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Messergebnisse zum Energieverbrauch

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 deutliche Verbrauchsunterschiede durch das Nutzerverhalten. Daher muss der Verbrauch 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. Aus diesen Messergebnissen lassen sich eine Reihe von Erkenntnissen gewinnen.

Abb. 1: Übersicht von Verbrauchsmessungen: In diesem Diagramm sind Heiz-
wärme-Verbrauchsmessungen aus vier Siedlungen zusammengestellt: Einer
Niedrigenergiesiedlung (links) und drei Passivhaus-Siedlungen.


Niedrigenergiesiedlung

neh_niedernhausen.jpg Zum Vergleich wird die Niedrigenergiesiedlung 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 65,56 kWh/(m²a) (anmerkung zur Einheit).


Abb. 2: Verbrauchsstatistik bei einer Niedrigenergie-Siedlung: Die Siedlung mit
41 Niedrigenergiehäusern in Niedernhausen wurde 1992 bezogen. Der mittlere
Verbrauch von 65 kWh/(m²a) stimmt mit dem berechneten Bedarf von
68 kWh/(m²a) [PHPP] im Rahmen der erreichbaren Genauigkeit überein.
(Die eingefügte Kurve ist die zugehörige Gaußverteilung -
Anmerkung für mit der Mathematik Vertraute
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, der etwa 160 kWh/(m²a) beträgt. Der Verbrauch in der Niedrigenergiesiedlung liegt damit um etwa 60% unter dem Durchschnittsverbrauch. Übrigens: Der Baustandard dieser Siedlung, obwohl schon 1991 gebaut, ist besser als das Anforderungsniveau der heute gültigen Energieeinspar- verordnung (EnEV).

Abb. 2 zeigt auch, dass die Einzelwerte nutzungsbedingt um den Mittelwert herum streuen. Der Einfluss der Nutzer auf den Verbrauch ist unbestreitbar - er ist sogar ziemlich hoch. Das ist aber nicht nur bei energiesparenden Häusern so, sondern auch bei schecht gedämmten Häusern. 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 (60% ± 1%) gegenüber durchschnittlichen früher gebauten Häusern führt.

Passivhaussiedlung Wiesbaden/Dotzheim

passivhaus_siedlung_wi.jpgEs handelt sich um die erste deutsche Passivhaussiedlung (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 berechneten Bedarf von 13 kWh/(m²a)
[PHPP] sehr gut überein. Anmerkung für mit der Mathematik Vertraute
(Messung Wiesbaden-Dotzheim: [Ebel 2003] ; [Feist/Loga/Großklos 2000] ).


Die Standartabweichung der Einzelwerte beträgt 5,3 kWh/(m²a). Sie ist absolut geringer als in der NEH-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 Passivhausstandard ist daher statistisch gesichert: Sie beträgt

(80% ±5%) Einsparung gegenüber Niedrigenergiestandard,
(92% ±1%) Einsparung gegenüber Durchschnittsverbrauch in Deutschland.


Passivhaussiedlung Hannover/Kronsberg

suedansicht_passivhaus_kronsberg.jpgDie Passivhaussiedlung 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 von CEPHEUS. 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 Niedrigenergiesiedlung Niedernhausen ([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).
Anmerkung für mit der Mathematik Vertraute


Die mit Wärmezählern gemessenen Verbrauchsmittelwerte aller bewohnten Passivhäuser der Siedlung betrugen:

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 Passivhaussiedlung 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.

Passivhaussiedlung Stuttgart/Feuerbach

passivhaus_feuerbach_3erzeile.jpgDie Passivhaussiedlung 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).
Anmerkung für mit der Mathematik Vertraute


Auch für die Passivhaussiedlung Stuttgart Feuerbach ist der extrem niedrige Heizwärmeverbrauch 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 Verbrauchs-
messungen in der Referenzsiedlung (links, 65 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 Projektierungs Paket
(PHPP) ziemlich gut überein.


Unabhängige Bestätigung in weiteren Projekten

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

  • Eine Veröffentlichung von Treberspurg et al. im Tagungsband der 14. Passivhaustagung analysiert den gemessenen Energieverbrauch von sechs Passivhaus-Wohnanlagen in Wien; der durchschnittliche Heizwärmeverbrauch lag hier unter 10 kWh/(m²a).
  • Erste Messergebnisse aus der mit 354 Wohneinheiten größten Passivhaussiedlung (fertiggestellt 2009) in Innsbruck zeigen auch dort die Erfüllung der Erwartungen (Passivhäuser Lodenareal)


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 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 im Grunde 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 ist nicht nur in Passivhäusern so. 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 mehr als 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 Energiekennwerte sehen daher deutlich niedriger aus als sie es in Wahrheit sind. Deshalb wird von uns 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.

[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.

[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

Siehe auch

betrieb/nutzung_erfahrungen/messergebnisse/messergebnisse_zum_energieverbrauch.txt · Zuletzt geändert: 2014/11/07 13:03 von cweber