Liter Heizöl EL oder 1 m³ Erdgas haben ziemlich genau einen Heizwert von 10 kWh.

Hier wird durchgängig der Heizwärmekennwert qH für den Vergleich herangezogen: qH = QH / AEBF.

QH ist der gemessene Heiz(nutz)wärmeverbrauch. Gemessen wurde bei allen Messprojekten an der Wärmeübergabestelle der Heizwärmeverteilung (in der Regel mit Wärmezählern; genaueres dazu ist in den jeweils zitierten wissenschaftlichen Berichten beschrieben).

mess_wmz.jpgBeispiel: Wärmezähler mit m-Bus Ausgang, die in allen 32 Reihenhäusern der Passivhaussiedlung Hannover Kronsberg verwendet wurden. Die gesamte Messtechnik wird in [Peper/Feist 2001] beschrieben. Zusätzlich gibt es zur Kontrolle einen Gesamtwärmezähler der Zentralversorgung für jede Hausreihe.

Diese Messung erfasst Verteilverluste und mögliche Wärmeübergabeverluste. Die Messung enthält jedoch keine Verluste des Wärmeerzeugers.

AEBF ist die Energiebezugsfläche. Bei allen hier aufgeführten Ergebnissen ist dies die beheizte Wohnfläche; es wurde somit der Flächenbezug gewählt, der auch der Heizkostenabrechnung und allen veröffentlichten Statistiken zu Grunde liegt. Zu beachten ist, dass die Fläche AN nach dem Rechengang der EnEV ca. 20 bis 30% größer ist als die Wohnfläche. Auf AN bezogene Energie¬kennwerte sehen daher deutlich niedriger aus als sie es in Wahrheit sind. Deshalb wird in diesem Artikel konsequent die wirkliche Wohnfläche als Bezug verwendet.


Anmerkung für mit der Mathematik Vertraute

In die Diagramme haben wir auch die zugehörigen Gauß- oder Normalverteilungen (Wikipedia Seite) eingezeichnet:

1/(σ√2√π)∫ e - ½ (x-μ)²/σ²,

genau genommen deren Inverse, also die Funktion, die in Tabellenkalkulationsprogrammen mit „Norminv“ verfügbar ist. Dabei bezeichnen :

  • μ den Mittelwert
  • und σ die Standardabweichung.


Zusätzlich haben wir die Anzahl n der jeweiligen Gebäude in der Stichprobe angegeben. Schon ein Blick auf die Diagramme zeigt, dass die Heizwärmeverbrauchswerte baugleicher Objekte sehr gut durch eine Normalverteilung approximiert werden. Genaueres findet sich dazu im CEPHEUS-Endbericht [Schnieders/Feist 2001] (Chi-Quadrat-Test; Kolmogoroff-Smirnov-Test). Dort wird auch diskutiert, welche Auswirkung es hat, dass die Verteilung de facto bei Null abgeschnitten wird.

Literatur

[Ebel 2003] Ebel, W.; Großklos, M.; Knissel, J.; Loga, T. und Müller, K.: Wohnen in Passiv- und Niedrigenergiehäusern – Eine vergleichende Analyse der Nutzungsfaktoren am Beispiel der „Gartenhofsiedlung Lummerlund“ in Wiesbaden-Dotzheim, Endbericht / Energie; Institut Wohnen und Umwelt; Darmstadt 2003.

[Feist/Loga/Großklos 2000] Feist, W.; Loga, T. und Großklos, M.: Durch Messungen bestätigt – Jahresheizenergieverbrauch bei 22 Passivhäusern in Wiesbaden unter 15 kWh/m² Wohnfläche, in BundesBauBlatt, 3/2000, S. 23-27.

[Johnston 2014] D. Johnston, D. Farmer, M. Brooke-Peat & D. Miles-Shenton (2014): “Bridging the domestic building fabric performance gap”, Building Research & Information, DOI: 10.1080/09613218.2014.979093; link: http://dx.doi.org/10.1080/09613218.2014.979093

[Loga 1997] Loga, Tobias; Müller, Kornelia; Menje, Horst: Die Niedrigenergiesiedlung Distelweg in Niedernhausen, Ergebnisse des Messprogramms, 1. Auflage, Institut Wohnen und Umwelt, 1997.

[Peper/Feist 2001] Peper, Sören; Feist, Wolfgang: Messtechnische Untersuchung und Auswertung - Klimaneutrale Passivhaussiedlung Hannover-Kronsberg; 1. Auflage, Proklima, Hannover 2001; dieser Bericht kann kostenlos beim Passivhaus Institut bezogen werden.

[Peper/Feist 2002] Peper, Sören; Feist, Wolfgang: Klimaneutrale Passivhaussiedlung Hannover-Kronsberg Analyse im dritten Betriebsjahr; 1. Auflage, Proklima, Hannover 2002; dieser Bericht kann kostenlos beim Passivhaus Institut bezogen werden.

[Peper 2015] Peper, Sören: Bahnstadt Heidelberg, Minimalmonitoring für ausgewählte Gebäudekomplexe. Zwischenbericht 2014. Im Auftrag der Stadt Heidelberg. Passivhaus Institut Juli 2015; dieser Bericht kann kostenlos beim Passivhaus Institut bezogen werden.

[PHPP] Passivhaus-Projektierungspaket. Passivhaus Institut, 1998 - 2015

[Reiß/Erhorn 2003] Reiß, Johann und Erhorn, Hans: Messtechnische Validierung des Energiekonzeptes einer großtechnisch umgesetzten Passivhausentwicklung in Stuttgart-Feuerbach, IBP-Bericht WB 117/2003, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Stuttgart 2003.

[Schnieders/Feist 2001] Schnieders, Jürgen; Feist, Wolfgang; Pfluger, Rainer; Kah, Oliver: CEPHEUS - wissenschaftliche Begeleitung und Auswertung, Endbericht, Projektinformation Nr. 22, 1. Auflage, Passivhaus Institut, 2001

[techem 2014] Techem Energy Services: Energiekennwerte 2014. Hilfen für den Wohnungswert. Eschborn, 2014

[Treberspurg 2010] Univ. Prof. Arch. DI Dr. Martin Treberspurg; DI Roman Smutny; Ass. Prof. Dr. Alexander Keul; Grünner, Roman: „Energy monitoring in existing Passive House housing estates in Austria“, in: proceedings of the 14th international passive house conference (English edition), Passive House Institute, Dresden and Darmstadt 2010 ISBN 978-3-00-031154

Siehe auch

betrieb/nutzung_erfahrungen/messergebnisse/messergebnisse_zum_energieverbrauch.txt · Zuletzt geändert: 2015/07/28 14:09 von bwuensch