Prognostizierte Klimaveränderungen, das EU-Klimaschutzpaket 2020 und die Tatsache, dass ein Großteil deutscher Klimagase durch Haushalte ausgestoßen wird, beschreiben die Notwendigkeit, städte- und hochbauliche Konzepte zu entwickeln, die es erlauben, Wohneinheiten ohne nennenswerte CO2-Emissionen zu betreiben. Was wie ein fernes Zukunftsszenario klingt und für viele meist nur unter enormen Aufwendungen oder aber großen Entbehrungen vorstellbar bleibt, ist möglich, ist Gegenwart! Die technologische Möglichkeit besteht bereits und werden ihre Potenziale richtig genutzt und kombiniert, ist ein Quartier unter der Maßgabe Nullemission auch an einem schwierigen Standort samt Bestandeinbindung und ohne (Komfort-) Einbußen im Vergleich zu anderen Siedlungsprojekten entwickelbar. Die vorliegende Studie zeigt ein umfassendes, architekturbasiertes Energiekonzept mit entwerferischen, verbrauchssenkenden und versorgungstechnischen Maßnahmen sowie eine rechnerische Bilanzierung mit dem Ziel der Nullemissionssiedlung. Eine Neukonzeption des aus der Nachkriegszeit stammenden Wohnquartiers Am Müggenberg in Arnsberg-Neheim bildet nach eingehender Analyse vorhandener Potenziale und unter Berücksichtigung städtebaulich-qualitativer Faktoren wie Bebauungsvarianz, Aufenthaltsqualität, Verkehrskonzept und Infrastruktur sowie einer architekturintegralen Konzipierung die Grundlage eines rechnerischen Nachweises einer jährlichen Netto-Nullemissionsbilanz. Dabei vereint der Rohstoff Holz die verschiedenen Felder Umfeld, Baukonstruktion, Ökologie und Energieversorgung. Übergreifend stellt sich die Nachhaltigkeit als gelebte und gebaute Verantwortung in den Vordergrund und schließt dennoch keine demographische oder soziale Klientel aus. Beschriebene städtebauliche Ansätze verbinden sich mit der ökologischen Haltung des Entwurfsziels und unterstützen das gemeinschaftliche Zusammenleben. Dem möglichen Bewohner werden keine befremdenden Komforteinbußen auferlegt, stattdessen bieten viele energetisch sinnvolle Wege ein Plus an Service und Gemeinschaft. Angedachtes verdichtetes Bauen gilt zwar als Indikator ökologischer Siedlungen, doch führt dies bei der den architektonischen Grundüberlegungen folgenden energetischen Grobanalyse samt Aufstellung aller Verbrauchs- bzw. Bedarfsbereiche zu Sorgen. So zeigt sich, dass der Gesamtprimärenergiebedarf enorm stromdominiert ist und das Ziel einer ausgeglichenen Netto-Jahresenergiebilanz ohne eine konsequente Reduzierung des Heizwärmebedarfs sowie der elektrischen Energie in allen technischen, versorgungsrelevanten und haushaltseigenen Sektoren nicht erreichbar wäre. Neben bekannten aber dennoch ambitionierten Wegen zur Wärmeenergieeinsparung werden diesen daher vor allem Konzepte zur Seite gestellt, die helfen, elektrische Energie in Höhe von über 30% einsparen zu können. Hierbei gilt es speziell diese Erkenntnis architektonisch umzusetzen, was neue Ideen für den Wohnsektor bedeutet. Als elementarer Punkt in Städte- und Hochbau rückt daher neben dem Verhältnis zwischen Wohnflächen bzw. Bewohner zu aktiv nutzbarer Dachfläche die strikte Vorhaltung geeigneter und unverschatteter Flächen für aktive Solarnutzung sowie architektonisch beeinflussbare Stromeffizienz in den Fokus.

Textprobe: Kapitel 7, Gebäudetypologie: Die Gebäudetypologie umfasst eine Aufstellung aller energetisch relevanter Faktoren wie Flächen, Volumina und Verhältnisse der zu bilanzierenden Gebäude. Die insgesamt 49 größtenteils unterschiedlichen Bauten werden hierzu in Gruppen tabellarisch aufgeführt und ihre Eigenschaften berechnet. Da die Berechnungen als überwiegend bekannt und mathematisch banal eingeschätzt werden, sind die einzelnen Rechenwege nicht näher beschrieben, auch wenn die Erfassung dieser Daten einen Großteil des zeitlichen Aufwands der Arbeit ausmacht. Sie sind der DIN 277, DIN 4108, DIN 18599, der EnEV (Energieeinsparverordnung) 2007 und der Deutschen Gebäudetypologie des IWU entnommen. Bei der Einteilung der Typgruppen gründet das größte Problem und der meiste Aufwand in der städtebaulichen und hochbaulichen Varianz. Da in der Neuentwicklung der Siedlung nicht wie bei vergleichbaren Entwürfen und anderen bekannten Projekten ein einziger, ggf. leicht modifizierbarer Typus vervielfacht auf dem Grundstück platziert wurde, sondern mehrere voneinander unabhängige Gebäudetypen und -gruppen entwickelt wurden, die neben der Aufteilung in Bestand und Neubau weitere Unterschiede durch Topographie und Orientierung erfahren, fordert sie eine sehr umfangreiche, weil annähernd individualisierte, energetische Betrachtung. Grobanalyse des Endenergiebedarfs: Insgesamt wird das Quartier in sechs Typgruppen aufgeteilt und untersucht. Für das Erreichen und Darstellen der Nullemissionsbilanz muss festgestellt werden, wie viele Emissionen durch Energieverbrauch erzeugt und durch Einsatz von CO2-armer Energiegewinnung vermieden werden. Die Basis hierzu legt die Ermittlung des Endenergiebedarfs für Heizung, Warmwasserbereitstellung und elektrischer Haushaltsenergie aller typologisierten Gebäude. Bedarfsermittlung Heizwärme: Für die Bedarfsermittlung der Heizwärmeenergie dient das Analysetool Bilanz auf der Basis des Softwareprogramms Microsoft Excel. Es erstellt nach Berechnungsvorlage der DIN 277 und der Energieeinsparverordnung nach einem vereinfachten Verfahren die Jahresenergiebilanz einzelner Gebäude oder Gebäudegruppen. Dabei können jeweils EnEV-konforme Angaben verwendet oder aber eigene Werte eingegeben werden, um eine möglichst genaue Abbildung der Gebäude zu bekommen. So ist als wichtigste Angabe die Energiebezugsfläche zu nennen. Sie wird lt. EnEV nach einem festgelegten Faktor (0,32) aus der Angabe des Bruttovolumens Ve errechnet, was vor allem bei hochgedämmten Fassadenkonstruktionen mit erhöhtem Bauteilquerschnitt oder aber besonderen Grundrissaufteilungen zu erheblichen Abweichungen zur realen Energiebezugsfläche führt. Somit werden für die Berechnungen die Nettogeschossflächen aus der Gebäudetypologie genutzt. Ähnlich erfolgt die Angabe für das zu beheizende Luftvolumen. Die Klimadaten im Bilanz-Tool folgen der DIN 4108 weswegen sie nicht weiter hinterfragt übernommen werden. Dies gilt ebenso für die Einstellungen im Bereich Wärmespeicherfähigkeit, Wärmebrückenverluste und Lüftung. Hierbei kann zwischen unterschiedliche Werten gewählt werden, wobei zum Beispiel als Wärmebrückenverlust lediglich 0,05W/m2 gesetzt werden, da die Außenhüllen der Bauten entweder modernisiert oder neuwertig und somit als sehr gut eingeschätzt werden dürfen. Im Bereich der Wärmespeicherfähigkeiten gelten die Neubauten auf Grund der Holzrahmenbauweise als leichte und die sanierten Bestandsbauten als mittelschwere Gebäude. Die entsprechenden Werte folgen wiederum der EnEV. Die Informationen über die Lüftungsart entspringen der Tatsache, dass in den Bestandbauten aufgrund der geringen Deckenhöhen keine Wärmerückgewinnung zu realisieren ist, sie eine reine Abluftanlage mit Frischluftzufuhr über Nachströmöffnungen bekommen und die Neubauten Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung erhalten, um Wärmeverluste über die Lüftung zu verringern. Bei der Art der Nutzung, welche die internen Wärmegewinne beschreibt, gibt die Energieeinsparverordnung üppige 5,00W/m2 vor. Nach Passivhausstandard ergeben sich durch verringerte Wärmequellen 2,10W/m2. Dieser Wert wird gewählt, um bereits in der Grobanalyse abzubilden, dass die Haushalte nicht über eine interne und dezentrale Heizquelle bzw. ineffiziente Haushaltsgroßgeräte und Lampen verfügen, deren Wärmeverluste als interne Wärmequelle dienen. Die für den Heizwärmebedarf bedeutsamsten Aussagen liefern die Bauteilqualitäten. Flächenanteile und -verhältnisse, Wärmeleitfähigkeit, Schichtdicke und bei transparenten Bauteilen Energiedurchlassgrad bestimmen neben Verschattung und Orientierung die für den Gebäudestandard maßgeblichen Transmissionsverluste und solare Energiegewinne. Die Bauteilaufbauten der opaken Elemente wie Dachfläche, Kellerdecke oder Bodenplatte, Außenwand gegen Außenluft oder unbeheizte Räume ergeben sich aus den konstruktiven sowie konzeptionellen Überlegungen und dem hierzu angepasst verwendeten Bauteilkatalog innerhalb der Software Bilanz. Die Fensterqualitäten werden durch das Programm Fenestra ermittelt. Ihre Orientierungen sind einzeln in acht Himmelsrichtungen aufgeführt, wodurch innerhalb einer Gebäudegruppe auch unterschiedlich orientierte Gebäude zusammengefasst werden können. Besondere Aufmerksamkeit kommt der baulichen Verschattung der Fensterflächen zu. Die EnEV sieht einen pauschalen Wert von zehn Prozent Minderung auf alle Fensterflächen einer Orientierung vor, was jedoch die tatsächliche Situation nicht abbildet und eine Unterteilung in drei unterschiedliche Verbauungsarten unterschlägt. Diese sind die Verbauung durch die Umgebung, durch seitlichen und durch horizontalen Überhang. Die beiden Letzteren werden deshalb durch eigene, der DIN 4108 angepasste, ersetzt. Hierin wird für jede Fensterfläche die durch den Baukörper erzeugte Verschattung abgebildet. Besonders bei den tiefen Loggiaeinschnitten der Reihenhausneubautypologie führt dies zu einer erheblichen Beeinträchtigung der solaren Einstrahlung. Als Beispiel dient die Gebäudetypologie ‘Doppelhaus groß’. Hier würde bei vereinfachter und überschlägiger Verschattung ein Heizwärmebedarf von 16,30kWh/m2a entstehen, während die Abbildung der baulichen Verschattung nach DIN 4108 einen Heizwärmebedarf von 19,80kWh/m2a aufweist. Insgesamt verdeutlicht sich nach Beachtung aller Fensterflächen des Quartiers, dass sich dieser Unterschied durch weniger starke Verschattung anderer Fenster beinahe aufhebt. Würde jedoch die Siedlung nur aus diesem einen Gebäudetypus bestehen, wie es bei vielen ähnlichen Projekten der Fall ist, könnte dies zu erheblichen Mehrverbräuchen führen und die Nullemissionsbilanz gefährden. Zu diesem Zeitpunkt der Berechnung ist die Verschattung der Fenster durch umgebende Bebauung nicht beachtet und folgt erst in der genaueren Betrachtung der einzelnen Gebäude. Im Gesamten ergibt sich bis hier her ein berechneter Heizwärmebedarf von 713.595kWh/a (32,36kWh/m2a) für die Siedlung. Bei einem pelletgespeisten Nahwärmenetz und einem entsprechenden Umrechnungsfaktors von 0,1 ergibt sich hieraus ein vorläufiger Primärenergiebedarf von 71.359,54kWh/a.

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Eike Musall, M.Sc.arch.,Architekturstudium an der Bergischen Universität Wuppertal, Bachelorabschluss 2007 mit dem Themen Netzwerk Berlin - Entwurf eines prototypischen Gebäudes zur Vernetzung unterschiedlicher sozialer Dienste in Berlin Friedrichshain sowie Netzwerk Berlin – Entwicklung eines energiesparenden Konzepts zur Senkung der Betriebskosten des Sozialzentrums in den Lehrgebieten Entwerfen, Baukonstruktion und CAD sowie Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung bei Frau Prof. Dipl.-Ing., M. Arch. Anett-Maud Joppien und Univ. Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss. Masterabschluss 2008 mit dem Thema Nullemissionswohnquartier 'Am Müggenberg', Arnsberg-Neheim: Entwicklung eines Energiekonzepts auf der Basis eines städtebaulich-hochbaulichen Entwurfs in den Lehrgebieten Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung sowie Städtebau bei Univ. Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss, Dipl.-Ing.Arch. Dietmar Riecks und Prof.stv. Dipl.-Ing. Axel Häusler. Nach Beendigung des Studiums seit November 2008 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung im Fachbereich Architektur der Bergischen Universität Wuppertal mit dem Schwerpunkt und Forschungsauftrag Towards net zero energy solar buildings, Forschungstätigkeit im Rahmen der Internationalen Energieagentur (IEA) und mit Förderung durch das BMWI-Förderprogramm Energieoptimierts Bauen (EnOB) sowie Dezentrale Stromerzeugung im Kleinleistungsbereich als Beitrag zur Emissionsminderung im Gebäudebestand - Potenzialanalyse und beispielhafte Umsetzung für Hauseigentümer in NRW in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Ökonomie des Planens und Bauens, Fraunhofer Institut für solare Energieforschung ISE, Freiburg, sowie den Stadtwerken Wuppertal.